生産システム工学特別研究Ⅱ

科目基礎情報

学校	函館工業高等専門学校	開講年度	令和02年度 (2020年度)
授業科目	生産システム工学特別研究Ⅱ
科目番号	0037	科目区分	専門 / 必修
授業形態	実験	単位の種別と単位数	学修単位: 8
開設学科	生産システム工学専攻	対象学年	専2
開設期	通年	週時間数	4
教科書/教材	担当教員の指示を受けること
担当教員	倉山 めぐみ,山田 誠,近藤 司,川上 健作,柳谷 俊一,三島 裕樹,丸山 珠美,山田 一雅,森谷 健二,湊 賢一,浜 克己,河合 博之,東海林 智也,今野 慎介,後藤 等

到達目標

指導教員の指導のもとで高度な研究を行うことによって，専門的な知識を深め，創造力や問題解決能力を修得する。さらに，特別研究Ⅰ,Ⅱを通して指導教員との議論に加え，学内外の発表会で他者との討論をし，研究成果を論文にまとめる．以下に具体的な目標を記す。
① 自主的に課題を見出して研究計画を立案・実行し，まとめ上げることができる。(A-1)
② 研究テーマに関する情報の収集やプレゼンテーションに情報技術を利用できる。(C-1)
③ 発表用の予稿作成を通して文書作成能力を養う。(E-2)
④ 研究成果や得られた知見をコンピュータにより可視化し，他者に説明できる。(C-2)
⑤ 技術成果について議論する力および発表する能力を養う。(E-1, E-3)
⑥ 研究対象と，研究対象を含むシステムの関連を常に意識し，研究成果がそのシステムの開発または改善にどのように貢献するのかを考えることのできる能力を養う。(F-1)
⑦ 問題解決のために他の専門分野の基礎知識を修得し，それを活用していろいろな解決手法を考案し，最適な解決策を見出すことができる能力を養う。(B-2, F-2)

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	自主的に課題を見出して研究計画を立案，計画に沿って実行し，適切にまとめ上げることができる。	自主的に課題を見出して研究計画を立案・実行し，まとめ上げることができる。	自主的に課題を見出して研究計画を立案・実行し，まとめ上げることができない。
評価項目2	研究テーマに関する情報の収集やプレゼンテーションに情報技術を効果的に利用できる。	研究テーマに関する情報の収集やプレゼンテーションに情報技術を利用できる。	研究テーマに関する情報の収集やプレゼンテーションに情報技術を利用できない。
評価項目3	発表用の予稿作成を通して十分な文書作成能力を身に付ける。	発表用の予稿作成を通して文書作成能力を養うことができる。	発表用の予稿作成を通して文書作成能力を養うことができない。
評価項目4	研究成果や得られた知見を可視化し，他者にわかりやすく効果的に説明できる。	研究成果や得られた知見を可視化し，他者に説明できる。	研究成果や得られた知見を可視化し，他者に説明できない。
評価項目5	技術成果について適切に発表し議論する力を身に付ける。	技術成果について発表する能力および議論する力を養うことができる。	技術成果について発表する能力および議論する力を養うことができない。
評価項目6	研究対象と，研究対象を含むシステムの関連を常に意識し，研究成果がそのシステムの開発または改善にどのように貢献するのかを考え，さらなる発展につながる課題を提案できる能力を身に付ける。	研究対象と，研究対象を含むシステムの関連を常に意識し，研究成果がそのシステムの開発または改善にどのように貢献するのかを考えることのできる能力を養うことができる。	研究対象と，研究対象を含むシステムの関連を常に意識し，研究成果がそのシステムの開発または改善にどのように貢献するのかを考えることのできる能力を養うことができない。
評価項目7	問題解決のために他の専門分野の基礎知識を修得し，それを活用していろいろな解決手法を考案し，それらを適切な方法で評価して，最適な解決策を見出すことができる能力を身に付ける。	問題解決のために他の専門分野の基礎知識を修得し，それを活用していろいろな解決手法を考案し，最適な解決策を見出すことができる能力を養うことができる。	問題解決のために他の専門分野の基礎知識を修得し，それを活用していろいろな解決手法を考案し，最適な解決策を見出すことができる能力を養うことができない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達目標 A-1 （自ら仕事を計画して継続的に実行し，まとめ上げることができる。）

