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流体解析の計算時間と作業工数をほぼ半減。
市場をリードする船外機のシミュレーションを支えるHP xw8400/CT Workstation

ヤマハマリン株式会社(以下:ヤマハマリン)は、船外機、ウォータービークル、ディーゼルエンジンを手がけ、船外機では市場をリードする企業だ。年々厳しくなる環境対応に加え、軽量・コンパクト・高出力が求められる船外機の流体解析に、日本ヒューレット・パッカード(株)のHP xw8400/CT Workstationを活用することで、計算時間と作業工数を半減している。

ヤマハマリンの船外機は、軽量・コンパクト・高出力、環境対応に優れており、世界シェア40%を占めるリーディングカンパニーに成長した

環境対応をバネに船外機のリーディングカンパニーへ

ヤマハマリン現在、世界の船外機の年間総需要はほぼ80万台前後で推移している中、ヤマハマリンは10年来着実にシェアを高めてきた。2002年には船外機生産台数一位となり、文字通り業界のリーディングカンパニーとなった。

この背景には世界規模での環境問題への関心の高まりと、それに呼応しての環境負荷の少ない4サイクルモデルの開発、また2サイクルでありながら4サイクル並のクリーンな排ガスと静粛性を実現したHPDI(High Pressure Direct Injection:高圧直噴)モデルの開発がある。軽量・コンパクト・高出力という船外機の要件を満たしながら、環境負荷を著しく低減したHPDIは次世代型環境対応エンジンであり、それが世界に認められた結果でもある。

ヤマハマリンの船外機は、単気筒2馬力からV型8気筒350馬力「F350」(輸出専用モデル)までの豊富なラインナップを誇る「マリンエンジンは、15年ほど前は2サイクルエンジンが主流でしたが、環境対応強化の結果、現在は4サイクルエンジンが主流になりました」と、開発一筋の汲田 敦氏は話す。

ヤマハマリンの市場での成長を牽引したのが、1994 年11月に登場した4サイクル船外機「F50A」だった。それまでの2サイクルモデルに比べ、驚く程の低燃費、低騒音の「F50A」は爆発的にヒットし、当初の年間5,000台の生産予定がわずか1年間で1万台余を突破するベストセラーエンジンとなった。中型以上の4サイクルモデル開発が軌道に乗ったのも「F50A」がきっかけだった。その後、ヤマハマリンは単気筒2馬力からV型8気筒350馬力(輸出専用モデル)の船外機まで、使用環境やボートの種類などに応じて実に1,000を超えるバリエーションラインナップを揃えている。

流体解析にコストパフォーマンスの高いHP xw8400/CT Workstationを採用

ヤマハマリン創業から約40年の年月をかけて、ヤマハマリンは船外機の市場でトップシェアとなり、ウォータービークルでも2位というリーディングカンパニーに成長した。この陰にはたゆまぬエンジン開発への努力があった。PCやケータイの3カ月という開発サイクルに比べて、船外機の開発サイクルは車と同様3年と比較的長いが、開発競争の手を緩めずに歩んできたおかげでもある。

船外機には空気、水、油という流体が関係する。 波をかぶり吸気口に海水が入り込みエンジンが停止する。入り込んだ海水による金属の錆の発生、電気系統の故障は重大な問題である。このようなトラブル防止の為に、海水が入り難い吸気口の形状開発は船外機の大事な開発事項である。一方、エンジン性能の観点からは、吸入抵抗が少ない吸気口が必要であり、相反する性能が求められている。

ヤマハマリン株式会社 技術管理課 汲田 敦氏「エンジンの流体シミュレーションにPCを使っていたのですが、32ビットやメモリの制限があって、計算時間がかかりすぎて十分なことができませんでした。シミュレーションを行うには計算スピードの高速化が課題でした。2006年になると、手が届く価格の64ビットPCが出てきましたので、数社のマシンを比較したところ、最速でかつ最もコストパフォーマンスが高く、サポート面でも安心なHPのPCワークステーションを使うことにしたのです」と、汲田氏はHPの64ビットPCワークステーション採用の理由を話す。

2007年1月に導入されたHP xw8400/CT Workstationは、最新のクアッドコアのインテル® Xeon® プロセッサをデュアルCPU構成(計8コア構成)で搭載する最新のモデルだった。

