はじめに
現代の船舶用電力システム（SPS）は、デジタル制御、保護、通信のハードウェアとソフトウェアでぎっしり詰まっている。さらに将来、 船舶がよりスマートでより電気化されるにつれて、制御、保護、 通信システムの複雑さは 増すばかりである。
電気化が進んだSPSの明らかな利点がある一方で、SPSソフトウェアの問題により、最先端船舶の試運転遅延が深刻なコスト増を招いている。SPSの複雑化に伴い、最新の試験ツール（例えばコントローラハードウェアインザループ（C-HIL）試験手法に基づくMarine Microgrid Testbed（MMT））が必要となるため、こうした問題は予想されるものだ。
現在、C-HIL手法は 自動車および航空宇宙産業で最も広く適用されている。最近では、先進的な艦載電力システムの試験においてもより広く採用されるようになった。要するに、C-HIL手法は 、実際のSPS制御器ハードウェアとソフトウェアを、SPSのエミュレートされた電力ハードウェアに接続することで試験するものである。
したがって、MMTは係留試験や海上試験で通常必要となる時間とコストのほんの一部で、制御ソフトウェアの挙動を直接的に把握することを可能にし、あらゆる運転条件下において比較にならないほど優れた試験カバレッジを実現します。
1.相互運用性の問題
すべての船舶は唯一無二である。同一クラスに属する場合でも、SPSの個々の構成要素はしばしば異なる。これはSPSコンポーネントが絶えず進化しているため避けられない。MMTにより、係留試験や海上試験のずっと前にSPS制御ソフトウェアとハードウェアを完全にテストすることが可能となった。MMTのような拡張性のあるC-HILプラットフォームを用いることで、エンジニアはシステムの挙動を評価し、あらゆる相互運用性の問題を特定・修正できる。SPSの制御・保護・通信システムのみを使用するため、SPSコンポーネントの設置前でも実施可能だ。さらに実電力を使用しないため、テストは完全に安全で再現性が高く、自動化も実現できる。
2.SPSコンポーネントおよびシステムのモデルベース調達
調達活動は単なるコスト削減機能ではない。造船会社と将来の船主の長期的な目標、例えばシステムの相互運用性や品質、運用・保守コストなどを支援しなければならない。 MMTを組み込んだ調達プロセスにより、エンジニアリング部門は性能、操作性、互換性、部品・システムの適合性に関するフィードバックを調達プロセスに反映させることが可能となる。MMTを組み込むことで、ベンダーには部品の数学モデルに加え、制御・保護・通信ハードウェアおよびソフトウェアの提供が求められる。これにより、単なる購入価格基準を超えた観点から、SPSにおける意図された機能への最適な適合性を実現するため、徹底的なテストと最適化が可能となる。
3.乗組員訓練のための機関室シミュレーション
船舶用動力システム（SPS）を操作する要員の技能は、新たな複雑な機能や性能に対応できるよう常に最新の状態に保たねばならず、その最も効果的な手段がマリンマイクログリッド試験装置（MMT）である。しかしながら、現代のSPSは非常に動的で複雑な性質を持つため、MMT以前には船舶動力システムの正確なリアルタイムシミュレーションは実現されていなかった。 MMTにより造船会社は、マイクロ秒単位の分解能でリアルタイム動作する船舶動力システムのデジタルツインを作成できる。このデジタルツインを船舶シミュレーターのヒューマンインターフェースコンポーネントに接続すれば、乗組員は実際に船舶に搭載されるシステムを100%正確にシミュレートできる。これにより、船舶建造中に訓練を開始することが可能となる。 最後に、C-HILシステムが異なるSPSモデルを迅速に読み込めるため、同一の海洋マイクログリッド試験装置を異なる船舶に流用することが可能です。
4.緊急時におけるSPSの動作テスト
現代船舶の安全手順と自動安全システムは複雑である。さらに、電気システムは水密扉などの安全上重要なシステムにおいても、油圧・空圧システムに取って代わりつつある。緊急時における船舶の安全性は、今や船内動力システム（SPS）の性能に大きく依存している。従来型SPS試験の法外なコストは完全な試験範囲を非現実的なものとし、危険な逆説を生む：緊急システムが真に試験されるのは実際の緊急事態発生時のみである。 一方、MMT（船舶用試験装置）を用いれば、安全で快適なMMT室において、あらゆる緊急シナリオ下でのSPS性能を繰り返し試験することが可能となる。エミュレートされた電源段に接続された制御装置により、技術者は任意の緊急シナリオを発生させ、SPSの挙動を徹底的に分析できる。
5.保護試験
現代船舶のSPSはますます電気化が進んでいる。これらは船内推進システム、航法システム、安全システムに加え、ホテル負荷などにも電力を供給する。 したがってSPSは、自体の緊急事態を乗り切る十分な堅牢性を備える必要がある。SPS構成要素の1つまたは複数に故障が発生した場合でも、重要負荷への電力供給を維持できなければならない。この要件を満たすため、SPSは十分に保護されなければならない。従来の試験シナリオでは、インテリジェント電子デバイスに基づくSPS保護の現実的な試験は不可能である。一方MMTは、実機およびエミュレートされた保護装置の両方に対するリアルタイム試験を可能にする。 短絡やその他あらゆる故障をリアルタイムシミュレーション実行中に自由に挿入でき、MMT環境の完全な安全性を保ちながら保護デバイスの動作を評価可能。これによりSPSエンジニアは設計を迅速に最適化でき、船舶への設置後もシステムが信頼性と安全性を確保することを確信できる。
クレジット
著者 | アレクサンダル・カヴギッチ
ビジュアル | Typhoon
編集者 | デボラ・サント
