流体解析の条件設定が甘く実環境で性能が出ないトラブル

流体解析の条件設定が甘く実環境で性能が出ないトラブル

流体解析（CFD）は、製造業における設計・開発、生産管理の現場で欠かせない技術の一つです。

しかし、設計段階での流体解析結果と、実際の工場やユーザー現場での性能が一致しない、つまり「絵に描いた餅」となるトラブルに悩まされるケースは今も少なくありません。

長年アナログ文化が根強く残る日本の製造現場において、流体解析の“使い方”や“成果の活用”という意味でも発展の余地は大きく、トラブル解決のヒントは現場目線の地道なノウハウにこそあると考えます。

本記事では、流体解析の条件設定でありがちな“甘さ”とは何か、なぜ性能トラブルが生じるのか、そして、分析と対策を現場×管理職目線で深掘りしていきます。

流体解析の基本と現場のギャップ

流体解析とは何か

流体解析は、流体（液体や気体）の流れ、熱伝達、圧力分布などを計算機上のシミュレーションで予測する技術です。

近年、多くのCAE（Computer-Aided Engineering）ツールが発達し、3D CADと連携して、設計初期段階から流体挙動を可視化できるようになっています。

多くの製造業で
– ポンプやバルブなどの流体機器設計
– 空調や冷却・加熱機構の評価
– 塗装や洗浄といったプロセス設計
など幅広く利用されています。

現場実態とのギャップが生まれる理由

理想的な流体解析では、設計段階から「実際の使用環境」を忠実に再現したシミュレーションが期待されます。

しかし現場では、以下の課題がしばしばみられます。

– 入力パラメータを理想値で固定しすぎる
– 計算領域の簡略化、省略しすぎ
– 境界条件の誤設定・一律化
– 運転条件の変動を無視
– 材料特性、経年変化の軽視

昭和型のアナログ現場では「経験則の補正」で乗り切ってきた部分も多く、新しい解析ツールが使える設計者・管理者と、現場側とのコミュニケーションギャップも根強く残っています。

解析条件設定で「甘い」とは何か？実例による深堀り

1. 入力パラメータと実測値のズレ

流体解析で最も多いトラブルは、「入力した条件」と「実環境」とのズレです。

例えば、工場の冷却水配管の流体解析を行う場合、以下のような“甘さ”が表面化します。

– 圧力損失をカタログ値、もしくは理想的な直管路前提で入力してしまう
– 実際の現地配管は継手やバルブが多く、曲がりも多い
– 内面粗さや経年劣化、堆積物による断面狭窄を無視
– ポンプの運転状態（ON/OFF頻度、負荷変動）が想定通りではない

このような状態でCFD解析し、「十分な流量が確保できる」と判断しても、いざ現場で試作機を稼働させたとたんに「思ったほど冷えない」「流量が足りず設備停止」といったトラブルになります。

2. 境界条件設定の不適切さ

解析領域の入口・出口（インレット／アウトレット）の「境界条件」を零細化しすぎるのも、トラブルの温床です。

– 実配管は大気開放で排出されるが、解析は「圧力ゼロ」で固定
– 周囲温度、湿度、気圧変動などの外乱を一切加味しない
– サージ、脈動、逆流といった動的イベントを無視

例えば、排気ダクトのシステム設計で、設備周辺の風圧や温度変化を加味せず解析すると、「試運転時に排気が逆流し機器が故障」といった重大事故に発展するリスクも考えられます。

3. 初期・境界乱流モデルの単純化

流体解析では、流れの「乱れ（乱流）」をどうモデル化するかが非常に重要です。

代表的な乱流モデル（k-εモデル、LES等）は、多くの解析ソフトで用意されていますが、細かな現場応用に耐えうるパラメータ設定には“玄人の勘と経験”、もしくは現場実測値とのフィードバックが必須です。

意外と多いのが
– 「標準モデル」をそのまま採用し続け、特殊な狭部・異形配管では結果が大きくずれる
– “解析コスト優先”で省力化→求める精度が出ない

結局「現場の測定値で調整すればいいだろう」と放置し、最終的に設計・現場でトラブルとなり、コスト増や納期遅延の原因になることがあります。

実環境での性能トラブルが発生する実際の流れ

1. 開発・設計部門の最適化バイアス

設計現場では
– 理想設計を早期にCFDで示し、コスト削減・軽量化を目指したい
– 品質保証部門から「解析で性能を担保できる」と認めてもらいたい

という本音があります。

一方で、現地実環境や工場での微小な条件変動を“詳細にモデリングしすぎる”ことは計算手間増大→業務効率低下→納期圧迫につながるため、どこかで「都合の良い条件」に寄せてしまうケースが散見されます。

