技術士試験の受験体験
こんにちは、常蔵です。
デザインリビューFM第51回目始めていきましょう。
このデザインリビューFMは、世の中の様々なもの、主に工業製品について、私の主観で勝手にデザインレビューをしていこうという番組です。
今日はですね、7月14日日曜日、技術士第二次試験の前日に収録しております。
技術士の双管を受ける方は、今日が試験ですね。
いつもこのポッドキャストは、日曜日に収録して、次の週の木曜日に配信するというスケジュールでお送りしているんですけれども、
今回はね、その間に技術士の試験がちょっと挟まってますので、受けた感想をフレッシュなうちに話したいなと思うので、
また明日、試験を受けた後、もしくはその次の日ぐらいにね、復元論文を作るつもりで感想をお話しできたらなぁと思っております。
ではまた試験後にお会いしましょう。頑張っていきます。
はい、お疲れ様でした。試験を受けてきました。
いやー、ちょっとね、手応えないですね。
というところで、本来であれば再現論文というものをね、復元論文かな、再現論文、復元論文というものを書かなきゃいけないんですけれども、
ちょっと元気がないので、その復元論文代わりにこのポッドキャストの収録にしちゃおうかなと思っております。
では早速、筆数からやっていきましょう。
筆数はですね、私1の2を選択しました。
それぞれどんな問題があったか簡単に説明すると、筆数1の1は機械を小型化する、ちょっと問題を読んじゃいましょうかね。
1の1、機械を小型化することで、小スペース化、小エネルギー化、小資源化等を図れるだけではなく、
従来の機械が働けない場所での作業を行うこと等、新たな用途の拡大が期待できる。
機械の小型化に伴い代表寸法を小さくすると、働く力や作用等の大きさ、比が変わり、挙動が変化する。
気化学的に相似な物体において、この代表寸法と挙動の関係を近似的に表したものをスケール効果と呼ぶ。
表1に代表的なスケール効果の例を示すということで、長さとか面積とか体積、質量というものがスケールが変わることでどういう変化をするかという表があって、
これは日本ロボット学会誌から抜粋しています。スケール効果というものがありますよというところを踏まえて、
機械を小型化する際に、スケール効果に基づく機械工学の知見を踏まえて、その性能や効率、設計、製造がどのように変化するかを問うものである。
機械製品を一つ想定し、以下の問いに答えよう。
問いはいつも通りのような感じなんですけど、1問目として、機械を想定する機械の概要と、構造を変えずに100分の1に小型化する、小さくすることの実現性を検討して、その課題を挙げろという問題で、
スケール効果の時の、100分の1に小さくした時の課題というのが、いまいちちょっとピンとこなくて、
例えば、工作機械で言えば、潤滑油の粘性の影響を受けやすくなるとか、そういうのは出てくるんですけど、ちょっと最後までの道筋が見えてこなかったので、こちらを選択しませんでした。
私が選択した1の2は、イノベーションを起こすことについて、問題文を読んでみると、
日本の製造業は、高性能かつ信頼性の高い製品を大量かつ安価に生産することで、一時は世界市場を接近することができた。
しかし、近年は、他国における技術力の向上、生産性及び品質の向上、価格競争等の影響から、世界的な競争力を失いつつあり、
国内資源が乏しく加工貿易を軸にしてきた日本全体の経済活動を、今後持続していくための戦略が必要とされている。
対応策としてイノベーションを推進することが提唱されているが、より具体的な策として、
他国製品に対して大きな競争力となる新たな付加価値をつける、あるいは現在の付加価値を他の追随を許さないほどに強化することが考えられる。
現在の日本を取り巻く様々な状況、人口、教育、経済、環境保護等を踏まえた上で、いかなとおりに答えようと。
機械を1つ想定し、付加価値を1つ提案し、実現のために多面的な課題を3つ抽出し、観点を明記した上で課題を示す。
私はこちらを選択しました。
工作機械を作っているというところで、私は想定する機械として工作機械を挙げました。
付加価値としてどういうものを挙げようかなと思ったのですが、今回挙げたのが、どんな作業者でも使える工作機械であると。
付加価値をつけるというふうに提案して、その課題を挙げてみました。
課題として、様々な人が使うというところで、実際に加工についての知識が少ない方もいるだろうというところで、
