VCADシステムから ポリゴンエンジニアリングへ - 理化学研究所

2012 年 10 月 3 日
理 研 シンポジウム
「 計 測 から 始 まるエンジニアリングシステム」
VCADシステムから
ポリゴンエンジニアリングへ
VCADシステム 研 究 会 理 事 長
理 研 先 端 技 術 基 盤 部 門 部 門 長
牧 野 内 昭 武

VCADシステム 研 究

VCADシステム 研 究
• 理 化 学 研 究 所 の 研 究 プロジェクト
• 期 間 :2001 年 4 月 1 日 ー2011 年 3 月 31 日
• 規 模 :7つのチーム、45 名 の 研 究 者
• 目 的 :ものづくり 分 野 を 支 援 するため 次 のようなシステム
を 開 発 する。
(1) 個 別 ばらばらの 要 素 技 術 の 寄 せ 集 めではない、 設
計 、 測 定 、モデリング、シミュレーション、 可 視 化 、 加
工 などの 機 能 が 統 合 されたシステムであること。
(2)ものの 形 だけでなく、ものの 内 部 の 複 雑 な 構 造 や 不
均 一 な 物 性 、 欠 陥 まで 扱 えること。
対 象 を 生 物 科 学 分 野 にも 広 げる。

VCADシステム 図
入 力 部
モデリング 部
シミュレーション 部
設 計
表 面 形 状
計 測
ものの「 形 」や「 構 造 」
「 欠 陥 」の
離 散 モデル
解 析 モデル
熱 流 体 、 変 形 ・ 破 壊 、
光 、 生 体 、 細 胞 の
シミュレーション
物 体 内 部 の 構 造 ・
欠 陥 計 測
精 密 加 工
加 工 部

VCADシステム 公 開 ソフトウェア 全 体 構 成
入 力 部
モデリング 部
シミュレーション 部
設 計 形 状 生 成
1
「 形 」の 離 散
モデル 生 成
(8 本 )
3
4
VCAD Framework ベースの 構 造 ・ 流 体 解 析 (6 本 )
ボクセルベースの 熱 流 体 解 析 (16 本 )
表 面 形 状 計 測
5
有 限 要 素 法 による 非 線 形 構 造 解 析 (7 本 )
物 体 内 部
構 造 / 欠 陥 の 計 測
2
「もの」の
構 造 / 欠 陥 の
離 散 モデル 生 成
(3 本 )
6
7
超 精 密 光 学 素 子 の 光 路 解 析 (2 本 )
細 胞 のモデル 化 ・シミュレーション (3 本 )
8 精 密 加 工 (2 本 )
・ 公 開 ソフトウェア 総 数 47 本
・ 公 開 サイトよりダウンロードして
加 工 部
自 由 に 使 用 できる。

VCADソフトウェアダウンロード 数 の 推 移
500
450
400
350
434
407
356
ダ
ウ
ン
ロ
ー
ド
数
300
250
200
150
100
137
182177
84
122
201
217
173
150
196
130 129
231
262
237
132
132
200
117
123
99
131
94 94
219218
210
137
50
0
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月
2010 年 2011 年 2012 年
ソフトウェア ダウンロード 数 の 累 計 12,044 本

7,000
ダウンロードサイトへの 訪 問 者 数 の 推 移
6,000
5,000
月
別
訪
問
者
数
4,000
3,000
2011 年
2012 年
2,000
1,000
0
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月
(*)2011 年 からWebツール(Webalizer)により 訪 問 者 数 の 推 移 を 計 測
2011 年 1 月 以 来 訪 問 者 数 の 累 計 167,582 人

4
複 雑 な 構 造 物 の 周 囲 や 内 部 を 流 れる 気
体 のボクセルベースの 熱 流 体 解 析 。
CADデータ
計 測 データ
V-Xgen
V-Sphere
V-Isio
Octree level: up to 16
4k 3 regular cells = 64G
ボクセル 生 成 時 間 :4 分 弱

2 5
内 部 に 構 造 を 持 つ 材 料 の、 計 測 データか
ら 弾 塑 性 有 限 要 素 法 大 変 形 解 析
3 次 元 内 部 構 造 顕 微 鏡 V-Cat V-Femis
全 断 面 データの 取 得
鋳 造 品 の 物 体 内 部
構 造 モデル
解 析 用 4 面
体 メッシュの
生 成
V-MultiMat
試 料 の 固 定
高 精 度 断 面 の 創 成
( 切 削 , 研 削 )
断 面 画 像
の 撮 影
断 面 画 像
の 記 録
三 次 元 モデル
再 構 築 ・ 解 析
弾 塑 性 変 形 解 析
物 性 データの 取 得

