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Vehicle designed and built by Marc Mainville

Autodesk Simulation CFD を⽤いた熱とエネルギー流の管理⽅法

Autodesk Automotive Innovation Forum 2014

梅⼭隆

オートデスク株式会社シミュレーションスペシャリスト

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省エネルギー化法令順守ライフサイクルエネルギーマネジメント製造ラインの最適化、不具合品発⽣率低減

環境アセスメント環境への影響予測CO2排出量低減、廃棄物低減等、対策および計画

快適、安全な⼯場労働環境温度・湿度・照度作業スペース給排気システム⾮常灯

⼯場設計における課題

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省エネルギー化正確な消費エネルギー⾒積を⼯場建設前に検証できない⼯場のライフサイクル全体の検討が不可能⼯場稼動後では個別対応が主となり、根本的対応が難しい低⾼率な製造ライン、不具合品多発により消費エネルギー、廃棄物が増⼤

環境アセスメント影響予測を安全⽅向に⼤きくとるため、効率的効果的な対策が難しいステークホルダへのわかりやすい資料提供が出来ない

快適、安全な⼯場労働環境⽇照や設備配置を考慮できず、無駄な照明設置や想定外の影が発⽣している設備配置後の給排気システム追加により効率が悪いダクト配置になっている⽕災発⽣時の排煙を想定したシステムになっていない最適な誘導灯、⾮常灯の配置が出来ていない

想定される現状の問題点

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省エネルギー化正確な消費エネルギー⾒積を⼯場建設/設備配置前に検証、設計を最適化⼯場のライフサイクル全体での省エネルギー性能を評価施⼯前に根本的な原因を把握し、効率的な対策を実施製品の流れ、製造環境を考慮した最適な製造ラインの構築

環境アセスメント正確な影響予測と的確な対策⽴案専⾨家以外にもわかりやすく可視化された資料作成

快適、安全な⼯場労働環境⽇照や設備配置を考慮した照明配置や照明制御が可能なシステム設備配置を加味した効率の⾼い急は⾏きシステム設計、ダクト配置⽕災発⽣時の排煙を想定した安全性の⾼いシステムの構築視認しやすい的確な誘導灯、⾮常等の設置

あるべき姿

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これらの課題を解決するには：⼯場設計、設備配置設計のフローフロント化計測診断⇒対策⇒運営管理のサイクルをまわすことが重要になります。

オートデスクの環境/建築/⼯場設計のソリューションは⼯場設計から運営管理まで⼯場のライフサイクル全体を

包括するシステムをご提供します。

オートデスクのソリューション

BuildingInformationModeling

BuildingInformationModeling

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省エネルギー化⼯場コンセプト設計案でのエネルギー消費⽐較

気象データベース情報を使⽤した建物の年間エネルギー使⽤量、⼆酸化炭素排出量、⽔の消費量、熱性能を⽐較検討

建築物のライフサイクルにおける性能検証リアルタイムおよびライフサイクル全体にわたる建築物の性能評価

オートデスクが提供可能なソリューション例

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環境アセスメント⼯場設計初期段階からの環境・エネルギー使⽤量評価

コンセプト設計段階から、気象、⽴地環境を考慮した環境影響シミュレーションCASBEEに準拠したレポート作成

フォトリアルな設計案のCG化、解析結果の表⽰設計意図を盛り込んだイメージCGにより、説得⼒のある資料を作成ステークホルダとの円滑なコミュニケーション


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快適、安全な⼯場労働環境効率的なHVACシステムの構築

廃熱、⽇射、煙可視化、温度快適性を考慮した給排気システム設計⽇照条件を加味した照度評価

位置、時間により変化する⽇照を考慮した照明シミュレーションフォトリアルなCGによる最適な誘導灯、⾮常灯配置

作業者視点からの視認性確認


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⼯場建設の⼯程例企画基本設計実施設計施⼯維持管理

企画・設計設備計画施⼯維持管理敷地/事業計画

申請業務設備/設備配管設計 4Dシミュレーション

仮設計画維持管理

ファシリティマネジメント

意匠設計積算意匠BIMモデリング⾃動数量拾い

コスト⾒積り/在庫管理

環境シミュレーション構造設計エネルギー/照明シミュレーション

PAL/BEST構造モデリング鉄⾻モデリング

検証・モデルチェック構造解析⽇影/天空率計算

デザインレビュー⼀貫構造解析応⼒/⾳響解析

ビジュアライゼーションCG/VR

アニメーション

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2014年4⽉に改正省エネ法の施⾏により、事業者全体のエネルギー使⽤量が対象となりました。

