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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
機械設計演習(再履修クラス)
Machine Design Project
2 E022-01 2021年度
6期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習教育目標
キーワード 学習教育目標
1.JIS規格と機械製図 2.機械設計,強度・信頼性設計 3.製造方法と精度・公差 4.3軸2段ヘリカル減速機 5.地域連携 機械の設計・製造では,要求仕様に沿った設計計画やイメージを作るとともに,イメージを 具現化する強度・信頼性設計,製造法やコストを考慮した製造設計,機械機構・全体像を表 す製図を必要とする.併せて設計の評価のための設計計算書の作成を必要とする.本講義で はJIS規格や製造方法に基づいた機械の設計・製図を実施する.特に,設計製図演習ではCAD を積極的に利用することで,コンピュータを使った設計基礎能力を習得する.また、地域の 企業技術者からの設計製図に関する最新技術や課題等を聴講し問題解決の理解を深める。
授業の概要および学習上の助言
 本講義では,「3軸2段ヘリカル歯車減速機」を主要題材とし,機械ユニットを構成する機械要素部品の精度設計及び強度・ 信頼性設計に関する総合演習を通じて,機械をシステム的に設計する能力を修得する.基本的には各週で講義・演習を取り入 れた授業を展開するが,与えられる課題の設計・製図は講義中の演習時間のみでは終了しないため,予習・復習を十分に行う 必要がある.また,本講義の前に受講している「機械系製図Ⅰ」や「機械系製図Ⅱ」で講義されているSolid Edgeの基本的な 操作方法や「JIS機械製図」の参照方法については修得しているものと見なすので,本講義の受講前にこれまでの復習を十分 行っておく必要がある.  本講義で取り扱う内容は以下の通りである.   ①機械設計・改良設計のプロセス,②設計課題の設計構想と基本設計,③設計課題の強度・信頼性設計及び詳細設計,④ 機械設計課題の図面化,⑤機械設計課題図面の検討,⑥機械設計課題の自己点検と第三者評価 <総合注意事項として,作品(最終設計解)におけるコピー行為は技術者倫理に反する行為であり,それが見つかった時点で 本科目の単位認定は行わないので,本件を十分に理解・認識し,受講すること.> なお、Windows OS 64bit のPCが必要となる。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:新編JIS機械製図(第5版)[森北出版]、機械設計演習(ヘリカル減速機編)[パワー社]、機械系製図(Solid Edge     の操作概要説明)[金沢工業大学]、ヘリカル減速機の設計-設計シリーズ⑧-(第2版)[パワー社] 参考書:機械設計法 第3版[森北出版] リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
本科目は機械工学科における設計・製図コースとしての,機械の原理,機械系製図Ⅰ,機械系製図Ⅱ,機械要素設計に続く応 用科目である.したがって,本科目受講に際しては,これまでに修得した設計能力やCADによる製図能力が求められ,本科目 受講前には十分に前科目で修得した内容を復習・確認しておくことが望ましい.また,多くの課題があり,そのクリア条件も 高いものであるが,最後までリタイヤすることなく継続努力する姿勢が必要である.
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D-H,J-P 機械設計の実施項目を理解し,設計箇所や設計解(設計計算書・組立図・部品図)を第三者に図面・口頭で説明できる.
D-H,J-P 機械を構成する機械要素部品の基本設計及び詳細設計等の設計計算をシステム的に実施することができる.
D-H,J-P 設計機構のモデル化を行うことができるとともに,それに基づいた強度計算をコンピュータによって行うことができる.
D-H,J-P 製造方法を考慮した機械設計計算や,それに基づく機械の計画組立図や部品図を機械製図規則に則って描くことができる.
D-H,J-P 機械工学の各専門領域をベースに,専門領域の複合あるいは統合化による新しい設計解を考えることができる.
H 地域の技術者から最新技術を習得し、与えられた課題をまとめ、討議できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 20 0 0 10 70 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 20 0 0 10 70 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 5 0 0 3 20 0 0 28
思考・推論・創造する力 5 0 0 3 20 0 0 28
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 5 0 0 4 25 0 0 34
学習に取組む姿勢・意欲 5 0 0 0 5 0 0 10
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 試験は第14週において筆記形式で実施する.主に機械の設計・製図に関して総合的に問う.持ち込み可の ものとしては,ヘリカル減速機の設計(パワー社),JIS機械製図(森北出版),機械設計演習(ヘリカ ル減速機編)(パワー社),電卓,直線定規とする.採点に当たっては,中間点は付けないので注意する こと.また,手書きによる作図問題がある場合には綺麗に作図することが求められる.(判別できない図 面は採点対象とはしないので注意する必要がある.)
