Simulator - Simulator (English spelling)

Japanese: シミュレーター - しみゅれーたー（英語表記）simulator

A simulation device created to accurately or approximately represent a particular phenomenon for research or training purposes. When you want to see how each part of a structure with a complex combination of large girders, such as a bridge, deforms when an external force is applied, you can input various data into a computer and have the deformation depicted on a display device. This can be said to be a simulation of the deformation. A simulator is a device that performs this type of simulation (pretends, imitates), and there are two types: research and training.

Currently, the use of simulators is expanding in various fields, including simulators for traffic-related training, simulators for checking the safety of various structures and plants, simulators for predicting power usage and determining the optimal load for power plants, etc. Here, we will explain training simulators for aircraft, ships, and automobiles in the traffic field as examples.

[Hidetaro Nakayama]

Flight simulators

Pilot training is conducted by simulating every possible situation that may occur during flight, but doing this on an actual aircraft is always dangerous and extremely expensive. This led to the development of flight simulators, which are flight training that can be performed on the ground. Using a flight simulator has the following advantages: (1) It allows repeated and thorough training for emergency situations such as fires and engine failures that cannot be performed on an actual aircraft. (2) It allows the training environment, including weather conditions, airports, and air traffic control, to be freely set. (3) While there are various limitations to training on an actual aircraft due to overcrowding around airports and air routes, a simulator does not have any of these problems and allows training to be performed by replicating airports around the world. (4) Training costs are about one-tenth of that of training on an actual aircraft.

The flight simulator consists of the following devices and systems:

[1] Cockpit: Except for the instructor's seat at the rear and the instructor control panel, the cockpit is exactly the same as the actual aircraft.

[2] Instructor control panel: The instructor can set up the environment according to the training objectives and select the type of malfunction at will.

[3] Control Loading System: The feel of elevators, ailerons, rudder and steering while taxiing on the ground varies depending on the amount of steering and the speed of operation, but this system calculates the force required for steering and gives the pilot the weight of the rudder.

[4] Visual system: A device that projects images outside the cockpit window. A computer graphics system is often used, in which data on airport facilities and ground landmarks is pre-stored in a computer and the image seen from the pilot's viewpoint is calculated and displayed.

The above four are collectively called a training station.

[5] Motion System: A device that supports and moves the training station, and is capable of six types of movement: forward/backward, left/right, up/down, as well as pitch (vertical oscillation), roll (side-to-side oscillation), and yaw (oscillation in the direction of the nose).

[6] Hydraulic Generator The driving force behind the control loading system and motion system.

[7] Computers and auxiliary equipment These are equipped with software programmed to reproduce the movements of an actual airplane, so that when the pilot operates the equipment in the cockpit, the results are reproduced exactly as the actual aircraft would move.

Recent simulators have improved in performance, and not only can they provide the same results as actual training, but they also allow for a wider range of advanced training than using an actual aircraft. Currently, most flight training at airlines is done in simulators, but the ultimate goal is to do all flight training in simulators.

[Kyoki Aoki and Shinichiro Nakamura]

Marine simulator

As ships have become larger, maneuvering has become more difficult and the chances of accidents at sea have increased. This has also increased the need for maneuvering training. However, it is uneconomical and dangerous to actually use a huge ship for training. A ship-maneuvering simulator is a simulation device that has the same maneuvering performance and navigation equipment as a huge ship, in order to achieve almost the same training effect as a real ship.

Simulators have the following advantages: (1) they can create dangerous situations that cannot actually be realized, (2) they can repeatedly implement the same situation, (3) they can reproduce required conditions in required locations, and (4) they can freely change each parameter (auxiliary variable). Marine simulators that utilize these advantages include, in addition to ship-handling simulators, radar simulators for training in reading and handling radar images and collision prevention, navigation simulators for training in handling various navigation instruments and data processing, engine plant simulators for training in engine operation, and cargo handling simulators.

