R06【01機械部門】必須問題Ⅰ『解答論文例』例6：プレス機械 - 技術士第二次試験 -

・機械製品の例１：産業用ロボット　
・機械製品の例２：圧力容器
・機械製品の例３：半導体製造装置
・機械製品の例４：エアコン
・機械製品の例５：遠心ポンプ
・機械製品の例６：プレス機械【👈本記事p】

　機械を小型化することで、省スペース化、省エネルギー化、省資源化等が図れるだけでなく、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。幾何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示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。

　本問は、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、製造等がどのように変化するかを問うものである。機械製品を１つ想定し、以下の問いに答えよ。
（１）想定した機械製品とその概要を説明せよ。その機械製品に関して、構造を変えず相似的に１００分の１程度に小型化することの実現性を検討する。その際の主要な課題を、技術者としての立場で多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで課題の内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題のうち最も重要と考える課題を１つ挙げ、これを最も重要とした理由を述べよ。その課題に対する複数の解決策を、機械部門の専門技術・手法を用いて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても残存しうる若しくは新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

１．機械製品の小型化における課題
　〇機械製品の概要「プレス機械」
　　・精密機械プレスの構成と用途
　　・1/100スケールへの小型化検討
　〇観点１「強度・剛性の課題」
　　・断面積減少による応力増大
　　・加工精度低下と金型破損リスク
　〇観点２「駆動機構の課題」
　　・加圧力不足と効率低下
　　・潤滑不良による機械的損傷
　〇観点３「制御系の課題」
　　・応答性と制御精度の低下
　　・高速プレス時の加工不良
２．最重要課題およびその解決策
　▼最重要課題とその選定理由
　　・強度不足による安全性低下
　　・スケール効果による断面積減少
　▽解決策１「高強度材料の採用」
　　・合金鋼、チタン合金の適用
　　・強度、剛性の確保
　▽解決策２「構造形状の最適化」
　　・FEM解析による応力集中緩和
　　・リブ構造による強度向上
　▽解決策３「プレストレス技術」
　　・圧縮応力の予備導入
　　・引張応力の影響軽減
３．残存リスクとその対策
　◇材料コスト増大
　　・代替材料の検討
　　・調達最適化によるコスト削減
　◇製造難易度上昇
　　・先進製造技術の導入
　　・DFM手法の適用
　◇長期信頼性低下
　　・応力緩和特性の高い材料選定
　　・モニタリングと定期点検
４．業務遂行に必要な要件
　☆技術者としての倫理の観点
　　・安全性確保とリスクアセスメント
　　・情報開示と知的財産尊重
　☆社会の持続可能性の観点
　　・省エネルギー、省資源化
　　・循環型経済への貢献

　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、時は世界市場を席巻することができた。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等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）を踏まえたうえで、以下の問いに答えよ。
（１）機械製品を１つ想定し、その製品に対して機械技術者の立場から考えたときに有効と考えられる付加価値を１つ提案せよ。さらに、その付加価値の実現のためにどのような課題が考えられるか、多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題のうち最も重要と考えるものを１つ挙げ、これを最も重要とした理由を述べよ。その課題に対する複数の技術的な解決策を示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても残存しうる若しくは新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行に当たり、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から必要となる要件・留意点を題意に則して述べよ。

１．機械製品の付加価値とその実現に向けた課題
　〇機械製品の付加価値：「プレス機械」と設定
　　・AI搭載による自動最適化機能の実装
　　・高精度成形と生産効率向上の実現
　〇観点１「制御技術」
　　・多変数考慮のリアルタイム制御システム構築
　　・機械学習モデルと高速演算処理の課題
　〇観点２「センシング技術」
　　・金型内部の各種パラメータ測定技術
　　・高温高圧環境下での耐久性と精度両立
　〇観点３「安全性・信頼性」
　　・AI制御システムの信頼性確保と規格適合
　　・シミュレーション技術とフェールセーフ機構
２．最重要課題およびその解決策
　▼最重要課題とその選定理由
　　・高度な制御アルゴリズム開発の重要性
　　・性能向上への直結と波及効果
　▽解決策１「仮想環境での学習強化」
　　・デジタルツイン技術の活用
　　・リアルタイムシミュレーションによる精度向上
　▽解決策２「自己調整型制御導入」
　　・適応制御システムの実装
　　・機械学習による最適制御値の導出
　▽解決策３「演算処理の分散化」
　　・プロセッサーの並列配置と分散処理
　　・リアルタイム性と信頼性の向上
３．解決策実行に伴うリスク及びその対策
　◇情報漏洩の危険性
　　・機密製造データの流出リスク
　　・暗号化技術と多層防御システムの構築
　◇システム停止の脅威
　　・予期せぬ障害による生産ライン停止
　　・フォールトトレラント設計と冗長性確保
　◇AI判断の信頼性低下
　　・不適切AI判断による品質低下リスク
　　・ハイブリッド制御と説明可能AI技術の導入
４．業務遂行に必要な要件・留意点
　☆技術者としての倫理の観点
　　・専門知識と倫理観に基づく業務遂行
　　・データ保護とAI判断の透明性確保
　☆社会の持続可能性の観点
　　・環境負荷低減機能の組込み
　　・労働環境改善と雇用構造変化への対応