材料設計統合システム　Advance/MaterialDesignSystem：アドバンスソフト株式会社

材料設計統合システム　Advance/MaterialDesignSystem

アドバンスソフトの材料設計統合システム　Advance/MaterialDesignSystemの概要

Advance/MaterialDesignSystem は、材料設計に必要な、

  ・量子化学計算、
  ・第一原理計算、
  ・分子動力学計算、
  ・粗視化動力学計算、
  ・数値基底密度汎関数計算等、

を、1つのプラットフォームで行うことができる「材料設計統合システム」です。Advance/MaterialDesignSystemは、モデル作成・計算の入出力や実行・結果解析等を担うMaterial Design Platformと複数の材料解析計算ソルバー群から構成されます。

Material Design Platformは、分子・結晶・ポリマー等の3次元構造の作成を担うビルダー、構造表示等の結果解析を担うビジュアライザ、シミュレーションソルバーへの入出力やジョブ管理を担うインターフェイスから構成されます。

図1　材料設計統合プラットフォーム Advance/MaterialDesignPlatform

量子化学計算

量子化学計算：分子の量子化学計算

【文部科学省ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」プロジェクトと、文部科学省ITプログラム「革新的ソフトウェアの開発」プロジェクトで開発したものを弊社が独自に改良】

図2　量子化学計算 Advance/BioStation

第一原理計算

第一原理計算：電子材料、触媒等の固体第一原理計算

【文部科学省ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」プロジェクトと、文部科学省ITプログラム「革新的ソフトウェアの開発」プロジェクトで開発したものを弊社が独自に改良】

図3　第一原理バンド計算 Advance/PHASE

分子動力学計算

分子動力学計算：分子、溶液、アモルファス等の分子動力学計算

【分子科学研究所　岡崎進先生の分子動力学計算ソフトウェア】

図4　分子動力学計算 Modylas

粗視化動力学計算

メソスケールシミュレーション：ポリマー等のメソスケールシミュレーションとマクロ物性の計算

【経済産業省・NEDO「高機能材料設計プラットフォームの開発」プロジェクトと、OCTA管理委員会、名古屋大学　土井正男先生（現東京大学）で開発したものを弊社が独自に改良】

図5　粗視化・分子動力学計算 Advance/OCTA

数値基底密度汎関数計算等

局在数値基底密度汎関数計算：分子・高分子・結晶・フラーレン等の高速第一原理計算

【北陸先端科学技術大学院大学の尾崎泰助先生作成のソフトウェア。ノルム保存の擬ポテンシャル法に基づき局在原子軌道を基底として用いる。オーダーＮ。】

図6　数値基底密度汎関数計算 OpenMX

機能一覧

分子ビルダー

マウスクリック操作による3次元分子構造の構築機能、水素を付加した原子やフラグメント単位での分子構築機能、結合距離や原子位置のクリック操作での容易な変更機能、3次元分子構造の拡大・縮小・並進・回転による容易な構造確認機能

図7　分子ビルダー

結晶ビルダー

格子定数や座標入力による結晶構造構築機能、構造データベースから入手できるCIFファイル形式の読込によるブラベー格子での結晶構造表示機能、ブラベー格子から基本格子への自動変換機能、SuperCell の容易な構築機能

図8　結晶ビルダー

高分子ビルダー

モノマーからポリマーの構築機能（ホモポリマー・ブロックコポリマー等に対応）、高分子のフラグメント分子軌道計算に必要なフラグメント分割機能

図9　高分子ビルダー

カーボンナノチューブビルダー

カイラル指数入力によるカーボンナノチューブ構造の自動構築機能（アームチェア型、ジグザグ型以外にも対応）

図10　カーボンナノチューブビルダー

各種計算ソルバーとのインターフェイス

分子ビルダー・結晶ビルダー・高分子ビルダーで構築した分子構造で計算条件を指定する機能、計算入力ファイルの構築機能、計算入力ファイルによる計算の実行機能、計算の出力ファイルから構造を読み取り3D構造を表示させる機能

図11　各種計算ソルバーとのインターフェイス

動作環境

Windows XP, Windows Vista, Windows7

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材料設計統合システム（Advance/MaterialDesignSystem）の概略（PDF:348KB）

アドバンスシミュレーション Vol.5 材料設計統合システム Advance/MaterialDesignSystem／2次電池CADシステム Advance/Battery Design System／3次元デバイスシミュレータ Advance/DESSERT, 奥野好成

当社では、材料設計統合システムの開発を進め、プロトタイプを完成しました。材料設計統合システムでは、材料設計統合プラットフォームを中核とし、種々のシミュレーション手法に基づくソフトウェアを計算ソルバーとして位置づけ有機的に統合して、全体として高度で複雑なシミュレーションを自由自在に実行できるようなものとしました。材料設計統合プラットフォームは、分子・結晶・高分子等の構造の構築、計算条件の設定、計算ソルバーへのインターフェイスを担います。計算ソルバーとしては、量子化学計算手法、密度汎関数法、バンド計算手法、分子力学法、分子動力学法、粗視化動力学法等のシミュレーションが可能なものをそろえました。これらのシミュレーション手法を目的に応じて使い分け、または組み合わせた解析を行うことができるようにしました。それにより、分子、タンパク質、ポリマー、結晶、固体、液体、気体等、多岐にわたる材料をトータルに解析することが可能となりました。ここでは、材料設計統合システムの概略について説明します。

材料設計統合プラットフォーム（PDF:1,888KB）

材料設計統合プラットフォームの開発を行い、プロトタイプを完成しました。材料設計統合プラットフォームでは、モデリングのためのビルダー機能、計算ソルバーとのインターフェイス機能を有しています。ビルダーは、分子構造を構築する分子ビルダー、結晶構造を構築する結晶ビルダー、高分子構造を構築する高分子ビルダーから構成されます。それにより、分子、結晶、高分子のみならず、タンパク質、液体、固体等、多岐にわたる材料のモデル化がマウス操作とボタン操作で可能です。インターフェイスは、計算条件の指定、計算ソルバーでの計算の実行、計算結果の出力ファイルからの最終構造の取得等の機能を有します。現在、インターフェイスが可能となっている計算ソルバーは、Advance/OCTA、Advance/Biostation、Advance/PHASE、OpenMXです。また、Modylas、Gaussian09、GAMESSとのインターフェイスを現在開発中です。