1つ目の課題として、そういう機械の操作に慣れていない高齢者とか女性とか障害者とかいろんな人を考えたときに、
加工の条件を新しくアドバイスするような機能を持った機械が必要であるというところを1つ。
2つ目の課題として、安全性。いろんな人が使うので、そういう安全性というものも十分検討して確保しましょうよというところ。
3つ目は省エネを盛り上げてきました。
様々な人が使うというところで、エネルギーの供給事情が良くない国の人も使うことがあるだろうというところで、
消費エネルギーの少ない省エネの機械も必要だよねというところの3つ目の課題を書きました。
最重要課題として、1つ目の最適な加工の提案ができる機械というところで、
解決策として、加工のいろんなデータ、振動とか温度とかそういうデータを取得できるモジュール化されたセンサーを機械に追加しましょう。
2つ目の課題として、加工条件を提案するためにセンサーから吸い上げた情報をネットワークを介して取得して、
それを分析することで加工条件を提案できるようにしましょう。
3つ目の解決策として、工具補修のことを書いて、例えば工具の寿命の管理とかそういったものも必要になってくるので、
イノベーションの提案と課題
そういう補修についても誰でもできるようにしましょう、みたいな内容を書きましたね。
3つ目の新たに生じるリスク。今回は全ての解決策を実行しても残存し得る、もしくは新たに生じ得るリスクというところで、
どっちでもいいよという感じだったので、ちょっとお決まりな感じなんですけど、
ネットワークを介してデータを取得するというところから、ネットワークのサイバー攻撃とかそういったもののリスクがありますよというところを書いて、
対策としてもファイアウォールとかウイルス対策とかそういったものが必要ですねというところと、
ネットワークを介してその提案するので、ネットワークが切断してしまったとき、何らかの原因でネットワークが消えてしまったときに
そういったサービスを提供できなくなるので、お客様の方のエッジコンピューターの中でそういった提案できるプログラムを走らせましょう、みたいな話を書きました。
最後の技術者としての倫理、社会の持続可能性というところで、いろんな人が使うのでリスクアセスメントをしっかり実施して本質的安全設計になるような機会にしましょうねという話と、
社会の持続可能性の観点から何を書いたんだっけな、カーボンフットプリントの話を書いた気がしますね。
当然、いろんな人が使うというところでCO2削減というのも必要でしょう。
カーボンフットプリントの算出ができるように、機械に電力計とかエア流量計をつけて、その機械が使われる状態、スコープ3のカーボンフットプリント、CO2の排出量というものも算出できるように、そういった設計にしましょう。
そんな話を書きましたというのが必須ですね。
ちょっと必須も微妙だと思うんですよね。
お次が選択問題。
私は機械部門なんですけども、機械設計を選択しています。
機械設計とフェールセーフ
機械設計の選択科目にいつも通り4つあるんですけども、
1つ目が単像について、単像で部品を成形するとき考慮すべきことを挙げなさいよというのが1つ目。
2つ目が機械を活用した設計を進めるときに、その解析の結果と実際の製品において違うことがありますねと、
差が生じる場合の原因というものを3つ挙げて理由を述べなさいと。
3つ目がフェールセーフとフォールドトレランスのそれぞれについての概要と使われている製品というものを挙げなさい。
4つ目がある具体的な機械製品を1つ取り上げて、その製品の剛性を高める方法を3つ提案しなさいといった内容でした。
選択科目2-1は2-1の2番目の機械か3番目のフェールセーフか、どちらか迷ったのですが、3番目のフェールセーフとフォールドトレランスについての記述を選びました。
フェールセーフについては、適用されている製品として火災放置機の例を書いて、
フォールドトレランスはロケットの冗長性というところを書きました。
2-2は2つあって、2-2の2番目を選択しました。
それぞれどんな問題だったかというと、
2-2の1は、あなたが設計部門の開発リーダーとして、コストや納期を考慮した上で、
キャイト・サロゲートモデル・応用曲線を用いて機械部品、もしくは機械構造や機構等の最適設計を進めることになった。
関係者と調整しながら業務を進めるとして、書きの通りに答えを云々というところで、
