防衛大学校

教育科目

 

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機械工学総論

機械工学とは、機械を創造していく上で必要な知識や技術を学問として体系化したものであり、現在身の回りにある機械だけでなく、これから必要となる新たな人工物を創造する上でも、機械工学の知識や技術は必要不可欠となる。本講義では、機械工学のこれまでの歴史的・社会的な発展過程を概観しながら、機械工学を構成する各基礎科目の概要について解説する。また、機械工学に関連した例題を通して、機械工学で必要となる数学と物理の基礎を習得させる。

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熱力学

今日消費されているエネルギーのほとんどは熱として供給されたもので、熱エネルギーは日常生活に密接に関係している。供給された熱エネルギーの大半は動力に変換され、最終的には発電機を回し電気として利用したり、自動車のエンジンの様に機械的エネルギーとして利用したりする。本科目では主に熱と仕事との関係を学習し、動力としての熱エネルギーの基礎を理解させる。

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流体力学Ⅰ

我々の身の周りにある水や空気は、一定の形を持たず、わずかな力が加わっても有限の変形を起こし、かつ方向によって性質の変わらない連続した等方性物質である。このような物質を”流体”と呼ぶ。この物理的性質を理解することによって空を飛ぶ原理、水の中を泳ぐまたは進む原理を学び、流体からエネルギーを取り出す原理を理解する。

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材料力学Ⅰ

機械や構造物を製作するためには、材料を性質に応じて適切に配置し、各部が十分な強さ、変形抵抗および安定性を持つように、経済性を加味して設計する必要がある。そのため機械の設計には、外力により部材内部に生じる力や変形等を理論的に求めることが必要であり、材料力学はそのための機械工学の一分野である。この授業では、まず材料の強さと変形に対する概念について理解し、次いで材料力学の主要項目である梁（はり）理論の初歩を学ぶ。

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機械材料

人類文明は、石器から青銅器、鉄器と新しい材料を得ることで発展してきた。現代は、鉄（鉄鋼）を中心とした金属材料はもちろんのこと、セラミックスやプラスチックスなど多種多様な分野で材料の性能が飛躍的に向上しており、またこれらさまざまな材料の複合化、繊維化などにより従来では考えられなかった特性を有する新素材料が、航空機、自動車、鉄道などの機械・構造物に利用されている。本科目は従来の鉄鋼材料を中心に、構造材料として要求される力学的特性の発現に必用不可欠な材料組織学の基礎的知識について、原子的尺度から解説を行なう。またその応用として構造用合金鋼、耐熱鋼、耐食鋼等の具体的な実用鋼とともに、セラミックスやアモルファス、高分子、複合材料等の新素材料についても、その特徴、製造法について修得させる。これらの知識を基に、続く「材料強度」により材料の組織・構造と力学的特性が如何に密接に関係しているか理解することを目指す。

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機械力学Ⅰ

機械力学とは、機械およびこれを構成する要素および部材の動力学的挙動（ダイナミクス）を取り扱う学問である。本講義では、機械振動解析の基礎を学ぶ。最も簡単な１自由度振動系の場合を徹底的に考察し、振動現象を解析的かつ物理的にとらえる能力を養う。実際の機械の振動現象は、複雑のようであるが、結局のところ１自由度系の振動問題に帰着するといっても過言ではない。機械は非常に正直で、簡単な数学的記述で現象を的確に解析できれば、振動問題の解決策は自ずと導かれ、その対策効果もことのほか大きく、学問を実務で生かす感激を将来味わうことができる。

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要素及び機構学

機械における動力伝達方法は歯車、ベルト、リンクなどがあり、蒸気機関が発明される以前から変わっていない。機構学はこのような機械の運動法則や形状の影響を扱う学問で、機械工学を学ぶ者にとっては基本的な知識となっている。また、最近はロボットなどのメカトロニクス機器の出現によって機構と運動の解析が今まで以上に重要になってきている。本講義では、さまざまな機構の紹介とその運動解析に重点をおいて基本を理解させる。

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制御工学Ⅰ

機械システムの自動化、高精度化、知能化などの工学的要請により、これらの制御を行うための理論として制御工学分野が発展した。制御工学は、機械力学、電気電子工学、自動車工学、航空宇宙工学などの多くのシステムに内在され、これらの分野の制御対象装置を的確に機能させるために、設計概念を体系的に学び、制御工学全般を理解し、その基本的知識を習得する必要がある。本科目は、１入力１出力のシステムを扱う古典制御理論に該当し、制御工学の最も基礎となる科目である。制御工学の歴史を含んだ概論により全体の流れを理解した後に、制御工学の基礎である１入力１出力システムの伝達関数、応答特性、安定性、フィードバック制御系の構成と特性を理解し、その構成法の基礎手法を身に付ける事を目的とする。

