第9章 機械設計の高度化
★本講義の内容だけでは機械設計はできない?
★教科書や参考書の設計手順で設計ができるのか?
★高度な機械設計を目指す!
9.1 機械の高性能化
★機械の性能とは,機械の種類や用途によって様々!
(1) 性能評価
高性能化
性能評価
スターリングエンジンの性能評価
(2) 情報伝達
★1つの機械を一人だけで設計することはほとんどない!
★設計者同士の情報伝達が重要!
CADの利用
プレゼンテーション
(3) 設計の最適化
★定量的で精度の高い解析が必要不可欠!
流体解析(CFD)
構造解析(FEM)
コンピュータを利用した高度な解析
どこまで最適化ができるのか?
設計者の判断が重要?
(4) 信頼性の高い設計
機械製品を開発する場合,
★故障しにくい製品であること。
★もし故障してもすぐに修理できる製品であること。
信頼性評価
FMEA手法(Failure Mode and Effects Analysis)
機械システムを構成する部品(または機器)に故障が発生した
場合を想定し,その際,機械全体にどのような影響を与えるの
かを表を使って解析する。
機械設計,生産コスト評価,品質管理に適用可能?
大型舶用スターリングエンジンのイメージ
簡単なFMEA解析シートを作成してみる。
大型舶用スターリングエンジンのFMEA解析シート
FMEA解析の影響度と発生頻度
影響度の点数
故障等級=影響度×発生頻度
故障等級が高いほど,要注意!
例えば,30以上は設計見直し!
発生頻度の点数
課題①
機械設計・開発において,機械の信頼性を考えるこ
とは極めて重要である。身近な機械を例にとり,機械
の信頼性について論じなさい。
9.2 「やさしさ」のある機械設計
やさしさ
やさしさ
やさしさ
やさしさ
(1) 使用者にやさしい機械の設計
(a) 機械の操作性
★使用者(消費者)の扱いやすさ!
★使用者が機械製品を間違いなく使用する!
操作のわかりやす
さ!
操作のしやすさ!
(b) バリアフリー
★高齢者や障害者が機械を使う場合,邪魔になる様々なバリ
ア(障壁)を取り除く!
バリアフリー船のイメージ
(c) ユニバーサルデザイン
バリアフリー
高齢者や障害者のバリア(障壁)を取り除く!
ユニバーサルデザイン
全ての人(健常者を含む)が使いやすい機械!
★機械設計にユニバーサルデザインの考え方を取り入れてい
く!
(2) 加工者にやさしい機械設計
(a) 加工しやすい寸法線
★本来,( )内
の寸法は不要
であるが,これ
らの寸法が記述
してあると,フラ
イス盤の座標を
設定する際,便
利である。
(b) 作りやすさを考えた設計
例:R面取りは,C面取りよりも厄介な加工である。
加工方法を把握して,図面を描く!
(c) 思いやりのある図面
CADを使うと誰もが上
手な図面を描けるよう
になる?
「わかりやすい図面」を
自動的には作図してく
れない!
(3) 環境にやさしい機械の設計
(a) 機械と環境
★機械は地球環境を悪化させる?
★このような問題を解決するためにどのような方法があるのか?
(b) リサイクル設計
リサイクル
不要になった製品を新たに製作する製品の原料
または部品として再利用する!
廃棄物(ゴミ)をできる限り少なくする機械設計!
★リサイクル設計の要点
① 樹脂部品の樹脂選択:一般に,樹脂材料は金属材料と
比べて再利用が難しい。再利用が容易な樹脂材料を選
択する。
② 分解性,取り外し性:製品の分解が容易な構造とする。
③ リサイクルのためのコスト・時間の低減:リサイクルのた
めに多大なコストが必要であると,産業・事業として成り
立たない。
④ 資源消費量の削減:製品を完成させるまでに必要な資源
消費量をできる限り少なくする。
⑤ 廃棄物の削減:使用済みの製品から発生する廃棄物を
できる限り少なくする機械設計が必要である。
(c) ライフサイクルアセスメント(LCA)
LCA
広範囲な環境への影響を評価
原料調達からリサイクルに至るまでの製品の流れ
を対象とした環境評価手法
課題②
これからの時代は,地球環境保全とエネルギーの有
効利用が重要となる。そのような観点から,新しい機
械システムを考え,その具体的な構造を図面に表しな
さい。また,使用方法並びに効果について,文章で説
明しなさい。
9.3 もの作りのための機械設計
を目指して
(1) 考える機械設計
① 考えられるあらゆる方法(構造)を考える。
② 最初に思いついた方法がベストな方法とは限らない。
③ ある程度の時間をかけて,しっかりと考える。
④ 幅広い知識と興味を持つ。
(2) 迅速な設計
① 機械設計や機械製図はできる限り短時間で終了させる。
② JISなどの規格部品を積極的に利用する。
③ CADをうまく利用する。
④ 多くの知識と工学的な「勘」を養う。
フリーハンド
CAD図面
(3) 情報収集
機械技術の進化
設計者・技術者は,最新情報の収集に努力すること
★インターネットの活用
★技術ニュース,書籍,論文・・・
(4) 手作り機械の勧め
実際の現場
設計→加工→実験・評価・・・の分業
手作り機械
設計からもの作りまで・・・
★自らが考えた発想を「手作り」で製作することは,新たな発想
を産む!
★その後の工学・工業技術の発展につながる!
期末テストについて(平成18年度後期)
日時:平成19年1月15日 16:10~17:40
持込許可:教科書,手書きのノート
持ち込みが望ましいもの:定規,コンパス
使用が認められないもの:携帯電話,パソコン,外部と
の連絡が可能なもの
相談不可,私語不可,教科書等の貸し借り不可
試験内容(仮)
問1 機械設計一般(20点)
機械設計や機械要素に関する用語の説明
問2 強度設計(20点)
許容応力や安全率に関する計算問題
問3 設計演習(30点)
自らで形状を考えて,機械図面を作図する。
問4 創造設計(30点)
考える問題(キーワード:環境,高齢化,安全・・・)
【問4「想像設計」の採点基準】
・工学的な考え方が正しいか?
・発想・独創性(アイデア)があるか?
(おもしろさだけではダメ。)
・課題をしっかりと考えているか?
・説明がされているか?
(必要性,構造,特徴,効果)
【その他の採点基準】
・文字の見やすさ(濃く,丁寧に)
・適切な文字数
・今までの課題提出
本日の課題(アンケート)
今から配布するアンケートにお答えください。
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H18講義用スライド【講義】(MS-PowerPoint,1.4MB)