[Yukito Iijima]

Car simulator

A wide variety of simulators are used, from simple ones for driving training to advanced ones for production and research and development. A dynamometer, which rotates the wheels on a large drum at the end of a production line to measure power output, braking force, exhaust gas components, etc., can be considered a type of simulator, as can a device that sprays high-pressure water to check for leaks. For research and development, simple devices include devices that repeatedly apply stress to suspensions and seats to test their durability. Methods of applying stress to various parts of the body to measure distortion and stress, as well as crash tests, can also be considered a type of simulation. A wind tunnel, which measures various air resistances and the various stresses caused by airflow, is also a type of simulator.

Huge simulators for man-machine research are also being constructed. One such simulator was completed in the spring of 1985 at the Daimler-Benz Berlin plant in the former West Germany, and is capable of accommodating the cab of a large passenger car or truck inside. At the front of the room, road scenes created by computer graphics are projected using six projectors, and driving sounds are electronically synthesized. Loads of acceleration, deceleration, steering, etc. are produced by tilting the entire laboratory back and forth and left and right, allowing experimenters to drive on all kinds of roads under a variety of conditions without even leaving the room, and to test the behavior of the car as it moves.

[Takashima Shizuo]

[Reference] | Computers | Computer graphics | Simulation

Flight simulators
The cockpit of an aircraft simulator. It is made exactly like the real thing, and a simulated viewing device displays the scenery that will occur during flight in front of you. Various situations that may occur during flight can be set. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Chofu Aerospace Center, Chofu, Tokyo ©JAXA ">

Flight simulators

Flight simulator (exterior)
The exterior of an aircraft simulator. Pre-set flight conditions and the tilt and sway of the aircraft caused by the pilot's operation are created by a hydraulic system linked to a computer. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Chofu Aerospace Center, Chofu, Tokyo ©JAXA ">

Flight simulator (exterior)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

ある特定の現象について、研究や訓練のために、その現象を正確にあるいは近似的に表現するように製作された模擬装置。橋梁(きょうりょう)のように大きな桁(けた)が複雑に組み合わされている構造物に外力が加わった場合の各部の変形状態をみたいとき、各種のデータをコンピュータに入力し、変形のようすをディスプレー装置上に描かせるという方法がある。これは、変形のシミュレーションを行ったということができる。シミュレーターはこのようなシミュレーション（見せかけ、まね）を行う装置で、研究用と訓練用がある。

　現在、交通関係の訓練用をはじめとして、各種構造物やプラントなどの安全性を調べるためのシミュレーターや、電力の使用状況を予想し、発電所の最適負荷を定めるためのシミュレーターなど、各分野において利用は広がりつつある。ここでは例として、交通分野の航空機・船舶・自動車の訓練用シミュレーターについて解説する。

［中山秀太郎］

フライト・シミュレーター

パイロットの訓練は飛行中におこりうるあらゆる状況を想定して行われるが、これを実機で行うとつねに危険が伴うとともに莫大(ばくだい)な費用がかかる。そこで考え出されたのが、地上で行える乗員訓練用のフライト・シミュレーターflight simulatorである。フライト・シミュレーターを使用すると次のような利点がある。(1)実機で行えない火災やエンジンの故障などの緊急時の訓練を繰り返し十分に行うことができる。(2)気象条件や空港、航空交通管制等の訓練環境を自由に設定することができる。(3)空港周辺や航空路は過密で実機の訓練にはいろいろの制限があるが、シミュレーターではこういった問題がいっさいなく、世界各地の空港を再現して訓練することができる。(4)訓練費用は実機訓練の約10分の1ですむ。

　フライト・シミュレーターは次のような装置とシステムから構成されている。

〔1〕コックピット（操縦室）　後方の教官席と教官制御パネル以外は実機とまったく同じようにつくられている。

〔2〕教官制御パネル　教官が訓練目的に応じた環境を設定し、任意に故障の種類を選択できる。

〔3〕コントロール・ローディング・システム　操舵(そうだ)量や操作の速さなどにより、昇降舵、補助翼、方向舵および地上走行中の操舵感覚はそれぞれ異なるが、このシステムによって操舵に必要な力を計算し、パイロットに舵(かじ)の重さを与えている。

〔4〕ビジュアル・システム　コックピットの窓の外に画像を映し出す装置。コンピュータに空港の施設や地上物標等のデータをあらかじめ記憶させておき、パイロットの視点から見える映像を計算して映し出すコンピュータ・グラフィクス方式が多く使用されている。

