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0.はじめに
本章では、MIDAS GHのさまざまな機能を実務例に近い形で構成し、より分かりやすく学習できるようにしています。
マニュアルだけでは学習が難しかったユーザーでも、GrasshopperとCIVIL_NX APIの使用方法を直感的に理解できるようにすることを目的としています。また、より効果的かつ体系的に学習できるよう支援することを主な目的としています。
このテンプレートは、実務者がプロジェクトを効率的かつ体系的に進められるよう設計されています。
本例では、FCM橋梁(FCM Bridge)を題材として、基本ジオメトリの作成から施工段階(Construction Stage)の設定まで、一連の入力方法を学習します。
結果プレビュー
1. 概要
1-1 推奨バージョン
このテンプレートを正常に使用するために必要なMIDAS GHおよびCIVIL NXのバージョンは以下のとおりです。
| CIVIL NX | MIDAS CIVIL NX 2024(v2.1) |
|---|---|
| MIDAS GH | MIDAS GH (v2.0.5) |
記載されているバージョンと一致しない場合、一部の機能が正常に動作しない可能性があります。
正常に動作させるため、現在使用しているバージョンが指定されたバージョンより古い場合は、指定されたバージョン以上にアップデートしてください。
1-2 単位系の設定
このテンプレートでは、以下の単位系(Unit System)が設定されています。
1-3 モデル概要
-
材料特性および許容応力度
-
Pier properties
fc' = 5.0ksi, ASTM(RC), Grade C5000
-
Main Girder properties
fc' = 4.0ksi, ASTM(RC), Grade C4000
-
Tendon Properties
Material: EN 05(S) Y1770S7
P.C Strand: Φ15.2 mm (0.6˝strand)
Duct Diameter: 100 mm
Yield Strength: fpy = 1600 N/mm2
Ultimate Strength: fpu = 1850 N/mm2
Cross Sectional area: Ap = 2635.3 mm2
Modulus of Elasticity: Eps = 2.00 X 105 N/mm2
Jacking Stress: fpj = 0.7fpu = 1295 N/mm2
Curvature friction factor: μ = 0.2 /rad
Wobble friction factor: k = 0.006 /m
Anchorage Slip: Δs = 6 mm (At the Beginning and at the End)
-
Pier properties
-
荷重
Self-weight : Input Self-Weight
2nd Dead Load : w = 35 kN/m
Form Travelling Load : P = 800kN , e = 2.5m , M = P x e = 2,000 kN·m
図5.移動荷重載荷点 Curing Load : Non harden Concrete Weight
-
クリープおよび収縮
Code: CEB-FIP(1990)
Characteristic compressive strength of concrete at the age of 28 days: 35 N/mm2(Grade C5000). / 28 N/mm2(Grade C4000)
Relative Humidity of ambient environment: 70%
Type of cement: Normal or rapid hardening cement
Age of concrete at the beginning of shrinkage: 3 days
- 施工段階
以下に、FCMによる施工の一般的な手順を示します。
この例では、4台のフォームトラベラー(FT:Form Traveler)を使用して施工する3径間FCM橋梁を対象としています。
そのため、本例ではフォームトラベラー(FT)の移設は行いません。
2. 実行
2-1 設定
モデルを生成する前に、MIDAS GHで以下の設定を行う必要があります。
A. API接続
B. テンプレート実行
A. API 接続
MIDAS GHはCIVIL NXのAPIを使用して動作します。
そのため、作成したコンポーネントはCIVIL NXに接続されている場合のみ正常に機能します。
CIVIL NXへの接続手順は以下のとおりです。
① GrasshopperでMidas Settingコンポーネントを実行します。
② Midas Settingコンポーネントのアイコンをダブルクリックして、Settingsウィンドウを開きます。
③ CIVIL NXでAPI Settingsを実行します。
④ CIVIL NXに表示されるBase URLの内容をコピーし、GrasshopperのBase URL欄に貼り付けます。
⑤ CIVIL NXに表示されるMAPI-Keyの内容をコピーし、GrasshopperのMAPI-Key欄に貼り付けます。
⑥ CIVIL NXのConnectボタンをクリックします。
