はじめに
關根研究室（EMCシミュレーション研究室）では，「EMC設計のための効率的な数値シミュレーション技術」の研究を行っています．EMCは「Electromagnetic Compatibility」の略で，「電磁環境両立性」などと訳されます（*1）．電子機器やそれを伴う工業製品を設計するためには，製品自身の正常な動作を保証するだけでなく，製品から周囲環境への電磁気的な影響や，周囲環境から製品への影響を考慮することが重要です．製品と周囲環境が電磁気的に両立して機能し，干渉し合わないことを目的とした設計思想を「EMC設計」と呼び，關根研究室ではそれを支える技術の一つである「数値シミュレーション技術」を研究対象としています．
開発・設計における数値シミュレーション技術
設計された製品が正常に動作するかどうかを評価し，不具合があれば再設計する場合を考えてみてください．このとき，実際に製品を試作して評価する方法では，製造原価と長い時間を要するため，試作と再設計を繰り返し行うことは現実的ではありません．この経済的・時間的コストを削減することができるのが「数値シミュレーション」です．数値シミュレーションとは，主にコンピュータを用いて何かを模擬することです．実際に試作を行うのではなく，コンピュータ上で製品の動作や性能を評価すれば，繰り返し再設計を行ってもコストを少なくすることができます．コンピュータを用いて製品の設計や評価の支援を行う分野を計算機援用工学（CAE: Computer-Aided Engineering）と呼び，数値シミュレーションはその中核を担う技術であるため，現代の複雑化した工業製品の開発・設計には欠かせない研究分野となっています．
EMC設計に求められる数値シミュレーション技術
数値シミュレーションは，「モデル化」と「解析」の2つの過程に分けて考えることができます．「モデル化」の過程では，考慮する物理現象の数式モデルを導出したり，対象物の形状をコンピュータ上でどう表すかを決定したりします．「解析」の過程では，モデル化された系に関する初期値・境界値問題を数値解析手法を用いて解き，所望の物理量の近似解を得ます．EMC設計では，電子機器やそれを伴う工業製品と周囲環境を対象とするため，大規模・複雑なモデルになりやすく，近似解を得るためにかかる時間も莫大になります．EMCシミュレーショングループでは，このモデル化と解析の効率化・高速化を行うための理論構築や，従来手法の改良，実問題への応用を目的としています．
数値シミュレーションには，他にも以下のような利点があります．
- 実測が困難な現象や構造物を扱える．
- 測定機器を接続することによって生じる，製品の特性変化を無くすことができる．
- 目に見えない電圧や電流，電磁波を可視化することができる．
- 理論に基づいたモデル化を通して，未知の現象を解明できる．
- 条件を変更した解析を複数回実行することが容易なため，その結果を分析することで新たな知見や発見が得られる．
脚注
- EMCは他に，電磁両立性，電磁環境適合性，電磁適合性，電磁環境工学，環境電磁工学とも訳されます．