2. 製造・生産現場とのコミュニケーション不足

工場現場では
– 昭和からのアナログな運用ノウハウや“現場勘”
– 自社独特の設備設置方法、修理・改造歴

などが山ほど蓄積しています。

設計段階で十分なヒアリングや現地調査を行わず、デスクワーク中心でCFD解析を進めると“机上の空論”がまかり通り、現場立ち上げ時にトラブルが噴出します。

3. 品質保証やバイヤーの盲点

バイヤー（調達部門）は、設備導入時に「カタログスペック」や「CFD解析レポート」を重視する傾向です。

ところが、納入して実装したとたんに
– 流量不足
– 異常振動や騒音
– ユーザー現場での不具合クレーム

が発生し、サプライヤーや設計部門、現場オペレーターとの板挟みに遭うことも珍しくありません。

昭和的アナログ業界が生み出す“実地ノウハウ”の現代的価値

アナログ業界の「現場ノウハウ」再評価の時

自動化・デジタル化が進む中、昭和的アナログ現場の“融通性”や“段取り力”はまだまだ健在です。

経験豊富なオペレーターや設備管理者が
– 独特の警報音でトラブルを察知
– 微妙な圧力変動で配管の詰まりを感知
– 現場にしかない「裏マニュアル」で素早く復旧対応

などを行う光景は、今も多くの工場で見られます。

これは「現場実態に即した正しい解析条件・パラメータを入力する」際のヒントに満ちており、設計・調達・生産管理すべての部署が“現場の生きた情報”を徹底的にヒアリング・フィードバックする機会を設けることがトラブル低減の要諦となります。

“現場目線のデータ”を解析に織り込む重要性

製造現場で“性能が出ていない”と認識したとき
– 実測データ（流量、圧力、温度、濃度等）を積極的に収集
– 経年変化、汚れや摩耗、現場ごとの施工差も検証
– トラブル・クレーム事例を設計・解析へ即時還元

こうした「現場データをいかに設計上のCFD条件に組み込むか」が、製造業発展のカギと考えます。

バイヤー（調達側）は、「紙のスペック」だけでなく、サプライヤーの“現場トラブル対応力”や“実フィードバック”を重視する視点が不可欠です。

トラブル防止のための現場主導策と今後の方向性

現場ヒアリングの徹底・定量化

設計初期段階から、製造・工務・メンテ担当者を交えた現場視察・ヒアリングを必須事項とし、以下の観点を押さえましょう。

– 実際の運用条件（最大・最小流量、変動パターン等）を時系列で収集
– 設備の老朽度、過去のトラブル履歴を記録
– 特殊な運用ノウハウや裏技も共有

これにより「想定外の条件」が突然現れるリスクを大幅に減らせます。

“現場実測”דシミュレーション”のフュージョン

最近のトレンドとして
– IoTセンサーによる現場データ自動収集
– AI解析による異常予兆の高精度化

が進んでいます。

流体解析でも、現場での“センサー実測値”と“解析値”のマッチングによるパラメータ再調整という、ハイブリッド方式が求められます。

設計者・サプライヤー・現場担当が同じデータを見てディスカッションし、都度CFD条件をアップデートするサイクルが理想的です。

調達・バイヤー部門の期待値コントロール

調達部門・バイヤー側も
– サプライヤー評価で“CFD実績”のみを基準とせず
– トラブル発生後のフォロー力、現場での実データ分析力を重要視
– 現場との橋渡しとして、設計・現場・品質の三者面談やPDCAを仕組み化

といった視点転換が必要です。

まとめ：現場目線×解析技術で新たな地平を切り開く

流体解析の条件設定が甘く、実環境で性能が出ない――。
この問題は、単なる解析技術の問題にとどまらず、設計／現場／調達／品質と、部署・立場を超えた本質的なコミュニケーション力の欠如とも言えます。

アナログ現場の豊かな実地ノウハウと、最新のデジタル流体解析を“融合”させ、「現場実態を本当に反映した条件設定」こそが製造業競争力の源です。

これからバイヤーを目指す方、サプライヤーとしてバイヤーの思考法を学びたい方、そして全ての製造現場従事者に向け、現場でのトラブルや失敗事例を単なる“責任転嫁”で終わらせず、ナレッジと仕組みに昇華させる文化を育んでいきましょう。

ラテラルシンキングで現場の現実とデジタル技術の“掛け算”を極める――。
これこそが、昭和的アナログ業界から真の現代製造業へと生まれ変わる第一歩なのです。