日本原子力学会 2017 年春の年会計算科学技術部会企画セッションシミュレーションの信頼性確保に関する取り組みの現状と課題 (3) シミュレーションの信頼性確保に関する国内外の取り組みの現状と課題田中正暁流動系統解析 Gr 高速炉計算工学技術開発部次世代高速炉サイクル研究開発センター日本原子

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あいりくぬぎ
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1 日本原子力学会 2017 年春の年会計算科学技術部会企画セッションシミュレーションの信頼性確保に関する取り組みの現状と課題 (3) シミュレーションの信頼性確保に関する国内外の取り組みの現状と課題田中正暁流動系統解析 Gr 高速炉計算工学技術開発部次世代高速炉サイクル研究開発センター日本原子力研究開発機構本資料では V&V に関する複数の組織の活動について紹介していますこれらは発表者の知り得る範囲で公開文献や国際会議等での講演内容等を総合して情報を整理したものです従って本資料の内容については発表者の個人的な考えが含まれる場合があることを予めご了承ください 1 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 2

2 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 3 はじめに様々な場面においてシミュレーションの利用は当たり前誰でも使える結果が得られる有用なシミュレーションであるためには計算結果の信頼性確保が重要シミュレーションの信頼性を確保する方法論として V&V(Verification & Validation) は国内外で広く認識モデル V&V と品質 V&V の 2 つと独立 V&V モデル V&V: モデリング & シミュレーション V&V 品質 V&V: 品質マネジメント V&V 独立 IV&V:Independent V&V( 第 3 者検証 ) 標準ガイドラインが国内外の複数機関から発行されているが V&V の適用事例は国内外問わず少なく国内外の最近の検討を参考に V&V の実装を考える必要がある c 4

3 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 5 米機械学会 (ASME) における活動 (V&V Committee) ASME 委員会 (CODES & STANDARDS) Verification and Validation in Computational Modeling and Simulation 活動分野 :V&V-10~60 まで 6 つ (2 つ新設 ) の分野 V&V-1: Verification, Validation and Uncertainty Concepts and the Application of ASME V&V Standards 以下の個別分野の横串となるドキュメント ( 総論 ) を作成中基礎分野 V&V-10: V&V in Computational Solid Mechanics( 計算固体力学 ) V&V-20: V&V in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer ( 計算流動伝熱 ) 応用分野 V&V-30: V&V in Computational Simulation of Nuclear System Thermal Fluids Behavior ( 原子力システムの熱流動挙動の計算シミュレーション ) V&V-40: V&V in Computational Modeling of Medical Devices ( 医療機器の計算モデル化 ) ( 以下新設 ) V&V-50:V&V of Computational Modeling for Advanced Manufacturing V&V-60: V&V in Modeling and Simulation in Energy Systems and Applications c 6

米機械学会 (ASME) における活動 (V&V Symposium) ASME V&V Symposium(ASME V&V サブコミッティ主催 ) ASME V&V COMMITTEE ASME V&V Symposium Archive 毎年 5 月初旬に米国ラスベガスにて開催 (2017 年 5 月 3~5 日 ) 産業界のニーズ ( アプリケーションとしての VVUQ/ 実装の観点 )