学習・教育到達目標 B-2 （機械工学（材料系，設計・加工系，熱流体系，制御系），電気電子工学（回路エレクトロニクス系，通信系），情報工学（ハードウエア系，ソフトウエア系，ネットワーク系）のいずれかの基礎知識とともに，それらを複合する基礎知識を持っている。）

学習・教育到達目標 C-1 （情報の収集や整理などに，コンピュータなどの情報技術を用いることができる。）

学習・教育到達目標 C-2 （データの分析や解析，グラフ化，設計・製図などにコンピュータを活用することができる。）

学習・教育到達目標 E-1 （技術的課題について，自分の考えをまとめ，他者と討論できる。）

学習・教育到達目標 E-2 （技術的成果を正確な日本語を用いて論理的な文書にまとめることができる。）

学習・教育到達目標 E-3 （技術的成果を的確にプレゼンテーションすることができる。）

学習・教育到達目標 F-1 （システムを構成する複数の分野の要素技術についての知識を持ち，その知識をシステムの組み上げに応用できる。）

学習・教育到達目標 F-2 （問題解決のためにデータに基づいた工学的な考察を行い，複数の解決手法を考案し，それらを評価してその中から最適な解決策を提案できる。）

教育方法等

概要:

専攻科1年までに修得した知識や技術を基礎として，研究課題を指導教員とともに計画し，自分自身の力で継続的に創意工夫を行いながら実行する。その過程で，専門分野の基礎技術を身につけてゆく。さらに，得られたデータについて情報技術を用いて整理したり，他者との討論から問題に際しての解決策を考える。また，その成果を正確な日本語を用いて論理的な文書にまとめ，特別研究Ⅱ発表会で的確にプレゼンテーションすることを目標とする。

授業の進め方・方法:

特別研究IIは，特別研究Iに続いて行われるものであり，2年間で一つのテーマに取り組むことになる．各指導教員の指導に従い，各種文献等の調査，研究を実施する。授業時間は特に時間割上に示されていないため，自主的に研究時間を設定して実施する。年度末（２月頃）に行われる特別研究Ⅱ発表会にて，それまでの成果を発表する。

注意点:

長期間にわたるので，しっかりとした計画の下に，指導教員と綿密なコンタクトを取り，自発的・積極的に行動することが必要である。
「生産システム工学専攻」学習・教育到達目標の評価：
論文評価：30%（B-2：30%，C-1：10%，E-2：40％，F-1：20%）
継続的な研究活動：40%（A-1：50%，E-1：20%，F-2：30%）
発表会：30% （C-2：10%，E-1：30%，E-3：60%）