クイズ
小テスト
レポート
成果発表
(口頭・実技)
実技試験は,第13週に実施する.特にCAD操作と機械製図の基礎に関する能力を問う.また機械系製図,機 械要素設計で修得した能力の修得度を測る.制限時間内に指定の図面を描くため,Solid Edgeが使用可能 な状態にしておく必要がある.たとえSolid Edgeの不調によって受験できない状態になったとしても再試 験は実施しないので,Solid EdgeがインストールされたPCを安定な状態にしておく必要がある. 口頭試験は,地域の工作機械技術者から得られた知識・課題解決手法等を参考とし,積極的なディスカッシ ョンにより設計・製図技術の理解を深める.(要すれば、レポートとして文書にまとめる.)
作品 最終設計解として,①設計計算書(主要寸法一覧表を含む),②組立図(自己点検済みチェックリストを 含む),③部品図(自己点検済みチェックリストを含む),④総合力ラーニングのためのフリーディスカ ッションで得たレポートの提出を求める.ただし,期限内に提出されないものは一切受け取らず,また, 提出物が1種類でも不足する場合には評価対象とはしないので,十分注意が必要である.
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
①テキストに従った設計,形状の内容を理解し,自身の設計条 件にそれを当てはめての見やすい組立図を書くことができると ともに,設計解を期限内に提出し内容を第三者に十分に説明で きる.②設計計算の流れをコンピュータ(EXCEL等)を用いて 詳細に図表を十分に用いてまとめることができ,課題に沿った 設計計算を計画的に実施できる.③テキストに従った設計のモ デル化と強度計算を理解し,自身の設計条件にそれを当てはめ て実施することが出来る.④製造できない/製造し難い等を十 分認識しての製図(組立図・部品図)をすることができる.⑤ テキストに従った設計において,多くのオリジナル・工夫点を 加味した設計解を導くことができる.⑥地域の技術者から得ら れた技術や問題解決手法を理解し設計解に反映できる。 ①テキストに従った設計,形状の内容を理解し,自身の設計条 件にそれを当てはめての見やすい組立図を書くことができると ともに設計解を提出し,自身の設計内容を第三者に説明できる .②設計計算の流れをコンピュータを用いて図表によってまと めることができ,課題に沿った設計計算を実施できる.③テキ ストに従った設計のモデル化と強度計算を理解し,自身の設計 条件にそれを当てはめて実施することが出来る.④製造できな い/製造し難い等を認識しての製図(組立図・部品図)をする ことができる.⑤テキストに従った設計において,オリジナル ・工夫点を加味した設計解を導くことができる.⑥地域の技術 者からの得られた技術や問題解決法を理解できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
「ガイダンス」 ・本科目の概要を説明する. ・本科目の目的,目標や要求される達成度レベルを理 解する. ・設計課題・仕様を説明する. ・配布する学習支援計画書を基に,科目の学習目標, 概要や行動目標を理解する.特にこの科目が学科の教 育目標のどの部分を担っているか,具体的な達成レベ ルの目安を理解する. 「3段2軸ヘリカル減速機の概要」 ・3段2軸ヘリカル減速機の概要と特徴を説明する. ・テキストの内容を講義し,注意すべき点を指示する . 「設計・演習の概要」 ・配布する資料,並びにテキストに基づいた設計の概 要を説明する. 講義・質疑 授業明細で示す「設計」は、 ヘリカル減速機の設計を、「 演習」は機械設計演習を「設 計法」は機械設計法を示す。 設計:p1-6 演習:p1-7 「予習」 ・Solid Edgeを使用可能な状態に しておくこと. ・学科の教育目標と本科目との関 連を理解すること. ・ヘリカル減速機の機能性能を調 査する。 「復習」 ・本講義の内容や目標,説明され た自分の設計仕様を再確認すると ともに,設計計算を開始する. 30 60
「3軸2段歯車減速機(実物)を用いた実習」 ・製品となっている歯車減速機の分解・組立,並びに スケッチ,主要寸法の計測を通じて,はめ合い,軸受 け,抜き勾配等の主要要素に関して理解する.また, それぞれの部品がJIS規格に沿って作られていること を理解し,JIS規格の参照方法を確認する. 実習・質疑 ヘリカル減速機の分解・計測 ・組立をとおして機能・性能 を理解する。 設計:p56-72 演習:p8-9,p85-100 「予習」 ・歯車減速機について調査し理解 する. ・減速機の構成要素を調査する。 「復習」 ・設計の基本方針を立案する. ・機械要素設計で学んだ内容を復 習する. ・各要素毎への設計項目を確認し 因果関係を把握する。 ・設計計算を実施する. 30 60
