機械工学実習・実験III

科目基礎情報

学校	釧路工業高等専門学校	開講年度	平成30年度 (2018年度)
授業科目	機械工学実習・実験III
科目番号	0014	科目区分	専門 / 必修
授業形態	実験	単位の種別と単位数	履修単位: 3
開設学科	機械工学分野	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	3
教科書/教材	自作テキスト・プリントを配布する
担当教員	高橋 剛,渡邊 聖司,小杉 淳,前田 貴章,川村 淳浩,赤堀 匡俊,関根 孝次

到達目標

・はりに作用させた曲げモーメントの大きさと表面のひずみおよびたわみ量の測定値から縦弾性係数を算出する．表面粗さ計を用いて表面の状態を測定して面肌の状態を表す表面粗さを求める．試験機を用いて変位を測定することより歯車の振れ精度を測定する．
・鍛造シミュレーションを実施するにあたって必要な「塑性力学」と「有限要素法」の基礎を理解し，材料特性等の各種要因が成形性に及ぼす影響を数値シミュレーションにより考察し，レポートにすることができる．
・熱力学や熱機関の実験について、実験準備と実験装置の操作ができ、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができる。
・
・
・①加振器を使用した梁の固有振動数測定法を理解し，梁の固有振動特性について同定検証できる．②動ひずみゲージおよびプロッタを使用した梁の振動減衰波形に関する測定法を理解し，梁の振動減衰特性について検証できる．
・光計測の基礎から応用までを実験により理解し，実験結果に対する考察を含めてレポートにまとめることができる．
・（１）熱電対による温度測定の原理，用法および測定法を理解し，液体冷却時の温度変化より，非定常伝熱現象について検証できる．（２）非定常細線加熱法による熱伝導率の測定原理および用法を理解し，断熱材の熱伝導率について検証できる．
・1．マシニングセンタ作業：MCプログラミングの構成を理解でき、その内容を説明できる．プログラムのシミュレーションから間違いを見つけ出し正しく修正できる．MC機の操作とその手順を説明できる．MC機でプログラムチェックと切削加工ができる．2．溶接：ガス溶接、溶断の基本操作ができる．アーク溶接の基本操作ができる．溶接残留変形に及ぼす溶接条件要因を理解できる．

