Granuleworksとは？粒子材料シミュレーションの高度ソリューション

食品、医薬品、化学、鉱業などの産業において、粒状材料の流動挙動の制御は常に大きな課題です。ブリッジ現象（閉塞）、混合時の不均一な分離、搬送中の粒子破損などは、重大な経済的損失を引き起こす可能性があります。
Granuleworksは、このような課題に対し、実機投入前に粒子挙動を高精度で予測できる先進的なシミュレーションツールとして開発されました。

1. Granuleworksの概要

Granuleworksは、離散要素法（Discrete Element Method：DEM）に基づく高度なCAE（Computer Aided Engineering）シミュレーションソフトウェアです。
本ソフトは、日本のPrometech Software社によって開発され、流体解析ソフトParticleworksの開発元としても知られています。

本ソフトウェアは、粒子材料の挙動解析に特化しており、粒子同士および装置との相互作用を可視化・解析することが可能です。

従来の連続体モデルとは異なり、Granuleworksでは各粒子の運動を個別に計算し、接触、摩擦、衝突などの物理法則に基づいてシミュレーションを実行します。
これにより、粉体混合、ホッパーへの投入、コンベヤ搬送などの工程を高精度に再現できます。

2. 理論基盤：離散要素法（DEM）

Granuleworksの中核技術であるDEMでは、各粒子は幾何学的要素（通常は球または複数球の組み合わせ）としてモデル化されます。

ソフトウェアは、各粒子に対してニュートンの運動方程式を微小時間ステップごとに解きます。

考慮される力には以下が含まれます：

• 接触力（衝突力）
• 摩擦力
• 重力
• 粒子間の付着力（湿潤材料など）

数百万個の粒子を同時に処理することで、以下のような複雑現象を再現可能です：

粒子流による装置の摩耗解析

医薬粉体の圧縮成形

3. Granuleworksの主な特徴

Granuleworksは、製品開発（R&D）の効率化に貢献する高度な機能を備えています。

3.1 GPUによる高速計算

大規模な粒子シミュレーションには高い計算能力が必要です。
GranuleworksはGPU（Graphics Processing Unit）による並列計算に最適化されており、従来のCPU処理に比べて数十倍の高速化を実現します。

これにより、数日かかる解析を数時間で完了できます。

3.2 CADとの直接連携と直感的GUI

本ソフトは直感的なGUIを備え、NX、Solid Edge、CATIAなどの主要CADソフトから3Dデータを直接インポート可能です。

また、以下のような装置動作を簡単に設定できます：

• 撹拌翼の回転運動
• ピストンの直線運動
• 振動スクリーンの振動運動

3.3 マルチフィジックス連成解析

Granuleworksは他の解析環境との連携が可能です。

構造解析（FEA）との連携：粒子荷重による応力・耐久性評価

Particleworksとの連携：液体－粒子連成解析（例：洗浄プロセス、スラリー）

4. 各産業におけるGranuleworksの応用

Granuleworksは、多くの分野において幅広く活用されており、特に粒状材料（バルクマテリアル）を主要原料として使用する産業において高い効果を発揮します。

医薬品業界：
粉体混合プロセス、錠剤のフィルムコーティング、およびカプセル充填工程のシミュレーションにより、製品の均一性を確保し、原料分離による不良リスクを低減します。

食品業界：
穀物、コーヒー、粉末食品などの流動挙動を解析するとともに、ホッパー（供給装置）の設計最適化を行い、閉塞（ブリッジ現象）の発生を抑制します。

化学・材料分野：
粉砕、ふるい分け（スクリーニング）、粒子分級などの工程をシミュレーションし、装置パラメータを最適化することで、目的とする粒径分布を効率的に実現します。

産業機械分野：
コンベヤ、バケットエレベータ、コンクリートミキサー、クラッシャー（破砕機）などの装置設計および性能最適化を支援します。

5. 粒子材料シミュレーション活用による戦略的メリット

Granuleworksを製品開発プロセスに導入することで、企業は定量的に評価可能なさまざまなメリットを得ることができます。

実機試験コストの削減：
複数の試作を製作し、試験ごとに原材料を消費する代わりに、エンジニアはコンピュータ上で設計の最適化を行うことが可能となります。

製品品質の向上：
材料の流動挙動を正確に把握することで、ミキサー内部のデッドゾーンを排除し、すべての製品が均一性の基準を満たすことを保証します。

摩耗および故障の予測：
粒子が装置表面に及ぼす力を解析することにより、摩耗しやすい箇所を事前に特定でき、予防保全計画の立案や適切な材料選定が可能になります。

6. Granuleworksに関するよくある質問（FAQ）

6.1 Granuleworksは球形以外の粒子形状もシミュレーション可能ですか？

はい、可能です。
Granuleworksは「Multi-sphere」機能をサポートしており、複数の球を組み合わせることで、複雑な形状の粒子（例：米粒、長円形の錠剤、鋭利な破片など）を再現することができます。これにより、より実際の挙動に近いシミュレーションが可能となります。

6.2 流体シミュレーションと粒子シミュレーションの違いは何ですか？

流体シミュレーション（例：Particleworks）は、連続体の流れや表面張力を対象とします。
一方、Granuleworksは、離散体である粒子間の摩擦、付着力、および衝突挙動に焦点を当てています。

これら2つのソリューションは、液固混相解析（固液連成解析）として連携することが可能です。

6.3 Granuleworksを効率的に動作させるための推奨ハードウェア構成は？

Granuleworksの性能を最大限に引き出すためには、CUDA対応の高性能NVIDIA製GPUを搭載したワークステーションへの投資が推奨されます。
また、大容量のビデオメモリ（VRAM）を備えることで、より多くの粒子を含む大規模モデルの解析が可能になります。

結論

Granuleworksは単なるシミュレーションソフトウェアにとどまらず、粒子材料を扱う企業にとって生産能力最適化の鍵となるソリューションです。

粒子挙動をデジタル上で可視化・解析することで、企業は設計判断の精度を高め、コスト削減と製品品質向上を同時に実現することができます。

粒子材料の取り扱いプロセスに課題をお持ちの場合は、ぜひSDE TECHまでお問い合わせください。
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