なぜシミュレーションが必要なのか、どんなメリットがあるのかということは、検索等すればすぐに見つけられますけれども、このコラムなりの視点で説明してみましょう。
実験での課題とされる6つの点をリストしてみました。5つぐらいにしたいところですが、どうしてもこれ以上は減らせない大事なポイントばかりです。
① 完全な再現困難、再利用は困難か不可 ② 測定できない部位がある ③ 観測できない現象や物理量がある ④ 実験誤差・測定誤差のから逃れられない ⑤ 実験の組合せ多いと、時間とコスト大 ⑥ 失敗は無駄
これらの課題に対するシミュレーションのメリットをまとめてみましょう。わかりやすく、シンプルに書きます。
① 再現・再利用が容易 一度モデルを作りさえすれば、同じ条件を入れれば、確実に同じ答えが出てきます。
② どんな部位でも可視化 複雑な製品構造の中でも、部材の中身でも、空間のどこでも、任意に切って見ることができます。
③ 実験では測定できない物理量 原理的にはどんな物理量でも計算可能。
④ 意図的に誤差を扱える 変数や条件に、意図的に誤差分布を与えて、応答値の分布を得られる。
⑤ パラメトリック・モデルを自動生成 一つの雛形モデルから、形状や条件を変更したモデルを自在に作成できる。
⑥ 失敗から、学べる 求める計算結果でない場合でも、学習して別な計算を何度でもできる。コストは計算時間のみ。
どのポイントも重要だと思うのですが、私がもっとも重要なメリットだと思うのは、⑤と⑥です。変数を変えて何度でも繰り返しできるという、バーチャル世界の一番得意なことだからです。また、極論すると、シミュレーションにはどれ一つとして失敗はない、すべての結果から何かを学ぶことができます。最終的に捨てられる結果であっても、選択された結果を導き出すための基礎情報になるからです。比較対象がないことには、いいも悪いも判断できません。
人間の経験も同じことで、熟練技術者と言われる人たちは、何度も失敗を積み重ねた人と言い換えてもいいかもしれません。ただし、同じ失敗ではなく違う失敗をして学びを増やしていることと、失敗の頻度が減って、成功するコツを会得してきたプロセスが経験なわけですね。それを同様なことを、バーチャルで体験できてしまうと考えたら、素晴らしいことではありませんか？しかも、実際に試作せず、物を壊さず、危険を起こさずに、遥かに短い時間で同じ域に到達できる可能性だってある！
ところが、シミュレーションが当たり前になり過ぎてきたがゆえに、その利点が十分に生かされているようには思われません。単に、計算して捨てられ、忘れ去られる結果が大半なのではないでしょうか？本来の利点に立ち戻って、もっと、シミュレーションの結果を活用しなくてはいけません。このことを一言でいうと、
・仮想経験を体験できる
さらに、その“仮想経験”を極端に実施すると、通常は行わないような、あり得ない“想定外”の条件や現象もシミュレーションできてしまいます。一時、津波の大きさを“想定外”だからという言葉が闊歩しましたが、実際は想定した技術者がいましたし、そういうものなのです。できるのです。
・想定外を想定できる
ということこそ、実験は無理、危険すぎる状況に対して、シミュレーションでしかできないことです。また、想定外には思わぬヒントや、予想外の結果を得るという機会があることも意味します。常識であれば作らないモデルや条件で、素晴らしい結果が出るという可能性もあるわけです。 ぜひ、この二つのポイントに焦点を当てて、シミュレーションを見直して、活用してみてはいかがでしょうか。
【SIMULIA 工藤】
工藤はCAE分野で39年の経験を持つエキスパートとして、CAE開発・販売、HPC活用・マーケティング、最適設計・ロバスト設計市場開拓などを経験し、現在はシミュレーションを活用した設計業務改革コンサルと自身のノウハウ形式知化に取り組んでいます。