⑦ GrasshopperのMidas SettingウィンドウでOKボタンをクリックします。
Tips
OncGrasshopperのMidas Settingへの接続が完了すると、設定情報は保持されます。そのため、MAPI-Keyが変更された場合のみ設定を更新する必要があります。
B. テンプレートファイルを開く
設定が完了したら、ダウンロードしたテンプレートファイルを開きます。
また、テンドンを作成するには、このテンプレートと併せてダウンロードしたRhinoファイルも実行する必要があります。
注意
MIDAS GHコンポーネントは、ファイルを実行した際に情報を生成します。
そのため、事前に「1) API Connection(API接続)」を完了していない状態でファイルを実行すると、情報が正しく生成されません。
ファイルを実行する前に、必ず「1) API Connection(API接続)」を完了してください。
2-2 ワークフロー
MIDAS GHでは、以下の手順でCIVIL NXにモデルを作成します。
A.Grasshopperでジオメトリを生成
B. MIDAS GHコンポーネントを使用してジオメトリをCIVIL NXへ転送
MIDAS GHコンポーネントを使用してCIVIL NXにジオメトリを作成します。各コンポーネントには、さまざまな入力変数を設定できます。
① Grasshopperでラインを作成し、MIDAS GHのBeamコンポーネントを使用してモデルを作成します。
② セクションについては、Outer-Dimension of PSC ShapeとInner-Dimension of PSC Shapeコンポーネントを組み合わせてPSC形状を作成します。次に、これらをTapered Shapeコンポーネントに接続して、テーパー付きPSC形状を生成します。
③作成したSection Property、Material Property、GeometryをBeamコンポーネントに接続し、CIVIL NX上にモデルを作成します。
④ 下部構造との関係を設定し、基礎との拘束条件を設定するため、作成したモデルコンポーネントからGet Propertyコンポーネントを使用して、入力位置に対応するNode IDおよびElement IDを取得します。
⑤ 同様に、荷重についてもNode ID、Element IDおよび荷重値を入力します。
⑥ 後の施工段階(Construction Stage)に対応できるよう、Structure Groups、Boundary Groups、Load Groupsを設定し、それぞれの情報を同時に入力します。
⑦ tendonsについては、本テンプレートでは図面からRhinoにインポートしたテンドンを使用します。
⑧ インポートしたテンドンをGrasshopperで橋梁に適した座標へ変換し、対応する要素を特定して割り当てます。
⑨ 構造全体の入力が完了したら、施工段階(Construction Stage)を作成し、各施工段階の継続期間(Duration)を設定します。
⑩手順⑥で設定した各グループ(Structure Groups、Boundary Groups、Load Groups)を対応する施工段階に割り当て、施工段階の施工プロセスを入力します。
詳細なコンポーネントの使用方法については、マニュアルを参照してください。
GrassHopper API Online Manual – MIDAS Support
C. MIDAS GHコンポーネントをCIVIL NX API用データに変換
入力されたコンポーネントを、CIVIL NX APIで使用可能なデータ形式に変換します。
D. MergeおよびBuilderコンポーネントを使用したAPIデータの一括送信
各MIDAS GHコンポーネントにはそれぞれAPI実行ボタンがありますが、効率的にモデルを作成するため、MergeおよびBuilderコンポーネントを使用してAPIデータを一括送信します。
E. CIVIL NXでモデルを実行
Runボタンを実行すると、CIVIL NX上にモデルが生成されます。
2-3 コンポーネントの実行
A. 重要事項
a. Grasshopper実行時のAPI接続について
-> APIに接続されていない状態でテンプレートを実行すると、コンポーネントが正常に機能しない場合があり、Builderコンポーネント内のデータ接続が切れる可能性があります。
この場合は、「Recalculating」ボタンを押して、すべてのコンポーネントを再実行してください。
それでもMergeコンポーネントとBuilderコンポーネントの接続が切れたままの場合は、手動で再接続してください。
b. ジオメトリの変更
-> ジオメトリを変更すると、CIVIL NXで生成されたモデリング情報と、Grasshopper内で計算されたデータとの間に不整合が生じる場合があります。
正しく更新するために、「C.Data Matching」ボタンを押して、モデリング情報を同期してください。
c. 中間コンポーネントの無効化
-> Grasshopperで効率的に作業するために、計算時間の長いコンポーネントを一時的に無効化し、作業完了後に再度有効化する場合があります。
この場合、無効化したコンポーネント以降のコンポーネントが機能しなくなり、Mergeコンポーネントのデータが欠落して、APIの出力が表示されなくなることがあります。
このような場合、MergeコンポーネントとBuilderコンポーネントの接続が切れる可能性があります。