4 米機械学会 (ASME) における活動 (V&V Symposium) ASME V&V Symposium(ASME V&V サブコミッティ主催 ) ASME V&V COMMITTEE ASME V&V Symposium Archive 毎年 5 月初旬に米国ラスベガスにて開催 (2017 年 5 月 3~5 日 ) 産業界のニーズ ( アプリケーションとしての VVUQ/ 実装の観点 ) よりは不確かさ評価手法検証用問題 (MS) の提案など基礎基盤の議論 VVUQ 手法の適用確認を目的としたベンチマーク問題 (Challenging Problems) 非定常流れのシミュレーションに関するワークショップ非定常解析における収束性の影響と不確かさ評価手法がテーマ ( ASME V&V Committee Meeting( 個別分野で年数回 Symposium 併設 ) ASME Symposium の前々日前日 (2017 年 5 月 1~2 日 ) 公開セッション ( 議論に参加可 ) として委員会会合を開催個別会合 ( 各委員会 )+ 全体会合 ( 活動総括 ) いずれの委員会も委員募集中 ( 個人の資格 ( 規制側も参加 ) 幅広い議論を要望 ) Journal of Verification, Validation and Uncertainty Quantification 7 米機械学会 (ASME) における活動 (V&V-30) c V&V-30:V&V in Computational Simulation of Nuclear System Thermal Fluids Behavior 標準は策定中幅広い適用範囲 : 既存炉 / 新設炉炉型幅広い対象分野 : 設計 / 安全 / メンテナンス等システムコード /CFD コード標準発行前にドキュメント ( 解説書 ) を発行予定 ( 作成中 ) Hierarchical Scaling in V&V-30( 階層分析 (H2TS 手法等 ) によるスケール効果 ) Need for V&V-30(VVUQ の必要性検証試験のあり方要求等 ) ベンチマーク解析を実施 (2016 ASME V&V Symposium にて提案 ) サーマルストライピング現象を対象とした平行 2 噴流混合水試験 (UTK/TAMU) V&V-30 で検討している一連の VVUQ 手法の適用性確認問題設定 V&V 適用不確かさ評価 & 妥当性評価 ( 参考文献 ) C. J. Freitus, V&V 30 Subcommittee - Benchmark Problem 1 - Twin Parallel Jet Simulations - Preliminary Results, ASME V&V Symposium 2016, (2016). <ASME V&V COMMITTEE ASME V&V Symposium Archive> M. Crosskey and A. Ruggles, Proc. of ICAPP 2014, Paper (2014). H. Wang, et.al., Int. J. Heat and Mass Transfer, 92, (2016). V&V-30 委員会会合および ASME 2015 V&V Symposium で原子力学会ガイドラインの策定状況 ( 発行前 ) について紹介 (VVS ) 8

5 米原子力学会 (ANS) おける活動ソフトウェア V&V に係るガイドライン発行 ( 初版 :1987 年改訂 :2008 年 ) ANS Guidelines for the Verification and Validation of Scientific and Engineering Computer Programs for the Nuclear Industry (ANSI/ANS ;R1998;W2008) Verification and Validation of Non-Safety-Related Scientific and Engineering Computer Programs for the Nuclear Industry (ANSI/ANS ; R2016) 産業界で使用する計算プログラム ( ソフトウェア ) を開発する際の V&V 実施手順プログラム開発の過程で得られる成果物 (products) に対する要求事項 ( 成果物に対する Verification が主 ) を明記適用範囲 (2008 年版 ): 原子力産業界で使用するために開発される安全性の判断等に関係しない (Non-Safety-Related) 科学および工学分野の計算プログラム ( ソフトウェア ) に適用安全性に関係する重要な問題等への適用は除外 ( 定義 )non-safety-related: software whose failurewould not create a hazard to a facility, worker, or member of the general public. 9 Table 1- Sample V&V activities associated with program development c Development Activity 5. Initiation ( 問題設定 ) 5. Requirements definition ( 要求項目の定義 ) 6. Design ( プログラム設計 ) 7. Coding ( プログラムのコーディング ) 8. Integration and testing( ( 個別プログラムの統合 ) 9. Installation( ( インストールパッケージの構成 ) 10. Operation and maintenance Development product ( 製品アウトプット ) Testing activity V&V Activity(V&V に係る活動 : 主として Verification) Statement of Problem - Prepare V&V Plan Management Plan - - Requirements specification - Verify requirements specification - Develop preliminary test plan Verification of Preliminary test plan Design Specification - Verify design Preliminary program Verify preliminary program - documentation documentation - Update Test Plan Verify updated test plan Source code - Verify source code Updated program Verify updated program - documentation documentation - Finalize test plan - - Built test database Verify test plan and test database Integrated program Verify program integration - Run test plan (validation) Verify test results Installation package Verify installation package Final program documentation - Verify final program documentation - - Prepare final V&V report Changes to program and Repeat above activities as documentation necessary 10

米規制委員会 (USNRC) における活動 CSAU(Code Scaling, Applicability, and Uncertainty) NUREG/CR-5249, R4 (1989):LOCA/ECCS 評価への適用 BEPU(Best Estimate Plus Uncertainty) CSAU 適用時の不確かさ評価手法の開発過程で確立 (NEA/CSNI/R(2007)9)