サロゲートモデルとは何かというところで、私もこれは捨てちゃいましたね。
初めて聞きました。サロゲートモデル。
何ですかね、サロゲートモデル。ちょっと後で調べてみようかなと思っております。
2番目が、あなたは設計部門の開発リーダーとして既存製品の軽量化に取り組むことになった。
軽量化を実現する方法としてトポロジー最適化を用いる前に既存製品の材料や製造方法の見直しを行った。
そして軽量化した製品の試験を行ったところ振動が発生したため、その原因を調査してその対策を指揮することになったというところで、私はこちらの問題を選択しました。
軽量化する既存製品もしくは部品を具体的に一つ挙げているところだったので、当然のようには工作機械を一つ挙げて、
軽量化の目的として3C分析をしてみたところ、強豪に比べて機械の軸の送り速度が遅くて引き合いをロストしていたことが分かったというところから、
そこの対応策として送り軸の高速化をしたいという目的として軽量化しますよと。採用した方法としては材料を通常はねずみ鋳鉄みたいな鉄のいものを使っているのですけれども、
そこにアルミのいものを採用しましたというようなストーリーにしました。振動の原因について調査・検討すべき事項を説明し、
FMEA、デザインレビューベースなどのフェーラーモード、故障の機械設計、FTAをやって原因を調べましたというところで発生した要因を列挙しようとなっているので、その原因として固有振動数が変わりましたとか、
いものの減衰性が悪化しました、あとモーターの制御パラメータが最適ではなくなったという話を書きました。そのうち最も重要と考えられる要因として、
一番目の固有振動数が変わったというところを挙げて、その対策を行う手順として列挙しなさいというところだったので、まずは現状を把握というところで、
軽量化前後の固有振動数を測定しましょうと。加速度ピックアップを張り付けて、ハンマリングして、その結果をFFTで解析して、固有値を求めましょうと。
求めた固有値に対して、キャイの固有値解析で同じ結果が出るように、材料物性だったり、高速条件というものを導定していきましょうと。
導定できたところで、変更後のアルミになった後のコラムの固有値を変更前と同等ぐらいになるように形状を変更して、固有値、固有振動数を改善していきましょうと。
最後に実際に実物のモックアップとして、実物の異物を吹いて加工して、それをまたハンマリングして、目標の固有振動数になっていたか確認しましょうと。
その流れを書きました。対策業務を効率的効果的に実施する際の関係者との調整方法ですが、2つ書いて、1つ目は異物業者との木型法案の打ち合わせをしましょう。
形を変えなければいけないので、異物的に問題ないかどうかというところを業者さんと話しましょう。
あとは、車内の加工チームと打ち合わせをしましょう。加工する機械に乗せるジグの変更前後で、そのジグが共有できるように留意しましょう。
どうしてもそのジグを変更しなければいけないような変更が必要なときは、解析条件等を共有して、しっかり理由を説明して、合意を得ましょうと書きました。
そして最後の3番目。これもいつも通り2つあるのですが、私は3-2の方を選択しました。それぞれどんな問題かというと、3-1は共同ロボットの設計です。
共同ロボットの設計と世界同時市場への対応
我が国では少子高齢化により労働者人口の減少に歯止めがかからず、あらゆる産業において人手不足が懸念されている。
一方、働き方改革を推進するためには、一人当たりの生産性を高める動きが必要であり、DXに代表されるデジタル化が進むことで、様々な作業の自動化・自立化につながることが期待される。
すでに遠隔操縦できる装置や操作支援機能を有する設備、無人の生産ライン工場等が存在するが、今後は人が働く様々な現場において生産性向上を図る上で、人と一緒に作業を行う共同ロボットの開発が重要となる。
あなたは共同ロボットの設計者として、まず使用する場所と目的を具体的に想定して説明する。
次に、共同ロボットとしての制約条件を考慮し、多面的な観点から3つの課題を抽出する。
共同ロボットはあまり扱ったことがないので、最後まで書くのは難しいと思って選択しませんでした。
私が選択した3の2が、企業のグローバル化進展によりサプライチェーンはますます高度化・複雑化してきており、
パンデミック・自然災害や政治的・軍事的・社会的緊張の高まりによる知性学的リスクから来る問題の回避のため、企業のレジリエンス能力も求められている。
