2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K00953
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| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
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Principal Investigator |
塚本 公秀 鹿児島工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30155337)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 教材製作 / 学生 / 3D-CAD / 3D-プリンタ / CAE |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究を着手するにあたり、CAD,CAE,CAMの最先端の機器の調査と、実際の設計にどのように利用されているかを調査するために、設計ソリューションのセミナーと展示会に参加した。その上で、導入設備の検討を行ったところ、初年度導入予定であったＣＡＥ解析ソフト(ANSYS)の導入費用と３年間の維持費用が直接経費の半分を越えることが判明した。そこで、現在所有の3D-CAD(Solid Works)の有効な使用方法を知るためにセミナーに参加した。本研究で行おうとしているFEM解析は線形解析であることから新規にANSYSを導入せずとも既存の3D-CADに連動して応力解析のできるSolid Works Simulationを利用することで研究が進められることを確認した。
高専の５年生の卒業研究に低学年生用の教材開発をテーマとして設定し、２名の学生と学生の視点から実習の副教材開発を協同で行った。その成果としてパスカルの原理を自転車用油圧ブレーキを用いて理解できる教材を開発した。実習で使用したところ低学年生の興味を強く惹く教材であることが解った。この製作には、3D-CADで設計したモデルに自重や負荷を考慮した静解析を行って製品モデルまでの設計をCAE解析を用いて行なった。従来であればねじや溶接で接合していた製作した部品を樹脂での一体成型することで市販品レベルの製品として完成させた。この結果を学生は国際セミナーで発表した。一方3Dプリンターでの製作に当たって必要となる基礎データとして接合部の機械強度の研究について、他大学との協同研究として発表を行った。
また海外の教材の調査を予定していたが、ドイツの工科大学の実習内容を調査した。さらに、学生に親しみやすい教材としてレゴブロックに注目しており、ブロックでできた優れた作品を調査して、その組み方のノウハウを得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度に予定した海外の副教材の調査、日本で購入できない授業用教材の購入に関しては校務の関係で余り進んでいないが、学生との共同による副教材の製作は予定どおり着手した。平成28年度には海外の工業先進国、教育先進国と言われる大学や工業技術専門教育機関の教材に関する調査を行う予定である。このうちのひとつで、レゴブロックでの教材製作についてはレゴランドやデンマークのメーカを訪問して、効果的な使用法を学ぶ計画である。
学生との共同開発に関しては、平成27年度に３D-CADによるプロダクトモデルの静解析の方法と環境を確立した。またこの過程で、機械部品の接合時の強度解析のため、プロダクトモデルを製作してFEM解析を試みていくらかの有用な知見を得た。また、学生視点での教材の共同開発にあたり、高専５年生の卒業研究として開発を始めた。試みとして教員が使用する説明のためのプレゼンテーション用電子ファイルを共同開発した。開発学生は実習を観察し実習学生の理解度を判断し、教員の説明では理解が困難な点を補うための教材を開発した。結果は日本工学教育協会講演会にて講演発表を行った。
掲示教材以外のものについては、使用可能な３Dプリンターの材料の機械的性質を実験にて確認したことから、実用可能な教材の製作を始めた。初年度として、自転車用の油圧ブレーキシステムを利用したパスカルの原理説明用の副教材開発を行った。これについては開発した学生自身が国際セミナーにて講演を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度で研究のための設備環境が整ったので、学生との共同での教材開発を進める。低学年開講の工作実習で低学年生達が使用することを前提として、実際の教材としての機械を通して高学年で学習する内容の原理や現象の基礎原理を視認できたり、経験したり、理解できたと自覚できるような教材の製作を試みる。平成27年度に製作した油圧ブレーキシステム教材のように輸送機械のブレーキシステムには物理学で学習したパスカルの原理やてこの原理が利用されていることを再認識させることができた。そこでこの手法を用いて、開発学生の視点に立った教材製作を行う。
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| Causes of Carryover |
導入設備の検討を行ったところ、初年度導入予定であったＣＡＥ解析ソフト(ANSYS)は導入費用と３年間の維持費用が直接経費の半分を越えることが判明した。一方で所有している3D-CAD(Solid Works Simulation)の機能が開発に使用できるかセミナー等に参加して確認したところ新規に導入せずとも充分な機能を持つことが解った。
そこでＣＡＥ解析ソフトの導入費用を、所有する3D-CAD(Solid Works Simulation)の解析に必要な性能を持つパソコンの購入に変更した。しかしOS(Windows10)の変更時期と重なったため予定台数の購入を控えたため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度は数名の学生との共同開発を予定しているため、CAE解析用のパソコンの追加を予定してる。加えて3Dプリンターでの製作が多くなりプリンター用樹脂の購入が必要であるため次年度の助成金と合わせて有効に利用する。
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Research Products
(5 results)