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	担当教員	テーマ及び概要・到達目標
		2週	浜克己	■生体信号や残存機能を活用したリハビリ・自立支援用機器の開発(専攻の区分：機械工学) 筋電位や脳波などの生体信号や視線入力等を用いて，高齢者や障害者の身体機能支援や意思伝達（コミュニケーション）支援をするための機器開発と検証評価を行う。(指導補助教員：鈴木学)
		3週	山田誠	■高効率・高速５軸制御加工に関する研究(専攻の区分：機械工学) 5軸制御マシニングセンタで形状加工を行う際，効率的に粗加工をしなければならない。そこで，ラジアスエンドミルを用いて，効率的に高速粗削り加工をするためのソフトウェアの開発を行う。　＜ソフトウェアの作成が主，マシニングセンタでの検証加工を行う。(指導補助教員：川合政人)
		4週	近藤司	■多軸制御加工法における工具姿勢自動決定に関する研究(専攻の区分：機械工学) ソリッドモデラーから出力されるSTLデータを基に，等間隔点群を生成し，VOXEL内等間隔メッシュデータの平面当てはめとマージ処理による工具姿勢の自動決定の考案するとともにその妥当性を検証する。
		5週	川上健作	■動作解析の臨床応用に関する基礎研究(専攻の区分：機械工学) 動作解析の基本は，線形代数を用いた座標変換とロボット工学に基づく関節運動学，さらには運動方程式に基づく力学解析である。これらの工学知識を用いた医療福祉分野への工学的アプローチを学ぶことにより，自らが学んできた知識を活かして他分野にも貢献できる能力を養う。 動作解析とは，人間の動きを数値データとして表現し，分析することである。その動作解析を用いて，健常者や前十字靱帯損傷や変形性膝関節症などの下肢疾患患者，さらには靱帯再建術後，人工関節置換術後などの治療後の運動や力学状態を解析することに身体機能を評価し，疾患の影響や治療の効果を検討し，臨床現場における動作解析応用の検討を行う。また，得られた運動データから臨床現場において求められている新たな運動力学的な身体機能評価の方法も検討する。
		6週	高田明雄	■振動子の同期に関する研究(専攻の区分：電気電子工学) 自然界に見られる様々な振動子（電子回路でいう発振器）の同期現象に潜むメカニズムの解明およびその工学的な応用について，電子回路で再現したモデルについて回路シミュレーションあるいは回路実験を行う．また，製作物をプリント基板に実装する． ■非線形現象を利用したランダムノイズ発生の基礎研究(専攻の区分：電気電子工学) カオス現象の初期値敏感性，予測不能性を利用したランダム信号の発生方法を工学的に応用するための有効な力学系（微分方程式）を探索する．また，電子回路で実現するためのキーポイントを明らかにする． ■非線形現象を利用したランダムノイズ発生の応用(専攻の区分：電気電子工学) 情報セキュリティーや高感度のセンシングを目的とした，ランダム性の高いノイズの発生方法についてその基礎技術の確立を目指し，プリント基板に実装したノイズ発生器を組み込んだセンシングシステムを構築する．
		7週	柳谷俊一	■機能性電子セラミックス材料の開発(専攻の区分：電気電子工学) 熱電変換材料やLiイオン電池用固体電解質などのセラミックス材料について，高性能化を目的として材料の作製と評価を行う。具体的には，粉末原料を焼結しセラミックスを形成し，種々の物性測定を行い，特性の改善を図る。
		8週	三島裕樹	■電力・エネルギーシステムに関する研究(専攻の区分：電気電子工学) 電力システムやエネルギーシステムに関する研究を行う。(指導補助教員：下町健太朗) ■電力システムを対象としたシステムの最適化に関する研究(専攻の区分：情報工学) 電力システムを対象とした最適化問題の新しい解法アルゴリズムの開発やその評価に関する研究を行う。 ■電力・エネルギー分野への機械学習等の応用(専攻の区分：電気電子工学，情報工学) 電力・エネルギー分野に機械学習等を応用してシステムの計画・設計・運用・制御。評価手法を開発する。
	2ndQ