6 米規制委員会 (USNRC) における活動 CSAU(Code Scaling, Applicability, and Uncertainty) NUREG/CR-5249, R4 (1989):LOCA/ECCS 評価への適用 BEPU(Best Estimate Plus Uncertainty) CSAU 適用時の不確かさ評価手法の開発過程で確立 (NEA/CSNI/R(2007)9) 最適評価コードによる最確値とその不確かさを考慮した解析を実施 BEPU = 最適評価 (BE:Best Estimate) + 不確かさ (Uncertainty) PIRT(Phenomena Identification and Ranking Table) CASU の一部として開発されたシステム分析重要現象の抽出を行う手法 NUREG/CR-6944, Next Generation Nuclear Plant PIRTs, Vol.1~Vol.6 (2008) EMDAP(Evaluation Model Development and Assessment Process) USNRC REGULATORY GUIDE (2005)(CSAU の発展バージョン ) CSAU と合わせて原子力学会統計的安全評価の実施基準 :2008 のベース ISTIR(An Integrated Structure and Scaling Methodology for Severe Accident Technical Issue Resolution) NUREG:CR-5809 (Draft) (1991) / N. Zuber, et al., NED, 186 (1998) 複数の手法を統合 PIRT + SASM(*1) + H2TS(*2) + CSAU *1) SASM: Severe Accident Scaling Methodology *2) H2TS: Hierarchical, two(2)-tiered Scaling 多次元解析評価解析評価に対する VVUQ の適用 :NUREG-2152(2013) 商用 CFDコード (RANS 解析 ) によるドライキャスク評価のBest Practice 11 多次元解析評価における VVUQ の適用 NUREG-2152(2013) c Computational Fluid Dynamics Best Practice Guidelines for Dry Cask Applications AIAA Guideline(AIAA G (2002)) および ASME Standard V&V 20 を参照ドライキャスク評価に商用 CFD コードの非圧縮性乱流解析 (RANS 解析 ) を使用する際の VVUQ の適用によるベストプラクティスガイドライン ( 妥当性確認解析まで ) AIAA Guidelineを参照して発生する不確かさ / 誤差の要因抽出 ( 要因 )Model Error and Uncertainty Discretization or Numerical Error Iteration or Convergence Error Round-Off Errors Application Uncertainties User Errors Code Errors CFD Best Practiceのためのガイドライン ( 説明 + 推奨アプローチ ) CFD Best Practice のためのチェックリストを提供 ( 要求 )Grid Requirements Discretization Schemes Convergence Control Modeling Uncertainty Round-Off Errors User Errors Code Errors 解析結果の分析: 感度評価と不確かさ評価 The Calculation and Numerical Model(M&S) のV&V ( 誤差評価妥当性確認方法品質保証について言及 ) 妥当性確認解析の適用事例: 既往実験を対象とした妥当性確認解析 (VSC-17 Spent Fuel Storage Cask) 12

7 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 13 c CSNI:Committee on the Safety of Nuclear Installations( 軽水炉 ) Computational fluid dynamics (CFD) in nuclear reactor safety (NRS) 原子炉安全における適切なCFD 利用のあり方に関する調査研究を実施 ( (1)Best Practice Guidelines for the use of CFD in Nuclear Reactor Safety Applications Revision(NEA/CSNI/2(2014)11 NEA/CSNI/R(2007)5) ASME V&V ガイドラインを含めた VVUQ 手順に言及解析事例 ( ベストプラクティス ) が数多く掲載 (2)Assessment of CFD Codes for Nuclear Reactor Safety Problems - Revision 2 (NEA/CSNI/R(2014)12) (3)Extension of CFD Codes Application to Two-Phase Flow Safety Problems - Phase 3 (NEA/CSNI/R(2014)13) (4)Review of Uncertainty Quantification Methods for CFD(NEA/CSNI/R(2016)4) VVUQ ガイドライン等における不確かさ評価手法のレビューおよび不確かさ評価事例の紹介欧州 (OECD/NEA/CSNI) における活動 (CFD in NRS) 国際会議 ( 原子炉安全のためのCFD (CFD4NRS) ) を2 年毎に開催 Best Practice 事例およびVVUQ 適用事例などについて報告議論 ( 議論は上記報告書にも反映 ) ( 次回 ) 第 7 回 :2018 年 9 月上海 /( ホスト ) 上海交通大学 14

