マンガ入門書『私、熱解析はじめました。』

私、 はじめました。

は じ め に みなさんのなかで、学生時代に熱解析に触れたことがある人は、おそらく少ないの ではないでしょうか。 なかには伝熱工学の授業を受講していた方もいらっしゃると思いますが、多くのみ なさんの場合、業務で熱解析を行うことになってから、初めて熱と真剣に向き合うこ とになるのではないでしょうか。 設計現場では常に学ぶことが膨大で、熱だけでなく、流体のことも知っておく必要 が出てきたりと、アンテナを張り巡らせる毎日にちがいありません。 そして、いざ設計現場で熱解析を始めることになったら、社内の先輩方から教わる こともあれば、何もない状態から自ら立ち上げることもあるかもしれません。 昔に比べればソフトウェアの難易度は下がり、徐々に認知度が高まってきたことも あり、熱解析を含むシミュレーションツールは身近なものになりつつありますが、やは りこれからソフトウェアを使っていく人にとっては、本当にうまくいくのかという不安 な気持ちがあるのではないでしょうか。 これまで多くの方の熱解析を始めるところから設計に役立てていく様子を見てきま したが、みなさんに共通した苦労や悩みがあるように感じます。それは１人で始める 孤独感であったり、解析を行う上での落とし穴であったり、周囲の人に熱解析の価値 を知ってもらう苦労などさまざまです。本書はこれまで私がめぐり逢った人々やそれ にまつわるエピソードを菊山さんという架空の人物に投影させた物語です。 残念ながら本書を読破しても熱解析がすぐにできるようになるわけではありません。 しかし、落とし穴を先回りして見つけることができたり、解析をする上でのヒントが見 つかったりするかもしれません。また、物語に登場するたくさんの “解析あるある” を 通じて、共感を得たり、励まされたりすることがあれば嬉しいなと思っています。 肩肘を張らず気楽に読んで頂ければ幸いです。それではどうぞお楽しみください！ 3

も く じ はじめに 2 第4章 作り手の顔が見えるって頼もしい 主な登場人物 6 4-1 技術って、人なんだ。 90 1 私が熱解析担当者！？ 4-2 慣れてきた時が、一番危ない。 96 第 章 4-3 便利は不便、不便は便利。 102 1-1「 リケジョ」のキャンパスライフ 10 4-4 ラテラル・シンキング！ 108 1-2 ここから始まる長い社会人生活 16 熱パックが登場するまで 114 1-3 辞令① CAE部門勤務を命ずる 20 1-4 辞令② 熱解析担当者に任ずる 24 第5章 設計とCAEの間を行ったり来たり 大学における研究と企業におけるCAE 30 5-1「 実験」×「解析」 118 第2章 知らないことが多すぎる… 5-2 気づいて、受け入れる。 124 5-3 感情は、論理的ではない。 130 2-1 もっと知りたい、CAEのこと 34 5-4 ものづくりは、ひとづくり。 136 2-2 もっと知りたい、熱のこと 40 類は友を呼ぶ 142 2-3 もっと知りたい、流れのこと 46 2-4 もっと知りたい、熱設計のこと 52 菊山さん、まずは、これだけおさえましょう！ 58 第3章 魔法の道具じゃなかった… 熱にまつわる四方山ばなし「ちなみに…」 3-1「 リケジョ」×「熱パック」 62 まずは、歴史に学んでみましょう！ 8 3-2 解析ソフトは使いこなしてナンボ 68 さぁ、道を究めていきましょう！ 32 3-3 雨の日も、晴れの日も。 74 数値計算のむかしばなしって、おもしろい！ 60 見えることって、おもしろい！ 88 3-4「 ミッション」×「パッション」 80 ｢ちなみに…｣で心をつかみましょう！ 116 菊山さんと考える、CAE担当者の職業倫理 86

主 な 登 場 人 物 電子機器事業部 株式会社 ソフトウェア 株式会社 クレイドル 鈴木電機 CAE技術部 新島 久保 菊山 南野 山川 東島 麹町大学 美藤 稲田 向井戸 月島 6 7