		9週	丸山珠美	■無線通信・ワイヤレス電力伝送・MIMOに関わるアンテナ，高周波回路，電波伝搬，リフレクトアレーに関する研究(専攻の区分：電気電子工学) (1) 無線通信システム・アンテナに関する研究 将来の無線通信システムは，超高速広帯域，大容量を実現するため，マルチバンド・マルチアンテナの小型化，アクティブ素子を用いたビームフォーミングなど一層の高機能化が要求される。本研究では，これら将来の無線通信技術に必要なアンテナ，リフレクトアレー，高周波回路の，電磁界解析，最適設計，システムシミュレーションによる評価を実施する。 (2) 電波伝搬環境改善方法に関する研究 近年，M2Mネットワークなど，従来とは異なる厳しい電波伝搬環境が生まれている。本研究では，リフレクトアレーやアンテナ技術の適用による電波伝搬環境の改善方法について検討する。 (3) ワイヤレス電力伝送，マイクロ波応用に関する研究 ワイヤレス電力伝送は，たとえばEV走行中自動給電の実現や，車いすやロボットの誘導や制御など，またマイクロ波は宇宙太陽光発電や融雪などさまざまな応用が期待できる。本研究ではこれらワイヤレス電力伝送，マイクロ波応用に関する研究を実施する。
		10週	山田一雅	■物理学の未踏領域への新装置構築でのアプローチ(専攻の区分：電気電子工学，情報工学) 　物性・トポロジー・制御の複合分野は，革新的な精度や分解率が新たに得られ，新しい物づくりが行われ始めている．また挑戦的な創成物作製が世界中で行われており，従来の枠を超えた高機能物性測定システムが，研究室レベルで創成可能となってきている．そこで工学の観点から研究成果を社会貢献につなげる一環として新しい着想で装置を試作し，物理学の未踏領域への挑戦を目標とする． 　メカトロニクス技術と材料科学の双方を活用した，電気・磁気による物体浮遊による不純物の極めて少ない材料創成に関連した周辺の技術に取り組む．特に最新の画像処理やコンピュータ工学を用いて，イメージ・圧力センサーを取り入れ，従来型単機能センサーを凌駕した新しい電気・磁気浮遊炉の開発に取り組むための周辺技術の本課題内容を新しい装置構築につなげる．この電気・磁気浮遊炉は，金属のみならず，セラミック，ガラス，水といったあらゆる材質を浮遊させることができその材料評価の圧力・二相絶縁導電層・ゴンペルツ曲線型構造緩和も課題内容である．一方，宇宙ステーション「きぼう」船内実験装置等で使用する電気・磁気浮遊炉で発現される新物性は，材料評価としての圧力・二相絶縁導電層・ゴンペルツ曲線型構造緩和も課題として求められることから，この評価に取り組む点で差別化を図る．これにより無不純物材料の物性制御の精度向上がより高性能にできる．これらの材料学的新方式の導入の俯瞰的研究がテーマとなる．続く発展テーマとして，①アモルファス状態と液体状態をつなぐ構造決定因子を測定する熱分析．②新しいガラス状固体と空間を融合した多孔性固体（ポーラス）中の熱伝導材料創成．③レーザ発光を半導体材料間で発生させる過程で生じる原子の拡散メカニズムを議論できる半導体創成．以上３指針が今後の展望である． ■Kirkendall効果に関する拡散原子と機械的強度および電流密度の研究 ～医療MRIで使われる超伝導材料の接合機械強度改善と電流密度向上～ (専攻の区分：機械工学) 　Kirkendall効果で良く知られる古典実験では，70%Cu-30%ZnのBrassを銅(100%Cu)で囲み，境界にMo線を置いて高温で保持し相互拡散させると，CuはBrassの方へZnはCuの方へ拡散するが，その際Mo線のマーカー間の距離 d は小さくなる．この事実は、拡散速度差がとても大きいために，ボイド（空隙）に至る機械的な強度劣化に関係した物理現象として，様々な機能性材料の機械工学に深く根差した未踏領域の研究課題である． 　本研究では，医療MRIで使われる超伝導材料の接合機械強度改善と電流密度向上を視野に入れ，エレクトロニクスデバイスの技術を総動員する．また、NIMS(国立物質・材料研究機構)拡散データベースを駆使してPythonの新しい世界最高性能ライブラリも導入する． 　生産システム工学の核心となる医療技術の向上に貢献する機械と物理の両分野のテーマであり，情報工学、機械工学および電子工学に基づいている． ■電気・磁気による物体浮遊創成の未踏領域への新装置構築でのアプローチ(専攻の区分：電気電子工学)（指導補助教員：藤原 亮）
