| 研究課題/領域番号 |
19H00735
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
杉田 直彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70372406)
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| 研究分担者 |
柿沼 康弘 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70407146)
小池 綾 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (70781417)
河野 大輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80576504)
福井 類 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80607416)
吉岡 勇人 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90361758)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)
2023年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
2020年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2019年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | 工作機械 / 生産システム / ダイナミックケイパビリティ / 生産ライン / AGV / モジュール型 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我が国産業がグローバル競争に伍して行くためには, 独自性の高いAI技術と我が国の強みであるものづくり技術との融合を行うことが重要である. しかしながら, 現在の工作機械の開発は, 未だに従来の設計手法の延長線 上にあり, 精度・能率の面で限界にきている. 本研究では, 1. 従来設計における性能限界を超える新たな工作機械設計法を提案し, 各機械要素の革新による新たな工作機械の創出を行うとともに, 2. 機械加工学の複雑な物理現象を解析できる機械学習手法の開発とこれを応用したプロセス安定化手法を, 世界に先駆けて研究する. 最終年度では, それらの統合を進め, フレキシブルな生産システムを実現する.
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| 研究実績の概要 |
本研究では, 革新的工作機械を実現するための, 新たな設計指針を構築する. 工具, 被削材, 制御技術を考慮に入れて根本から検討し, 設計指針を構築する．また, 変動するプロセスの安定稼働方法を提案し, 加工理論やプロセス制御に基づいた機械学習アルゴリズムを世界に先駆けて開発する. 2021年度は下記を遂行した．1. 各機械要素の統合および基本性能の評価(吉岡, 河野, 杉田が担当) (1) 工作機械の高精度化を目指して，特に, 静剛性, 動剛性, 熱特性について評価した．開発したセンサーを工作機械に実装し，機械特性を取得可能とした．温度については，約300点の情報を取得し，機械の状態を工具経路に反映させ，工作機械自身の高精度化をおこなった．また，ボールねじの芯材としてミネラルキャスティングを採用し，軽量化するとともに減衰性の向上を図った．(2) 実際の加工パタンで工作機械を動作させ，工具先端部での変位を基準として，静・動・熱剛性の計測を行った．2. 生産ライン再構成可能な工作機械(吉岡, 河野, 福井, 杉田が担当) フレキシブル生産ラインを実現するために，工作機械とAGVから構成される生産ラインのあり方を検討した．また, モジュール型の工作機械を提案し，再構成可能とした．3. 工程計画の最適化およびダイナミックレイアウトプランニング(柿沼, 小池, 福井が担当) 工作機械とAGVからなる生産ラインを検討し，経済性, 工具コスト, 加工時間などのパラメータから生産ラインのレイアウトを検討した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
今年度は，工作機械を構成する設計指針に基づいて開発した小型温度センサを用いて工作機械の高精度化を実施した．さらに振動センサの開発を行い，機械の振動に関しても状態を把握できるようになった．熱と振動のセンサ情報に基づいて加工精度を向上させるアルゴリズムを世界に先駆けて開発することができた.
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| 今後の研究の推進方策 |
22年度は下記の項目を実施する．
1. 生産ライン再構成可能な工作機械(吉岡, 河野, 福井, 杉田が担当) フレキシブルに生産ラインを変更できるようにするために，工作機械に求められる機能を検討し，工作機械とAGVを用いてダイナミックケイパ ビリティを実現する. 2. 工程計画の最適化およびダイナミックレイアウトプランニング(柿沼，小池，福井が担当) 1. で構築する生産ラインに対応するダイナミックプランニングを設計する. 3.フレキシブル生産システム実現に向けた準備(吉岡，河野，杉田，柿沼，小池，福井が担当) 1, 2の機能により，プランニングとダイナミックラインを統合した生産システムを実現するための準備を行う．工作機械とAGVを駆使すること により，ダイナミックケイパビリティを実現する生産ラインを実現する．空調機部品の製造を例に取り，生産ラインの在り方を検討する.
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