無効化したコンポーネントを再度有効化した後、MergeコンポーネントとBuilderコンポーネントが正しく接続されていることを確認し、必要に応じて再接続してください。
B. テンプレートの実行
3. 説明
このテンプレートは、以下の7つのセクションで構成されています。
① モデリング(Modeling)
② プロパティ(Property)
③ 境界条件(Boundary)
④ 静荷重(Static Load)
⑤ プレストレス(Prestress)
⑥ 施工段階(Construction Stage)
⑦ 更新(Update)
各セクションの配置は以下のとおりです。
また、このテンプレートでは、ユーザーが変更可能なデータが、全体のコンポーネントマップ上で紫色で示されています。
これらの箇所のParameter(パラメータ)値を調整すると、それに応じてモデリング情報が更新されます。
詳細については、以下を参照してください。
3-1 モデリング
以下の情報が、構造モデリングの詳細として設定されています。
A. 配置(Arrangement)
橋梁の線形を設定します。
注記
このテンプレートは、単一の線形にのみ対応しています。
複数の線形を使用する場合は、ユーザー側で追加の修正が必要です。
B. 橋脚テーブル(Pier Table)
以下の情報が、橋脚テーブルの詳細として設定されています。
a. 橋脚位置(Pier Point)
橋梁の下部構造の位置を指定します。
b. 橋脚間距離(Pier Distance)
橋脚中心(Pier Center)と橋脚位置(Pier Point)との間の距離を設定します。
c. 橋脚テーブル端部までの距離(Distance to End of Pier Table)
橋脚テーブル(Pier Table)の端部から橋脚中心(Pier Center)までの距離を設定します。
C. FSM
以下の情報が、FSMの詳細として設定されています。
a. FSM長(FSM Length)
FSM区間の長さを設定します。
b. FSM分割数(FSM Divide Count)
アバットメント支承区間(Abutment Support section)を除く、FSM区間の要素数を設定します。
S4(Element Length)は、この要素数に基づいて決定されます。
c. アバットメント支承長(Abutment Support Length)
アバットメント支承区間の長さを設定します。
d. アバットメント分割数(Abutment Divide Count)
アバットメント支承区間の要素数を指定します。
D. キーセグメント(Key Segment)
以下の情報が、キーセグメントの詳細として設定されています。
a.キーセグメント長(Key Segment Length)
キーセグメント区間の長さを設定します。
注記
キーセグメントは、3つの区間に分割されています。
各区間の長さを個別に調整する場合は、接続されているコンポーネントを変更してください。
E. セグメント(Segment)
以下の情報が、セグメントの詳細として設定されています。
a. セグメント長(Segment Length)
1つのセグメントの長さを設定します。
注記
セグメントは、各橋脚からFSM方向に向かって順番に作成されます。ただし、解析上の要素方向(Element Direction)は、グローバル軸の正方向(+方向)に揃えられます。
b. 等間隔オプション(Equal-interval Options)
- True : 指定した長さに近づけるよう、セグメントを等しい長さに分割します。
-
False : ユーザーが指定した長さに従ってセグメントを分割します。
全長を均等に分割できない場合は、最後のセグメントの長さが調整されます。
F. 橋脚(Pier)
以下の情報が、橋脚の詳細として設定されています。
a.橋脚長(Pier Length)
橋脚の全長を設定します。
b. 分割数(Divide Count)
橋脚区間の要素数を設定します。
G. 構造グループ(Structure Group)
施工段階(Construction Stage)の設定を行うために、ジオメトリをグループに分けます。
テンプレートでは、各グループに要素番号が自動的に割り当てられます。
a. 名前(Name)
グループ名を指定します。
現在設定されているグループ名については、上図を参照してください。
3-2 プロパティ(Property)
ジオメトリに適用される材料特性および断面特性を調整します。
A. 材料(Material)
部材に適用する材料特性(Material Property)を生成します。
注記
MIDAS GHは、CIVIL NXのデータベースを使用します。
各コンポーネントでは、用途に応じて適切なデータベースを適用してください。
a. 材料ID(Material ID)
各材料にIDを割り当てます。
b. 材料名(Material Name)
材料の名称を設定します。
c. 弾性係数(Modulus of Elasticity)
材料の弾性係数を入力します。
d. 熱膨張係数(Thermal Coefficient)
熱膨張係数を指定します。
B. 時間依存材料(Time Dependent Material)
部材に適用する時間依存材料特性(Time Dependent Material Property)を生成します。
a. 相対湿度(Relative Humidity)
コンクリートの周囲環境における相対湿度を設定します。
b. コンクリート材齢(Concrete Age)