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計測工学

計測技術は、機械・装置の生産過程および運転操作を円滑に制御するための手段として工業部門に欠くことのできない技術である。本講義は、計測の基礎知識を習得させた上で、長さ、力学量を中心に、それらの原理と各種方式、その応用例について学ぶ。

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加工学

加工は、自動車や情報機器などの生活に密着した製品や工場などのプラントに必要な大型機械の製造、ロケットなどの最先端科学技術の実現を支えている。さらに、製品の性能向上、新たな製品の創出、製造コスト削減に、加工技術の進歩が大きく寄与している。本講義では、機械や部品の製造プロセスに用いられる各種加工法の原理と基本事項、および加工に必要な工作機械や計測の基礎を修得させる。

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コンピュータ演習

情報化時代の到来とともに、情報処理技術はあらゆる分野において必要不可欠となり、ハードウエアも含めて急速な伸展を遂げている。コンピュータの基礎知識を付与し、演習を行うことによりプログラミングに関する基礎技術を体得させるとともに、他の科目にも流用できるフローやループの考え方を修得させる。

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機械工学演習Ⅰ

機械工学の基礎を構成する３力学分野について、授業とリンクして演習問題を解き、授業内容の理解を助ける。パソコン使用も含めビジュアルな教材も援用し、応用問題ときには現実に則した問題を扱うことがある。しかし主目的は３力学の基礎概念の修得にある。

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機械工学演習Ⅱ

演習問題を通して機械力学・制御工学分野の深い理解力を養う。力学系、振動系、それらの制御について具体的問題の系統的な解法手法を学ぶとともに、実システムにおける問題解決能力を養う。また、コンピュータソフトウェア(Mathematica, MATLAB／SIMULINK)を用いた解法を学ぶ。

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基礎機械実習

機械製図と機械加工の基礎を習得する。機械製図は、ものづくりのための機械設計において設計したものを他人に明確に伝えるための重要な手段である。本講義では、製図の基本的なルールを学び、正しく作図できることを目的とする。機械加工は、各種の工作機械や生産設備を使用して材料がその原形形状を変えられながら機械部品になるまで工程を実習および体験し、生産加工の概要を把握させ、併せて他の教育科目を履修することの必要性や科目相互間の関連性の理解に役立てること目的とする。

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機械設計製図

物づくりには、設計技術者と製造現場との間の意思伝達手段である設計図面が必要不可欠である。設計図面とは製造現場への加工指示書であり、設計技術者にとって正しい設計図面を描くことが物づくりにおいて重要である。機械設計製図では、機械要素および簡単な機械構造物の設計製図を体得させ、機械設計製図に関する基礎能力の習得を目的とする。

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機械工学創造実習

これまでの講義科目、設計製図、実習で習得した知識を用いて、機械工学における「ものづくり」の一連のプロセスを習得することを目的とする。

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機械工学実験

機械工学実験を通じて座学の知識及びその関連性を深めるとともに、各教科の実際の現象や各種機械の性能評価、測定機器の取り扱い方、データの整理法等を体験させる。

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伝熱工学

伝熱工学とは、熱の移動しやすさ・しにくさを扱う学問である。熱力学では熱の平衡状態のみを扱ったが、伝熱学では「時間」の概念が登場し、熱の移動速度を扱う。この学問は、例えばパワープラントにおける熱交換、電子機器の冷却、建物の空調、食品の加熱や冷却など、熱に関わるあらゆる機器の設計に不可欠であり、また、省エネルギ機器の開発や、地球温暖化をはじめとするエネルギ環境問題の改善にも大きな役割を担っている。本科目では、伝熱の基本形態である熱伝導、熱伝達、熱放射に関する基本法則を修得させる。熱力学や流体力学Ⅰ、Ⅱで学んだ物理量等の基礎知識が必要となるため、事前にこれらの科目を履修していることが望ましい。

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流体力学Ⅱ

流れを応用数学的に取り扱う分野であり、機械工学を専門とするものにとって必要な流れについて、水力学的な内容から空気力学的な内容に至るまで広く取り上げ、いろいろな状況下における流体の力学的挙動を学ぶ。送風機、圧縮機、ポンプ、ガスタービン、航空機、船舶等これらは流体の運動を応用したもので、流体の性質を学び利用することは工学的に非常に重要であり、これらの知識を修得させることが本授業の目的である。

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材料力学Ⅱ

材料力学Ⅰでは、応力の概念、引張りと圧縮について学び、ついで梁理論の手始めとして、梁の曲げ変形、梁の応力について学んだ。材料力学Ⅱでは、この知識の上に、梁のたわみ変形について重点的に学ぶ。さらにねじり変形について学び、ついで圧縮を受ける梁について考慮しなくてはいけない座屈変形について学ぶ。最後に、力学の基礎原理と密接に関係するひずみエネルギに関する定理について学ぶ。

