はじめに ｜デジタル化＋電化＝マイクログリッド
ASNEの "Intelligent Ship "や "Navy League's Sea Air Space Exposition "のような展示会に行くと、"デジタル "という言葉をよく耳にする。コンピューティング要件、サイバーへの配慮、モデルベースの診断、無人車両の自律制御などが大流行している。
また、デジタル化や推進力、センサー、熱制御、電磁カタパルト、指向性エネルギー・アプリケーションに必要なコンピューターを動かすために、船舶が電力への依存度を高めていることも明らかだ。
デジタル化と電化、この2つのコンセプトを切り離して考えるべきではない。高品質の電気がなければコンピューターは動かせない。フェイズドアレイ・レーダーは、不定期に短時間に、莫大な電力がなければスキャンできない。
効率とサイズの制約がある。そしてある時期には、電力需要が発電能力を上回ることになる。
機器の経年劣化もある。
分散型エネルギー資源（発電機と蓄電池）が負荷に接続され、システムがコンピューターによって制御されれば、マイクログリッドが完成する。
マイクログリッドの設計と建設はなぜ難しいのか？
その理由は2つある。スピードと音量で、どちらも電気をデジタル制御することに関係している。
チャレンジ1 ｜まずはスピードから。
今日、船舶の設計・建造を任されているエンジニアで、3D CAD/CAMなしにそれを行おうと考える人はいないだろう。水陸両用船は、配管から通路に至るまで、コンピューターを使って詳細にモデル化される。このメカニカルモデルは、その後、あるヤードが船尾部を建造し、別のヤードが前部セクションを建造できるようにパッケージ化される。
鋼材を切断して敷設する前に、エンジニアはモデル上でシミュレーションを行い、仕様が満たされていることを確認する。
設計者は、6フィートの模型「被験者」を船内のあらゆる通路を「歩かせる」ことができる。デジタル海兵隊員が頭上に頭をぶつけたり、乗組員全員をシミュレートする訓練中に他の模型にぶつかったりすると、ソフトウェアが自動的にメモを取る。
このモデルベースエンジニアリング（MBE）のアプローチは、設計の修正が必要な問題を建設前に発見することで、数百万ドルを節約することができます。しかし、テストやシミュレーションで、電気や制御信号を表現するために身長1.5メートルの「被験者」を必要とする場合はどうだろう。ミリ秒単位の忠実度があるとすると、「被験者」を完全に見逃してしまうか、運良く彼を見たとしても、その前に900回頭を打ったのか、その後に153回打ったのか、確かなことはわからない。
電子的な "頭 "を電子的な "頭上"（例えば、静的自動バス転送（SABT））にぶつける電子的な "被験者 "や、発電と負荷の間の相互作用を捉えるためには、電気の速度で発生する相互作用を観察できなければならない！
そのスピードがなければ、本格的なプロトタイプを作らなければならない。そして、それがうまくいく保証はないが、莫大な費用がかかることが保証されている。
チャレンジ2 ｜ボリュームが次の問題だ。
船内のリレーについて考えてみよう。かつては手動スイッチだったものが、今ではコンピューター化されている。装置自体にコントローラーがあり、それをリモート・ステーションや複数のシステム・コントローラーが制御する。船内にコンピューター・コントローラーを組み込んだ機器が増え、いわゆるモノのインターネットが思い浮かぶようになると、船はデジタル化される。
では、これらの「スマート」デバイスのコード行数を考えてみよう。
数千、数十万行は当たり前だ。それに何千ものデバイスを掛け合わせ、さまざまなベンダーやソフトウェア・エンジニアを投入する。
この大量のコードと、すべてのコントローラ間のインタラクションをどのように管理するのでしょうか?たった一度のアップデートがシステム全体にダメージを与えないことをどうやって確認するのでしょうか？
ソリューション ｜なぜMBEにC-HIL（Controller Hardware-in-the-Loop）なのか？
コントローラとファームウェアのアップデートを検証し、妥当性を確認するために、C-HILプラットフォームは、マイクログリッドのコントローラの性能を保証するための広範なテストを可能にします。Typhoon 超高忠実度C-HILシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、エンジニアリング・サービスのパッケージで、システム・インテグレーターを支援します。
私たちのMBEアプローチは、最新のマイクログリッドを構成する電力システムと制御の複雑な相互作用に焦点を当てている。
このパワーエレクトロニクスと制御空間で要求されるリアルタイム（サブマイクロ秒）忠実度を達成するために、実際のデジタルコントローラは、C-HIL（Controller-Hardware in the Loop）テストベッドでデジタルモデルと統合される。
メリット ｜C-HILで船舶のライフサイクルメンテナンスを強化
Typhoon C-HILテストベッドは、コンセプトを改良するためのツールとして、プロジェクトのライフサイクルを通じて使用することができます。このリアルタイム・シミュレーション・プラットフォームは、非常に忠実度の高いマイクログリッド・デジタル・ツインを提供し、船舶の電力システム設計者に以下のことを可能にします：
- スマートデバイスやマイクログリッドコントローラーのファームウェアやソフトウェアのアップグレードを、配備前にシームレスにテスト；
- 運転中に予想される、または発見される可能性のある異常をモデル化し、シミュレートし、修正をテストする；
- 配備に先立ち、機器のアップグレードや相互運用性の問題をテストする；
このアプローチは、リスクを軽減し、時間と費用を節約し、プロジェクトの全期間を通じて運用の有効性と回復力を高める。
クレジット
著者 ｜マット・ベイカー
ビジュアル ｜カール・ミッケイ
編集 ｜デボラ・サント