る四方山 熱に まつわ ばなし ちなみに… まずは、歴史に学んでみましょう！ 大学で理系科目を専攻したみなさんにとって、「熱」という言葉はお 第 章 馴染みかもしれません。 1 人類の生活、その衣食住において、さまざまな「熱」との関わりは、 はるか昔から欠かすことのできないものだったことは想像がつきます。 そこで、暮らしのなかでも頻出する「あたたかい」「つめたい」とい 私が う言葉、その基準となる「温度」を測定する温度計に着目してみると、 おおよそ400年前に発明されていることが分かります。 そこから、今度は学問に焦点を当ててみましょう。ものづくりにおいて、 熱解析担当者！？ 「熱力学」「伝熱工学」の果たす役割は、ますます大きくなっています。 今から300年前の18世紀に熱機関が発明され、イギリスの産業革 命は、その50年後の、18世紀半ばから19世紀にかけての出来事で した。そして19世紀になると、カルノーさん、マイヤーさん、ジュー ルさん、といった先人の研究により、「熱力学」の発展が遂げられ、また、 1820年代には、フーリエさんが熱伝導の研究を行っていたと言われ ています。ここから、「熱力学」も「伝熱工学」も、おおよそ200年 前からの学問であったことが分かりますよね。 昨今、ものづくりにおいては、エンジニアリングとデザインの垣根が なくなってきていると言われています。そして、その歴史を見ると、や はりデザイン史も、160年〜200年ほどと言われています。 そう考えると、私たちの日々のお仕事も、「200年後の2200年に、 どのような影響を与えられるのか」ということを意識することで、過去、 そして未来と、時空を超えたつながりを感じることができるような気が します。 なんだかワクワクしてきませんか？ 8

第 1章　私が熱解析担当者！？ 1-1「リケジョ」のキャンパスライフ ある日の部室 菊山さんが在籍する麹町大学理工学部機械工学科では、エンジニアリングの現場で ああ、就活 カギは 活躍できる人材の輩出を目指し、さまざまな取り組みが行われています。女性の割 始まるしね 車体設計 今年、 合は 1割～ 2割とまだ少ないですが、｢リケジョ｣ の活躍も目立ちます。 だな忙しそうだな 私は菊山涼子。 実験・授業・家庭教師のアルバイトに 空力解析 麹町大学理工学部 忙しい毎日を送っています もね 機械工学科 ３年生です 今のところ順調に CAE 、使ってみると 私はCAEより 流体解析できてるよ マジすげーよ！ 企業の人と話すほうが オレ、就職もそっち 楽しいかな…てゆうか に進みたくてさ そろそろ就活のこと 考えないと… ケーキ サークルは麹町レーシング。 スポンサーとなっていただくため、 その夜 そういえば菊山先生は用意したので 学生フォーミュラ大会にも出場 広告出稿のお願いをしに走り回っています もうすぐ就活だったねお茶に しています。私は広告担当です 小泉さん、 よろしく しません？ そこを お願い 何とか！ します！ 菊山先生！ そこまで頼まれちゃあ、 断れないなあ。 ありがとうございます！ 今年も何とか資金が 僕はメーカーの は、はい！ 今はとりあえず 集まり、無事9月の 採用側だけど…、 がんばり 大会に全力よしわかった、応援するよ 大会に臨めそうです 大会でやっている ます！！ 投球しなきゃ ことをアピール だな… したら高く評価 されると思うよ 10 11

第 1章　私が熱解析担当者！？ そして うちの研究室ではやあ、菊山さん 時は流れて4月… 大会当日 先生、 プログラミングががんばってね がんばって！ 必須で… あっと いう間に ね、ホント。 4年生… 菊ちゃんは もう研究室 決めた？ うちの研究室では ロボットの二足歩行を… まだ。 今日このあと 小泉さん！ 美咲ちゃん！ まわって お父さんも！！ 決めちゃおうと思って… 私の研究室では 皆さんの自主性を ！ こんなに応援して 大 尊重しますもらって… 負けられない！ 会 の 見事優勝！ 結 果 決めた！ 研究テーマ は この研究室に どうしよう…しよう 流体工学 悩むなー … 研究室 いやーよかったよ。 小泉さん… ものづくりって 菊山さんの ありがとう なんて 菊山さん、 熱意に負けて、 ございます すばらしいの 企業と…大会の広告担当 はいっ 出資したかいが だったなら、企業 あった との共同研究を やってみたら いいんじゃ ないか？ 優勝 おめでとう！ 12 13

