コンテンツに飛ぶ | ナビゲーションに飛ぶ

  • 日本語
  • English
 
現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 工学部 物理工学科 機械システム学セミナー(機)

機械システム学セミナー(機)

JA | EN

科目ナンバリング
  • U-ENG25 35169 SJ71
開講年度・開講期 2020・後期集中
単位数 2 単位
授業形態 演習
対象学生 学部生
使用言語 日本語
曜時限 集中
教員
  • 中西 弘明(工学研究科 講師)
  • 泉井 一浩(工学研究科 准教授)
  • 横川 隆司(工学研究科 教授)
授業の概要・目的 機械システム学コースの3年生を対象に、機械システム学に関する基礎および応用分野のさまざまなトピックスをテーマとして、小人数セミナー形式で演習を行う。テーマは、担当教員ごとに毎年新たに設定される。6月下旬頃に受講申請を受け付けるので、掲示に注意すること。各テーマの開講場所は、テーマごとに吉田・桂・宇治の3キャンパスに分散している。各テーマ担当教員の指示に従うこと。
到達目標 機械システム学の基礎科目で学習してきた知識と最先端の研究との関わりをそれぞれの担当教員の専門分野で学び、基礎科目の理解を深める。
授業計画と内容 一課題で計15回を実施する場合と、二課題で計15回を実施する場合がある。下記は、課題の例。

機械系の電池入門 -燃料電池のウソ・ホント-,15回,時間変動する自然エネルギーの利用には蓄電システムが必須である.リチウムイオン電池を搭載したハイブリッド車はすっかり普及し,燃料電池車も市場導入された.家庭用燃料電池エネファームの累積販売台数は20万台を超えた.電池性能を左右するのは内部の熱・物質・電荷の輸送現象であるため,機械系の視点なくしてその高度化はありえない.本セミナーでは主に燃料電池に注目し,座学,デモ機による実演,簡単なモデル計算を通じて電池に対する理解を深める.

流れ・物質輸送の計測と数値解析入門,回,「流れ」と「物質輸送」は,航空機,自動車,家電製品,医療機器,プラントなど,様々な機械製品が有する基本要素である.機器の安全性や性能向上のためには「流れ」の様式やそれに伴う「物質輸送」を理解し機器を設計する必要がある.本課題はマイクロスケールで流体と物質濃度の光学計測を通して流体挙動と物質輸送の形態を学ぶ.また,数値流体・輸送現象のシミュレーション入門編としてExcelを使った2次元解析プログラムの作成と実行を行い実験と比較することで数値解析の基礎を学ぶ.

自律移動ロボットの制御,15回,本演習では,車輪型移動ロボットを題材に障害物回避を考慮した自律移動制御手法に触れるとともに,シミュレーションと実機実験で検証を行う.まず,与えられた軌道に追従して動くような制御則および障害物回避を考慮した制御系をMATLABを用いてそれぞれ実装し,それらの挙動を検証する.次に,同様の制御系を実機実装し,その挙動を確認する.さらに,移動ロボットに搭載したセンサ情報を用いて障害物検知も行い,リアルタイムに障害物回避を実現することを行う.必要となる前提知識は特にないが,制御工学,プログラミング(C言語)に関する知識があるほうが望ましい.

ヒューマン-マシン・システム入門,15回,家電製品などの日常的なものから航空機などのハイエンドなものに至るまで,従来人手で行っていた作業の機械化が進んでいる.そのような機械を適切に利用してもらうためには,使用者である人の特性を理解して,機械やインタフェースの設計にその知見を応用する必要がある.本テーマでは,数値シミュレーションと計測実験を通じて, 人の特性の分析する技術や方法について学ぶ. 数値シミュレーション実習と屋外での計測実験に各1日を割く.
有限要素解析を用いた材料力学設計の演習,回,航空機や自動車に代表される輸送機器の軽量化を目的として,CFRPと呼ばれる先進複合材料を一体成形した特徴的な軽量・高強度構造が利用され,安全性・信頼性を確保するための構造・材料設計が行われている.本演習では,このような設計における材料力学設計の基礎を講述するとともに,文献調査に基づき,翼構造などを題材とした具体的な設計を実施する.また,有限要素法演習を通じて数値シミュレーション設計の基礎についても学ぶ.