さらに、努⼒⽬標として毎年平均1%以上の省エネ実施が求められています。

⼯場においては、省エネルギーを求められる中でも、労働安全衛⽣法に準拠した照度基準を満たす照明機器や給排気システムを設置することが求められています。

⼯場のエネルギー流/熱を解析する必要性

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グローバルな競争-よりよい品質をより低価格で。。。安定した⽣産がよりよい製品品質をもたらします。スクラップと⽣産停⽌時間の削減が必須

エネルギー、希少資源のコスト上昇資源の枯渇の恐れから、グローバル市場で獲得競争が繰り広げられている

⼯場の劣化/⽼化対応近代化のため設備の改良や新規設備を導⼊

持続可能性と安全性の追求規制への準拠排出汚染物質の管理

製造業界のおかれている状況は。。。

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多くの⼯場では新築時のままの図⾯でアップデートされていない

特に解析を⾏っていない

⼿計算や部⾨の知識ベースをHVACの設計に利⽤HVACや汚染物質の管理システムが過剰設計になる傾向

⼯場の物理的な試作は実現的ではない

精密⼯程においての安定⽣産のため、HVAC管理が要求されている現状ではHVACの設備は精密製造⼯程（例えばCNC⼯作機械など）の特定な必要条件を満たしていません

現場の状況は。。。

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⼯場のエネルギー管理

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⽣産⼯場でのエネルギー消費量を削減する取り組みをしていますか？⽣産⼯程で不良品廃棄や⽣産停⽌につながるような熱膨張や腐⾷が影響す

るようなCNC⼯作機械を使⽤していますか？作業環境から取り除く必要がある汚染物質を⽣産⼯場で排出していますか？

どのように処理していますか？既存⼯場の改善や新規⼯場設置の計画はどのようにしていますか？

想定外の予算が必要となる設計変更を防ぐための取り組みを施⼯会社と⾏っていますか？

これらの⽬標を達成するため、問題解決するためにどのようなアクションをしていますか？

質問

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⼯場のエネルギー管理オートデスクのみが製造⼯場のHVAC(暖房換気空調)システムの性能を正確に解析することが出来るデジタルプロトタイピングの技術を提供できます。

⼯場のエネルギー管理-概略

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Autodeskのデジタルファクトリソリューション

BIM – ビルディングインフォメーションモデリング

ファクトリレイアウト

マルチ CAD/点群のレビュークラッシュとクリアランスの解析

設置と試運転

作業セルの設計工具と設備の設計空調/排出/エネルギー効率

CFDシミュレーション

プロセスシミュレーション

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熱と流れの問題を考慮した設計環境を実現コスト削減：試作レス、⼩型軽量化、⾼効率熱設計：⾼密度レイアウト設計における排熱性能環境規制対応：エコ、省エネ

製品ラインナップAutodesk Simulation CFD⾮圧縮、定常流れ熱伝導、対流

Autodesk Simulation CFD Motion機構 - 熱流体連成回転領域モデル（ファン/ブロワー/ポンプ/タービン/コンプレッサー）移動物体モデル（直線/回転/各種運動組合せ/⾃由運動）

Autodesk Simulation CFD

Autodesk Simulation CFD Advanced圧縮性、⾮定常流れ湿度、スカラー混合モデルふく射（⽇射）、ジュール発熱⾃由表⾯(VOF)

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エネルギー消費量の削減¥14.85/m2⇒¥148,500/10,000m2

⽣産停⽌時間と不良廃棄物安定した⽣産のためには、製造⼯程の熱膨張や腐⾷を防ぐ必要があります⽣産停⽌1分あたりのコスト⾃動⾞業界ではおおよそ¥5,000〜¥200,000/min

新設/改築コストの適正化HVAC装置の配置とサイズの適正化

汚染物質の排出とパーティクル管理汚染物質の処理システムには10桁以上のコスト上昇要因

⼯場のエネルギー管理-⾃動⾞業界効果例

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3D建屋/設備モデルの作成：2D図⾯、3Dスキャンデータも活⽤Factory Design Suite(Inventor)/Building Design Suite(Revit)

熱物性に関連した設備データの収集壁材の物性、製造ラインのエネルギー排出、照明などHVACの供給排出特性や位置

Simulation CFDで環境/設備の応答を確認複数の設備の検証案を仮想環境で試験することによって費⽤効果が⾼く、タイムリーな検討が可能になります。

解析結果の有効活⽤による利益創出検討結果をエネルギー管理等に活⽤

⼯場のエネルギー管理-ワークフロー

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3D建屋/設備モデルの作成⇒解析モデル

⼯場のエネルギー管理-解析モデル準備

Inventor/Revit⼯場・建築3Dモデル

Simulation CFD⼯場・建築解析モデルダイレクトインターフェースを実装Inventor/Revitのメニューから1クリック

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