乾燥収縮を開始するまでの、打設後の経過時間を設定します。
c. 部材寸法(Member Size)
構造物の幾何学的な寸法を入力します。
d. 圧縮強度(Compressive Strength)
材齢28日における圧縮強度を設定します。
C. 断面(Section)
部材に適用する断面特性(Section Property)を生成します。
a. 断面ID(Section ID)
各断面にIDを割り当てます。
b. 断面名(Section Name)
断面の名称を設定します。
c. 断面寸法(Section Size)
断面の寸法を入力します。
c-1. 断面外形寸法(Section Outer Dimension)
PSC断面の外形寸法を入力します。
c-2. 断面内形寸法(Section Inner Dimension)
PSC断面の内形寸法を入力します。
d. 断面形状(Section Shape)
断面の形状を選択します。
3-3 境界条件(Boundary)
橋梁の境界条件を設定します。
このテンプレートでは、CIVIL NXの境界条件機能を使用しており、ユーザーは自由度(Degree of Freedom)および適用値を調整できます。
A. 支承(Support)
モデルに拘束条件を適用します。
B. 剛性弾性リンク(Rigid Elastic Link)
モデル内の2つの節点間に剛結を適用します
C. 境界グループ(Boundary Group)
施工段階(Construction Stage)の設定に使用するため、境界条件をグループ化します。
a. 名前プレフィックス(Name Prefix)
各境界グループのプレフィックス(接頭辞)を指定します。
注記
境界グループ名(Boundary Group Name)= 名前プレフィックス(Name Prefix)+ 構造グループ名(Structure Group Name)
3-4 静荷重(Static Load)
橋梁に静荷重を適用します。
A. 荷重ケース(Load Case)
部材設計時に適用する荷重タイプ(Load Type)を設定します。
以下に示すとおり、荷重ケース名(Load Case Name)を入力します。
a.名前(Name)
荷重ケースの名称を指定します。
B. 自重(Self Weight)
自重に対する係数を設定します。
注記
Self Weightコンポーネントでは、IDが自動生成されません。
そのため、以下に示すように、ID情報を手動で入力する必要があります。
a. 自重係数(Self Weight Factor)
自重に対する係数を設定します。
C. 2次荷重(2nd Load)
舗装、壁高欄、およびモデル上で明示的に作成されていない付加物などの荷重を入力します。
荷重を適用する範囲は、あらかじめ定義された領域に基づいて自動的に割り当てられます。
a. 荷重値(Load Value)
舗装や壁高欄などの追加荷重を設定します。
D. 移動作業車荷重(Form Travelling Load)
施工機械による荷重を考慮します。
フォームトラベラーについては、機械自体の重量に加えて、作業位置に応じた偏心荷重も考慮します。
a. 荷重値(Load Value)
施工機械による荷重を指定します。
b. 移動作業車位置(Form Traveller Position)
フォームトラベラーの偏心位置を設定します。
E. 施工段階時荷重(CS Time Load)
隣接する部材間の材齢差によって生じる時間依存材料特性を反映するため、特定の部材に追加の材齢差を設定します。
材齢差は、3-6 施工段階(Construction Stage)で設定した期間に基づいて自動的に割り当てられます。
F. 湿潤コンクリート荷重(Wet Concrete Load)
各施工段階における湿潤コンクリートの荷重を入力します。
荷重は、CIVIL NXから断面情報を取得し、コンクリートの密度を乗じることで算出されます。
その後、断面全体の重心位置を算出し、偏心荷重を考慮します。
G. 荷重グループ(Load Group)
a. 名前プレフィックス(Name Prefix)
各荷重グループのプレフィックス(接頭辞)を入力します。
b. 名前(Name)
荷重グループ名(Load Group Name)を入力します。
これは、構造グループ名(Structure Group Name)を参照しない場合に使用されます。
3-5 プレストレス荷重(Prestress Load)
橋梁にプレストレス荷重を適用します。
A. テンドン特性(Tendon Property)
テンドンの材料特性を入力します。
リラクセーション(Relaxation)の適用方法は、コンポーネント内で設定できます。
a. Tendon ID
Tendon特性にIDを割り当てます。
b. Tendon Name
Tendon特性の名称を設定します。
c. ワイヤー(Wire)
Tendonのワイヤー情報を入力します。
d. ダクト(Duct)
ダクトの寸法を設定します。
e.摩擦係数(Friction Factor)
プレストレス損失を考慮するための摩擦係数を設定します。
f. 定着部すべり(Anchorage Slip)
定着部におけるすべり量を入力します。
B. テンドンプロファイル(Tendon Profile)
テンドンの形状および配置を設定します。
このテンプレートでは、図面を基にRhino上でテンドンの配置を3Dで作成し、その後、Grasshopperを使用してモデル上の適切な位置に配置する方法を採用しています。