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1(材料力学)	曲げを受けるはりのひずみとたわみから縦弾性係数を算出について過程についても理解でき応用できる．表面粗さを理解して測定器の出力から表面粗さ値を求めることができる．精度を測定して図示する結果から歯車の精度のおよぼす影響を考察することができる．	曲げを受けるはりのひずみとたわみから縦弾性係数を算出について与えられた式で計算できる．歯車精度を測定して図示する結果から歯車の精度評価することができる．表面粗さの測定器の出力から表面粗さ値を求めることができる．	曲げを受ける現象と，ひずみとたわみの関係が理解できず計算することもできない．表面粗さを理解できずに測定器の出力から表面粗さ値を求めることができない．歯車精度の測定値から正しく図示することができずに，精度評価とおよぼす影響を考察することができない．
評価項目2(材料・加工学)	塑性力学の簡単な問題の解き方と有限要素法を解説できる．更に鍛造解析の境界条件等のプリ処理と解析結果のポスト処理を行い，評価と考察を含めたレポートを作成でき，口頭発表もできる．	塑性力学の簡単な問題を解ける．更に鍛造解析の境界条件等のプリ処理と解析結果のポスト処理を指示された通りにでき，評価と考察を含めたレポートを作成できる．	塑性力学の簡単な問題を解けない．更に鍛造解析の境界条件等のプリ処理と解析結果のポスト処理を評価と考察について指導を受けてもレポートに纏めることができない．
評価項目3(熱工学)	熱力学や熱機関の実験について、実験準備と実験装置の操作ができ、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめ、口頭でも説明ができる。	熱力学や熱機関の実験について、実験準備と実験装置の操作ができ、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができる。	熱力学や熱機関の実験について、実験準備と実験装置の操作ができ、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができる。
評価項目4(制御情報（情報システム））	評価項目1:表計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を迅速かつ正確に計算による求めることができる． 評価項目2:計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を迅速かつ正確に線図（グラフ化）することができる． 評価項目3:ユーザークレームに対応するための迅速かつ正しく実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，迅速かつ的確に原因を究明することができる．	評価項目1:表計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を正確に計算による求めることができる． 評価項目2:計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を正確に線図（グラフ化）することができる． 評価項目3:ユーザークレームに対応するための正しく実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，的確に原因を究明することができる． 評価項目4:ユーザークレームの原因を解決するための正しく実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，的確に原因を解決することができる．	評価項目1:表計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を計算による求めることができない． 評価項目2:計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を線図（グラフ化）することができない． 評価項目3:ユーザークレームに対応するための実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，原因を究明することができない． 評価項目4:ユーザークレームの原因を解決するための実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，原因を解決することができない．
評価項目5(流体力学)	流体工学の実験について、実験理論の理解と実験装置の操作でデータが取得でき、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめ、口頭でも説明ができる。	流体工学の実験について、実験理論の理解と実験装置の操作でデータが取得でき、、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができる。	流体工学の実験について、実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができない。
評価項目6(機械力学)	実験における基本操作を理解でき，報告書において独自の視点による図や考察が加筆されている．	実験における基本操作を理解でき，報告書において必要項目に対する記述が充足している．	実験における基本操作を理解できず，報告書において必要項目に対する記述が不十分である．
評価項目7(制御情報（光計測））	光計測の基礎から応用までを実験により理解し，実験の注意点や原理，実験結果に対する考察をレポートにまとめることができる．	光計測の基礎から応用までを実験により理解し，実験結果に対する考察を含めてレポートにまとめることができる．	光計測の基礎を理解できず，レポートにまとめることができない．
評価項目8(伝熱工学)	実験における基本操作を理解でき，報告書において独自の視点による図や考察が加筆されている．	実験における基本操作を理解でき，報告書において必要項目に対する記述が充足している．	実験における基本操作を理解できず，報告書において必要項目に対する記述が不十分である．
評価項目9（機械工作）	①製作図から切削条件を決定し、MCプログラムの作成およびプログラムチェックを行い求められる形状に加工することができる．②溶接・溶断においてはトーチの選択とガス圧力を適切に調整することができ、アーク溶接においては適切な溶接条件で溶接することができる．残留変形に及ぼす溶接条件要因を理解できる．	①製作図から切削条件を決定し、MCプログラムの作成およびプログラムチェックを行い求められる形状に助言を受けながら加工することができる．②溶接・溶断においてはトーチの選択とガス圧力を適切に調整すること、アーク溶接においては適切な条件で溶接することが助言を受けながらできる．残留変形に及ぼす溶接条件要因を理解できる．	①製作図から切削条件を決定し、MCプログラムの作成およびプログラムチェックを行い求められる形状に加工することが助言を受けてもできない．②溶接・溶断においてはトーチの選択とガス圧力を適切に調整すること、アーク溶接においては適切な条件で溶接することができない．残留変形に及ぼす溶接条件要因を理解できない．

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 D

教育方法等

概要:

機械工学実習・実験Ⅲは，将来技術者として実験を計画し，それを実施するための基礎形成の場であり，その専門的知識を応用してさまざまな問題解決能力を養う上で重要となる．このため，実験の目的や実験装置の構成，測定機器の取扱い方法を理解し，実験データの処理・現象の解析を遂行し，最終的に実験報告書にまとめる力を養う．これにより計画性，自然現象の的確な把握力を身に付け，講義により得られる専門知識を確認し，それを応用できる力を習得する．５研究室と実習工場(前期：機力・制御・流体・生産・工場，後期：機力・熱・伝熱・材料加工・工場)を３週ごとに前・後期それぞれ巡回する．

授業の進め方・方法:

