自動化スタートアップがシミュレーションを活用して複雑なエンジニアリングに挑む

シミュレーションを利用してカスタムマシンを製造し、製造およびロジスティクスソリューションを活用して産業機器の課題を解決しているPerellion社の取り組みをご紹介します。

これらのツールは、Fortune 500企業のロジスティクス向けに、セーフティクリティカルな部品を備えたカスタムマシンを設計した際にも使用されました。Ozen Engineering社は、この設計に取り組むため、境界条件を含むモデル設定など、Ansysのツールを用いた正確な疲労解析によってPerellion社をサポートしましたこの部品は現在生産中であり、現在数百台の機械に導入されていますが、今後数千台規模へと拡大する計画です。

Brown 氏は次のように述べています。「こうした機械には、セーフティクリティカルな部品が使われており、故障した場合には、機械の上または周囲で作業する人の命や身体が危険にさらされる可能性があります。また、こうした機械は、設計寿命の期間中に何百万回ものサイクルにさらされます。」

マルチフィジックスによりプロセス開発を最適化

Perellion社の多才さを示すもう1つの例として、同社のチームが、石英砂を溶かしてガラスにする直径1.5メートルの石英円筒を製造するためのエネルギー企業向けのカスタムマシンを製作したことが挙げられます。

このマシンは、ロボットと冷却システムを備えた大規模なプラズマアーク炉です。ロボットシステムは、位置決め軸を使用して3つの炭素電極を接触させ、480ボルト（V）で10,000アンペア（A）のアークを発生させます。このシステムを考慮すると、冷却部品が必要になるのは明らかです。参考として、アークフラッシュの温度は華氏35,000度を超え、太陽の表面の約4倍に達することがあります。

Brown氏のチームは、炉から約5メガワット（MW）の対流・放射エネルギーが放出されることを考慮し、Mechanicalの定常伝熱モジュールを用いて熱荷重の影響を解析しました。また、このシステムが大きな熱流束荷重に長時間耐えられるように設計しました。これは、円筒が単純に周囲温度まで冷却されるのではなく、数日間にわたる制御されたプロセスを経て冷却されるためです。

「私は、当社が生み出したものに大きな誇りを持っています。というのも、ほとんどの自動化システム構築企業は、『絶対に無理だ。太陽を扱うプロジェクトには取り組みたくない』と逃げ出してしまうからです」とBrown氏は語ります。「でも、私たちは、まさにこうした課題だからこそ取り組みたいのです。それは、非常に困難で高度なエンジニアリングコンテンツを含み、詳細な解析が必要であり、最終的には材料と物理学の限界を押し広げるような課題です。」

Brown氏はプロセス開発の重要性を強調しており、完成した後も、生産現場で最適に機能するようになるまでには、時間（場合によっては最大で1年）がかかると説明しています。

同氏は次のように述べています。「それは後半のプロセスであり、私たちが活動している分野でそこに関心を寄せる人は非常に少ないと思います。とはいえ、これこそが私たちが価値を提供できる部分であり、製品が完成して正常に機能し、本稼働に入るまで、私たちは取り組み続けたいと考えています。」

また、Brown氏のチームは、マシンのソフトウェアインターフェースと制御システムも開発しました。

スタートアップの成功を支える新技術

Ansysのシミュレーションソフトウェアを使用したデジタルエンジニアリングは、Perellion社のエンジニアにとって選択肢ではなく、不可欠なものです。

このチームは、MechanicalとLS-DYNAに加えて、3D製品シミュレーションソフトウェアAnsys DiscoveryとAnsysのハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）ソリューションを使用しました。

Howard氏は次のように述べています。「これは、私たちが業務を遂行する上で不可欠なツールセットです。すべてを手計算で行って、問題に実際に取り組み、すべてに問題がないことを確認したいのは山々ですが、手計算では対応できないこともあるので、チームにはAnsysのソフトウェアが必要だったのです。」

Brown氏によれば、遠隔調整可能なCG吊り上げ装置の設計で実証されたように、シミュレーションが最も高い価値を発揮したのは最適化です。

Howard氏は次のように語っています。「私たちは、まさにシステムの質量制限に直面していたため、Ansysのシミュレーションを幅広く活用し、非常に高い安全率を維持しながらシステムの質量を削減しました。」

Brown氏はまた、Perellion社がその形成期に成功を収める上でAnsysスタートアッププログラムが助けになったと評価しています。

Brown氏は次のように語っています。「当社は、外部資本に頼らず、自己資金で立ち上げ、運営しているエンジニアリング会社ですベンチャーキャピタル（VC）などから1,000万ドルの資金を調達してスタートしたわけではない当社は、過去4年半にわたり、エンタープライズリソース計画（ERP）、製品ライフサイクル管理（PLM）、コンピュータ支援設計（CAD）の各ソフトウェアのほか、当社の機械の制御システムを作成するために使用するすべてのソフトウェアに膨大な投資を行ってきました。当社のビジネスを大幅に成長させるのに役立ったのが、Ansysスタートアッププログラムです。創業期の資金調達は困難を極めまるためです。」

このスタートアップ企業の次の展開はどうなるのでしょうか？

Brown氏は次のように述べています。「結局のところ、私たちは機械や工具を設計し、製造していますが、これらの機械や工具が将来の課題に取り組むのに役立ってほしいと考えています。」

Ansysは、革新的なソリューションによって産業プロセスおよび機器を進化させることに注力しています。Ansysが起業初期から中期段階のスタートアップ企業をサポートしているプログラムの詳細については、Ansysスタートアッププログラムをご覧ください。