目前に迫る設計の未来：3Dモデルベース承認をコンセプトから現実へ

造船所、設計者、船級協会の誰もが、3Dモデルベース承認（3D MBA）は、複雑化する環境下で効率を高め、脱炭素化移行に向けた課題に取り組む造船所の未来に不可欠な要素であると認識しています。もはや遠い将来の話ではなく、世界中のさまざまな造船所や船級協会が、今日すでに3D MBAの実現に取り組んでいます。この画期的なプロセス実現のために、NAPAがどのように業界のパイオニアと取り組んでいるかについてご紹介します。

新たな挑戦は、新たな働き方を求めています。脱炭素化、海上安全に関する規制強化、船舶の自律運航の台頭、時間の制約など、あらゆる側面から変化がもたらされ、複雑さを増しています。

3D MBAの目的は、簡単に言えば、船舶の設計に使用した3Dモデルで船級規則の確認や計算を可能にすることです。これは、造船所は船級承認のために3Dモデルを2D図面に変換し、変更を適用するために再び3Dに戻す必要がある現在の標準的なプロセスからの大きな改善点です。2Dと3Dの間で何度も変換する必要がないため、時間の節約になるとともに、エラーの発生も防ぐことができます。

さらに、現在の標準的なプロセスでは、造船所の技術者が3Dモデルを変換して関連情報を抽出し、規則計算やFEM解析に使用するプラットフォームが要求するフォーマットへの入力が必要です。これには多くの手入力や微調整が必要となり、大変時間がかかります。すなわち、3Dモデルをシームレスに変換し、船級協会が提供するエンジニアリングツールでの使用を可能にすることも、3DMBAの重要な要素となっています。

このコンセプトをどのように現実のものにするか。主要な船級協会では、3D MBAの実現に向けて、その戦略や顧客のニーズに応じたさまざまなアプローチをとっています。大きく分けて2つの道が考えられます：

• Application Programming Interface (API)は、船級協会がNAPA APIを通じて3Dモデルに直接アクセスし、そこで規則の確認や計算を行うために必要な情報を取得するものです。韓国船級協会（KR）や日本海事協会（ClassNK）が採用しているこの方式では、造船所と船級協会が3Dモデル上で直接情報や計算結果を交換することができるため、3Dモデルが船舶設計に関するあらゆる情報が蓄積される「信頼できる唯一の情報源」となります。  

• Open Class Exchange (OCX) は、3D MBAの業界標準ファイルフォーマットとして開発されました。造船所が設計に使用するソフトウェアと、船級協会が規則の確認や承認に使用するプラットフォームの橋渡しをするものです。NAPA Designerで生成されるOCXフォーマットは、3Dモデルからすべての関連情報を抽出し、船級協会のソフトウェアが読み取れるようなフォーマットに変換します。これは、Bureau Veritas（BV）とDNVが採用しているアプローチで、他の主要な船級協会もOCXコンソーシアムに参加しています。

Bureau Veritas（BV）とDamen Engineering
– 最初の3Dマイルストーン通過 

Damen Engineeringが構造設計のために作成し、BVが承認に使用したNAPA Steelの3Dモデル

今年初めに、2,500 m3の浚渫船がDamenの船舶として初めて3Dモデルによる設計、審査、クラス承認を受けました。これはNAPAとBVとの1年にわたる協業の成果です。この技術的な飛躍は、OCX標準ファイル形式を使用して達成され、BVは社内ツールであるMARSとVeriSTAR Hullを使用して規則の確認と計算ができました。その結果、2次元図面に変換することなく、同じファイルフォーマットでシームレスに納品まで完了できました。

この新しいプロセスは、素晴らしいスタートを切りました。最初の船舶設計から、3D MBAはその約束を果たし、Damenのチームは、船級承認のためにコンセプトを2D図面に変換し、変更を適用のために再度3Dに変換する必要がなくなったため、貴重な時間を節約できるようになりました。船級協会と造船所間のコミュニケーションが目に見えて容易になり、設計審査もより効率的かつ確実に、またエラーのリスクも減少しました。

重要なのは、3D MBAが安全性を損なうことなく船級承認プロセスを合理化したことです。これは、すべての基準や規則を満たしていることを確認するために、同じように厳格なチェックが行われたからです。この最初のプロジェクトの結果は非常に重要で、Damenはすでに1000m3と4000m3の2隻のホッパー浚渫船を含む、さらなる設計にこのプロセスを適用しています。

