2025Year

Second Semester

Comprehensive Design and Exercises of Mechanical Systems

Practice

Comprehensive Design and Exercises of Mechanical Systems

A1100401 Comprehensive Design and Exercises of Mechanical Systems

SATO Kotaro,WOO Hanwool,null,null,OISHI Hisami

2.0Credits

後期(3Q)(Wed.3Period,Wed.4Period),後期(4Q)(Wed.3Period,Wed.4Period)

Shinjuku Campus

A-1012教室,A-1015教室,A-1411 Izumi11,A-1441 Izumi12

1 基礎知識の修得   0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得   20 ％
3 汎用的問題解決力の修得   60 ％
4 道徳的態度と社会性の修得   20 ％

具体的な四つの機械設計の課題を実施することで，以下の学習・到達目標を達成することができる．(1) 総合的な機械創造演習をすることで，工学の意味を考え，意義のある機械を創造することができる．(2) 解析，振動などの新しい概念を学び，応用能力の幅を広げることができる．(3) 各課題のレポートを完成させる中で，課題の問題点を理解し，それを解決するまでの過程を分析して全体計画をデザインできるようになる．(4) レポート作成方法とプレゼンテーション能力を向上させることができる．(5) チーム課題を実施する中で，アイデアを出し合って，問題解決する能力を向上させることができる．

本科目の履修者は物理学，化学，数学，工業力学，材料力学，機構学，機械力学，流体力学，制御工学などの基礎科目を履修していることが望ましい．また，解析，振動学等の新しい概念を習うので参考図書等を参考にして予習しておく必要がある．

機械システムを理解し，機械システムを構成する上で必要な総合的デザイン能力と創造能力を身につけることをねらいとする．そのために，複数の教員から広い分野にわたる機械システムの機能解析と設計手法を学ぶ．具体的には，「10年後の課題を解決する機械システムの基本設計について」，「動力付飛翔体をつくる」「物体認識システムをつくる」，「振動問題とシステムモデル」について学び，各課題に沿った設計演習を行う四つのテーマとする．これらの演習で機械システムとは何か，どのような事柄を考慮して設計すればよいかなどを理解する．また，この授業の中で技術レポートの作成能力の向上と，グループ作業によるチームワーク力も身につける．本講義は，原則対面とするが，授業内容により一部遠隔同時双方向で実施する．

Project Based Learning／Discussion Debate／Group Work／Presentation

遠隔（同時双方向）

授業内容を確認し，3年前期までに学習してきたことの確認を行う．また配付されているMATLABの起動についての資料を確認し，授業の準備を行う．

1時間

授業のガイダンス，授業内容，グループ編成，日程の確認，受講の注意を遠隔双方向で行う．また，課題を実施するための基本事項の学習を行う．技術士の1次試験の問題を参考にした小テストを行い，機械設計に必要な基礎知識の確認を行う．（主に物理学，工業力学，材料力学，流体力学，機械力学，システム工学の範囲）
　第2週〜13週の授業は，クラス（グループ）編成で行う．各クラスは６コマ（２コマ×３週）を１区切りとして四つの課題に取り組む．以下に１班を例に各週の授業内容を説明する．他の班はそれぞれ開始するテーマは異なるが，同じ順序で実施することになるので，読み替えて準備すること．