第 1章　私が熱解析担当者！？ 就活も佳境に入り、 それでは なぜ弊社を 明日は 菊山さん 選ばれたのか これ、いくら 2000万円 第一志望の最終面接 ヨンデンと だよ 教えていただけ するんですか可視化実験。 ますか 卒研も大詰め 失礼 平常心！！ だなー します！ 社員の方々が …そして私もこの方たち なるほど ものづくりを と一緒に仕事をしたいと これは ここで はく離が はい！ 支える仕事に 強く願うようになりました 学会で おきていたのか 発表しよう 私が御社を 誇りを持って 志望した いるように… 理由は、 学会 おつかれさま。 ここで はく離 よくやり切ったね ほう… していることが これは 可視化実験で 楽しみな子 明らかに が出てきた なりました な… 笑いあり涙ありのとても充実した4年間でした。 来月からも山あり谷ありの社会人社会人生活、がんばります！ 菊山先生、 無事、第一志望から 内定おめでとう 内定をいただき ございます！！ 学生生活も佳境へ 14 15

第 1章　私が熱解析担当者！？ 1-2 ここから始まる長い社会人生活 これから マナー研修 社会人の マナーは サークルで 社会人の仲間入りを果たした菊山さん。これから始まる新人研修では、さまざまな スケジュール マナーで ちょっと 企業の人と 知識の吸収、自社の製品が扱われている販売現場の体験など、ビジネスパーソンと ぎっちり 必要な 自信ある 絡んでて しての土台を築いていきます。ここで共に過ごす同期との絆は一生モノです。 だなー ことは… んだ よかった 入社式 もう一度、日本の 君たちには「頭は低く、 ものづくりで 世界を 目は高く心は広く」の 鈴木電機合同入社お式どろかせましょう 言葉を贈ります 社史 我が社の原点は 現在世界シェア 小さな町工場で、 No.1の製品を目指し、 社員は3人、 挑戦し続けています 資本金2000万円で 設立しました これから研修センターに 息つくヒマが 移動ですので、バスへと ないですね。 あ、私も 順番に移動してください がんばら 取手市！！ ホント？ なきゃ… 近いね すごい 偶然 福利厚生 社員の皆さんに 仕事の進め方 いきいきとした さまざまな 社会人生活を 仕事には期限があり、 福利厚生面 送ってもらう… それを守れなければどんなに からバック いいものを出しても0点です アップを… んー 人生設計 何も考えて 具体的には ないや 次のような… えー、 最終日の夜 来週からは 卒研で 数値解析！？ ガンバロ！ 製造実習 数値解析 すごいね！ だね研修 を… おつかれ！ もー、 ついて いくのが 精一杯 16 17

第 1章　私が熱解析担当者！？ 製造実習 販売実習 実習担当の桂です。 まず 一人暮らしの早速、 今日はヤスリと研磨剤 見本を おじいさんで、お客さんの で 鉄を加工して 見せるよ 届けたばかりのところへ行くよ もらいます 新しいテレビが調子が 悪いみたいでね うまく 直れば いいんだが はい！ よろしくお願い します 私、 あー よかった。 他に何か こんな感じで。 やります！ これですね。 不良品かと お困りのことは じゃあ順に プラグの接続 思ったわい ありますか？ やってみて 不良です 実験は 得意！！ 菊ちゃんすごいね！！ そうそう、 菊ちゃんは 結局、人と人 私、実験苦手だった 人と人か…あ、そこをしっかり 頼りになるなあ…。 田中さん、テレビと から… 押さえて 仲良くなれてよかった 洗濯機が直って、 のつきあい モノ作りで とても喜んで だからね 一番大切なこと ましたね かもしれないな 教えて あげるよ 18 19