自己組織化現象の数理,15回,砂丘の風紋や雪の結晶など自然界に見られる美しいパターンの多くは,自己組織化と呼ばれる現象によって生み出される.また,このような無機物に限らず,動物の模様や生体組織の形成にも,細胞の自己組織的な振舞いが重要な役割を演じている.本セミナーでは,身近にある自己組織化現象について概観した後,簡単な実験や数理モデリングを通じて,複雑な現象の裏に隠された本質的なメカニズムを理解するための基礎的な技術,理論を学習する.

3次元CAD及びCAMを用いた機械加工入門,15回,3次元CADによる作図,CAMによるNCプログラムの作成,実際の加工とつながるNC 工作機械を用いる一連の機械加工の作業を経験することを目的とする.3次元CAD を用いてモデルの作図を行い,CAMソフトウェアにより,モデル形状をNC工作機 械を用いて加工するのに必要なNCプログラムを作成する.最終的に,NC工作機械 を用いて加工を行う.

システムのモデリングとシミュレーション,15回,自動車や航空機のように複雑な機械システムを開発するには,モデリングとシミュレーションによる解析・評価が必要不可欠である.本演習では,自動車やロボットなどの機械システムを題材として,モデリングとシミュレーションのさまざまな手法を多角的に学ぶ.適宜,デモや実習を行う.

可視光用ビューイングダンプの設計製作,15回,光の反射を低減するためのビューイングダンプを設計製作し,光の反射特性,光線追跡計算,CAD,反射率の計測方法,等の光工学の基礎を学ぶ.最適設計の提案,必要なツールの選択と習得をグループワークを通して行い,実践的な知識を身につけて貰う.

表面張力と流れ,15回,小さな水滴がまるい形をしているのは水の表面に働く表面張力の仕業である.表面張力が釣り合っていない場合,水の表面はベルトコンベアのように動いて水中に流れを発生させる.この流れはマランゴニ対流と呼ばれ,少量の水をかき混ぜたり移動させたりする手段として期待されている.本課題では,表面張力とマランゴニ対流の発生について実習を交えて学習する.

ナノ・マイクロ加工とマイクロ流体デバイスへの応用,15回,ナノ・マイクロ加工で作製した微小流路やバルブ,ポンプで構成されるマイクロ流体デバイスは,医療診断デバイスやバイオ,化学工学の研究に広く応用されている.本テーマでは,マイクロ流体デバイスの構築技術(加工・設計・制御)を題材として,材料力学をベースとしたデバイスの設計方法の基礎やナノ・マイクロ加工技術を体験する.

マイクロ流体デバイスにおける流れ解析入門,15回,マイクロ流体技術はDNAやRNAといった核酸や一細胞解析において重要な要素技術である.本テーマでは,基礎的なデバイスの設計および製作,内部流れの計測と理論との比較を通してマイクロ流体技術の基礎について学ぶ.

生体センサの作成と生体信号解析,15回,現在,脳波や心拍などをモニタリングすることで健康状態や感情などを推定するサービスの開発が進んでいる.これはセンサを用いて生体信号を取得し,取得した信号を解析してユーザに様々な情報を提示するもので,本研究室ではてんかん発作予知システムや居眠り運転検知システムなどを開発し,すでに一部は実用化されている.本セミナでは,ArduinoとProcessingを用いた生体センサの作成と簡単な実験を通じて,生体信号解析の実際について学ぶ.

最適システム設計法入門,15回,本演習では,最適システム設計法についての実習を行う.具体的には,トポロジー最適化とメタヒューリスティックスの2つの最適化技術について取り上げる.これらの方法の基本的な考え方を学ぶとともに,簡単な例題を用いた演習を通じて,最適システム設計法のものづくりへの展開について議論を行う.
成績評価の方法・観点 各テーマ担当教員によって異なる。
履修要件 テーマによって異なるが、3年生前期までの機械システム学コースの授業を前提とする。平成23年以前入学者は機械システム学演習を履修すること。
授業外学習(予習・復習)等 各担当者からのレポート等の指示に従うこと。
教科書
  • テーマごとに担当教員から指示される。
参考書等
  • テーマごとに担当教員から指示される。
実務経験のある教員による授業
  • 分類:

    実務経験のある教員による実務経験を活かした授業科目

  • 当該授業科目に関連した実務経験の内容:

    企業経験のある複数の教員が分担で演習を担当。

  • 実務経験を活かした実践的な授業の内容:

    企業経験のある複数の教員が分担で演習を担当。