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解析事例・インタビュー

ソフトフェアクレイドル 技術二課 博士(工学)伊丹 隆夫
JOS(人体熱モデル)の開発背景

熱流体解析ソフトウェアSCRYU/Tetra®に搭載しているJOS機能では、人体の表面温度や発汗量を解析することができます。人体を複数の部位に分割し、部位ごとの形態的・生理的な特性と体温調節機能を各部位の熱平衡式を解くことで再現します。「周辺環境に応じた人間の快適性を解析要素の中に取り入れることで、お客様のお役に立てないか」と考えたJOS開発者であるソフトウェアクレイドル 技術部 伊丹に開発背景について聞きました。

株式会社ソフトウェアクレイドル
技術部 技術二課
博士(工学)伊丹 隆夫

快適性のニーズの高まりに注視したわけ

 熱流体解析ソフトウェアSCRYU/Tetra®は自動車分野をはじめ、電子機器、機械など様々な分野のお客様にご活用いただいています。お客様の多くが常に抱えている問題として製品の省エネルギー化があり、昨今では、地球温暖化や原子力発電所を発端としたエネルギーの問題が叫ばれ、全ての製品に一層の省エネルギー化が求められています。
 

 たとえば電気自動車の例を挙げますと、従来のガソリンエンジンを用いた自動車と比べ、空調の設定による燃費への影響が大きいという検証結果も報告されています。つまり、自動車の燃費を左右する機能の一つに空調がどれだけ省エネルギーなものになっているかが挙げられるようになったということです。もちろん、その上での乗り心地や快適性などの車室内空間の質の向上も求められており、ただ、移動のための手段としての乗物というだけではなく、多くの付加価値を求められているという状況です。

図1 JOSと熱流体解析ソフトSCRYU/Tetra®の連成解析
(車室内における体温予測)

そこで私たちは人間の快適性を解析要素の中に取り入れることで、お客様のお役に立てないかと考えました。つまり、熱流体解析で人の感覚を再現する解析を可能とする訳です。従来の熱流体解析でもPMVやSET*といった快適性指標が人の感覚を表現するものとして用いられてきました。しかし、それらの指標は人が均一な環境におかれていることが前提であること、全身での指標しか得ることができないなどの制約により、適用可能分野は建物の中の環境評価に限られ、自動車の車室内のように不均一な環境での評価には不向きという問題がありました。

また、人体を発熱体として空間に配置する解析の方法もありますが、それでは人が快適かどうかを測ることはできません。一方、人の感覚を模擬する物理モデルとして「人体熱モデル」があります。人体熱モデルとは、環境の温度、湿度を境界条件として、人体内部の熱平衡式を解くことで各部位の温度を見積もることができる物理モデルです。これを熱流体解析と組み合わせることで、車室内のような複雑な環境下でも体温や発汗量を予測することができますので、様々な製品開発の現場で役に立つツールになると期待しました。また、熱や流れの解析以外の機能を付加することで、SCRYU/Tetra®の価値向上にもつながると考えたことも開発の背景にあります。人体熱モデルには複数種類がありますが、体内の詳細な血液循環系がモデル化され、年齢、性別、体躯による生理量の補正の仕組みがあるなど熱流体解析ソフトと連成させるのに適しているJOS(Joint System Thermoregulation-Model)を採用しました。JOSは早稲田大学の田辺新一教授によって開発された人体熱モデルです。SCRYU/Tetra® V10からは、頭部に筋肉層と脂肪層を追加した改良版JOS-2もご利用いただくことができます。

 

  図2 人体熱モデルJOSの概要

開発にあたり苦労や工夫したポイントがあればお聞かせください

 JOSの開発で最も苦労したのは、JOSと流体解析との情報交換についてです。JOSは「環境」との間の熱移動を用いるように作られているのですが、SCRYU/Tetra®と連成計算をする際に、「環境」をどのようにSCRYU/Tetra®の持つ情報から定義するかが未知数でした。
 

 また、計算に必要な人体形状をどのようにお客様に提供できるかという点も難問でした。JOSを気軽に使っていただけるように、あらかじめサンプルを提供しようと考えたのですが、人体形状を作成する市販ソフトで作ったデータは当然、著作権の問題から私たちのソフトのサンプルデータとして提供するわけにはいきません。そこで田辺研究室の協力を得て、完全著作権フリーの人体形状データとして、学生さんの3次元測定データを取ることになりました。取ったデータは実測データですので、バリや凹凸など解析データとして使用するには修正の必要な個所がたくさんありました。しかし、そこはメッシャーが強いSCRYU/Tetra®の機能を活用して、無事に解析サンプル用の人体形状データにすることができました。タイミング良くSCRYU/Tetra®の「ラッピング」機能が使えたことも幸いしました。
 

 着衣条件の部分もお客様が使いやすくなるように工夫した点です。JOSでは着衣条件として、各部位のクロ値を入力しますが、17部位の値を調べて入力するのは難しいです。そこでスーツや作業着を着させて実測した全身17部位のクロ値をパラメータセットとして準備し、お客様はクロ値そのものではなく、「スーツ」、「作業着」という「衣服の種類」を選べば簡単に着衣条件が設定できるようにしました。

※SCRYU/Tetraは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
※その他、本インタビュー記事に記載されている会社名、製品・サービス名は、各社の商標または登録商標です。
※本インタビュー記事の内容は2013年5月現在のもので、予告なしに変更する場合があります。また、誤植または図、写真の誤りについて弊社は一切の責任を負いません。

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