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計算結果の信頼性の重要性
• 原子力工学における計算の使われ方– 安全解析:許認可の要求事項
従来の保守的解析から最適評価へ「保守性の担保」から「信頼性」へ
– 研究の手段:安全(過酷事故解析など)、トラブルの原因追求と対策
– プラントの設計、運転、保守設工認、定検ロバスト設計=コストリスク最小化
– 汎用コードの利用:中身のブラックボックス化
沢田龍作(トヨタ自動車),日本計算工学会イブニングセミナー,2007.12.19
自動車エンジン開発におけるCAE
• 研究CAE:必要とされる精度0– 新しいアイデアの検討
• 設計CAE:必要とされる精度2– 最適な設計パラメータの導出 (ロバスト設計)
• 評価CAE:必要とされる精度3– 設計に対する要求事項の判定 (70/200)
• 対策CAE:必要とされる精度1– トラブルの原因究明と対策案の検討
Verification and Validation
• 計算結果の信頼性を具体的に確立するための検証作業– 検証はVerificationとValidationに分けて考える
• CAE (Computer-Aided Engineering)(=数値計算の産業利用)において計算結果の信頼
性は欠かすことができない要件
• 米国では技術基準として確立されつつある
Verification & Validation Standards
• ANS, 1987(R1998), Guidelines for the Verification and Validation of Scientific and Engineering Computer Programs for the Nuclear Industry, ANS-10.4-1987
• U.S.DoD, 1996(2003), "DoD Modeling and Simulation (M&S) Verification, Validation, and Accreditation (VV&A)," DoD Instruction 5000.61, Defense of Modeling and Simulation Office
• AIAA, 1998, Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations, AIAA G-077-1998, American Institute of Aeronautics and Astronautics
• ASME, 2006, Guide for Verification and Validation in Computational Solid Mechanics, ASME V&V 10-2006, American Society of Mechanical Engineers
ASME V&V 10-2006
• code: コンピュータへ実装されたアルゴリズム
• model: 実世界の物理現象の表現
– conceptual, mathematical, computational• verification: 計算が数学モデルを正しく表現
しているかどうかを決める過程
• validation: 使用に対して実世界の物理現象
を正しく表現しているかどうかを決める過程
コード開発の流れ
PIRT (Phenomena Identification and Ranking Table)
- Conceptual Modelの作成に有用
- V&V計画の作成に有用
Trucano et al., 2002, SAND2002-0341
Verificationの2段階
• Code Verification– コード開発が正しく行われていることの検証
– ソフトウェア品質保証
• Calculation Verification– 誤差評価:メッシュ依存性など
uncertainty: potential deficiencyerror: recognized deficiency
Oberkampf et al, 1998, ASME/AIAA Joint Thermophysics and Heat Transfer Conf.
Guide に関する議論San Francisco, 2007
• predictionには必ずextrapolationが伴う。(V&Vではpredictionはできないのではないか)
• 具体的なFEMでは、Conceptual Model, Mathematical Model, Numerical Modelが切り離
せない。
• V&Vはコストがかかる(検証のための実験データ取得など)。これを正当化する論拠としてGuideを使い
たい。
姉歯元一級建築士による構造計算書の改ざん
構造計算プログラム
国土交通大臣の認定
認可プログラムによる個別の建築物の構造計算
(財)日本建築センター
106種
(2005年12月5日 読売新聞)
姉歯氏は認可プログラムによる出力を別のソフトで読み込み、改ざんしたらしい。
計算結果の信頼性が損なわれると大きな社会問題にまで発展する。
CAEにおける最近の動き
• 汎用コードの普及と自社開発の停滞
– ソフトウェアのブラックボックス化
• CAE業界の発生:CAE懇話会
• 計算力学技術者認定:日本機械学会
• 田口メソッドの浸透
– ロバストな設計パラメータの決定方法
– 計算ケースの具体的な条件設定ができる