「3軸2段ヘリカル歯車減速機の概要」 ・テキストの内容を講義し,設計計算作業の進め方や 設計計算において注意すべき点を指示する. 「機構図・配置図・計画図の説明」 ・設計作業をすすめるにあたり、それぞれの図面の意 味を説明し、設計計算上必要な事項を指示する。 「設計計算の実施」 ・設計計算を実施する. 講義・質疑・演習 基本設計に必要な設計計算書 ・機構図・配置図・計画図等 を説明する。 設計:p9-25 演習:p9-17 「予習」 ・設計作業の一連のプロセスを理 解する。 ・基本設計の設計項目を確認する 。 ・設計計算を実施する. 「復習」 ・講義内容を復習し,設計計算の 見直しを実施するとともに,設計 計算書を一通り実施する。 ・減速機の設計計算(性能・外形 計算)を完成する。 60 60
「機械要素部品(キー等)の強度と選定」 ・設計に必要となるキー等機械要素の強度計算やその 選定方法を説明する。 「設計計算の実施」 ・設計計算を実施する。 講義・質疑・演習 歯車減速機全体の細部設計を 説明 設計:p27-52 演習:p18-30 「予習」 ・各構成部品の強度計算法を調査 ・設計計算書を一通り実施する。 「復習」 ・材料強度、機械強度の理解を深 める。 ・講義内容を復習し、設計計算書 の見直しを実施し、設計計算書・ 計画図を完成させる。 60 60
<設計計算書・計画図の提出> ・設計計算書・計画図を提出する。 「組立図作成における注意点の説明」 ・組立図を作成するにあたり,注意すべき点(隅のR や角C面取り等)を説明する. ・組立図において生じやすい機能面での設計不良箇所 等を説明する. 「組立図の作成」 ・設計計算書に基づいた組立図の作成を開始する.ま た,組立図の作成には,設計計算書の見直しやフィー ドバックが必要になることを理解する. 講義・質疑・演習 設計計算(性能、強度要求等 )と製造のための図面要求の 関係を説明 設計:p74-78 演習:p37-58 「予習」 ・設計計算と図面化(製図規定) の関係を理解 ・設計計算書・計画図を完成させ 、印刷物を準備する。 「復習」 ・設計計算書の機構図・配置図・ 計画図に基づく、組立図の作成 ・製図規定による要求と設計計算 による要求値の関係を確認 ・組立図の作成を開始する. 60 60
「組立図チェックリストの内容説明」 ・組立図チェックリストの内容を説明し,注意すべき 点の認識を深める. 「組立図の作成」 ・組立図を作成する. 「設計計算書及び組立図の整合を確認」 ・フリーディスカッションに備えた設計計算書と組立 図のチェックポイントおよび設計解の特徴・工夫点等 のポイントを確認する。 「設計計算書及び組立図の作成」 ・設計計算書の修正及び組立図を完成する。 (提出可能な学生は、<設計計算書・組立図の提出> ボーナス点とする。) 講義・質疑・演習 設計計算書の要求と製図規定 による図面要求の関連を理解 設計計算書と製図図面に関す る設計ポイントの説明 設計:p80-116 演習:p59-64、p75-84 「予習」 ・構成部品間のインターフェース規定を確 認 ・各自の設計解に関し設計方針と 設計解の関連を整理 ・組立図を作成する. 「復習」 ・組立図による構成部品毎の整合 性の確認 ・ディスカッションのため設計概 要の整理 ・組立図を完成し、設計計算書と 組立図の整合を図る。 ・組立図を作成する. 60 60
<設計計算書・組立図の持参> 「設計計算と組立図に関するフリーディスカッション (その1)」 ・設計仕様が同一となるグループの間における各自の 設計・組立図の特徴、工夫点等をフリーディスカッシ ョンし、学生間でのコミュニケーションによる問題発 見と解決方法の検討を実施する。そして、その検討成 果をレポートにまとめる。 <地域の技術者から課題解決法等を聴講し、設計・製 図技術を理解し議論を深める.> 質疑・演習(中間振り返り) 設計方針に基づく設計計算書 と図面(組立図)に関する( アクティブラーニング) 演習:p75-84 「予習」 ・フリーディスカッションに備え ,設計計算書、組立図を作成、印 刷物を準備する。 「復習」 ・フリーディスカッションで得ら れた知見をレポートにまとめると ともに、計算書・図面修正箇所を 組立図の作成に反映する。 60 60
<設計計算書・組立図・レポートの提出> ・設計計算書・組立図を提出する。 ・フリーディスカッションで得た知見とそれに基づく 修正事項をまとめたレポートを提出する。 「機械部品の製造方法と要求可能精度」 ・機械部品の製造方法の概要を説明するとともに、各 製造方法とそれに要求できる加工精度について説明す る。 「部品図の作成」 ・部品図の作成を開始する. 講義・質疑・演習 組立図に基づき細部設計要領 の説明 設計:p56-72 設計法:p1-18 「予習」 ・フリーディスカッションで得ら れた知見をレポートにまとめると ともに、設計計算書・組立図を完 成し、提出できるように準備する 。 ・機械加工の精度を調査し、要求 規定との関係を整理する。 「復習」 ・各構成部品の設計要素を確認し 設計項目を整理する ・部品図の作成を開始する. 60 60