手元に置いた専用マシンで自由にシミュレーションを行う

今までPCのパフォーマンス不足で十分なシミュレーションができず、吸気口の設計は実際にモックを作り試行錯誤を繰り返して形状を決めていため、数ヶ月かかっていたという。設計リードタイムを短縮するには、モックを作る以前におおよその形状をシミュレーションで決めることが必要だった。

 3次元流体解析ソフトFLUENTを使用したシミュレーションでは、膨大な量の計算を行うため圧倒的なCPUパワーが必要となる。しかし、ヤマハマリンの計算環境はネットワークでセンターマシンにつながっているため、シミュレーションを行うとセンターマシンのCPUを占有してしまうという問題があった。

「水の挙動のシミュレーションは非定常解析になり、1万分の1秒単位での計算が必要になります。センター方式だとCPUリソースを占有してしまいますので、気兼ねして使わなければなりません。気兼ねなく使うには手元に専用マシンを置く必要がありました」と、汲田氏はシミュレーション専用マシンにこだわった経緯を話す。  現在、エンジンの吸気管の形状と水の流入を防ぐ吸気口の形状を決めるためのシミュレーションを行っているが、船外機のプロペラ部分のシミュレーションはまだまだ実用段階ではないという。

「プロペラは回転速度が高く、キャビテーションが無視できません。キャビテーションの発生までは計算できるのですが、発生したキャビテーションがどの様に消滅するのかも重要です。この部分は今の計算資源では非常に難しい状況です。近い将来は、キャビテーションまで含めたプロペラの性能予測が可能になるでしょう。」(汲田氏)

クアッドコア インテル® Xeon® プロセッサをデュアルCPU構成で搭載したHP xw8400/CT Workstationによる船外機のシミュレーションでは、計算だけでなく結果の表示も従来のマシンの半分になった

シミュレーション計算のスピードと作業工数がほぼ半減

ヤマハマリン「船外機は1〜3年のスパンでモデルチェンジします。1年ごとに多少の改良を加え3年ごとに全面的に変更します。ある程度のひな形を元に設計しますが、そのときどきのニーズを反映する必要があります。最終段階の設計図ではなく、開発初期のラフな段階でシミュレーションを行うのが最も効果的です。シミュレーションは開発の方向性を短時間で決める為に使うべきです。」と、汲田氏は船外機のシミュレーションについて話す。

「今までのマシンで250時間かかっていたシミュレーションがHPのマシンでは150時間で終了します。1つの計算をするのに100時間の差は実に大きい。マシンが遅いと計算結果を描画するにも時間がかかるのですが、HP xw8400/CT Workstationは描画速度も非常に速いため作業工数もほぼ半分になりました。また、HP xw8400/CT Workstationはさくさく動くので思考が中断されず、他のパソコンを使うのが苦痛になりました。さらに、音が静かなのも手元で使うには最適です」と、汲田氏はその効果を話す。
ただ、唯一残念なのは8CPUをフルに使えないことだという。ソフトウェアのライセンスコストが制約になっているからだ。

計算サイクルと計算時間の関係「ソフトウェアのCPUライセンスの制限で現状では数CPU程度しか使っていません。8CPUをフルに使えばさらに速くなるとは思うのですが、コスト的に難しい。今やソフトウェアのCPUライセンスが大きな問題だと感じています。今後、マルチコアCPU環境のメリットをユーザが享受するためには、将来的にはこの点の解決も望まれます。今後はこのHP xw8400/CT Workstationのパフォーマンスを発揮させるために流体解析だけでなく、非線形構造解析、機構解析にも活用して行きたいと考えています。」(汲田氏)

流体シミュレーションに大きな効果を発揮したHP xw8400/CT Workstationは、今後ヤマハマリンの設計環境を支えるツールとして活躍することが期待される。

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PROFILE:
ヤマハマリン株式会社
所在地: 静岡県浜松市南区新橋町
設 立: 1960年2月
代表者: 代表取締役社長 加藤正平
資本金: 6億6459万円
売上高: 1,256億円(平成18年12月期)
従業員数: 1,700名(男1,540名 女160名)
URL: http://www.yamaha-marine.co.jp/
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