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機械力学Ⅱ

機械力学Ⅱでは、機械力学Ｉを基礎にして振動工学の問題をより実際的に学ぶ。振動工学は、機械の耐久性、信頼性、性能等の向上に関わる重要な学問分野である。また、機械の健全性・メンテナンスの評価に通じる知識である。そこで、近年の振動解析理論やコンピュータによる振動解析技術を活用して、できる限り平易な記述によってそれらの問題を考える。本講義では、より実学に力点をおいて、まず２自由度系の基礎を復習後、さらに行列法による多自由度の運動方程式の立て方、振動解析法、モード解析法、振動と制御等をじっくりと学ぶ。各トピックスでコンピュータシミュレーションを用いた演習を行い、理解度を確認しながら講義を進める予定である。

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材料強度

「機械材料」で修得した材料組織学の知識に基づき、実際に構造材料を使用・設計する際に必要な材料の変形や破壊に関する基礎理論を修得させる。そのために、まず材料強度の原子論や転位論の基礎について修得させた後、各種構造材料の特性向上や新材料の開発に必要となる強化理論や破壊、疲労等の基礎知識を教授する。

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自動車工学

自動車は、交通の手段として我々の社会活動を支えている。自動車の構造や機構は、内燃機関、機構学、材料力学、流体力学などの機械工学の分野を主体とし、安全性を含めた運転性能は人間工学に終結している。自動車工学とは、このような自動車を工学の見地から学ぶ学問である。本講義では、エンジン性能、動力伝達、動力性能、制動性能、操縦性安定性の基礎・理論について講義する。

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精密加工

高精度な製品を製造するためには、高い加工精度、高品質な加工表面が要求される。このような要求の実現には、一般的に除去加工が用いられており、精密部品の形状創成には切削加工や固定砥粒を用いる研削加工、電子・光学部品の加工には、研削加工および遊離砥粒を用いるラッピング・ポリシング加工が広く利用されている。本講義では、加工の基礎を講述する「加工学」（３学年前期・必修）と連結するもので、除去加工による精密加工法に関する基礎知識を習得させる。

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制御工学Ⅱ

機械システムの自動化、高精度化、知能化などの工学的要請により、これらの制御を行うための理論として制御工学分野が発展した。制御工学は、機械力学、電気電子工学、自動車工学、航空宇宙工学などの多くのシステムに内在され、これらの分野の制御対象装置を的確に機能させるために、設計概念を体系的に学び、制御工学全般を理解し、その基本的知識を習得する必要がある。本科目は、多入力多出力のシステムを扱う現代制御理論に該当し、１入力１出力システムを扱った制御工学で習得した基礎知識を発展させ、より現実的なシステムの設計概念を理解できる様にする。時間領域で記述される状態方程式を用いたシステムの表現方法を習得し、制御系の構成と特性を理解し、その構成法の基礎手法を身に付ける事を目的とする。

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生体機械工学

生体機械工学（バイオメカニクスや生体力学とも呼ばれる）とは、生体組織全般の構造と機能を力学的観点から捉え理解をする学問である。特に、人間の構造、生命維持や行動には力学が深く関わっており、これらについて材料力学、機械力学、流体力学の観点から人間を機械システムと捉え理解することが可能である。近年、医療・福祉分野などで、この生体機械工学を応用したさまざまな製品が開発され、我々の暮らしを豊かにしている。本科目では、生体組織に発生する応力や血液の流れなどの微視的な力学から身体運動といった巨視的視点に立った力学まで、生体機械工学における全体像を理解させる。材料力学Ⅰ、機械力学Ⅰ、流体力学Ⅰ で学んだ基礎知識が必要となるため、事前にこれらの科目を履修していることが望ましい。

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コンピュータ応用解析

この授業では主に数式処理ソフトウェア Mathematica を用いた解析方法とプログラミング技術を中心に、コンピュータによってデータを解析していく上で必要とされる数学的な知識とその応用を学ぶ。前半は Mathematica を用いた数式処理とグラフ化に重点を置く。はじめに基本的な操作方法、リスト処理、解析方法を学ぶ。後半はプログラミングの基礎と機械工学分野への応用法を学ぶ。プログラミングではPADを用いてアルゴリズムの設計をし、他のプログラミング言語（C, Fortran, Basic）との比較を交えながら、数値解析方法を実習する。また、機械工学分野への応用では、制御工学、機械力学、材料力学から、例題を用いて演習する。

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熱機関

熱エネルギから機械的エネルギへ変換する具体的機械システムとして熱機関を学習する。実生活に身近な小型ガソリンエンジンについて、性能評価、各部の機能について説明し、設計に必要な知識を修得させる。