一方で、エンドユーザーの価値観多様化やデジタル化の加速により、コスト効果のある大量生産の生産性を維持しながら、
顧客のニーズに合わせた製品を生産するマスカスタマイゼーションの進展、製品ライフサイクルの短縮化、少子高齢化による人手不足の深刻化など、
製造業における対応の必要性は多岐にわたっている。このような状況において、分散型製造、BTO、ビルド・トゥ・オーダー、
製品のモジュール化・プラットフォーム化やジャスト・インタイムなどの従来の設計・生産方法が進められているが、
部材調達から販売保守に至るまでのサプライチェーンや工場の設計・生産現場におけるデジタル技術を駆使した上での、
より一層の柔軟性や効率性のある全体プロセス最適化対応が急務となっている。
問題ですが、担当する機械製品や製造ラインを具体的に示し、製造者の立場でデジタル技術やデータを駆使した、
より一層の柔軟性や効率性のある全体プロセス最適化を構築するための具体的な課題を多面的な観点から三つ抽出し、
うんたらかんたらといつも通りの問題です。
何を書いたかというと、一つ目の課題として、世界同時市場への対応というところで、
インターネットの普及によって、人々情報というものの世界各地でのタイムラグというものがなくなったせいで、
今までの順次展開市場、日本でまず立ち上げて順々に世界中に展開していくという順次展開市場から、
世界同時市場に変わっていますよと、それに対する対策がグローバル化進展というところなので必要ですよね、というところを一つ目の課題にしました。
で二つ目が、何にしたんだっけな、二つ目はね、忘れちゃったな、忘れましたね、ちょっと後で思い出しておきますけど忘れちゃいました。
三つ目がデジタル人材の育成というありがちなところなんですけど、捨て課題としてデジタル人材も必要だよねという話を書きましたね。
最重要課題として、そういう世界同時市場への対応というところで、一つ目はやっぱりその製品のモジュール化、あとは現地調達化が必要だよねというところで、
現地調達化するためには、そういった機械とのドッキング部分のインターフェースの情報だったり、制御信号、制御する信号とかの情報というものをデータを共有しないといけない。
それを共有するためには、PDM、PLMみたいなシステムを使って共有しましょう。あとは、世界で同時に工場を立ち上げるための生産設備、工法の共通化しましょう。
さっきも話したように、日本で立ち上げてから世界に広げるという方法だと、その世界同時市場に対応できないので、世界の工場で同時に立ち上げましょう。
デジタル人材育成と生産設備の補助
そのためには、設計時のCADを活用したデジタルツイン状の工場を作って、その中でシミュレーションしてボトルネックを見つけていく。
そのためには、いろんな機械から情報を吸い上げないといけないので、センサーの追加やネットワークの準備などが必要だと考えました。
2つ目の課題解決策として、トラブル情報の共有化というところで、生産中のトラブルなどの情報を共有しましょう。
組み立て上の調整値などを各工場で共有することで、迅速な効率的な生産方法の確立ができるのではないかと考えました。
3つ目の課題は補助です。生産設備の補助のタイミングや最適な補助のタイミングなどを各工場で共有することで、効率化できるのではないかと考えました。
新たに生じるリスクとして、自然災害や地性学的な問題である工場の生産がストップしてしまった場合に、その工場から出荷していった製品が止まってしまうというリスクがあります。
その対策として、世界中の残りの工場で止まってしまった工場の生産を代替して、そのためには受注生産出荷の情報の共有も必要です。
特定のお客様に対応しているカスタマイゼーションや特殊対応についても情報を共有する必要があります。
また、組み立て上であるお客様向けの機械で特殊な技能を使っていたとすると、VRを使って他の工場にその技能も共有できないかなという話をしました。
なかなか最初の課題の設定から間違ってしまったかなと思っていて、あまり専門的な話に3番目はできなかったなというふうに反省しています。
ということで以上、再現論文代わりの問題の振り返りだったんですけれども、今年もダメですね。また来年頑張るかもしれない。
ということで、受験した皆様お疲れ様でした。
今日はしっかり休みましょう。
ではお疲れ様でした。