テンドンの経路が曲線の場合、3D上で作成することが難しい場合があります。そのような場合は、直線経路を基準として作成し、その後、曲線経路に適合するように調整します。
テンドンの全長とモデルの長さが異なる場合でも、比例調整によって正しい位置に整合させます。
したがって、直線経路上におけるテンドンの位置と長さの比率が一致していれば、モデル上でテンドンが正しく生成されます。
a. 基準線位置(Reference Line Position)
Tendonの長さに基づいて、基準線を作成します。
b. インポートファイル(Import File)
レイヤーごとにtendon配置データをインポートします。
c. Tendon Name
プレフィックスおよび上側/下側の設定を使用して、tendon名を自動生成します。
C. Tendon プレストレス(Tendon Prestress)
Tendonに適用するプレストレス荷重を入力します。
Tendonへのプレストレスの適用方向については、下図を参照してください。
プレストレスの適用位置を変更する場合は、コンポーネントに接続されている値の順序を調整してください。
a. Tendonジャッキ力(Tendon Jacking Force)
tendonに適用するプレストレス力を入力します。
b. グラウト施工段階(Grouting Stage)
tendonにプレストレスを導入した後、ダクト内にグラウトを注入するタイミングを設定します。
3-6 施工段階(Construction Stage)
施工段階を設定し、各ステップに対して実行するアクションを割り当てます。
Construction Step
A. 施工ステップ(Construction Step)
施工段階を設定します。
a. セグメント施工ステップ(Segment Construction Step)
セグメント施工における総ステップ数を設定します。
このテンプレートでは、最大セグメント数(Max Segment Count)が自動的に計算され、入力されます。
注記
セグメントは、各橋脚から両方向へ同時に施工され、1セグメントにつき1ステップが割り当てられます。
b. セグメント施工後ステップ(After Segment Construction Step)
セグメント施工完了後に残るステップ数を設定します。
B. 期間(Duration)
各施工段階の施工期間を設定します。
a. 施工段階日数(Stage Date)
各施工段階の期間を指定します。
b. 追加データ(Additional Data)
既存部材の影響を考慮する期間を設定します。
これは、1つの施工段階内で荷重の適用時期を変更する場合や、追加荷重を組み込む場合に適用されます。
このテンプレートでは、コンクリート打設前の作業に要する期間が設定されています。
c. 接続日数(Connection Date)
クリープの影響を考慮する期間を設定します。
d. 永続日数(Permanent Date)
クリープの影響を考慮するための期間を設定します。
C. 施工段階開始ステップ(Start CS Step)
各部材に適用する施工段階を設定します。
FSMおよびKeySegについては、セグメント施工完了後に順次適用されるように施工段階が設定されます。
D. 非アクティブ化ステップ間隔(Deactive Step Interval)
荷重が適用される期間(ステップ数)を設定します。
4. 使用コンポーネント(Used Components)
コンポーネント概要表(Component Summary Table)
| Chapter | Contents | Component |
|---|---|---|
| Common | Information Linking Between Components | Get Property |
| 2-1 Setting | Connection API | MIDAS Setting |
| 3-1 Modeling | Create Main Girder/Coping Element | Beam |
| Set the Structure Group | Structure Group | |
| 3-2 Property | Create Material Property | Concrete Material |
| User Material | ||
| Create Time Dependent Material | Creep/Shrinkage | |
| Comp.Strength | ||
| Time Dependent Materail Link | ||
| Create Section Property | Outer-Dimension of PSC Shape | |
| Inner-Dimmension of PSC Shape | ||
| Shear Check of PSC Shape | ||
| Web Thick.for Shear of PSC Shape | ||
| PSC Shape - 1,2 Cell | ||
| Tapered Shape - PSC 1,2 Cell | ||
| Shape User | ||
| Change Offset | ||
| Section | ||
| Additional Option | ||