1<材料力学> 梁のたわみ実験結果から機械的特性値を算出する．更に表面粗さ計から表面性状を，試験機から歯車振れ精度などの精密測定要領を理解する．
2<材料・加工学> 第1週：塑性加工は塑性力学を学問的背景に成り立っていることを説明した上で，塑性力学の導入部分を座学型式で例題を解かせて理解させる．特に公称ひずみ－公称応力と真ひずみ－真応力の違いと適用限界．更に幾つかの材料構成モデルを説明し，２週目以降の鍛造解析に繋げる．
第2週：中空厚肉円柱を軸方向に潰す鍛造シミュレーションをテーマに，軸対称要素を用いた準三次元モデルを対象に使い方練習を行い，有限要素法とその評価方法などを習得する．
第３週：鍛造成形性に及ぼす４つの要因を取り上げ，各自異なる課題を設定し，個別の数値実験を行い，得られた結果に対して現象面での考察および設計指針になりえる支配的なパラメータの創出などをレポートに課す．
3.<熱工学> スチームエンジンの運転と性能計測を通して、熱力学の実用例と熱機関の作動原理や性能調査方法に対する理解を深める。
4.<制御情報（情報システム）> ①3年次までの一般科目「数学」「物理」，専門科目「工業力学」「機械設計法Ⅰ」の基礎的知識が必要です．②事前の演習課題が毎回あります．（実験実施日の一週間前に提示します．実験開始時に事前の演習課題を提出できない者は，実験に参加することができません．）③実験の記録や報告書作成のためのレポート用紙（Ａ４版）や計算のための電卓，作図のための定規，分度器，コンパスなどを忘れずに必ず持参してください．
成績評価方法　①合否判定：2つの実験課題のレポートがすべて提出され，その平均評点が60点を超えていること．ただし，未提出レポートが一通でもある場合，評点は60点未満となる．
各実験テーマのレポートは，全体内容40%＋考察30%＋課題30%として評価され，その合計が60点を超える場合のみ受講態度を±10%を加算して評価する．②最終評価：合格・不合格；合否判定と同じ．③再試験：未提出レポートの提出され，その内容が十分であれば合格(60点)とする．
5.<流体力学>①管摩擦係数の測定実験を通して，圧力損失の考え方，層流と乱流の区別，さらに流れの可視化について理解を深める．②球の抵抗係数の測定実験を通して，流体抵抗の考え方や計算方法，抵抗抵抗を減少させる方法について理解を深める．③円柱のストローハル数の測定を通して，熱線風速計の特徴や電子計測技術，カルマン渦の重要性について理解を深める．
6.<機械力学>　①加振器を使用した梁の固有振動数測定法を理解し，梁の固有振動特性について同定検証できる．
②動ひずみゲージおよびプロッタを使用した梁の振動減衰波形に関する測定法を理解し，梁の振動減衰特性について検証できる．
7.<制御情報（光計測）>・回折格子を用いた簡易な分光器を作成・使用することで，さまざまな光源を観察し，光の特性を理解する．・測光・測色の概念を理解し，簡単な光学実験・光計測をおこなう．
8.<伝熱工学>１週目：沸騰したお湯の冷却試験を実施し，温度の測定値と集中熱容量モデルによる理論式を比較検討する．　２週目：非定常細線加熱法を利用して，異なる３種類の断熱材の熱伝導率を測定し，断熱材の熱伝導率に及ぼす密度の影響を検討する．
9.<機械工作>1．マシニングセンタ作業／テキストを使用しプログラミングの構成、作成方法、機械操作の説明を行う．各自がプログラミング、機器操作を体験し理解を深め、与えられた課題からプログラムを作成し切削する。　2．溶接／テキストを使用しガス溶接・溶断、アーク溶接の基本を理解し、実習を行うことで更に理解を深める．溶接残留変形に及ぼす溶接条件要因を実習欠課等から理解する．

注意点:

各教職員の指示に従い，筆記用具と電卓やレポート用紙，グラフ用紙などを持参すること．服装は実習服の着用を義務付ける（上着のみでもよいが，ラフな格好や短パンなどの着用，サンダル履きなどは事故につながる恐れがあるので厳禁とする．）．事前に教室掲示されているスケジュール表（班編成と実験テーマ）を確認すること．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	<流体力学>①管摩擦係数の測定実験を通して，圧力損失の考え方，層流と乱流の区別，さらに流れの可視化について理解を深める．	①管摩擦のメカニズムおよび管摩擦損失計測方法，ダルシーワイズバッハの式の使い方を学ぶ．
		2週	<流体力学>②球の抵抗係数の測定実験を通して，流体抵抗の考え方や計算方法，抵抗抵抗を減少させる方法について理解を深める．	②流体抵抗の発生方法と流体力，流速の測定方法の理解を深め，流体抵抗係数の算出方法と使い方を学ぶ．
		3週	<流体力学>③円柱のストローハル数の測定を通して，熱線風速計の特徴や電子計測技術，カルマン渦の重要性について理解を深める．	③熱線風速計による流速測定を通して，計測器における応答性の重要さとカルマン渦の工学上の問題点について学ぶ．
		4週	<機械加工>1．マシニングセンタ作業 テキストを使用しプログラミングの構成、作成方法、機械操作の説明を行う．	1．マシニングセンタ作業 MCプログラミングの構成を理解でき、その内容を説明できる．MC機の操作とその手順を説明できる．
		5週	<機械加工>各自がプログラミング、機器操作を体験し理解を深め、与えられた課題からプログラムを作成する	プログラムのシミュレーションから間違いを見つけ出し 正しく修正できる．MC機の操作とそのMC機でプログラムチェックができる．
		6週	<機械加工>作成したプログラムを用いて切削する。	MC機に対して作成したプログラムを用いて切削加工ができる．
		7週	実験レポート作成と指導-その1	実験レポートの業務上の重要性及び研究論文との違いを理解し，網羅すべき内容と構成を理解できる
		8週	<制御情報（情報システム）>表計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を迅速かつ正確に計算による．	表計算ソフトを使って，往復スライダクランク機構の運動の状態を線図（グラフ化）することができる．
	2ndQ
		9週	<制御情報（情報システム）>ユーザークレームに対応するための迅速かつ正しく実験計画を立案し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行する	ユーザークレームに対応するための実験を計画し，バーチャルシミュレータを使っての実験を実行することによって，原因を究明することができる．
		10週	<材料力学>梁のたわみ実験結果から機械的特性値を算出する．	曲げを受けるはりのひずみとたわみから縦弾性係数を算出について与えられた式で計算できる．
		11週	<材料力学>表面粗さ計から表面性状を，試験機から歯車振れ精度などの精密測定要領を理解する．	歯車精度を測定して図示する結果から歯車の精度評価することができる．表面粗さの測定器の出力から表面粗さ値を求めることができる．
		12週	<制御情報（光計測）>・回折格子を用いた簡易な分光器を作成・使用することで，さまざまな光源を観察し，光の特性を理解する．	光計測の基礎から応用までを実験により理解し，実験結果に対する考察を含めてレポートにまとめることができる．
		13週	<制御情報（光計測）>・測光・測色の概念を理解し，簡単な光学実験・光計測をおこなう．	光計測の基礎から応用までを実験により理解し，実験結果に対する考察を含めてレポートにまとめることができる．
		14週	実験レポート作成と指導-その2	実験レポートの文章表現，構成，図表の体裁など基本事項を理解できる．
		15週	実験レポート作成と指導-その3	構成，図表の体裁など基本事項を説明できる．
		16週
後期
	3rdQ
		1週	<材料・加工>塑性加工は塑性力学を学問的背景に成り立っていることを説明した上で，塑性力学の導入部分を座学型式で例題を解かせて理解させる．特に公称ひずみ－公称応力と真ひずみ－真応力の違いと適用限界．更に幾つかの材料構成モデルを説明し，２週目以降の鍛造解析に繋げる．	塑性力学の簡単な問題を解ける．