NPO 法 人
VCADシステム 研 究 会

VCADシステム 研 究 会 の 変 遷
• 設 立 :2002 年 11 月
• 当 初 の 目 的 :
理 研 で 開 発 したVCADシステムの 普 及 を 図 るための 組 織 。
• 昨 年 度 (2011 年 度 )からの 目 的 変 更 :
理 研 が 主 導 する 研 究 会 から、 会 員 が 主 体 的 に 相 互 協 力 で 創
り 上 げる 研 究 会 へ。
現 物 ( 人 工 物 ・ 自 然 物 )が 持 つ 形 状 ・ 内 部 構 造 を 情 報 に 変 換
し、モデリング・シミュレーション・ 加 工 等 さまざまなソフトウェア
を 活 用 する、「 現 物 」にもとづいたものづくりを 目 指 して、 最 先
端 技 術 開 発 及 び 情 報 交 換 を 行 う 場 。

VCADシステム 研 究 会 の 活 動 内 容
1. 定 例 会 による 情 報 交 換
(1) 会 員 相 互 の 情 報 交 換
(2) 最 先 端 の 研 究 を 行 っている 研 究 者 等 の 招 待
講 演
(3) 分 科 会 の 研 究 開 発 成 果 の 報 告
2. 分 科 会 による 研 究 開 発 。 現 在 は2つの 分 科 会
(1) 金 属 疲 労 破 壊 分 科 会
(2)ポリゴンエンジニアリング 分 科 会

理 研 との 契 約 締 結
平 成 24 年 3 月 30 日 、 理 研 とVCADシステム 研 究 会 の
間 で、プログラム 使 用 許 諾 契 約 書 を 締 結 しました。
[ 許 諾 内 容 ]
・ 理 研 は 研 究 会 に 対 し、 非 独 占 的 な 使 用 を 許 諾 。 研 究 会 は 会 員
に 同 条 件 で 使 用 を 許 諾 できる。
・ 複 製 を 認 める。 委 託 開 発 における 翻 案 ・ 改 変 を 許 諾 。
・ 翻 案 ・ 改 変 によって 生 じた2 次 著 作 物 等 の 著 作 権 の 帰 属 につ
いては 別 途 協 議 をして 決 める。
・ 使 用 料 は 無 償 。ビジネスに 展 開 する 場 合 は 別 途 協 議 。

VCADシステム 研 究 会 の 会 員 構 成
異 なる 立 場 の 人 がつくる3つのグループからなる
ベンダー
計 測 機 器 メーカー
基 礎 理 論
新 手 法
ソフトウェア
計 測 装 置
課 題 ・ 評 価
研 究 課 題
研 究 課 題
VCAD
基 本 ソフトウェア
研 究 者
ユーザー
新 手 法
現 象 の 検 討

研 究 会 会 員
2012 年 9 月 現 在
法 人 会 員
26 社
アイシン・エィ・ダブリュ 株 式 会 社
株 式 会 社 アクシオン・ジャパン
旭 硝 子 株 式 会 社
株 式 会 社 アルモニコス
株 式 会 社 エリジオン
株 式 会 社 計 算 力 学 研 究 センター
サイバネットシステム 株 式 会 社
株 式 会 社 サン 精 密 化 工 研 究 所
株 式 会 社 JSOL
株 式 会 社 システムズプランニング
株 式 会 社 シミュラティオ
新 日 本 製 鐵 株 式 会 社
株 式 会 社 先 端 力 学 シミュレーション 研 究 所
株 式 会 社 タムロン
株 式 会 社 ツバメックス
中 央 精 機 株 式 会 社
株 式 会 社 トライアルパーク
トヨタ 自 動 車 株 式 会 社
株 式 会 社 トヨタコミュニケーションシステム
株 式 会 社 豊 田 中 央 研 究 所
株 式 会 社 トプコン
日 本 ユニシス・エクセリューションズ 株 式 会 社
株 式 会 社 ファソテック
ホンダエンジニアリング 株 式 会 社
三 菱 プレシジョン 株 式 会 社
株 式 会 社 リコー
個 人 会 員
賛 助 会 員
33 名
17 名
会 費
法 人 会 員 50,000 円 / 年
個 人 会 員 10,000 円 / 年
賛 助 会 員 5,000 円 / 年

ポリゴンエンジニアリング
- 計 測 から 始 まるエンジニアリングシステムー
• 理 研 における、 企 業 との 融 合 連 携 研 究
理 研 の 計 測 情 報 処 理 研 究 チームとして 平 成 24 年 X 月
に 発 足 。 研 究 者 と 研 究 予 算 は 理 研 と 日 本 ユニシス・エ
クセリューションズとで 負 担 。
チームリーダー: 谷 本 茂 樹 、 副 チームリーダー: 横 田
秀 夫
• VCADシステム 研 究 会 の 分 科 会
ポリゴンエンジニアリング 分 科 会 として 平 成 24 年 6 月 発
足 。 現 在 は 企 業 会 員 13 社 、 個 人 会 員 9 名
第 一 回 会 合 を9 月 6 日 に 実 施 。
主 査 : 谷 本 茂 樹 、 副 主 査 : 秋 山 雅 弘

