デジタルツイン技術を活用し、卒業後に第一線で活躍するエンジニアを育成する

3つの創設理念に基づく教育

金沢工業大学 (KIT) は、「高邁な人間形成」、「雄大な産学協同」、「深遠な技術革新」の3 つの理念のもとに設立されました。これらの理念のもと、学生が能動的に学び、技術エキスパートとして成長できる実践的な教育方法を採用しています。

教育目的

これまで大量生産によって社会の成長と発展を支えてきた製造業は、現在、高い付加価値をもたらす多品種少量生産への転換が求められています。そのためには、限りある資源・エネルギーを有効活用して持続可能な社会を築くとともに、技術・情報の安全なインフラを基盤とした、地球環境と調和する高度な技術革新を推進する必要があります。金沢工業大学は、基礎学力と応用力、そしてグローバルな視野を備えた創造的な人材を育成します。卒業生は、機械工学、電気電子工学、情報工学、土木工学の4つの主要な技術分野と、これらを統合した技術分野で活躍することができます。

工学部機械工学科では、日本の産業を支える工学の基礎が学べます。例えば、エネルギー、ものづくり (品質、精度、継続的な改善へのこだわりを重視する製造哲学を含む)、材料設計など、幅広い分野の教育を行っています。卒業生は、さまざまな企業や団体に就職し、現場で活躍する技術者として産業界を支えています。大学の研究室では、学生たちはキネマティクス工作機械を使ってデジタルツインを研究しています。

デジタルツインの研究

金沢工業大学では、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのNX™を使用し、バーチャル空間でデジタルデータをもとにキネマティクス工作機械の動作を再現しています。一方、リアルな物理空間では、シーメンスのコンピューター数値制御 (CNC) 装置、SINUMERIKコントローラーを用いて、キネマティクス工作機械を実際に制御しています。

金沢工業大学の森本喜隆副学長は次のように述べています。「研究室でNXとデジタルツインを使用して行った解析の結果を活用することで、より高度な工作機械を開発できるようになりました。また、工作機械が生成するデータの精度も向上しています。」

学生たちが主に取り組んでいる分野のひとつとして、ロボット加工機の送り速度の制御があります。現在はスピンドル・トルクを用いて制御しています。切削加工時に送り速度を遅くすれば、加工にかかる負荷を軽減できます。一方、切削加工以外のオペレーションでは、送り速度を速くすることで、加工時間の短縮につながります。こうした機械動作をバーチャル空間で検証する必要があります。そのため、Mechatronics Concept Designer™ソフトウェアを使用しています。機械の動きをバーチャルとリアルでリアルタイムに同期させながら確認できるため、さまざまな面で詳しく調べることができます。

なお、NX、SINUMERIK、Mechatronics Concept Designerは、ソフトウェア、ハードウェア、サービスで構成されるSiemens Xceleratorビジネス・プラットフォームに含まれています。

学生たちは、加工機の工具先端にかかる外力を推定する手法についても研究しています。外力を推定できれば、加工条件や工具の摩耗状況を見きわめ、事故を未然に防げるようになるからです。目標は、外力推定モデルをデジタルツインに取り込み、バーチャル空間で加工条件をより正確に再現できるようになることです。SINUMERIKコントローラーを使用することで、学生たちは機械の動作状態を自動的に記録することができ、そのログファイルを1D解析で簡単に解析することができます。

効率的で高品質なものづくりを支えるシミュレーション

近年、高度な機能と高い品質を備える製品がますます求められています。学生たちは研究のなかで加工工程をシミュレーションし、加工条件が製造そのものや製品の特性にどのような影響を与えるかをコンピューターを使って調べています。

シミュレーションで得た結果をもとに、どうすれば最適な加工条件を提案できるかを模索しています。金沢工業大学では、こうした研究によって、実際の製造現場でも最適な加工条件を迅速に提案できるようになり、効率的な製造・生産の実現につながると考えています。NXの特徴のひとつは、構造解析や熱解析など、多岐にわたる高速の解析機能を設計作業中に実行できる点です。学生はNXを使って解析を実施し、その結果をその場で設計に反映させるという設計プロセスを学ぶことができます。学生たちは卒業後、設計エンジニアとして第一線で活躍できる知識とスキルが身に付くため、デジタルの未来に備えることができます。

「NXを使って解析し、その結果をその場で設計に反映させるという設計プロセスを学生に学んでもらい、将来、社会に出たときに第一線で活躍できるエンジニアに育って欲しいと願っています。」と金沢工業大学工学部機械工学科教授の瀬戸雅宏博士は語りました。