8 欧州 (OECD/NEA/CSNI) における活動 (Scaling) THE OECD/NEA/CSNI SOAR (State Of Art Report) on Scaling (THE S-SOAR) スケール問題 ( 実機評価への外挿性 ) に関する調査報告書が発行 A state-of-the-art report on scaling in system thermalhydraulics applications to nuclear reactor safety and design, Nuclear Safety NEA/CSNI/R(2016)14 (March 2017) 既往のスケーリング手法について整理 (H2TS FSA DSS 等 ) 妥当性確認用試験におけるスケーリングの考え方 ( 適切な設計 ) の整理 - 個別効果試験 (SET: Separated Effect Test) - 総合効果試験 (IET:Integrated Effect Test) 3D CFD コード ( 単相流 / 混相流 ) および 1D システムコードの利用におけるスケーリングの考え方とそれぞれの特性および使用限界に関する検討スケーリングに関する広範囲なテーマで State Of Art の情報が整理報告書の要約 :F.D Auria (U. Pisa), D.Bestion (CEA), P.Lien (USNRC), and H.Nakamura (JAEA), NUTHOS-11, (2016), N11P0640 ( 参考 ) 2016 年春の年会計算科学技術部会セッション解析コードV&Vの現状と実施例 (JAEA) 中村秀夫熱流動分野における解析コードV&V とScaling 15 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 16

9 原子力分野以外での米国 (DoD AIAA NASA) での取り組み米国防総省 (DoD) における活動 ( 多くの V&V ガイドラインで参照 ) DoD Modeling and Simulation (M&S) Verification, Validation, and Accreditation (VV&A)(DoDI ) DoD Modeling and Simulation Management(No ) 米航空宇宙学会 (AIAA) における活動 ( 多くの V&V ガイドラインで参照 ) AIAA Standards Guide: Guide for the Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulations (AIAA G (2002)) 米航空宇宙局 (NASA) における活動 2003 年スペースシャトルコロンビア号事故により M&S 標準の作成開始 Standard For Models and Simulations (NASA-STD-7009A: w/ CHANGE 1 改訂 :NASA-STD-(I)-7009) NASA Handbook for Models and Simulations: An Implementation Guide for NASA-STD-7009(NASA-HDBK-7009) S. R. Blattnig, et al., "NASA Standard for Models and Simulations: Philosophy and Requirements Overview", Journal of Aircraft, 50(1) (2013), pp c Standard For Models and Simulations (NASA-STD-7009A) M&S を実施する際の設計開発利用における要求項目を規定 4. REQUIREMENTS 4.1 M&S Programmatics M&S Development (Verification, Validation, and Uncertainty Characterization) M&S Use (Operations) (Uncertainty Characterization, Sensitivity Analyses, Assessing the Credibility of M&S Results, Reporting Results to Decision Makers) Appendix: General M&S Programmatics (4.1.1) (Planning across the M&S Cycle) Appendix Dの実施 M&S Best Practices Recommendations (4.1.2) M&S Training Recommendations (4.1.3) General M&S Development (4.2.1) / Recommendations (4.2.2) M&S Verification (4.2.3) / Recommendations (4.2.4) M&S Validation (4.2.5) / Recommendations (4.2.6) Uncertainty Characterization in M&S Development (4.2.7) / Recommendations (4.2.8) M&S Use (4.3.1) / Recommendations (4.3.2) Uncertainty Characterization in M&S Use (4.3.3) / Recommendations (4.3.4) M&S Sensitivity Analysis (4.3.5) M&S Results Credibility Assessment (4.3.6) / Recommendations (4.3.7) Appendix Eの実施 M&S Results Reporting (4.3.8) / Recommendations (4.3.9) A / B 上記の実施要求 (requirements)/ 推奨 (recommendations) のチェックリスト D M&S Criticality Assessment E M&S Credibility Assessment F M&S Life Cycle 18

Standard For Models and Simulations (NASA-STD-7009A) 〇 Appendix-D M&S Criticality Assessment( 要求 :[M&S 6] 項 ) <NASA 技術標準における Graded Approach > すべからく標準に完全準拠する必要はない重要度の判定基準を示す - 赤色セル

6 項 & 推奨 :4.3.7) < レベル 0~4 まで何がどこまでできている何をどこまで実施する > PCMM(Communication Tool: 何をどこまで?) に影響 W.L. Oberkampf, M. Pilch, and T.G.