第 1章　私が熱解析担当者！？ 1-3 辞令① CAE部門勤務を命ずる 翌日 まずは構造解析の 最初の配属部署が発表されるときはドキドキします。思っていたとおりの人、予想 集合教育が ちなみに今、設計現場で特に 外の配属先だった人、いろいろなケースがありますが、与えられた場所で、人との 今日あるから 必要とされているのはこの3つ 出会いを大切にして目の前のお仕事に邁進すれば、自ずと専門性は高まります。 補助を頼むよ 構造解析 光学解析 菊山涼子、 新島多江 え…、数値解析 CAE技術部 電子機器事業部 熱流体解析 苦手なのに… 耐久性の評価は 重要ですので、 このソフトウェアを 製品の落下解析も 使用して、荷重を できるんですか？ 考慮した設計を 行っていきましょう ここが 君のOJT担当の東島だ。 私の席… よ、よろしくわからないことは 菊 遠慮なく聞いてくれ お願い 山 します！！ このソフトウェアは さ ん 非線形の、時間的に 交代する挙動が 解析可能ですので、 できますよ なるほど あ、あの、数値解析ちょっと はあー… 苦手意識あったんですけど、 …… 気難しそうな がんばります！！ 研修はこれで 東島さん、信頼されてる人だな… 終わりますが んだな…。あと仕事も テキパキしててすごいや 早速だが 何かある方は いくつか 個別にどうぞ 確認して おきたいこと がある 20 21

第 1章　私が熱解析担当者！？ 一方新島は… おつかれ、 よろしく カンパイ お、おつかれ OJT担当の お願いします さまです！ 南野だ 技ってのはそんな 汗水たらして 甘えると 自分の …で、 まだ たやすく手に入ると 始まってみて …… 自分で盗むもんだからな 不安だらけ 思っちゃいけないぞ ためにならん！！ どう？ です それは 熱解析になんか 頼って いられるかってんだ ふふ。そうなんだ 面接のときみたいな えっ？ けど… 暑苦しい菊山さんの ほうがいいんじゃ ないの 面接のとき 東島さん いたっけ！？ 俺の真似をしても …… まだ社内に 南野 猛。 熱設計において 仕方ないよ。 普及していない しゃべり出すと 熱解析は絶対必要だわ。 君は君らしくやればいい あの、 ことに関わり 止まらない55才 今度菊ちゃんに 私… たいです 話してみよう 22 23

第 1章　私が熱解析担当者！？ 1-4 辞令② 熱解析担当者に任ずる 電子機器事業部 ほれ、 CAE部門に配属された菊山さん。一言で解析といっても、構造解析、流体解析、 やってみい 音響解析、光学解析、電磁場解析など、幅は広いです。社内の設計現場におけるニ ーズや重要度から、果たして菊山さんが任せられるのは……。 南野さん 熱解析なんか こことここが が 必要ない つながってんだ っていうの この間 なんだけど これで 構造上 やるじゃ ！ 問題ないはず ねーか！ ふーん… そうなんだ そしたら問題だ。 コンポーネントの配置、 右のモデル この2つのモデル、 それから放熱孔の 設計を知れば知るほど 発熱密度なんて どっちが熱設計に 位置から考えて です！ 熱問題の深刻さが すごいもの すぐれている？ 空気の流れは… わかってきたの 論理的に 考えたら ホント そうなる どんどん ハズ 増加してる だからこそ熱解析が 熱問題は 正解はこっちの 必要なの！！ これから絶対 左のモデルだ避けて通れ ないんだ… うそ… 24 25

第 1章　私が熱解析担当者！？ その夜 新島さんと一緒に なんで 絶対 熱解析してみてもらいたい 僕が なんだろ 菊山さん 教えるから あってる 案件があるんだ はずなのに はっ 朝になっ ちゃった すごいクマ は、 メッシュをここのボタンあ…、おはよう まだそんなに できる ございます だけど… で作成して、あとは 仕事もキツく はい… かな… 大丈夫？ ソルバーに進むないだろう？ モデルの比較で 南野さんの なんで熱設計に 数 言ったとおりの 熱解析は有効！！ すぐれているか、 結果… 頭で考えても 時 わからなくて… 間 後 … でも これで 確信… …… それならうちの 菊山と二人で え？ これぐらいなら 熱解析を 熱解析するまでも してみたらいい なく わからないと 話にならないよ 26 27