技術士の1次試験の問題を確認し，技術者に求められる能力を確認する．また，理解不十分な点については工業力学，機械力学などの授業内容を復習し，理解を確実なものとしておく．さらに，次のテーマで指示されている内容を確認し，次のテーマの準備をしておく．各班はそれぞれ次のテーマから開始する．
1班は，テーマ１：「10年後の課題を解決する機械システムの基本設計」（第2回〜４回に提示）（対面授業）
テーマ１の１週目準備は，事前に配布された資料を一読の上，授業の概要を理解しておく．資料は講義の１週間前を目処に，KU-LMSに提示する．
2班は，テーマ２：「動力付飛翔体をつくる」（第5回〜7回に提示）遠隔同時双方向授業．流体力学について学習し直すこと．
3班は，テーマ３：「物体認識システムをつくる」，（第8回〜10回に提示）（対面授業，3週目：遠隔同時双方向授業）．ガイダンスで説明したテーマ３の内容を確認し，準備をしておく．
4班は，テーマ４：「振動問題とシステムモデル」（第11回〜13回に提示）（対面授業）テーマ４が最初の課題の場合，事前配付したMATLAB資料に基づいて，実行確認をしておく．2年前期にプログラミング演習を受講した学生は，内容の振り返りをしておく．また，振り子の周期の計測実験について，条件を確認し，実験計画を立てておく．

2時間

対面

テーマ１：10年後の課題を解決する機械システムの基本設計（佐藤光洋担当）（対面授業）
　このテーマの目的は物事の本質を見極める能力を醸成することであり，特に多くの視点から考え，かつ，深堀できる能力を養うことである．
テーマ１の第1週目授業内容：講義の目的・狙い・具体的進め方（グループ討議やブレインストーミングの在り方）・事例に基づく製品設計の在り方・社会に出てから技術者として求められる能力等の紹介と説明を行う．その後グループ編成し，課題選定に向けたグループ討議を開始する．第1週目では、「このまま手を打たずにいると10年後に大きな 問題となることが予想されるため，解決が必要と思われる課題」を30件以上抽出し，グループ毎に抽出した課題と抽出理由を発表する．出席点10点をカウントする．

テーマ１の1週目復習と作業：講義内容の理解と課題設定に関する振り返りや調査を行う．
テーマ１の2週目準備：事前に配布された資料を一読の上，授業の概要を理解しておく．資料は講義の1週間前を目処に，KU-LMSに掲示する．

2時間

対面

テーマ１の第2週目授業内容：前週にグループディスカッションで抽出した課題を，同じグループで討議しながら10件に絞り込む．この時の絞り込みの課程（どの様な理由でその10件を選定したのか，更にはどの様な理由で残りのテーマを外したのか）について論理的に検討し，グループ毎に選定した課題と選定理由を発表する．前週と同様に出席点10点をカウントする．グループ討議に先立ち，設計者として必要な視点について（先入観に捕らわれず，広い視野に立った判断や，課題の深堀の重要性等）事例をもとに紹介する．

テーマ１の2週目復習と作業：講義内容の理解と，グループ討議の振り返りを行う．特に，グループ討議で絞り込んだ10件の課題について，それぞれ何が問題なのかを具体的にきちんと説明できる様にしておく．
テーマ１の3週目準備：事前に配布された資料を一読のうえ，授業の概要を理解しておく．資料は講義の１週間前を目処に，KU-LMSに掲示する．

2時間

対面

テーマ１の第3週目授業内容：3週目は個人ベースの取り組みとする．具体的には前週にグループで選択した10件の課題の中から，自らがレポートとして取り組むテーマを選定する。選定の際は，思い付きや消去法ではなく，そのテーマを選択した理由を説明できるか，レポートとして纏め上げることができるか等について十分検討しておく．テーマが決定したら担当教員（TA）に報告する．第3週目授業では出席点はカウントしない．その代わり第3週目授業日から2週間以内に提出する最終レポートの配点を80点とする．

テーマ１の授業終了後の復習と作業：各自で授業全体の振り返りと総括を行う．さらに，2週間以内にレポートを提出する．レポートは概ね以下の内容に従い作成するが、詳細は授業で説明する．
テーマ選定の経緯・その課題解決のために必要な機械やシステムの特性・課題解決への貢献（このシステムによってどのような状態がどのように改善されるのか）・計画図等を「開発計画書」の形にまとめレポートとして提出する．
テーマ２の1週目準備：流体力学について学習し直すこと．

