メカニクス設計課の明石です。

近年、製品開発の現場では、試作レスのモデルベース開発のニーズが高まり、シミュレーションの重要性も一層増しております。ただ、実際に現象をきちんと再現できるシミュレーターを一から作ろうとすると、想像以上に手間がかかるのが実情です。また、市販の汎用ソフトを利用する選択肢もありますが、高額なライセンス費用や汎用性ゆえの操作の複雑さといった課題があり、気軽に導入できるとは限りません。

さらに、現象を記述する数理モデルについて、安定して解くには数値計算の知識だけでなく、物性値の扱い方や境界条件の与え方など物理的な理解も不可欠です。実際ある条件で計算が回ったとしても、パラメーターを少し変えるだけで、物理的制約を満たさなくなり、計算が発散するケースも少なくありません。数値的に破綻しないように調整していくバグ取り作業は地道であり、経験が必要になります。

また、仮に計算として成立したとしても、それを現場で使える形に落とし込むとなると別の難しさがあります。計算時間や操作性、メンテナンス性など、運用面で求められる要件は意外と多く、これらのハードルが原因で実用化できないというケースも多いかと思います。「まずは簡単なモデルでいいから動かしたい」という声も多いのですが、実際に形にするためには気にするべき要件が多いのが現実です。

こうした背景のもと、私たちはこれまで、物理モデルの整理から数値計算の実装、実際に使えるツールとしての整備まで、一通りの工程に関わってきました。単に論文の式をそのまま実装するのではなく、その物理的意味を読み解き、モデル構造を整理したうえで、対象とする現象に対して妥当であるかを検証します。さらに、将来的な拡張性も視野に入れた形でツール化を行っています。

ここで一つ、具体的な例をご紹介します。実際の社内製品向けに開発した事例をここでお見せすることはできないため、イメージとして、砂丘の風紋形成を再現する動力学モデルを取り上げます1,2)。このモデルは、風によって運ばれた砂がどのように堆積し、地形がどう変化していくかを2次元で表現したもので、見た目はシンプルですが必要な物理がきちんと押さえられています。こちらにより、砂漠に浮き上がる風紋の形成過程を再現可能となっております。