		11週	森谷健二	■ニワトリ胚低酸素疾患モデルにおける体動パターン解析(専攻の区分：電気電子工学，情報工学) 体動は胎児の正常な成長に必要な現象の一つである。本研究ではニワトリ胚を計測モデルとして生理的疾患時に特有な体動パターンを明らかにし，疾患の予測を目指している。本年度は孵化中によく起きる低酸素状態における特有な体動パターンの解明を目指す。(補助指導教員:圓山由子) ■脳活動計測によるストレスの定量化に関する研究(専攻の区分：電気電子工学，情報工学) これまで心拍数計測により心的負荷の定量化を試みてきたが，脳血流系，アイマークレコーダ，心拍数，血圧など複数の生体情報パラメータを利用してより詳細なストレス-レスポンス反応を解析する。同時に，これらの計測パラメータの信号処理に関する研究も行う ■生体情報を用いた福祉機器の製作，開発機器使用時における感性評価(専攻の区分：電気電子工学，機械工学) 福祉機器の開発および既存製品の改良に生体情報をインタフェースとして用いる．使用者の不安なども解析して静的・動的どちらの側面からも使い勝手の良い製品開発を目指す．
		12週	湊賢一	■未利用天然資源および再生可能エネルギーの有効利用を目指した材料技術の開発(専攻の区分：電気電子工学) 化石燃料の枯渇や燃焼時の炭酸ガス放出による地球温暖化などの環境問題の観点から，安全でクリーンな代替エネルギーの開発が重要視されている。また，非枯渇な太陽光を利用した太陽光発電に対する期待が大きく，光電変換素子の研究開発が盛んに行なわれている．本研究では未利用天然資源および再生可能エネルギーの有効利用を目的とし，新規デバイス作製法の開発や性能向上に関する研究を行う。
		13週	後藤等	■導波型デバイス向け数値シミュレーション技術に関する研究(専攻の区分：情報工学) 導波型の光デバイスや量子効果デバイスを対象とした数値シミュレーションを行うソフトウェアを開発し，大規模並列数値計算技術の導入を試みる。
		14週	河合博之	■有向グラフの辺彩色に基づく大規模データ解析(専攻の区分：情報工学) 二つの集合間で定義される複数の関数から有向グラフを得ることができる。本研究では，大規模データとそれに係る関係を定義することにより，これら大規模データをグラフの辺彩色という観点からクラスタリングによる解析を行うことを目的とする。
		15週	東海林智也	■楽曲の特徴空間の可視化と楽器推定(専攻の区分：情報工学) 楽曲からMFCC等の特徴量を抽出し，SVM等の非線形識別手法を用いて楽曲に含まれる楽器の推定を行なう。また，SOM等を用いて特徴空間の可視化を行なう。この目的を達成するために音楽理論，信号理論，多変量解析理論，学習理論等のゼミやプログラミング演習を併せて行なう。
		16週	小山慎哉	■障がい者の移動・外出を支援するための福祉機器の開発（専攻の区分：電気電子工学、情報工学） 自律移動型車椅子や盲導犬ロボットなど、障がい者の移動・外出を支援するための福祉機器を開発する。まず、福祉機器の設計にあたっては、障がい者のユーザビリティの向上に努めるよう配慮する。設計後、センサの選定、および機器の運動モデルを組み立てて、シミュレーションによる制御パラメータの整合性を検証し、実機への応用を行う。
後期
	3rdQ
		1週	今野慎介	■スマートフォンを用いた新しいソフトウェアの提案と開発(専攻の区分：情報工学) スマートフォンの普及により，様々な行動にソフトウェアを導入可能な機会が増えている。スマートフォンの特徴として，加速度や地磁気など様々なセンサを備えており，また行動する際に身につけているため，通常のコンピュータでは得ることの出来ない人間の行動に関わる情報を取得することができる。それらの情報を利用した，新たなソフトウェアの提案と開発，及び評価を行う。
		2週	倉山めぐみ	■人工知能を利用した学習支援システムに関する研究(専攻の区分：情報工学) 人工知能の考え等を利用した学習支援システムの設計開発から開発された学習支援システムを利用した実践，実践で得られたデータに関する分析・解析までを取り扱っていく．それにより，人工知能の考えを思量した学習支援システムの開発ができる．
		3週
		4週
		5週
		6週
		7週
		8週
	4thQ
		9週
		10週
		11週
		12週
		13週
		14週
		15週
		16週

評価割合

	論文評価	継続的な研究活動	発表会	合計
総合評価割合	30	40	30	100
基礎的能力	0	0	0	0
専門的能力	0	0	0	0
分野横断的能力	30	40	30	100