4時間

遠隔（同時双方向）

テーマ２：動力付飛翔体をつくる （佐藤光太郎担当）
　飛行原理を理解し，流体力学の知識に基づいて工夫しながら動力付飛翔体を製作することで，モノづくりに必要な能力を養う．レギュレーションの範囲内で，自宅にある身近な材料（たとえば輪ゴム，厚紙，発砲スチロール，割り箸，ストロー，ペットボトル，段ボール，接着剤，テープなど）を利用して，竹とんぼや飛行機などの動力付飛翔体を製作する．基準高度（一般的には地面）を設定し，飛翔体が基準高度を上回っている飛行時間を競い，最も飛行時間が長かった者を優勝とする．ただし，記録については動画を撮影するなどで飛行時間を証明すること．高さ1ｍ以内の発射台の使用は認められる．また，加工も含め安全を確保できない場合には失格とする．レギュレーションに触れるかどうか迷った場合には教員，TAに相談することとする．
テーマ２の第１週目授業内容：コンセプトや原理決定，仕様の明確化．飛翔体の設計・製作など．

テーマ２の１週目復習と作業：飛行原理の確認を⾏い，授業時間内に出来なかったことを補⾜する．
テーマ２の2週目準備：プロトタイプの製作を⾏う．

2時間

遠隔（同時双方向）

テーマ２の第2週目授業内容：飛翔体の予備実験，再設計・改良など．

テーマ２の２週目復習と作業：授業時間内にできなかったことを補⾜する．
テーマ２の３週目準備：動力付飛翔体を完成させる．説明⽤資料を作成する．

2時間

遠隔（同時双方向）

テーマ２の第３週目授業内容：TAに実験計画を報告．レギュレーション確認．飛翔体の最終調整．実験・撮影．レポート作成など．

テーマ２の３週目復習と作業：レポートを作成する．
テーマ３の1週目準備：ガイダンスで説明したテーマ３の内容を確認し，準備をしておく．

2時間

対面

テーマ３：「物体認識システムをつくる」(禹ハンウル担当)
物体認識技術は，自動運転や監視システム，医療診断，顔認識といったID認証など，様々な分野で活用されている．本テーマでは，自ら物体認識システムのコンセプトを提案し，機械学習によるシステムの構築を行う．Google Colabのクラウドプログラミングサービスを使用し，データ収集からシステムの構築，認識性能の評価までを行う．これらの作業内容をレポートにまとめて提出する．毎週のレポート提出を必須とし，遅刻や欠席は成績評価において減点とする．
　第1週目は，物体認識技術の概要を説明し，既に構築された既存のシステムを使い，物体認識の実習を行う．

テーマ３の1週目復習と作業：物体認識技術の概要について理解する．構築済みのシステムを使った物体認識システムの使い方を習得する．
テーマ３の2週目準備：オリジナルの物体認識システムのコンセプトを考案する．

2時間

対面

テーマ３の第2週目授業内容：自ら物体認識システムのコンセプトを提案し，自分だけの物体認識システムを構築する．学習・評価用の画像データを収集し，機械学習によりシステムの構築を行う．

テーマ３の2週目復習と作業：機械学習による物体認識システムの構築のやり方を習得する．
テーマ３の3週目準備：物体認識システムの認識性能を評価する指標について予習する．

3時間

遠隔（同時双方向）

テーマ３の第３週目授業内容：物体認識システムの認識性能を評価する指標に基づき，自分で構築したシステムの認識性能を定量的に評価する．これまでの作業内容をまとめて最終レポートを作成する．

テーマ３の3週目復習と作業：物体認識システムの認識性能を評価する指標について理解する．
テーマ４の1週目準備：事前配付したMATLAB資料に基づいて，実行確認をしておく．2年前期にプログラミング演習を受講した学生は，内容の振り返りをしておく．また，振り子の周期の計測実験について，条件を確認し，実験計画を立てておく．