以上の四つをまとめてトレーニング・ステーションという。

〔5〕モーション・システム　トレーニング・ステーションを支えて動かす装置で、動きの方向は前後、左右、上下とピッチ（縦揺れ）、ロール（横揺れ）、ヨー（機首方向の揺れ）の6種類の動きが可能である。

〔6〕油圧発生装置　コントロール・ローディング・システムとモーション・システムを動かす原動力。

〔7〕コンピュータおよび付属機器　実際の飛行機の運動そのままを表すようにプログラムされたソフトが組み込まれていて、コックピットでパイロットが機器を操作すると、その結果が実際の動きそのままに再現される。

　最近のシミュレーターは性能が向上し、実機で行う訓練と変わらない効果を期待できるだけでなく、実機を使うよりももっと幅広く高度な訓練ができるようになっている。現在航空会社では飛行訓練の大部分をシミュレーターで行っているが、最終目標はすべての飛行訓練をシミュレーターで行うことである。

［青木享起・仲村宸一郎］

船舶用シミュレーター

船舶が巨大化した結果、操船は困難になり、海難の機会も増大した。操船訓練の必要性も大きくなった。しかし、実際に巨大船を用いて訓練を行うのは、不経済であり危険でもある。実船とほぼ同じ訓練効果をあげるための、巨大船と同様な操縦性能と航法装置をもつ模擬装置が操船シミュレーターである。

　シミュレーターには、(1)実際には実現できない危険な状況を演出できる、(2)同じ状況を繰り返し実施できる、(3)所要の場所の所要の状態を再現できる、(4)各個のパラメーター（助変数）を自由に変えることができる、などの利点がある。この利点を活用した船舶用シミュレーターには操船シミュレーターのほか、レーダー映像判読と取扱いおよび衝突防止訓練用のレーダー・シミュレーター、各種航海計器の取扱い、データ処理を訓練する航法シミュレーター、機関操作訓練用のエンジンプラント・シミュレーター、荷役シミュレーターなどがある。

［飯島幸人］

自動車用シミュレーター

運転技術教習用の簡単なものから、生産、研究・開発用の高度なものまで、各種が使われている。生産ラインの終点で大きなドラムの上で車輪を回転させ、出力、制動力、排出ガス成分などを測定するダイナモメーターは、一種のシミュレーターと考えられるし、高圧力の水を吹き付けて水漏れの有無を調べる装置も同様である。研究・開発としては、簡単なものではサスペンション（懸架装置）やシートに応力を反復して加え、耐久力を試す装置がある。ボディーの各部に応力を加え、ひずみやストレスを測定する方法や、衝突実験なども一種のシミュレーションといえる。各種の空気抵抗や、気流により生じるさまざまな応力を測定する風胴も、シミュレーターの一つである。

　マン・マシン系の研究のための巨大なシミュレーターも建設されている。1985年の春に旧西ドイツのダイムラー・ベンツ社ベルリン工場に完成されたものもその一つで、内部には大型乗用車または大型トラックのキャブ（運転室）が収容できる。室の前方にはコンピュータ・グラフィクスのつくる道路のシーンが6台のプロジェクターで投影されるほか、走行音が電子的に合成され、加速、減速、操向などによる加重が、実験室総体を前後・左右に傾けることによって現出され、実験者はいながらにしてあらゆる種類の道路をさまざまな状況下で走り、その際の車の挙動を試すことができる。

［高島鎮雄］

[参照項目] | コンピュータ | コンピュータ・グラフィクス | シミュレーション

フライト・シミュレーター
航空機用シミュレーターのコックピット。実機とまったく同じようにつくられ、前方には模擬視界装置により飛行時の風景が表示される。飛行中に起こりうるさまざまな状況が設定できる。宇宙航空研究開発機構（JAXA）調布航空宇宙センター　東京都調布市©JAXA">

フライト・シミュレーター

フライト・シミュレーター（外観）
航空機用シミュレーターの外観。あらかじめ設定した飛行条件と操縦士の操作による機体の揺れや傾きを、コンピュータと連動している油圧装置でつくりだす。宇宙航空研究開発機構（JAXA）調布航空宇宙センター　東京都調布市©JAXA">

フライト・シミュレーター（外観）

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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