第 1章　私が熱解析担当者！？ 次の日 おはよう 菊山さん、 それで…、 その件 ございます！ ちょっと 解析担当を なのですが いい？ なんだろ どうするかだな CAE技術部長 そこに 稲田浩一 座って しかし、彼女の 菊山さんを 実力だと 荷が 「熱流体解析」の 重すぎないか？ 責任も大きい… 担当にしようと 稲田部長？ 思っています 菊山さんに CAE 、熱、流れ、 「熱流体解析」 熱解析について知識を深めて を担当して おくように もらうよ 彼女なら わかった。 大丈夫 君がそこまで です 言うなら、 そうしよう 昼休み やったじゃない せっかくもらった 私たちで熱解析の 菊ちゃん！！ チャンスだからね すごいことよ がんばるよ パイオニアになろう！ 28 29

第 1章　私が熱解析担当者！？ 大学における研究と企業におけるCAE それぞれの役割 菊山さんのように、学生時代の卒業研究や授業では、あまり CAE に馴染みのなかっ た人も多いのではないでしょうか。けれど、それほど気にすることはありません。大 学での研究、例えば新しい理論やアルゴリズム、また物理モデルの研究といったもの と、企業における CAE や熱解析の現場は、相互補完の関係にあり、お互いの強みを 生かし合うことができるのです。たとえ学生時代には縁がなかったとしても、CAE ソフトウェアにおける新物理モデルの搭載、また既存物理モデルの改良というかたち で、大学における最先端の研究成果とつながることができます。また、大学での CAE といえば、昨今では「鳥人間コンテスト」「全日本学生フォーミュラ大会」の各 チームでも、企業顔負けのさまざまなシミュレーションが実施されています。これら は「リケジョ」のみなさんもたくさん参加している学生生活の一大プロジェクトであ り、CAE による性能評価を通じて、また「ものづくり」の全プロセスを経験するこ とで、一人のビジネスパーソンとしても非常に貴重な経験を積むことができるため、 ベンダーのソフトウェアエンジニアとして、流体解析、伝熱解析、音場解析などの物 将来のエンジニア育成に大きく寄与しています。 理モデルの研究や、プリプロセッサやポストプロセッサの開発を行うケースもありま す。ここでも、大学における機械工学、流体力学、物理学、数学、プログラミング、 産学連携とCAE といった知識を複合的に組み合わせることで、エンジニアリングの現場で「ものづく 産学連携という言葉が広く普及した今、大学における流体研究、伝熱研究も、エン り」を支え、価値ある製品、オンリーワンの機能を提供することが可能となってきま ジニアリングの現場を強く意識したものが多く見られます。例えば、CAE とともに すので、間接的な産学連携と呼ぶことができそうです。 実機の可視化実験を行いたいときには、可視化装置を備えた大学との共同実験という 形式で知見を得られるケースもあります。また、昨今では大学の研究室で汎用熱解析 同じ釜の飯を食う仲間 ソフトウェアを導入しているところも多いですので、そこでの経験を生かして将来 大学での研究では、主に他人とは違うこと、先人がやっていないことをして初めて CAE エンジニアを目指す人も中にはいることでしょう。その他にも、ソフトウェア 学会で発表できますが、企業における CAE の目的は、ものづくり支援であり、営利 目的の企業において、開発現場のさまざまな制約の中で成果をあげてこそ、初めて認 められるものとなります。さまざまな学会や研究会、CAE 懇話会、ソフトウェアベ 目からウロコ！ 筆者が所属していた大学の研究室は、「鳥人間コンテスト」の制作現場でもあり、また、「全日 ンダ－のユーザーカンファレンスといった場が産学交流の舞台ですので、諸先輩とと 本学生フォーミュラ大会」の技術支援もしていたため、そのハードな活動内容を連日連夜、目 もに積極的に参加すると視野が広がります。もしかすると、数年後には、業界内は知っ の当たりにしていました。それだけに、本番が終わったあとの達成感はかなりのもので、メン ている顔ばかりになるかもしれません。それだけ、みなさんが思っている以上に、案 バーの多くは卒業後も、さまざまな分野の設計者、エンジニアとして活躍しています。 外狭い業界だったりしますので、どっぷり浸かってみるとおもしろいですよ。 30 31