6時間

対面

テーマ４：振動問題とシステムモデル（大石久己担当）
　振り子の基礎実験とMATLAB/Simulinkの数値シミュレーションによる数値実験を行い，機械構造物の振動問題とシステムモデルの理解を深める．グループを構成してチームでアイデアを出し合って，問題解決する演習も行う．
テーマ４の第１週目授業内容：振り子の運動方程式とラプラス変換について学習し，課題１を実施する．振り子の周期の計測実験（課題２）を行い，結果をまとめる．

テーマ４の１週目復習と作業：課題1をまとめ，提出レポートを作成する．実験結果をまとめ，チームでの議論のための資料を作成する．
テーマ４の2週目準備：チームで検討し，プレゼン資料を作成する【チーム課題】．各自のノートPCにMATLAB/Simulinkを準備してMATLAB資料を確認し，動作確認し，実施状況の報告書を提出する．

4時間

対面

　テーマ４の第2週目授業内容：振り子の実験結果をチームで報告する．また，チーム課題とするので，発表結果を受け，チームでの報告書をまとめ提出する．また，相互評価を実施するので，他の班へのコメントに併せ，自己評価も行い，改善を図る．次に，MATLAB/Simulinkの数値シミュレーションの演習を行う．第2週目は演習室で実施する．

　テーマ４の２週目復習と作業：チームのプレゼン結果を受け，チームでの報告書をまとめ提出する．また，他の班へのコメントに併せ，自己評価も行い，改善を図る．また，MATLAB/Simulinkの数値シミュレーションの演習をまとめ，課題を提出する．
テーマ４の３週目準備：配付した資料を確認し，MATLAB/Simulinkによる課題3，課題4などの内容を確認しておく．

4時間

対面

　テーマ４の第３週目授業内容：課題３以降を各自実施し，機械構造物の振動問題とシステムモデルの理解を深める．第3週目も演習室で実施する．

　テーマ４の３週目復習と作業：課題3以降の結果を確認し，考察結果を最終レポートとしてまとめる．また，振り子の実験については，相互評価の結果を確認し，チームの報告書の改善を図り，提出する．また，チームとしての改善結果を踏まえて，個人の最終レポートをまとめ，提出する．また，実験計画を見直し，改善案も提出する．
まとめ授業の準備：今までの四つのテーマの内容を確認し，提出内容を改めて見直し，不十分な点がないか確認する．

3時間

対面

全体合同とする．四つのテーマの授業の内容と，提出課題を改めて見直し，それぞれの課題の内容を再確認して不十分な点を補い，理解を深める．質問がある場合は科目担当教員が対面で対応する．

学習内容の総括を行い，理解不十分な点があれば，内容を補い，理解を確実なものとして学習内容の十分な習得を図る．

1時間

遠隔（オンデマンド）

オンデマンド形式で実施する．四つのテーマの授業の内容，コメントなどを確認し，コメントに対しての回答を提出し，それぞれの課題の最終確認を行う．また，科目全体の授業アンケートに加え，個々のテーマについてのアンケート，達成目標の自己評価を実施する．

科目全体の授業アンケートに加え，個々のテーマについてのアンケート，達成目標の自己評価を実施する．学習内容の最終確認を行い，学習内容の確実な習得を図る．

2時間

　以下に示すように４テーマごとに100点満点で評価し，それらの平均点を全体の評価点とし，その結果に基づいて，理解度をA+，A，B，C，D，FのGradeで評価する．Grade D以上を合格とする．ただし，１テーマでも放棄した（評価がつかない）場合は不合格とする．なお，チーム課題は必ず参加して提出すること．