10 Standard For Models and Simulations (NASA-STD-7009A) 〇 Appendix-D M&S Criticality Assessment( 要求 :[M&S 6] 項 ) <NASA 技術標準における Graded Approach > すべからく標準に完全準拠する必要はない重要度の判定基準を示す - 赤色セル (R): 標準への完全準拠が必要 - 黄色セル (Y): 必要に応じて標準への完全準拠 ( 協議によって決定 ) - 緑色セル (G): 完全準拠への要求はない〇 Appendix-E M&S Credibility Assessment ( 要求 :4.3.6 項 & 推奨 :4.3.7) < レベル 0~4 まで何がどこまでできている何をどこまで実施する > PCMM(Communication Tool: 何をどこまで?) に影響 W.L. Oberkampf, M. Pilch, and T.G. Trucano, Predictive Capability Maturity Model for Computational Modeling and Simulation,SAND (2007). 19 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 20

NAFEMS:National Agency for Finite Element Methods and Standards 〇全世界に会員を有する非営利団体 NAFEMS japan ホームページ :https://www.nafems.

11 NAFEMS:National Agency for Finite Element Methods and Standards 〇全世界に会員を有する非営利団体 NAFEMS japan ホームページ : コンピューターを活用した設計やシミュレーション -CAE は今や製品開発を行う上で欠かせない重要な存在となっていますそして様々な CAE ツールやそれらを取り巻く技術が急速に発展している中 CAE を利用するための情報や場を提供できる中立的かつ国際的な機関の存在が必要とされるようになりました NAFEMS はこのようなニーズに応える工学設計解析のための唯一の国際アソシエーションです Verification, Validation, and Uncertainty Quantification for Managers ( 作成中 ) (W. L. Oberkampf and M. Pilch, ASME V&V Symposium 2016, VVS ) c 21 原子力分野以外での欧州 (NAFEMS) での取り組み〇品質 V&V に係る ISO9001:2008 に準拠した NAFEMS QSS:2008 を発行 Quality Management in Engineering Simulation - A Primer for NAFEMS QSS ( 解説書 ) NAFEMS QSS:2008 Engineering Simulation - Quality Management Systems - Requirements 〇 ASME V&V-10 委員会との協働 What is Verification and Validation? working_groups/amwg/4pp_nafems_asme_vv.pdf 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 22