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メカトロニクス

機械の知能化は情報機器、家電機器、自動車機器、磁気浮上列車など産業機械全般にみられる趨勢である。それはメカトロニクスと総称される。その基幹技術は（１）サーボフィードバック制御とそれによる振動抑制技術、（２）高速応答 である。本講義の前半では、磁気浮上技術を例にサーボフィードバック制御と振動制御の原理を実践的に考える。5 週まではアナログ制御（半田付を含む）体験的に習得する。最終的に3kg の鉄球を電磁石で浮上させるためのアナログ制御回路を製作し、鉄球浮上実験を行う。6 週から 15 週では、メカトロニクスの応用例として、近年急速に普及してきているセンサやアクチュエータを多数搭載し高度な作業が可能なロボットについて解説する。5 週までの知識を元に、電磁モータによってロボットの関節角度を制御する方法について説明した後に、産業用マニピュレータのように複数の関節を協調させて所望の作業を行うために必要な知識を習得させる。

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熱・流体計測

流れと熱に関する計測法を修得させる。また、いくつかの課題について実験を行い、流体力学や熱力学・伝熱工学で履修した内容の理解を深める。本科目では、流体力学Ⅰ、Ⅱ、熱力学、および伝熱工学で学んだ物理量等の基礎知識が必要となるため、事前にこれらの科目を履修していることが望ましい。

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ターボ機械

社会の急速な発展とともに、流体機械の利用は増大し、高速、高性能化、大形化、省エネルギ化、精密制御化が図られている。講義は流体のエネルギと機械エネルギとの変換がどのようにして行えるかという基礎理論について説明し、各種流体機械の作動原理・動作特性・設計の基礎ならびに運転にともない発生する諸問題について説明する。

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強度設計

機械・構造物の強さ、特に破壊に対する強さを評価する立場から、今までに学んだ材料力学 Ⅰ・Ⅱ の知識を整理すると同時に、習得した知識を見直し、かつ補強する。そして、「実験」、「解析」、「理論」の 3 つテーマに分けて、強度設計に必要な知識を習得することを目的とする。特に、現実的な観点から、最適設計と安全の担保の両立を重視し、破壊（衝撃変形試験、疲労試験）と非破壊（超音波探傷、赤外線サーモグラフィ法）に関して理解する。

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ビークルダイナミクス

これまでに学んだ基礎力学、機械力学、制御工学等の応用問題として、我々の生活に欠くことのできない機械である自動車を取り上げ、車両運動の解析方法を学ぶ。車両が走る、曲がる、止まるのに必要なタイヤ接地面での力の発生原理を学び、運動方程式を用いた解析によって得られる車両の運動特性ならびにドライバによって制御される車両の運動について理解する。

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システム制御

自動車、I T S, 建設機械、荷役機械、航空機、船舶など人間が運転操作する機械システムは、高度な制御理論に加えて、人間とシステムの関係を多角的な見地から考慮をした設計をしなければならない。本科目は、最初に応用的な制御理論の概念を理解する。さらに機械システムの設計において、機能、性能、安全性、フェイルセーフなどヒューマンファクタも考慮して、操作し易いシステムの実現、人間中心の機械システムのあり方を理解することを目的とする。

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材料プロセス

人類文明は、石器・土器、青銅器から鉄器への材料発展の歴史であり、現在は、第３千年紀のナノマテリアル器文明の黎明期をむかえています。多彩なナノマテリアルの開拓は、次世代技術の実現、新産業と持続型社会の創出に貢献できます。本講義では、宇宙・生命科学、工学から環境・エネルギーの分野における先端材料とくにナノマテリアルについて、プロセス設計、構造設計と機能設計を三位一体にする統合的アプローチ法から平易に解説します。

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専門英語Ⅰ

これまでに学んだ一般英語は専門に関する内容が不十分であり、理工系専門で使える英語を学ぶ必要がある。本科目では、理工系全般、機械工学専門に必要とされる英語を学び、科学技術に関して英語で書かれた文献等を読んで理解する能力、機械工学に関連する基本的な文章を英語で書く能力を養う。

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専門英語Ⅱ

これまでに学んだ一般英語は専門に関する内容が不十分であり、理工系専門で使える英語を学ぶ必要がある。本科目では、専門英語Ⅰに引き続き、理工系全般、機械工学専門に必要とされる英語を学び、科学技術に関する英語で書かれた文献等を読んで理解する能力、機械工学に関連する文章を英語で書く能力を高めることに加えて、専門性の高い情報を英語で発表する能力を養う。

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特別講義Ⅰ

本講義は自衛隊における装備品の研究開発の現状を知り、専門的知識を学ぶことを目的としている。卒業後幹部候補生学校を経て、自衛隊各部隊で実務につくことを目前に控えた学生が、本校で学んだ学理や知識将来の実務にどのような形で関わってくるかを、この講座を通して学ぶことを期待する。装備庁の各研究所等から複数名の講師を招き、リレー形式の講義を行う。

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