テーマ１：10年後の課題を解決する機械システムの基本設計
　個人レポート（第1週，第2週の作業報告書）とチームレポート（開発提案書）を１：１の割合で評価した結果を成績とする．
テーマ２：動力付飛翔体をつくる
　製作した動力付飛翔体の出来とレポートによって評価する．詳しくは授業中に説明する．
テーマ３：物体認識システムをつくる
　授業への出席を必須とし，遅刻した場合は減点する．毎回のレポートを総合的に評価し，成績をつける．
テーマ４：振動問題とシステムモデル
　チーム作業の結果と課題の報告レポートで評価する．ただし，本課題はチーム作業を前提とするので，チーム作業を行わない場合は，本課題は評価できない（評価をつけない；科目全体が不合格となる）ので，注意すること．

　上記四つのテーマをそれぞれ理解し，結果を議論してレポートとしてまとめることで，上記の学習・教育到達目標(D3),(E2),(F2)と，学位授与の方針(2),(3-1),(3-2),(3-3),(5)を達成できる．また，チーム作業の課題を実施することで(E4)，学位授与の方針(4-2)を達成できる．

Gradeは，以下の基準とする．
A+：全てのテーマの課題を十分に理解し，全体の評価が92点以上であるものをA+とする．
A ：全てのテーマの課題をよく理解し，全体の評価が87点以上であるものをAとする．
B ：全てのテーマの課題を理解していて，いくつかの課題についてよく理解し，全体の評価が73点以上であるものをBとする．
C ：ほとんどのテーマの課題を理解し，全体の評価が60点以上であるものをCとする．ただし，理解不十分なテーマがあっても，他のテーマの学習で補うことができていると判断できる場合とする．
D ：全体の評価が60点以上であるが，不合格のテーマが複数あるなど，理解不十分であると判断される場合はDとする．総合的には理解していると判断できるが，理解不十分な課題が複数あり，習熟を確実にするためには，再度学習することを勧める場合．
F ：全体の評価が60点未満であるものはFとする．

受講生へのフィードバック方法については，テーマ毎に異なるので，テーマ毎のガイダンスで確認する．また，四つのテーマ終了後の最終の講義において提出内容の確認を行う．

特に定めない．初回ガイダンスで配付する資料とテーマ毎に配付する資料を用いる．また，KU-LMSで配付する場合もある．KU-LMSの「お知らせ」に注意すること．

特に定めないが，1〜3年次の授業で使用した教科書，参考書，資料等が参考となる．特に，工業力学及演習，材料力学及演習，機構学及演習，機械力学及演習，流体力学及演習などが関連深い．また，図書館を利用した調査も有効である．

各担当教員によって異なるので注意すること．各テーマについては担当教員に，科目全体については科目担当教員（大石）に質問すること．なお，KU-LMSでの質問登録が有効であるが，担当教員の指示に従うこと．
佐藤光洋：電子メールで随時対応（au41892(at)ns.kogakuin.ac.jp）（非常勤講師）
佐藤光太郎：金曜日13:30〜14:00新宿キャンパス高層棟A-1713室（流体機械研究室）または火曜日13:30〜14:00八王子キャンパス11号館365室（耐震機械実験室）
禹ハンウル：電子メールで随時対応（woo(at)cc.kogakuin.ac.jp）
大石久己：水曜日13:30〜14:00(昼休)，または4限終了後．新宿キャンパス高層棟A-1772室，A-1863室（機械力学研究室）

各テーマとも広範囲の内容を含むので，予習，復習を十分に行なうこと．また，毎回の授業内容を確認し，演習作業ができるように電卓など必要なものを準備して提出課題を実施し，指示に従って的確に提出すること．テーマにより情報演習室を利用する．指定のソフトがあるので事前に準備して使用できるようにしておくこと．
なお，本科目は，企業の設計現場での実務経験を持つ教員によるテーマがあるので，より実践に近い検討を知ることができる．

Applicable

実務経験の内容：シャシー（ステアリング、ブレーキ、サスペンション）及び車体開発全般，
車両トータル品質評価（操安、乗り心地、商品性）品質保証の経験がある教員が，車両開発経験や市場不具合調査・対策に関する経験を活かし，設計構想時に必要な視点・考え方について講義する．

Not applicable

関連する科目でない

Ⅲ3a