「部品図作成における注意点」 ・部品図作成において生じやすい誤りを解説する。特 に、幾何公差と寸法公差との関係に関して、再度説明 し、理解を深める。 「部品図の作成」 ・部品図を作成する。 講義・質疑・演習 各構成部品を組み立てた場合 の整合性のポイントの説明 設計法:p36-59 「予習」 ・幾何公差と寸法公差について復 習し、それぞれの関係について整 理する。 ・特に、回転軸・軸受・シールの 関係を調査する。 ・部品図を作成する. 「復習」 ・機械製図における各公差規定の 製図方法を理解する。 ・部品図を作成する。 60 60
10 <設計計算書と組立図の返却> 「設計計算書と組立図の返却と説明」 ・組立図を返却し、誤り箇所等について再度説明し、 理解を深める. 「製図規則の再確認」 ・寸法公差、表面粗さ、幾何公差、ねじの表現方法等 、製図規則を再確認する。 「設計計算書、組立図の見直しと修正、並びに部品図 の作成」 ・設計計算、並びに組立図を見直すとともに修正し、 それを部品図に反映させる。 講義・質疑・演習 各部品毎の要素機能・性能及 び製図規定の再確認と適用時 のポイントの説明 「予習」 ・機械系製図や機械要素設計で学 んだ事項を復習する. ・部品図を作成する。 「復習」 ・部品毎の強度計算及び部品の適 用仕様の決定に基づく設計の見直 し反映の実施 ・各種見直しや設計計算・組立図 の修正と、それに伴う部品図の作 成への反映. 60 60
11 「部品図チェックリストの内容説明」 ・部品図チェックリストの内容を説明し,注意すべき 点の認識を深める. 「最終設計解の完成に向けた演習」 ・最終設計解の完成に向けた演習を実施する. 講義・質疑・演習 細部設計(部品図)の概成を 受けて設計演習(設計作業) の振り返り演習の説明 演習:p65-74 「予習」 ・部品毎の強度計算、インターフェース設 計の完成 ・設計計算を再確認する. 「復習」 ・チェックポイントに基づく見直 し ・設計計算・図面作成を完成する . 60 60
12 <設計計算書・組立図・部品図の持参> 「組立図・部品図に関するフリーディスカッション( その2)」 ・設計仕様が同一となるグループの間における各自の 設計・組立図・部品図の特徴,工夫点等をフリーディ スカッションし,学生間でのコミュニケーションによ る問題発見と解決方法の検討を実施する.そして、そ の検討成果をレポートにまとめる。 <地域の技術者と設計解や設計図面等について討議し 設計解へ反映する> 質疑・演習 設計解に関するアクティブラ ーニング 「予習」 ・フリーディスカッションに参加 するための最終設計解を概成し、 印刷物を準備する. 「復習」 ・フリーディスカッションで得ら れた知見や修正箇所をまとめレポ ートを作成するとともに、設計計 算書・組立図・部品図の修正に反 映させ、最終設計解を完成する. 60 60
13 <最終設計解およびレポートの最終確認と提出> ・完成した最終設計解の最終確認を実施し,生産性や 機能面で問題がないか再度確認する. ・最終設計解を提出する.なお,指定されたものが1 つでも不足する場合には最終設計解として評価しない ので注意する. ・フリーディスカッションで得た知見・修正項目など をまとめたレポートを提出する. <成果発表(実技試験)の実施> ・これまでに修得した機械設計・製図・CAD操作の修 得度を測る実技試験を実施する. 演習・質疑・試験 「予習」 ・最終設計解を準備する. ・成果発表(実技試験)に向けた 準備を行う. (敢えて学習時間を表記しない)
14 <成果発表(実技試験)の解説と振り返り> ・CAD製図スキルに関する確認と振り返り ・設計、製図に関する基礎的項目についての振り返り <達成度確認試験の実施> ・達成度確認試験として,これまでの修得度を測る筆 記試験を実施する. 試験 「予習」 ・達成度各に試験に向けて準備を 行う」 (敢えて学習時間を表記しない)
15 <達成度確認試験の解説と振り返り> <自己点検> ・達成度確認試験の結果から理解不十分な内容を確認 し、理解を深める。 ・地域の技術者から得られた知識、考え方等を整理し レポートとしてまとめる。 全体解説と評価 「復習」 ・成果発表(実技試験)や達成度 確認試験の問題を理解し、本科目 の達成目標を確認する. ・自分の獲得した知識・実力,並 びに不足している事柄を認識し, 必要に応じてそれを補うこと. ・再試験・再提出等々は一切認め ない.