ポリゴンエンジニアリングの
目 指 すシステム
現 実 の 世 界
計 算 機 の 空 間
形 状 ・ 構 造 計 測
画 像 処 理
ポリゴン
形 状 モデル
物 理
シミュレーション
加 工
ポリゴンエンジニアリングはVCADシステム 研 究 が 目 指 してい
た、 計 測 からシミュレーションへの 統 合 を、 本 格 的 に 実 用 化 し
世 に 問 うシステム。

新 しい 計 測 手 法 としての
小 型 中 性 子 源 システムの 開 発

理 研 小 型 中 性 子 源 システム
RANS (Riken Accelerator-driven Neutron Source)
RF 同 軸
RF 電 源
山 形 豊 大 竹 淑 恵 広 田 克 也
王 盛 高 村 正 人 加 藤 純 一 池 上 祐 司
朱 正 明 須 長 秀 行 見 原 俊 介
他 他 機 関 の 方 々
イオン 源
Q-magnet
陽 子 ビームダクト
ターゲット/ 減 速 体 /
遮 蔽
約 5m
7MeV
陽 子 ライナック
中 性 子 ビームライン
ビームダンプ
約 5m
検 出 器 および
サンプルBOX
2012/9/12 19

第 1 期 計 画 2012 年 10 月 中 旬 中 性 子 発 生 予 定
• 理 研 和 光 キャンパス 内 仁 科 センター
約 24.7m
• RIBF 棟 地 下 1 階 K1
約 17.3m
約 5.6m
4360
5m
約 3m
約 0.8m
約 11.4m
約 2m
約 2m
遮 蔽 壁 完 成
約 20m
前 壁 遮 蔽 建 設
加 速 器 導 入 ・クレーン 設 置
5 月 リフター(クレーン) 完 成
6 月 ホウ 素 入 りコンクリート 遮 蔽 壁 完 成
8 月 27 日 ー 陽 子 線 加 速 器 組 み 上 げ
9 月 中 旬 ー 陽 子 ビーム 調 整
10 月 中 旬 中 性 子 発 生
この 中 に
加 速 器 がある

中 性 子 線 の 特 長
850
900
950
1000
1050
1100
熱 中 性 子 線 イメージ S45C
JRR3 MUSASI
1150
250 300 350 400 450 500
5cm
スチール 製 ピラミッド
X 線 イメージ(450k
V)
X 線
中 性 子
おふろおもちゃ( 噴 水 )の 可 視 化
データ: 東 京 都 市 大 学 持 木 教 授
鉄 系 材 料 などの 透 過 観 察 、 液 体 の 可
視 化 が 容 易 などの 特 長 も、 産 業 用 イ
メージングには 大 きな 利 点
21

Intensity / a.u.
中 性 子 ビームが 力 を 発 揮 する 分 野 の 例
自 動 車 産 業
鉄 鋼 関 連
重 工 関 連
有 機 ・バイオ
タイヤ
ハイブリッ
ドカー
鉄 鋼 の 材 質 保 証 ・ 付
加 価 値
航 空 宇 宙
洗 剤 ・ 化 粧 品
スチール
+ゴム
電 気 自 動 車
新 技 術
新 素 材 開 発
軽 量 、 高 耐 久
車 体 の 軽 量 化
バッテリー 耐 久
H-II
ロケット
分 離 ボルト( 火 口 品 )
の 検 査
タイヤリコール 問 題
バッテリー 発 火
事 故
重 水 素 ラベル
タンパク
d-PRS-7 double ring in H 2 O
1000
大 型 プラント
車 軸 : 焼 き 入 れ、
残 留 応 力 = 軽 量 化
安 全 保 証
イメージング
非 破 壊 検 査 、
シミュレーション
小 角 散 乱 ・
構 造 解 析
mf-SANS(2m)
ジェット
エンジン
タービンブ
レード
非 破 壊 検 査
100
10
Experiment
D=35Å
D=35Å twist
D=40Å
D=45Å
0.01 0.1
反 射 率 計
回 折 ・
構 造
Scattering vector / Å -1
コンビナート 塩 害 、
配 管 腐 食
塩 害 、 配 管 腐 食
非 破 壊 測 定
可 搬 型 中 性 子 源
JRR-3 SANS-U
( 長 さ16m)
分 離 ボルト(ダミー)
偏 極 中 性 子
磁 気 薄 膜
?