日常を変えるシミュレーション<br />アイデアをより確かなものに |

ビールの泡立ちから1000分の1秒を競うスポーツカー、さらには脳動脈瘤の治療補助にも――。コンピュータ上で物理現象をシミュレーションするCAEは、製造業をはじめ、さまざまな分野で不可欠な分析技術だ。CAEにおける世界のリーディングカンパニー、アンシスの強みに迫った。

広がるCAEの貢献領域背景には高速解析

世界に4万超のユーザーを持つ、CAE（Computer Aided Engineering）分野のリーディングカンパニー、ANSYS（アンシス）。日本でこの製品・サービスを提供しているアンシス・ジャパンの大古俊輔社長は「われわれのCAEは『時間を買うこと』につながるという評価をいただき、日本でも製造業を中心にユーザー数は毎年伸び続けています」と語る。

まずはCAEを簡単に説明しておこう。CAD（Computer Aided Design）と混同される方もいるが、CADは設計作業を効率化するソフトウエアであり、製品の図面設計を助けるもの。CAEは、製品の性能や動作をコンピュータ上でシミュレーションし解析するものだ。端的に言えば、CADで設計して、CAEでシミュレーションする、ということだ。

「かつての製造業の現場は、実験、実験の連続で膨大な時間とコストがかかっていました。そもそも、航空・宇宙産業など、実際にはいきなり実験するわけにはいかないものも少なくありませんでした」（大古社長）。

世界的なベストセラー商品・羽のない扇風機（ダイソン社）にもCAEが利用されている
資料提供:Dyson Ltd.

試作品や実験でしかできなかった解析作業をCAEが肩代わりすることで、モノづくりの現場は大きく変わった。新製品開発の時間とコストを大幅に削減。さらに、試作や実験が可能かどうかという条件に縛られず、より自由な発想のアイデアを検証できるようになった。

「洗練されたデザインはもちろん、十分な強度・安全性と原材料コストとのバランスをとりながら、迅速さを求められるという今の製品開発現場では、CAEによる数値解析が重要性を増しています」と大古社長は指摘する。ニーズはむしろ高まる一方なのだ。

利用が拡大している背景には、ハードウエアの処理速度の大幅な向上もある。膨大な量の計算を行うCAEの解析は、精度を高めるほど処理時間も長くなり、場合によっては数週間単位の時間が必要となる。年々、コンピュータ自体の処理速度は向上しているが、しかしそれに比例してソフトウエアもスピードアップするとは限らない。これはソフトウエアの宿命だ。

だが、アンシスのソフトウエアは、最新のハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）技術に基づいて動作するよう調整され「ハードウエアの性能を最大限に引き出せるようになっているので、高速のコンピューティング環境になるほど、短時間での解析が可能」（大古社長）。この強みを生かして、アンシスは日本国内でトップシェアを誇っている。

ダイソンやフェラーリ、ギネスビールも

「コンピュータ解析」というと、大仰なイメージを持たれがちだが、われわれの身近なところにもアンシスの技術は生きている。

泡が上に動くように見えるギネスビールの泡も解明。答えは「上にも下にも動いている」

たとえば、薬。誰もが、プラスチックとアルミで包装された薬の粒を出したことがあるだろう。透明なプラスチック側から薬の粒を押すとアルミが破れて、ポロリと出てくるアレだ。この微妙な力加減を測るのにも、さらにその薬を固めるための適度な圧力を計算する現場でもアンシスのCAEが使われている。個別の製品で言えば、大ヒット商品となったダイソン社の羽根のない扇風機、世界記録を連発したスピード社の水着、ギネスビールの泡の動きなど、その事例は枚挙にいとまがない。

アンシスの流体解析技術を用いて設計されたレッドブル・レーシングチームの車体
資料提供:Red Bull Racing

そして、今、CAEの利用に特に積極的なのが世界の自動車業界だ。高速での安定した走行性能、燃費効率向上を図る上で、車体周りの空気の流れを可視化し、空気抵抗や空力特性を解析するCAEの流体解析はカギになる。フェラーリ社は2013年に発表したハイブリッドスポーツカー「ラフェラーリ」の設計にあたり、アンシスのCAEソフトを使ったシミュレーションを1000回以上行い、試作車両の風洞実験の手間を大幅に削減した。10年から4シーズン連続で、F1世界選手権の選手・車両製造の両部門のタイトルを獲得しているレッドブル・レーシングチームは、高速処理できるアンシスのCAEを使うことで、シーズン中でも迅速に車両の改良、調整を行い、好成績につなげている。

その他、CAEは、自動車部品の耐久性、飛距離アップを実現するゴルフボールの開発などに威力を発揮。より感度の高い携帯電話のアンテナ形状の開発や、電子機器、自動車の各種電子装置に問題を引き起こしかねない電磁ノイズ対策にも貢献している。未来の電気自動車の技術として期待される路面から車両底面へのワイヤレス給電システム開発では、路面と車両の間に空き缶が入った場合に発火しないかなど、安全性の検証にも使われている。

CAEは医療分野へ

代表取締役
大古俊輔

自動車と並んで注目されているのが医療分野での活用だ。大古社長は「実験を行うことが許されない人体を対象にした医療は、CAEのシミュレーション、解析が最も貢献できる分野の一つです」と、期待を寄せている。

「和歌山労災病院脳神経外科の河野健一先生は、脳の血管がコブのように膨れる脳動脈溜の流体解析を実施しています。まず、CTスキャンで脳を撮影して脳動脈瘤の3D画像を作ります。その3D画像を用いて流体解析を行うと、血液の流れ方や圧力のかかり方がわかります。こうすることで、脳動脈瘤の治療補助に利用できることが期待されます。これらは患者のためだけでなく、医師の養成にも一役買うと思っています。今までは、先輩医師の横について経験を積むしかなかったわけですが、それに近い知見を得る機会が飛躍的に増えるでしょう」。