| 3-3 Boundary | Method for Transferring Loads on the Section to Each Point | Rigid Elastic Link |
| Set constraints with support point | Supports | |
| Searching for Node IDs in CIVIL NX Modeling | Get Node | |
| Searching for node IDs contained in CIVIL NX Element | Get Elem Node | |
| Set Boundary Group | Boundary Group | |
| 3-4 Load | Create Load Case | Static Load Cases |
| Assign Self Weight | Self Weight | |
| Input distributed load (2nd Load) | Beam Loads | |
| Input Nodal Load (Wet Concrete Load, Form Travelling Load) | Nodal Loads | |
| Input Additional Loads for Age Differences | Time Load | |
| 3-5 Prestress Load | Create Tendon Property | Post-tension Tendon Property |
| Create Tendon placement | 3D Spline Tendon Profile | |
| Input Tendon Prestress | Tendon Prestress | |
| 3-6 Construction Stage | Input Elements Applied to Construction Stages | C.S Act. Structure Group |
| Input Loads Applied to Construction Stages | C.S Act. Load Group | |
| Input Loads Deactivated During Construction Stages | C.S Deact. Load Group | |
| Input Boundary Applied to Construction Stages | C.S Act. Boundary Group | |
| Create Construction Stage | Define C.S | |
| 3-7 Update Data | Combine Common APIs | Merge Data |
| Batch API Transmission to CIVIL NX | Model Builder |
5. 注意事項
5-1 動作しないコンポーネント(Not Working Component)
テンプレートの使用中にコンポーネントが正常に動作しない場合は、以下の項目を確認してください。
a. API接続
- GrasshopperとCIVIL NX間のAPI接続が有効になっていることを確認してください。
- Base URLおよびMAPI-Keyの設定を再確認してください。接続が切断されている場合は、再接続したうえでテンプレートを更新してください。
b. コンポーネントの接続
- 各コンポーネント間の接続を確認してください。接続先が間違っている、または接続が不足している場合、テンプレートが正常に動作しないことがあります。
- 接続方法の詳細については、 GrassHopper API Online Manual – MIDAS Support を参照してください。
c. CIVIL NXの警告メッセージ
- CIVIL NXに表示される警告メッセージを確認してください。
- これらのメッセージには、サポートされていないデータ形式や必要な要素の不足など、問題の原因が示されている場合があります。
5-2 モデリングエラー
コンポーネントがCIVIL NX上でモデルを正しく作成できない場合は、以下の手順に従ってください。
a. 入力データの確認
- 必要なすべての入力データ(例:ジオメトリ、材料特性、境界条件)が正確に入力されていることを確認してください。
b. コンポーネントの再計算
- GrasshopperのRecalculateボタンを押して、すべてのコンポーネントを更新し、APIデータを再生成してください。
[MIDAS GH] 2024. V.2.0.3 – MIDAS Support
c. JSONデータの確認
- Panelコンポーネントを使用して、CIVIL NXに送信されるJSONデータを確認してください。
- 必要なすべてのフィールドが含まれており、正しい形式で記述されていることを確認します。
d. CIVIL NXログの確認
- CIVIL NXのログを確認し、詳細なエラー内容を確認してください。
- 表示されたエラー内容に従って、問題を解決してください。
e. バージョン互換性の確認
- 使用しているMIDAS GHおよびCIVIL NXのバージョンが、必要なバージョンに対応していることを確認してください。必要に応じて、バージョンを更新してください。
f. 再起動して再実行
- GrasshopperとCIVIL NXの両方を再起動し、その後テンプレートを再実行してください。
問題が解決しない場合は、MIDAS技術サポートにお問い合わせください。