12 日本計算工学会 (JSCES) 〇シミュレーションの品質信頼性にかかわる調査研究シミュレーションの品質信頼性にかかわる調査研究研究分科会研究分科会 (HQC(High Quality Computing(*)) 研究分科会 ) オーガナイズドセッション No.27( 第 15 回日本計算工学講演会 :2010 年 5 月 26 日 ) シミュレーションの品質保証と標準化に向けた取り組み ~ HQC(High Quality computing) 研究分科会活動報告 ~ ( c 23 原子力分野以外 : 国内 ( 日本計算工学会 ) での取り組み主査: 白鳥正樹教授 ( 横浜国立大 )( 第 1 期 ~ 第 2 期 ) 越塚誠一教授 ( 東京大学 )( 第 3 期 ~) 委員構成 : 自動車電機原子力 CAE 等の民間企業など (*) 伊理, 日本機械学会誌, 98(920) (1995.7), 538. ISO9001およびNAFEMS:QSSに準拠した品質 V&Vに関する日本の標準の作成 -S-HQC001:2014 工学シミュレーションの品質マネジメント第 2 版 (2014) -S-HQC002:2015 工学シミュレーションの標準手順第 2 版 (2015) - HQC003:2015 学会標準 (HQC001&002) 事例集 (2015) ( 参考 ) 工学シミュレーションの品質保証とV&V 丸善出版( 株 )(2013) 〇日本計算工学講演会パネルディスカッション( 第 14 回 :2009 年 5 月 12 日 ) シミュレーションの品質保証と現実問題への適用 ~いまなぜ解析の品質なのか諸外国の動向と日本の取り組み~ ( 計算工学 14(4) (2009)) 土木分野の数値解析における V&V に関する小委員会土木学会全国大会( - 平成 26 年度全国大会研究討論会 :2014 年 9 月 10 日数値解析におけるV&V( 検証と妥当性確認 ) をご存知ですか? - 平成 27 年度全国大会研究討論会 :2015 年 9 月 16 日 V&Vのススメ : 土木分野における数値解析の課題 - JCOSSAR2015:2015 年 10 月 14 日 ~16 日 ( 第 8 回構造物の安全性信頼性に関する国内シンポジウム ) パネル不確定事象を含むシミュレーションのV&Vをどう行うべきか土木分野におけるV&Vの現状と課題 ( 渦岡教授 ( 徳島大学 )) c 24 原子力分野以外 : 国内 ( 土木学会 ) での取り組み (1/3) 〇目的 : 先行している欧米や日本の他学会の取り組み成果を参照しつつ, 地盤鋼コンクリート流体など土木分野の材料ごとに必要となる数値解析の V&V の考え方やプロセスをまとめ, 解析の信頼性向上を図る〇期間 :2014 年 ~ 〇委員 : 委員長 : 渦岡良介 ( 徳島大学 ), 副委員長 : 櫻井英行 ( 清水建設 ) 地盤, 鋼, コンクリート, 流体など, 現在 18 名〇活動 : 国内外の関連分野の V&V の動向調査と分析各材料分野における数値解析の信頼性の現状調査と分析各材料分野における V&V の具体的な実施方法の検討

多様な非線形材料, 空間的時間的スケールが大きい長い構造物の解析にとって, 合理的な V&V とは? モデル V&V 材料挙動の複雑さのため,Verification と Validation の区別が不明確? Verification の課題 : 解析解がない非線形材料 Validation の課題 : 単純化された模型実験 vs 複雑な現場解析結果の用途に適した問題設定は可能か?

品質 V&V 原子力分野以外 : 国内 ( 土木学会 ) での取り組み (2/3) コード + 人の信頼性土木分野での課題 (2014 年 ) 確立されたコードがない分野では, コード毎に検討が必要 V&V に対応した解析者の力量認定制度の必要性 ) 平成 27 年度土木学会全国大会研究討論会 05 報告資料 V&Vのススメ : 土木分野における数値解析の課題より抜粋

13 多様な非線形材料, 空間的時間的スケールが大きい長い構造物の解析にとって, 合理的な V&V とは? モデル V&V 材料挙動の複雑さのため,Verification と Validation の区別が不明確? Verification の課題 : 解析解がない非線形材料 Validation の課題 : 単純化された模型実験 vs 複雑な現場解析結果の用途に適した問題設定は可能か? Prediction の課題 : 不均一性不確実性の評価解析に必要な調査とのバランスは? 品質 V&V 原子力分野以外 : 国内 ( 土木学会 ) での取り組み (2/3) コード + 人の信頼性土木分野での課題 (2014 年 ) 確立されたコードがない分野では, コード毎に検討が必要 V&V に対応した解析者の力量認定制度の必要性 ) 平成 27 年度土木学会全国大会研究討論会 05 報告資料 V&Vのススメ : 土木分野における数値解析の課題より抜粋 ( 25 土質材料 / 地盤工学が抱える難しさ〇極めて複雑な挙動三相混合体, 非線形, 弾塑性, 時間 / 拘束圧依存, 異方性〇変状が空間的にも時間スケール的にも大規模数秒, 数分後 ~ 数十年後に至るまで二次元解析が中心〇自然材料であるがゆえに人工材料と比べて, 現場ごとに土が異なる不確実性土の状態は不均質/ 非一様が大きい初期状態/ 境界条件が不明瞭解析事例 : 原子力分野以外 : 国内 ( 土木学会 ) での取り組み (3/3) あと何年でどれだけ沈下するか? 地盤を単純モデル化各層の初期状態を推定実測沈下量を再現残留沈下を予測どのような対策をすれば良いか? 日本計算工学会 HQC 研究会 2015 年 10 月 19 日東京大学渦岡先生ご講演資料から抜粋要約 Test embankment 多様な非線形材料空間的時間的スケールが大きい長い構造物 ( 中井先生名古屋大学 ) 26

非線形 CAE 勉強会を開催早い時期から V&V について着目啓発 (http://www.jancae.

