Optimal design of position keeping for multi-purpose offshore supply vessel during multi-lift operation

Research Project

Project/Area Number	20H02378
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research Institution	National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
Principal Investigator	大坪和久国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50435773)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	石田圭国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (60636827)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000) Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2020: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Keywords	マルチリフト / 多目的作業船 / DPS / 最適設計 / 波浪中運動 / 波浪中動揺 / バージ船 / マルチボディダイナミクス
Outline of Research at the Start	洋上風力、石油・天然ガス開発などの海洋空間の有効利用が進むに従い、海上での重量物の吊荷作業の需要が増えている。最近では2隻の船を同時に使ってクレーン作業を行う場合がある。このような吊式をマルチリフトと呼ぶ。このような吊式では作業船の運動が変化するため、DPS（Dynamic Positioning System:自動位置保持制御システム）の運動性能は悪化する。安全かつ効率的作業を実現するためには、その運動を力学的側面から正しく理解して、設計などを行う必要がある。以上を踏まえて、本研究はマルチリフトを採用した作業船と吊荷の連成運動を力学的に理解し、作業船の最適な位置保持設計法を確立させる。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の最終目的は排水量の異なる２浮体を使った同時クレーン作業（マルチリフトオペレーション）における多目的作業船の自動位置保持システムの最適設計を行うことにある。今年度は、それを実現する上で必要不可欠となる２浮体（多目的作業船とバージ船）と吊荷の波浪中での連成運動の特性を明らかにすることを年度目標とした。まず、研究対象とする浮体について、作業現場における浮体の利用実績等を調査し、どのような浮体（スペックなど）を研究対象とすべきかを検討した。その対象浮体の運動特性を把握するには水槽試験が不可欠になるため、２浮体の模型船を製作し、試験水槽設備において波浪中動揺試験を行った。また、マルチリフトオペレーションを想定した状態を模擬し、吊荷の質量や浮体間の距離などを変更しながら、模型船が単独で吊荷を懸下した時の波浪中運動特性との違いを実験的に把握した。一方、マルチリフトオペレーション時の波浪中運動特性を定量的に理解するためには、運動方程式を使った数値計算法の構築が不可欠になる。そこでに、研究代表者らが過去に実施してきた幾つかの運動方程式の導出法の本問題への適用可能性について検討した。最も好ましいと考えられる方法を使った運動法方程式の導出と数値計算のための定式化を進め、２年目に前述した試験結果との比較検証を通じた検証を行うという目途を立てた。研究最終年度の水槽試験において、２年目に検討する多目的作業船の自動位置保持システムの最適設計の妥当性や問題点を把握するためのマルチリフトオペレーション状態における自動位置保持試験を行う計画であるため、そこで必要となる模型船を設計及び製作すると共に、試験計画の作成、必要計測機器の模型搭載（艤装）作業に着手した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初２年目に実施する予定であった水槽試験について、水槽設備のスケジュールが非常にタイトであったことから、初年度に繰り上げて実施することが、本研究への影響が少ないと判断し、水槽試験を早めて実施した。別途実施している、モデリングや数値計算の検討を進める上で有効なデータをいち早く入手し、マルチリフトオペレーション時における２浮体の運動特性を実験的に早期に理解できたことは、研究全体にとってはプラスになったと考える。一方、研究計画になかった水槽試験を実施することになったため、そこに多くのエフォートを割くことになった。研究エフォートのマネジメントの面から、その分のエフォートをモデリングや数値計算のエフォートでカバーすることになったため、幾分かモデリングや数値計算の進捗が予定よりも悪くなってしまった。しかしながら、２年目には、これについてのエフォートを増やすことできるため、昨年度分の遅れをカバーすることは十分可能である。以上の進捗状況を総合的に考慮し、今年度は概ね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	当初は２年目に実施を予定していたマルチリフトオペレーション時の波浪中動揺試験を初年度に実施することが出来たため、その分の研究エフォートをモデリングと数値計算に関する検討に充てることによって研究を加速させる。概ね、上半期までには数値計算の妥当性を試験結果との比較検証を通じた数値計算法の確認と改善を行うことを目標とする。この研究項目が終了次第、本研究の最終目的としている多目的作業船の自動位置保持システムの最適設計に関する検討を開始する。以上の研究項目については、研究代表者でもある大坪が主体的に実施し、必要に応じて研究分担者（石田）と議論しながら進めていく。一方、最終年度に実施するマルチリフトオペレーション状態における自動位置保持試験はこれまでに実施されたことがない高度な水槽模型試験になると考える。したがって、試験計画の作成と十分な試験準備が不可欠である。すでに模型船製作や艤装作業を進めているが、まだ不十分であるため、研究分担者である石田が試験に向けた検討準備に注力する。その際には、自動位置保持システムの最適設計を検討する大坪が試験計画において積極的に関与する。以上のような研究実施内容と分担で、今年度の研究を計画的に進める。