モデリング技術を活用した水車の性能改善を体感できるモノづくり教育システム構築

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H00249
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: 松岡 武史 石川工業高等専門学校, 技術教育支援センター, 技術職員
• Project Period (FY): 2018
• Keywords: 工学教育 / モノづくり教育 / 流体機械

Outline of Annual Research Achievements

高等専門学校に入学してくる学生の多くは, モノづくりに関して強い関心を持っている. しかしながら低学年時に基礎的な授業が多く行われ, 学習意欲の低下を招きやすい現状がある. 機械実習も同様に, 基礎的な工作機械の使用方法の説明が主となり, 学生のモノづくりに対する意欲向上につなげることが難しい現状がある.
近年, 3D-CADソフトが教育向けに無償使用が可能になり, さらに3Dプリンタ(次ページ図)などの価格も数万円レベルに落ちるなど, 身近な教育コンテンツの一部になっている. また, 企業もモノづくりに対する顧客の関心を惹くため, 製品の3Dデータを無償で配布するなど, 学生とモノづくりの距離が格段に近くなっている.
水力発電やロケットのエンジンなどに代表される流体機械は, ロボットなどと並び, 学生にイメージしやすい「機械製品」である. これらの多くは, 滑らかな曲線で構成されており, 未熟練者が3D-CADソフトで設計することは困難である. しかしながら, 企業等がHPで無償データを配布したり, あるいは本校の設備により製品の実物から形状データを読み込むことも可能であり, デジタルデータの入手は容易となっている. 実際にジェットエンジン用タービンをモデリングし, 翼形状を小水力水車用に取り込んで3Dプリンタを用いて作成した. これらの活用により, モノづくりに不慣れな学生にも簡単に小水力用タービンの設計ができる.
本研究では学生の「作りたい」というモノづくりに対する気持ちを3D-CADデータから製作及び性能試験にまでつなげるモノづくり教育システムの構築を行った. 僅かなタービン形状の変化が発電効率を左右し, 小水力用タービンとして性能評価が可能なシステムを製作した.