ClassNKと日本シップヤード
– 「信頼できる唯一の情報源」の開発

もう一つの方法であるNAPAのAPI（Application Programming Interface）は、ClassNKと日本シップヤードがシームレスな統合を実現するために使用され、3Dモデルは設計やレビューの過程で常に最新に保たれた船舶情報の中心的存在として維持されました。

本プロジェクトでは、船級承認プロセスの効率化と3D MBAに関連する実用的な問題を解決するためのツールやプロセスの開発に焦点を当てました。船体構造設計を最初のターゲットとして、NAPA DesignerとClassNKの構造強度計算プラットフォームPrimeShip-HULL（PSH）との統合システムを開発し、規定規則計算や有限要素（FE）解析に対応しました。 

統合によって設計や承認プロセスがどう変わるか

プロジェクトでは、バルクキャリアとオイルタンカーのサンプルモデルで試験を行い、新しい統合システムの有効性が立証されました。具体的には、作業の重複をなくし、構造図と構造モデルの設計情報の一貫性を確保する点で大きなメリットがあることが確認できました。

また、NAPA 3Dモデル所有者が、すべての関係者に安全かつ簡単にモデルのレビューやコメントの共有を可能にするWebベースのアプリケーション、NAPA Viewerの有効性立証も、このプロジェクトの重要な成果です。NAPA Viewerは情報の中枢として機能し、3D MBAを実現するだけでなく、船舶設計に関わるすべての関係者間の情報共有やコラボレーションをより良くサポートします。また、3Dモデルの利点と従来の2D図面の利点を組み合わせた自動アノテーションツールにより、確認を行う際に設計情報を迅速かつ直感的に発見できるため、新しいプラットフォームは現在の2Dベースのプロセスと同等かそれ以上の効率を実現可能なことが、試験により立証されました。

Korean Register
－ エンジニアリングプロセスのさらなる合理化 

NAPA Designerの3Dモデル（左）と、NAPAの3DモデルからSeaTrust-HullScanの2D断面（右）

また、NAPAはKorean Register（KR）と共同で、造船所で使用する3D CADシステム「NAPA Designer」とKRの構造強度計算ソフト「SeaTrust-HullScan」を直接つなぐインターフェースを開発しました。このAPIはリアルタイムで動作するため、設計者は複雑な断面モデリングデータを簡単に取り込むことができ、そのデータを含む船舶設計情報を船級協会のプラットフォームにシームレスに転送することが可能です。

船体構造設計に関わる様々な工程では、それぞれ異なるソフトウェアが使用され、そのソフトでしか使用できない独自のファイル形式を持つことが一般的です。そのため、3次元CADモデルから規則計算のための船級計算ソフトに情報を手入力する作業が繰り返されます。この問題に取り組むことで、コストと時間がかかり、人的エラーのリスクを高めるような手順を排除し、設計プロセスを合理化することを目的としました。

変更点を正確にモデルや計算に反映し、結果を信頼するために不可欠なデータの整合性が保たれていることを確認しました。また、このインターフェースにより、船体構造設計の精度が大幅に向上し、作業の生産性も向上することが確認できました。このシステムは現在、韓国の造船所で使用されており、プロジェクトでは、お客様の声をもとにさらなる改良を続けています。なお、Direct Strength Assessmentプロセスのダイレクトインターフェースの開発など、プロジェクトの最新動向は、2023年のNAPAユーザーミーティングで発表される予定です。

これからの道

これらのマイルストーンやプロジェクトは始まりに過ぎず、今後3D MBAが造船所の新常識となることが予想されます。NAPAは、造船所や船級協会と密接に協力し、このプロセスを完成させ、業界への普及促進のために努力を続けています。そうすることで、システムやデータだけでなく、設計と船級承認プロセスをより効率的にするという一つの目的のために、人と人とを結びつけることができるのです。

3D MBAは、それ自体が目的ではなく、造船所が商業的に成功し、より良い船をより早く提供するための手段です。プロセスをより効率的にすることで、海事技術者や設計者がより持続可能な未来の船団を作るという大きな課題に直面しているときに、新たな可能性を開くことができます。また、3Dモデルは、船舶運用と保守改善のために、船舶の生涯を通じて使用できるデジタルツインの基礎となります。

このように、現在進行中の船舶設計における3D革命が、より効率的で持続可能な船舶を生み出し、現世代と次の世代の海上輸送に革命をもたらすことを示します。

このテーマにご興味のある方は、NAPAユーザーミーティング2023にぜひご参加いただき、専門家と直接会って、今後のプロジェクト詳細を聞いてみてください。