		2週	<材料・加工>中空厚肉円柱を軸方向に潰す鍛造シミュレーションをテーマに，軸対称要素を用いた準三次元モデルを対象に使い方練習を行い，有限要素法とその評価方法などを習得する．	鍛造解析の境界条件等のプリ処理と解析結果のポスト処理を指示された通りにできる．
		3週	<材料・加工>鍛造成形性に及ぼす４つの要因を取り上げ，各自異なる課題を設定し，個別の数値実験を行い，得られた結果に対して現象面での考察および設計指針になりえる支配的なパラメータの創出などをレポートに課す．	材料特性等の各種要因が成形性に及ぼす影響を数値シミュレーションにより考察し，レポートにすることができる．
		4週	<機械工作>テキストを使用しガス溶接・溶断、アーク溶接の基本を理解する．	ガス溶接・溶断、アーク溶接の基本を理解できる．
		5週	<機械工作>ガス溶接・溶断、アーク溶接実習を行うことで更に理解を深める．	ガス溶接・溶断、アーク溶接実習を行うことができる．
		6週	<機械工作>溶接残留変形に及ぼす溶接条件要因を実習欠課等から理解する．	溶接残留変形に及ぼす溶接条件要因を実習欠課等から理解できる．
		7週	実験レポート作成と指導-その4	レポートの基本事項を修得した上で，応用的な文章表現技法を理解できる．
		8週	<熱工学>スチームエンジンの運転と性能計測を行う．	熱力学や熱機関の実験について、実験準備と実験装置の操作ができる．
	4thQ
		9週	<熱工学>試験結果を通して、熱力学の実用例と熱機関の作動原理や性能調査方法に学ぶ	実験内容と実験結果の整理・考察をレポートにまとめることができる．
		10週	<機械力学>　加振された段付き梁の固有振動数および固有モードを測定し，測定値と理論値を比較検討する．	加振器を使用した梁の固有振動数測定法を理解し，梁の固有振動特性について同定検証できる．
		11週	<機械力学>　片持ち梁の振動減衰波形を測定し，対数減衰率，減衰比および固有振動数を測定する．	動ひずみゲージおよびプロッタを使用した梁の振動減衰波形に関する測定法を理解し，梁の振動減衰特性について検証できる．
		12週	<伝熱工学>　沸騰したお湯の冷却試験を実施し，温度の測定値と集中熱容量モデルによる理論式を比較検討する．	熱電対による温度測定の原理，用法および測定法を理解し，液体冷却時の温度変化より，非定常伝熱現象について検証できる．
		13週	<伝熱工学>　非定常細線加熱法を利用して，異なる３種類の断熱材の熱伝導率を測定し，断熱材の熱伝導率に及ぼす密度の影響を検討する．	非定常細線加熱法による熱伝導率の測定原理および用法を理解し，断熱材の熱伝導率について検証できる．
		14週	実験レポート作成と指導-その5	レポートの応用的な図・表作成方法を理解できる．
		15週	実験レポート作成と指導-その6	レポートを時間節約し，効率的な仕上げる方法を理解し，実践できる．
		16週

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類		分野	学習内容	学習内容の到達目標	到達レベル	授業週
専門的能力	分野別の工学実験・実習能力	機械系分野【実験・実習能力】	機械系【実験実習】	実験・実習の目標と心構えを理解し、実践できる。	4
				災害防止と安全確保のためにすべきことを理解し、実践できる。	4
				レポートの作成の仕方を理解し、実践できる。	4
				加工学実験、機械力学実験、材料学実験、材料力学実験、熱力学実験、流体力学実験、制御工学実験などを行い、実験の準備、実験装置の操作、実験結果の整理と考察ができる。	4	前1
				実験の内容をレポートにまとめることができ、口頭でも説明できる。	4	前1

評価割合

	試験	発表	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	0	0	90	180	30	0	300
基礎的能力	0	0	30	60	10	0	100
専門的能力	0	0	30	60	10	0	100
分野横断的能力	0	0	30	60	10	0	100