まつわる四方山ばな 熱に し ちなみに… さぁ、道を究めていきましょう！ エンジニアリングの現場において、重要な職務を任せられると、誰し 第 章 も一瞬たじろぎます。やることが山のようにあって、時間が足りないよ 2 うに感じる場面もきっとでてきます。 そんなエンジニアリングの現場において技術力を高めていくとき、そ のヒントとなる人がいます。 知らないことが それは、最後の宮大工とも呼ばれている、西岡常一さんです。菊山さ んのように、熱解析担当者のみなさんにとっても、西岡さんのことを知 っていて損はありません。 多すぎる… 西岡さんは、高校への進学時、ご自身も宮大工であったお爺さんから 農業高校を勧められたそうです。その理由はなんでしょうか？一見、な んの関係もないように思いませんか？ そのココロは、「宮大工と言えば木。木を育てるのは土。だからその 土の気持ちを理解するんだ」。 当初、工業高校への進学を考えていた西岡さんは、その言葉に心動か され、農学校へと進まれたそうです。その後、27才で法隆寺修繕とい う国家プロジェクトの棟梁を務めるほどになりました。 西岡さんの言葉に、「木を生かすには自然を生かさねばならず、自然 を生かすには自然の中で生きようとする人間の心がなくてはならない」 というものがあります。 この「木」を「熱」に置き換えてみるとどうでしょうか？ 「熱を生かすには自然を生かさねばならず、自然を生かすには自然の 中で生きようとする人間の心がなくてはならない」 一般的に熱解析の目的は熱を逃がすことですが、熱とうまくつきあっ ていくことも肝要であるように思えてきませんか？ 32

第 2章　知らないことが多すぎる… 2-1 もっと知りたい、CAEのこと 菊山さんが所属することになった CAE技術部でも、さまざまな CAEツールが利 用されています。設計の現場では昨今、ますますリードタイムの圧縮が図られてい 私の研究室では その中で、 るため、競争力維持の観点からも、CAE技術の活用が必要不可欠です。 CAEで使われている 私はいかに反復法の 反復法を 収束性を高めるかを 研究してたのね 研究してたの 悪いね 呼び出し ごめん　 ちゃって 菊ちゃん 待った？ 収束性は、 あ、反復法は いかに安定して 連立方程式を解くのに 定常解を求めることが 必要な計算ね 全然 できるかっていうこと いいよ 多江ちゃん、大学で数値解析 やってたって言ってたじゃない？ ざっくりとでいいんだけど、 教えてもらうことってできる？ よろしく 定常解は、 お願いします マニアックな世界なんだけど…私の卒研で 無限に時間を 私は新しい反復法を見つけて、 よければ… 進めたとした際の 1年でまとめあげることを 長くなるけど… 状態ね 先生から期待されたの 大丈夫？ 34 35

第 2章　知らないことが多すぎる… 私の研究では 計算するために だからCADを で今度はそのデータを 節点情報が 使って座標データ インポートするための 先生は国内の 必要だったのね を出力して プログラムを書いて ソフトウェアベンダーに 読み込んでいたの 使ってもらえるような マトリックスソルバーを 目指してたの その際に、 熱解析を 検証していたのね 具体的には 自然対流問題の もーこれが 定常解析 だったんだけど すごく面倒 だった！！ それで定常解を 得るための 収束性向上を 検証していたの やっとそこから 計算結果として サブルーチンを呼び 得られた情報は、 大変だねぇ だして、本題の行列計算 温度、流速、圧力 ができるの… だったかな… そこで研究の 成果として 求められたのは 精度と収束性 だったの 36 37

第 2章　知らないことが多すぎる… そういえば汎用CAEソフトは 本当によくできてるって しかもこれで …とまあ先生がよく言ってたなあ こんな話で 終わりじゃなくて、 こんなかんじ 大丈夫？ 得られるのが で、汎用可視化 数値情報だから ソフトで見てたのね 可視化の必要性が あるわけ ありがと！ そういえば すーっごい サークルでもCAEソフト 勉強になった 使ってたなー。 後で聞いてみよう 汎用熱流体解析 お礼に ソフトを使うと、 うらやま ご飯 それらがぜーんぶ しかったー おごるよ 一貫してできるって… うらやましかったー ああ、シャシー設計に CAEには 構造解析と流体解析の ソフト使ってたよ。 無限の可能性 がある！！ 最適化ソフト使って 車体形状の最適化も やってた あ そうそうそれで まだ汎用には 結局私の研究結果は、 耐えられないもの だったんだよね ありがと。 また集まった 参考に ときにでも なった 話聞かせて。 じゃまた 38 39