| 授業名 | 機械システム工学(99FA018) | 授業名（英） | |
| 教員名 | 永田 寅臣,大塚 章正,吉村 敏彦,池田 毅,千葉 良一,吉田 和司 | ||
| 開講年度学期 | 2021年度 後期 | ||
| 曜日時限 | 水曜1限 | ||
| 開講学科 | 工学研究科(Graduate School of Science and Engineering) | ||
| 単位 | 2.0 | 学年 | 1・2年 |
| 区分 | 選択(Elective subject) | 課程 | 修士(Master's course ) |
| 概要 | 近年の大規模、複雑、高性能化された機械システムを構成する重要な応用技術について講義する。 [千葉] 我々の生活には欠かせない様々な食品が食品機械を通して生み出されている．加工食品の原料素材である農産物もまた農業機械によって収穫・選別されている．加工食品が商品として流通するためには包装機械や製缶機械も必要不可欠である．このような食に関わる産業機械の機構や機能を紹介するとともに、ICTおよびAI技術を活用して省力・高品質な生産を実現するスマート農業について概説する。 [永田] ファジィ制御やニューラルネットワークなどのインテリジェント制御応用による産業用ロボットの設計などを例題に取り上げながら、ソフトウェアとハードウェアの両面からのアプローチによる知能機械システムの実現方法を紹介する。実際のシステム開発で広範囲に用いられているWindows Visual C++, C#を使用することにより、制御系設計とアプリケーション開発のための技術を講義する。3次元CAD/CAMなど製品設計支援ツールとの係わりを交えながら、産業用ロボットやNC工作機械とのデータインタフェイスと高度利用技術についても詳しく紹介する。 [大塚] 精度設計（公差解析、公差設計）について、基礎的な内容は学部の時に既に習っているものとする。この講義においては、精度設計に利用されている技術、特に最適化、統計学、信号処理などの情報処理の技術について詳しく解説する。 [吉村] エネルギー問題が問われて久しい昨今、既存の発電技術である火力発電、ガスタービンや原子力発電を正しく理解する必要がある。また、各種プラントを安全に稼働させるためには、非破壊検査技術が有効である。各種発電プラントとその診断技術を紹介するとともに、新エネルギー開発や省エネ等、エネルギー問題に関わりが深いナノテクノロジーの動向についても解説する。 [池田]研究テーマとして扱っている、リハビリ装具の開発や呼気圧および口周辺の運動を利用したインタフェースの紹介ならびに、電動車椅子を題材とした自動走行や走行補助システムを例として、ロボット、メカトロニクスの医療・福祉分野への技術応用や研究事例を紹介する。 [吉田]情報機器の一つである金融機器の開発の歴史、機構、機能などを紹介するとともに、IT技術の進歩に伴って次第に減少しつつあるこれら装置の将来の展望について講義する。これによって、今後のモノづくりにおいて必要とされる機械技術の内容について考える。 ■本科目の担当教員である永田寅臣は1985年～1988年にかけて株式会社九州松下電器において情報端末のソフトウェア開発に携わり、その後、1989年～2006年にかけて福岡県工業技術センターにおいてコンピュータを用いた設計、工作機械を用いた3次元加工、産業用ロボットの制御と応用開発に従事した経歴を持つ。それらの業務で培った経験を同科目の授業の内容に併せて業務関係やその連携の重要性について講義する。 ■本科目の担当教員である吉村敏彦は1983年度～2001年度にかけて株式会社日立製作所 機械研究所において半導体製造装置（MBE装置）の開発、ナノレベル分析装置の開発、原子力予防保全技術（ウォータジェットピーニング技術）、高温ガスタービンの開発等に従事した経歴を持つ。それらの業務で培った経験を同科目の授業の内容に併せて業務関係やその連携の重要性について講義する。 ■本科目の担当教員である吉田和司は、1985年度～2009年度にかけて株式会社日立製作所機械研究所においてメカトロ機器の研究開発とマネージメントに携わり、その後2010年度～2017年度半ばまで日立オムロンターミナルソリューションズ株式会社においてATMをはじめとする金融機器の開発、企画、知財活動に従事した経歴を持つ。これらの業務の経験を踏まえ、単なる理論だけでなく、本科目と実製品との関係や重要性も明らかにしながら講義を行う。 |
| 達成目標 | ・講義概要に掲げた技術用語について、関連性を含めて説明できる。 ・産業用ロボット、NC工作機械、CAD/CAMなどのデータインタフェイスを説明できる。 |
| 学習教育目標 | |
| 成績評価方法 | 毎回の講義後にレポートを課し、その内容に応じて以下のように評価を与える。 Reports are scored (graded) according to the degree of understanding through 16 lectures. 10 points * 16 times /1.6 = 100 points (perfect score) 合格 : S（90～100点），A（80～89点），B（70～79点），C（60～69点） 不合格 : D（59点以下） |
| 教科書 | 教科書は指定しないが、随時関連の資料を配布する。 The related documents are distributed to students. |
| 参考書 | 1) Fusaomi Nagata and Keigo Watanabe, Controller Design for Industrial Robots and Machine Tools -Application to Manufacturing Processes-, 260 pages, Woodhead Publishing Limited, 2013. eBook ISBN: 9780857094636, Hardcover ISBN: 9780857094629 |
