パンチカードからバーチャルツインへ： 先進シミュレーション技術の進化と革新の歴史

1970年代、AVLにおけるコンピュータ支援シミュレーションの黎明期は、CAE計算と有限要素法（FEM）の初期の適用によって特徴付けられました。最初は1977年、ドイツのシュトゥットガルトにあるFa IKOSS（Fast and Innovative Key Operations Supercomputing System）でASKAソフトウェアを使用して行われました。1978年にAVLに入社したGotthard Rainerは、AVLのエンジン開発におけるコンピュータ支援シミュレーションで重要な役割を果たしました。「当時、AVLはすでにCAE計算と有限要素法（FEM）の最初のアプリケーションを使用していました」とRainerは述べています。アナログ的なプロセスの負担は大きかったものの、結果的にシミュレーションソフトウェアの基礎を築き、車両開発のプロセスをより良いものに変えることに成功したのです。

インタラクティブ・コンピューティングは1980年代初頭に導入されました。この発展の例として、グラーツ工科大学のUNIVACコンピュータに接続されたTEKTRONIX 4014グラフィックワークステーションのAVLへの設置や、1981年のVAX-11/780コンピュータのセットアップが挙げられます。ハードウェアとしてはGPR、CAD/CAE、シミュレーション・ソフトウェアとしてはPRIME、UNIVAC、VAXが利用可能でした。新しい世代のコンピューターは、パンチカードを手作業で何時間も打つ代わりに、小さな英数字画面の端末で操作できるようになりました。CONVEXやCRAYのような新しいスーパーコンピュータは、シミュレーションの可能性を大きく広げたのです。

同年、ASTのエンジニアはAVL FIRE™とAVL EXCITE™の開発を開始しました。FIREの開発はもともと1980年代半ばに始まり、1989年には共同研究コンソーシアムの一環として開発が続けられ、1991年にはすでに、最初のFIREライセンスがホンダに販売されていました。間もなく1993年にFIREは市販され、このリリースは、ソフトウェアソリューション市場におけるASTの存在感を強く印象づける重要な成果となりました。

ASTは、ソフトウェアが磁気テープで提供されていた90年代を今でも覚えています。FIREを除けば、1996年にはまだ市場性のあるソフトウェアは存在していませんでした。しかし、状況はすぐに変わり、CRUISEの開発は、1995年にドイツの自動車産業との提携で始まり、その後まもなく発売されました。

1996年までに、AVL社内の各部門が提供するソフトウェア製品は成熟し、市場での需要を見出すことができました。AVLのCEOであるヘルムット・リストは、複数の部門で独自に開発されていたシミュレーションソフトウェアの可能性を認識しており、AVLのすべてのシミュレーション製品を、開発、販売、サービスを含む1つの事業部門に統合することを構想したのです。

目標は、すでに非常に精密な物理モデルをさらに精緻化するために、それまで主に社内で使われていたシミュレーション・ソフトウェア製品を社外のユーザーに提供することでした。このアイデアは、収益性の高いビジネスモデルになると期待されていたのです。

長年の実地経験とノウハウが成功への道を切り開き、ASTは単なるアイデアではなく、Rainerのリーダーシップの下、ついに独立した事業部門へと発展しました。

FIREを使った流体力学計算（LSA1）やEXCITEを使ったエンジンダイナミクス計算の用途が広がり、関連性が高まったことが、AST事業部設立の重要な原動力となり、さらに新世代のコンピュータのおかげで経済的に実行可能になりました。特に、燃焼プロセスをシミュレートするソフトウェアは、ユーザーから非常に高い評価を得ました。

Rainerは、このような改良の積み重ねを、「高度なシミュレーションソフトの使用が民主化され始めた 」と表現しています。新世紀が始まると、走行性能と燃費を計算するCRUISE開発プロジェクトも準備が整い、EXCITEはエンジンダイナミクスシミュレーションのマーケットリーダーとなったのです。

製品開発と並行して、ASTはスロベニア、クロアチア、日本、韓国、米国、中国、ドイツ、インド、ロシアに事務所を設立し、その存在感を世界的に拡大しました。この成功の重要な要因は、アジア事業の成長です。特に日本は、現在もAST最大の関連会社であり、当初からシミュレーションを重視し、急速に最も強力な市場のひとつに発展しました。そのポートフォリオは、車両全体のシミュレーション、e-モビリティ、ADAS/AD、Simulation as a Serviceなど、ユーザーフレンドリーなインターフェースに統合されたものへと拡大しました。さらに、ヨーロッパでは、1996年5月にマリボルとザグレブに計算・サービスオフィスを設立したのを皮切りに、拡大が続きました。

力学、流体力学、熱力学、噴射システムの各ソフトウェアコンポーネントは戦略的に統合され、急速に発展する市場において、これまで以上に洗練されたエンジンと車両を生み出す機会を推進しました。2008年頃からは、リアルタイム対応のシステムシミュレーションに参入し、アプリケーションをテストベンチ分野にまで拡大しました。

顧客のフィードバックを積極的に取り入れることで、ソフトウェアの最適化とユーザーフレンドリーの大幅な向上を図り、これにより、2018年までGotthard Rainerが率いたAST事業部の戦略的焦点が定まりました。

2019年から指揮を執るRoland Wankerは、AIによるシミュレーションが極めて重要な役割を果たす未来を描いています。バーチャルツインはすべての開発段階において中心的な要素となり、AIもますます重要な役割を果たしています。どちらの進歩も、正確さ、シンプルさ、効率性、堅牢性を重視するブランドの本質に沿ったものです。

ASTでは多くの変化と進歩が見られますが、使いやすさ、モデリング、数値制御の基本原則は変わっていません。今日では、多くのことがより複雑になっていますが、同時に効率も向上しています。技術の一般的な進歩により、現在では、何百人もの人々が一つのリリースで共同作業できるようになっています。

「かつては、顧客はソフトウェアの構造を深く掘り下げる専門家を抱えていましたが、最近では、ソフトウェア製品はますますユーザーフレンドリーになり、直感的に操作できることが求められています。すべての製品を共通のユーザーインターフェースに完全に統合することで、統合と使いやすさの方向への飛躍が実現しました。」とRoland Wankerは述べています。

シミュレーションは自動車業界において、時間とコストのプレッシャーに対応することで重要な役割を果たしていますが、そのメリットは自動車業界だけにとどまりません。航空、製造、医療などの業界では、複雑な課題を革新的に解決するためにシミュレーションが活用されています。

Roland Wankerは、インターネットが登場したときよりもさらに根本的な変化が起こると予測しています。自動車業界の開発は、時間とコストの大きなプレッシャーにさらされており、このような背景から、シミュレーションは不可欠なものとなりつつあります。AIによって強化されたシミュレーションは、バーチャルツインを中核として、あらゆる開発段階を支配するようになるでしょう。Roland Wankerが主張するように、バーチャルツインは製品化される前に価値を生み出します。

複雑なシミュレーション（マルチボディダイナミクスなど）も、AIのサポートによって迅速にセットアップ、評価され、それに対応した設計改善の提案がなされるようになるでしょう。将来の重要な課題の一つは、AIがシミュレーションの推進において主導的な役割を果たすことです。