スタディングの技術士講座で必須科目Ⅰを受けてみた　再提出からＡ判定の軌跡

1.ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄ(SCM)構築のための機械設計課題
1-1.製品例（ｴﾚﾍﾞｰﾀ用巻上機）
　製品例は、図1の巻上機を想定する。巻上機は、ﾓｰﾀとﾌﾞﾚｰｷ(以下、BK)からなり、ｶｺﾞを駆動する回転機械である。巻上機は、顧客の様々なﾆｰｽﾞに適応すべく、月50台10品種の多品種少量生産品である。

1-2.部品種類を削減した巻上機設計
　設置後40年稼働する巻上機は、保守部品の需要が大きい。よってSCM構築では、旧品を含む製品全体の部品種類削減が効果的である。しかし、BK寸法に影響するﾊﾞﾈやﾊﾟｯﾄﾞでは、機種毎の最適設計が優先され、部品の共通化が難しい。この部品共通化困難な問題に対し、ﾗｲﾌｻｲｸﾙを俯瞰した合理的な設計が課題である。

1-3.製造のｽﾋﾟｰﾄﾞ化を実現する自動化製造設備設計
　在庫の極小化を実現するSCM構築では、自動化製造設備による製造ｽﾋﾟｰﾄﾞ化が有効である。しかし、質量が大きく多品種少量生産品の巻上機は、製造設備が大型化・多機種化しやすい問題がある。この大型化・多機種化の問題に対し、ﾈｯｸ工程の可視化や製品ｼﾘｰｽﾞ化など、費用対効果のある自動化製造設備設計を行う。

1-4.部品寿命を考慮した部品交換時期の計画
　故障時のﾘｽｸが小さい油排出用ｺﾞﾑﾁｭｰﾌﾞは、SCCや熱疲労破壊等で破断後に部品交換する。しかし、故障後の非計画的な部品供給では、ﾘｰﾄﾞﾀｲﾑの増大を招く。このﾘｰﾄﾞﾀｲﾑ増大の問題に対し、ｱﾚﾆｳｽ則による熱設計や物件環境ﾃﾞｰﾀ分析から、部品交換時期を計画する。

2.最も重要と考える部品種類削減課題の解決策
　ｴﾚﾍﾞｰﾀの部品は28万種を超え、部品種類削減が急務なため、部品種類削減の課題に対する解決策を示す。

2-1.ｺﾝｶﾚﾝﾄｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞによる種類削減効果の評価
　設計者は、開発企画段階から工作・資材・営業・保守のｷｰﾏﾝを集め、部品種類削減の目標を設定する。ﾊﾞﾈは4機種で流用する場合、筐体が0.2kg重くなる反面、部品種類を8種類(50%)削減可能となる。この種類削減効果の評価では、素材費、作業費、間接費をﾗｲﾌｻｲｸﾙの面から算出し、種類削減する部品を選定する。

2-2.PDMによる設計情報の共有
　旧品を含む製品全体の部品種類削減では、代替設計時に、素材や部品の種類を増やさない事が肝要である。部品種類を増やさない代替設計では、応力集中箇所や安全率等、設計情報をPDMに格納し技術伝承する。PDM上の情報は、担当者以外が容易に閲覧可能となる。

2-3.ﾊﾞﾘｭｰｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ(VE)を利用した部品機能の集約
　VEを利用した部品種類削減では、巻上機の部品毎の機能と価値を評価し、機能が重複した部品の削減を行う。例えば、BKのせん断力を受けるｶﾞｲﾄﾞﾋﾟﾝと、ﾊﾞﾈ力を調整するﾊﾞﾈ受けは、共にせん断力を保持する機能を有しているため、ｶﾞｲﾄﾞﾋﾟﾝ削減の設計を行う。

3.ﾘｽｸと対応策
3-1.ｼｭｰ素材で鋳巣発生よる引張疲労破壊(ﾘｽｸ)
　２項の解決策を講じても、ｼｭｰに鋳巣が発生して引張疲労破壊が起こるﾘｽｸが懸念される。なぜなら、ｼｭｰ素材のFC250は、鋳造工程不良で鋳巣ができる可能性があり、鋳巣を完全に防ぐことは難しい。
　BKｼｭｰの破断では、局所部でﾊﾟｯﾄﾞ面圧が上昇→ﾊﾟｯﾄﾞの破損→BK制動力低下が発生する。このBK制動力低下の発生では、ｶｺﾞの位置を保持できなくなり、乗客がｶｺﾞに挟まれる重大事故に至る。

3-2.可動鉄心のﾍﾘを利用したｼｭｰ脱落防止(ﾘｽｸ対策)
　ｼｭｰ脱落防止対策では、図2の通りｼｭｰを保持する可動鉄心の上下左右端にﾍﾘ部を設ける。破断したｼｭｰは、ﾍﾘに接触するまで0.5mm移動するが、ﾊﾟｯﾄﾞがﾄﾞﾗﾑに全面接触するため、摩擦係数が低下しない。ｼｭｰが破断したBKは、ｶｺﾞを保持する際のｶﾞﾀ量が増加し、自動検知される。本防止策は、摩擦係数低下前にｼｭｰ交換対策ができる。

4.技術者倫理、持続可能性の観点での要件と留意点
　新たな部品種類削減対策によるﾘｽｸは、FTAやFMEAで抽出し、安全最優先となる対策を講じる。ﾘｽｸを完全に排除する事は困難な為、ﾕｰｻﾞに危害が及ばないﾌｪｰﾙｾｰﾌ機能の追加を検討する。日々進歩する機械設計技術や材料技術等を積極的に活用し、持続可能な技術開発、及び国民経済の発展に努める。以上　