| 履修上の注意 | 学部のときの教科書で採り上げられているテーマに関して実システムに基づく技術資料などを毎回配布し、より実践的な知識の習得を目指す。制御工学Ⅰ、制御工学Ⅱ、自動制御、ロボット工学、電気電子工学通論Ⅱなどを受講していることが望ましい。 Basics of control engineering and robotics may be required. |
| 授業計画 | 永田 ①様々なメーカーの産業用ロボットの制御技術の紹介 加工負荷を制御することができるデスクトップ型NC工作機械の制御系について紹介する。また、スピンドルチルト式 5軸制御NC工作機械と、ロータリユニットを有するNC工作機械のためのポストプロセッサについて説明する。 Intelligent mechanical system III: Desktop-size NC machine tool, which can control the polishing force, is introduced. Also, a five-axes NC machine tool with a tilting head, three-axes NC machine tool with a rotary unit and their post-processors are demonstrated. ②産業用ロボットのための位置と力のハイブリッド制御と応用 ロボットの倣い制御 位置と力のハイブリット制御法によるロボットの倣い制御の実現方法について紹介する。倣い制御はロボットによる材料の仕上げ加工に応用されている。 Robotic profiling control: Hybrid position/force controller is introduced to realize a profiling control along free-formed curved surface. The hybrid position/force controller allows an industrial robot to simultaneously control "position and orientation of an arm tip” and “contact force to a workpiece”. ③産業用ロボットのためのCAD/CAM利用技術 3次元CAD/CAMとロボットの目標軌道 ロボットの目標軌道について説明する。CAMのメインプロセッサが生成するカッターロケーションデータから位置・姿勢情報を計算する。 3D CAD/CAM and robotic desired trajectory: Desired trajectory for an articulated-type industrial robot is explained. Position and orientation information are derived from cutter location data called CLS data. The CSL data are generated through the main-processor of 3D CAD/CAM. 池田 ④福祉分野におけるロボット・メカトロシステム ロボット、メカトロニクスの医療・福祉分野への技術応用や研究事例の紹介 Introducing technological applications and research cases of robots and mechatronics in the medical and welfare fields 千葉 ⑤食品機械 直近の国際食品工業展に出展された食品機械をいくつかピックアップし、その機構とセンシング技術について紹介する。 Driving mechanism and sensing technology used in food processing machines are explained, which were exhibited at the latest International Food Machinery & Technology Exhibition. ⑥紙器と缶の製造 紙製容器と缶容器の作り方を説明したのち、サーボプレスを活用した金属薄板の加工技術を紹介する。 The ways of manufacturing paper containers and beverage cans are illustrated using simple examples, and subsequently, the application of servo presses to sheet metal forming is elaborated. ⑦農業機械とスマート農業 ICTおよびAIの農業分野への技術応用例を紹介し、今後の動向について説明する。 Typical applications of ICT and AI technologies to the field of agriculture are introduced and future trends in this area are outlined. 吉田 ⑧ATMの歴史と構造、基本動作 ATMの開発の経緯と技術的変遷、ATMの基本構成と基本動作、および関連技術を説明する。 History, structure, and basic action of ATMs: The history, background and technical change of ATMs development are introduced. The basic configuration, basic operation, and related technologies of ATMs also are explained. ⑨紙幣の繰出し、搬送、集積の基礎理論 紙幣の繰出し、搬送、集積に関する詳細なメカニズムの説明、および紙幣の挙動に関する理論を 説明する。 