14 非線形 CAE 勉強会を開催早い時期から V&V について着目啓発 ( 第 31 回勉強会 :2017 年 6 月 24 日 25 日 ) 非線形 CAEの新しい潮流 :V&Vおよび不確かさについて紹介( 予定 ) c 27 原子力分野以外 : 国内 ( 非線形 CAE 協会 ) での取り組み構造力学固体力学の分野の大学院生あるいは若手研究者 CAE ソフトウェアを業務に利用している / したことがある人を対象実務的な応用に根ざした非線形力学動力学などの基礎理論および CAE ソフトで非線形性を扱う際の基礎技術を体系的に学び, 身につける機会を提供第 6 回勉強会 : 2004 年 11 月 27 日 28 日 CAE のためのバリデーションベリフィケーション (VV) 第 13 回勉強会 :2008 年 6 月 22 日 CAE と設計 :ASME V&V-10 を紹介 ( ASME V&V 解説 ) 第 17 回勉強会 :2010 年 5 月 29 日 30 日 6 月 19 日 20 日 Verification & Validation ~CAE の品質向上に向けて第 18 回勉強会 :2010 年 11 月 13 日 14 日 12 月 4 日 5 日解析の検証と妥当性確認 (Verification & Validation)~CAE の品質向上に向けて第 21 回勉強会 :2012 年 6 月 9 日 CAE これからの 10 年 :V&V に関する最近の状況を紹介原子力分野以外 : 国内 (JAXA) での取り組み JAXA( 宇宙航空研究開発機構 ) における IV&V の活動ソフトウェア独立検証と有効性確認 (Independent Verification & Validation) ソフトウェアやシステム開発において高い信頼性を実現する取り組み検証と妥当性確認 (Verification & Validation:V&V) に基づいてソフトウェアやシステムを開発しているがより高い信頼性を実現する開発プロセスを新たに検討する場合 (JAXA Repository / AIREX) ( 経緯 ) 1987 年スペースシャトルチャレンジャー爆発事故からNASA(IV&V Facility) で開始国際宇宙ステーション計画によりJAXAで開始 ( 参考資料 ) IV&Vガイドブック虎の巻 (2013 年 ) 第三研究ユニット( 旧情報計算工学センター ) ホームページ ( 発表者 ( 田中 ) の整理としてモデル V&V を第 1 の V&V とするならばその信頼性をより確かなものにする品質 V&V は第 2 の V&V と言えるこれら 2 つの V&V の実施を前提としてさらに高い信頼性を実現するための独立 V&V は第 3 の V&V と言えないか? 28

IV&V における技術的組織的資金的独立 IV&Vガイドブック [ 虎の巻 ](2013 年 ) はじめに IV&V の必要性から抜粋宇宙機開発に携わるエンジニアも人間ですうっかりミスや想定抜けをゼロにすることはできません

開発組織とは別の組織によって行うことが求められます開発組織の方針やスケジュールに左右されず IV&V 組織の中でどのソフトウェアを IV&V の対象にするか IV&V にどの技法を使うか IV&V のスケジュールをどうするかを決定できます

出典 )IV&Vガイドブック[ 虎の巻 ](2013 年 ) 29 IV&V における V&V の定義と実施のイメージ Verification: 評価対象ソフトウェアのライフサイクルを通し