1.ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄ(SCM)構築のための機械技術課題
1-1.機械分野でのSCM構築と製品例
　機械分野のSCM構築では、素材や部品の調達性向上や製作ｽﾋﾟｰﾄﾞ向上、製品製作ﾀｲﾐﾝｸﾞの把握が課題となる。SCM構築として、製品例は図1の巻上機を想定する。巻上機は、ﾌﾞﾚｰｷ(以下BK)を有す回転機械である。

1-2.製品ﾗｲﾌｻｲｸﾙを俯瞰した部品種類削減
　設置後40年稼働する巻上機は、保守部品の需要が大きい。よってSCM構築では、旧品を含む製品全体の部品種類削減が効果的である。しかし、BK寸法に影響するﾊﾞﾈやﾊﾟｯﾄﾞでは、機種毎の最適設計が優先され、部品の共通化が難しい。この部品共通化困難な問題に対し、ﾗｲﾌｻｲｸﾙを俯瞰した合理的な設計が課題である。

1-3.製造のｽﾋﾟｰﾄﾞ化を実現する自動化製造設備設計
在庫の極小化を実現するSCM構築では、自動化製造設備による製造ｽﾋﾟｰﾄﾞ化が有効である。しかし、質量が大きく多品種少量生産品の巻上機は、製造設備が大型化・多機種化しやすい問題がある。この大型化・多機種化の問題に対し、ﾈｯｸ工程の可視化や製品ｼﾘｰｽﾞ化など、費用対効果のある自動化製造設備設計を行う。

1-4.部品寿命を考慮した部品交換時期の計画
　故障時のﾘｽｸが小さい油排出用ｺﾞﾑﾁｭｰﾌﾞは、熱疲労破壊等で破断後に部品交換する。しかし、故障後の非計画的な部品供給では、ﾘｰﾄﾞﾀｲﾑの増大を招く。このﾘｰﾄﾞﾀｲﾑ増大の問題に対し、ｱﾚﾆｳｽ則による熱設計や物件環境ﾃﾞｰﾀ分析から、部品交換時期を計画する。

2.最も重要と考える部品種類削減課題の解決策
　ｴﾚﾍﾞｰﾀの部品は28万種を超え、部品種類削減が急務なため、部品種類削減の課題に対する解決策を示す。

2-1.ｺﾝｶﾚﾝﾄｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞによる種類削減効果の評価
　設計者は、開発企画段階から工作・資材・営業・保守のｷｰﾏﾝを集め、部品種類削減の効果を評価する。この種類削減効果の評価では、梁ﾓﾃﾞﾙ等で低次元化し設計の実現性を簡易評価すると共に、素材費、作業費、間接費のﾗｲﾌｻｲｸﾙｺｽﾄ(LCC)を算出する。開発企画段階でLCCを評価することで、後戻りの少ない開発となる。

2-2.PDMによる技術情報の共有
　旧品を含む製品全体の部品種類削減では、代替設計時に、素材や部品の種類を増やさない事が肝要である。部品種類を増やさない代替設計では、応力集中箇所や安全率等、設計情報をPDMに格納し技術伝承する。PDM上の情報は、担当者以外が容易に閲覧可能となる。

2-3.ﾊﾞﾘｭｰｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ(VE)を利用した部品機能の集約
　VEを利用した部品種類削減では、巻上機の部品毎の機能と価値を評価し、機能が重複した部品の削減を行う。例えば、BKのせん断力を受けるｶﾞｲﾄﾞﾋﾟﾝと、ﾊﾞﾈ力を調整するﾊﾞﾈ受けは、共にせん断力を保持する機能を有しているため、ｶﾞｲﾄﾞﾋﾟﾝ削減の設計を行う。

3.ﾘｽｸと対応策
3-1.信頼性評価段階での製品不具合発見(ﾘｽｸ)
　２項の解決策を講じても、信頼性評価段階でBK制動力不足などの製品不具合が見つかり、部品種類削減を断念するﾘｽｸがある。なぜなら、巻上機のBK制動力は、温度・湿度・ﾊﾟｯﾄﾞ素材の組成・寸法・動作幅・制動面への油付着など様々な誤差要因があり、設計段階で組合せを含めたﾜｰｽﾄｹｰｽの想定は難しい。
　BK制動力低下の発生では、ｶｺﾞの位置を保持できなくなり、乗客がｶｺﾞに挟まれる重大事故に至る。

3-2.ﾀｸﾞﾁﾒｿｯﾄﾞを利用した信頼性評価(ﾘｽｸ対策)
　製品不具合の未然防止では、ﾀｸﾞﾁﾒｿｯﾄﾞを利用した信頼性設計を行う。BKの制動力は、BKﾊﾟｯﾄﾞの摩擦係数のばらつきを少なくすることが重要である。その摩擦係数は、面圧分布や使用温度などにより変動するため、ﾀｸﾞﾁﾒｿｯﾄを活用して、BKﾊﾟｯﾄﾞの形状や材質の最適化と制動力の最適化を図る。ﾜｰｽﾄｹｰｽでのBK制動力確保では、誤差因子（温度・湿度・動作幅・付着油量）による制動力ﾊﾞﾗﾂｷを抑えた設計を行う。

4.技術者倫理、持続可能性の観点での要件と留意点
新たな部品種類削減対策によるﾘｽｸは、FMEAで抽出し、安全最優先となる対策を講じる。ﾘｽｸを完全に排除する事は困難な為、ﾕｰｻﾞに危害が及ばないﾌｪｰﾙｾｰﾌ機能の追加を検討する。日々進歩する機械設計技術や材料技術等を積極的に活用し、持続可能な技術開発、及び国民経済の発展に努める。以上