Basic theory of feeding, transporting, and accumulating banknotes: The detailed mechanisms relating to feeding out, conveying and accumulating banknotes, and the theory on the behavior of banknotes are explained. ⑩通帳の頁捲り、ロール紙巻取り、カード搬送の基礎理論、シミュレーション技術 通帳の頁捲り、ロール紙巻取り、カード搬送に関する詳細なメカニズムの説明、各機構の挙動に 関する理論を説明する。 Basic theory of passbook page turning, roll paper winding, card transportation, and simulation technology: The detailed mechanisms related to page turning of a passbook, roll paper take-up, card transpot, and the theories related to behavior of each mechanism are explained. 吉村 ⑪プラントの非破壊検査技術 各種プラントに用いられる非破壊検査（Non-Destructive Testing）について紹介する。代表的な検査技術としては、目視検査（Visual Testing）、浸透探傷試験（Penetrant Testing）、超音波探傷試験（Ultrasonic Testing）、渦電流探傷試験（Eddy Current Testing）、放射線透過試験（Radiographic Testing）があるが、検査対象の検出位置（表面、表面近傍、内部）や材料等により、適切な方法を選択する。 Non-destructive testing used in various plants is introduced. Typical inspection techniques include Visual Testing, Penetrant Testing, Ultrasonic Testing, Eddy Current Testing, Radiographic Testing, However, an appropriate method is selected depending on the detection position (surface, near surface, inside) of the inspection object, material, or the like. ⑫ガスタービンと原子力発電プラント 火力発電、ガスタービン、原子力発電の原理について紹介する。各発電方法の長所、短所、今後の動向について説明する。 The principle of thermal power generation, gas turbine, nuclear power generation is troduced. The advantages, disadvantages and future trends of each power generation method are explained. ⑬ナノテクノロジー技術の歴史と展望 1990年代から始まったナノテクノロジーの歴史や技術動向について紹介する。また、材料の表面機能か設計テクノロジーについて説明する。 The history and technology trend of nanotechnology that began in the 1990s is itroduced. In addition, The surface function or design technology of the material by nanotechnology is explained. 大塚 ⑭精度設計における確率統計の応用 機械設計のプロセスにおいて、精度設計はコストと品質に関わってくるため重要である。 特に量産品ではロット単位で品質が管理されているが、その情報を精度設計の段階で利用する試みもある。この場面では特に確率統計が応用されている。本講義では、その原理と応用例を紹介する。 In the process of mechanical design, tolerance design is important because it is directly related to cost and quality. In particular, in mass-produced products, quality is controlled in units of lots, and there are also attempts to use the information in the stage of tolerance design. Probability theory and statistics are applied in the tolerance design. ⑮精度設計における最適化技法の応用 精度設計では品質とコストとのバランスを考える必要があり、重要な問題となっている。これは最終的に最適化問題に帰着させて解くことが一般的である。精度設計における最適化技法について紹介する。 Tolerance design needs to consider the balance between quality and cost, which is an important issue. It is common to solve the issue by replacing it to the optimization problem. ⑯精度設計における信号処理の応用 精度設計の工程において、画像処理などに応用されている信号処理技術が多く用いられるようになってきた。本講義では、その例を紹介する。 In the process of tolerance design, several signal processing techniques are applied to the design. This lecture will introduce an example. |
| 注意 |