15 IV&V における技術的組織的資金的独立 IV&Vガイドブック [ 虎の巻 ](2013 年 ) はじめに IV&V の必要性から抜粋宇宙機開発に携わるエンジニアも人間ですうっかりミスや想定抜けをゼロにすることはできません開発に携わっている組織や人間とは別の第三者の冷静な観点で更にソフトウェアを点検することで高い信頼性を実現することが可能になりますこれは IV&V の技術的独立のメリットですまた IV&V は開発組織とは別の組織によって行うことが求められます開発組織の方針やスケジュールに左右されず IV&V 組織の中でどのソフトウェアを IV&V の対象にするか IV&V にどの技法を使うか IV&V のスケジュールをどうするかを決定できますこれが組織的独立のメリットです更に IV&V は独自の予算によって行われます開発に携わっている組織において資金面の問題によって IV&V ができなくなることを防ぐことができますこれは IV&V の資金的独立のメリットです c 出典 )IV&Vガイドブック[ 虎の巻 ](2013 年 ) 29 IV&V における V&V の定義と実施のイメージ Verification: 評価対象ソフトウェアのライフサイクルを通し上流プロセスの成果物から下流プロセスの成果物への要求トレースが可能でありそれらが内容を含め整合していることを検証すること Validation: 評価対象ソフトウェアが最上位要求であるミッション要求安全要求運用要求から求められる機能性質及び品質を満足していることを確認すること c 出典 )IV&Vガイドブック[ 虎の巻 ](2013 年 ) 30

16 IV&V 実施時の 5 つの観点片平, 成功し続けるためのIV&V 安心のための価値を高める積極的アプローチ IPAグローバルシンポジウム2013 講演資料から抜粋 ( 31 IV&V の生み出す価値片平, 成功し続けるためのIV&V 安心のための価値を高める積極的アプローチ IPAグローバルシンポジウム2013 講演資料から抜粋 ( 32

17 目次はじめに原子力分野 ( 国外 ) での取り組み米国 (ASME ANS USNRC) 欧州 (OECD/NEA/CSNI) 原子力分野以外 ( 国外国内 ) での取り組み米国 (AIAA DoD NASA) 欧州 (NAFEMS) 国内 ( 日本計算工学会 (HQC) 土木学会非線形 CAE 協会 JAXA) おわりに 33 c シミュレーションの信頼性確保に関する国内外の取り組みの現状を概説原子力分野 ( 国外 ) での取り組みとして〇米機械学会 (ASME) における活動 (10, 20, 30( 現状報告 ), 40, 50) 〇米原子力学会 (ANS) おける発行済みガイドライン ( 品質 V&V) 〇米規制委員会 (USNRC) における活動 ( 既往手法に加え CFD 解析 V&V) 〇欧州 (OECD/NEA/CSNI) における CFDinNRS と Scaling 原子力分野以外 ( 国外 ) での取り組みとして〇米国 (AIAA DoD NASA):NASA 技術標準での Graded Approach 〇欧州 (NAFEMS):ISO9001 準拠の品質 V&V 原子力分野以外 ( 国内 ) での取り組みとして〇日本計算工学会 (HQC) における品質 V&V 標準の発行〇土木学会土木分野の数値解析における V&V に関する小委員会での活動〇非線形 CAE 協会での啓発活動〇宇宙航空研究開発機構 (JAXA) での IV&V( 第 3 の V&V) の実施シミュレーションの信頼性確保に関する国内外の取り組みの課題未だV&Vの適用事例は国内外問わず少ない( 一部では実用 ) 様々な分野で様々な活動検討実装が為されている V&Vの実装 ( 実用 ) は分野課題で違いがある ( 目的は共通 ) 分野を超えて相互に参照可能な ( 自由な ) 議論ができる場が望まれるおわりに 34

(3) 国内外のガイドライン策定に係る現状目次 2 0. はじめに 1. シミュレーションの信頼性確保に関わるガイドラインの流れ ~ モデルと品質 ~ 2. モデリング & シミュレーションにおける V&V モデル ~ASME における V&V ガイドライン策定の動き ~ 3. 品質マネジメン

(3) 国内外のガイドライン策定に係る現状目次 2 0. はじめに 1. シミュレーションの信頼性確保に関わるガイドラインの流れ ~ モデルと品質 ~ 2. モデリング & シミュレーションにおける V&V モデル ~ASME における V&V ガイドライン策定の動き ~ 3. 品質マネジメン日本原子力学会 2015 年春の年会 3 月 20 日 ( 金 )13:00~14:30 1 計算科学技術部会セッションシミュレーションの信頼性確保のためのガイドラインの策定 (3) 国内外のガイドライン策定に係る現状日本原子力研究開発機構田中正暁 (3) 国内外のガイドライン策定に係る現状目次 2 0. はじめに 1. シミュレーションの信頼性確保に関わるガイドラインの流れ ~ モデルと