今回は、令和5年度・選択科目Ⅲ-1についてです。
〔問題〕Ⅲ-1
部品の入手から製品の配送にいたるまで、モノづくりにはサプライチェーンを通した物流が不可欠である。しかし、物流が二酸化炭素排出量全体に占める割合は大きく、環境の側面から輸送効率の向上に向けた対策が急務である。これに対応し、モーダルシフトなど環境負荷の低い輸送手段への切り替え, 例えば, 輸送車両の大型化や低燃費車両の導入などが試みられているが、製品を設計する観点からも多面的なアプローチが考えられる。
(1) 担当する製品を具体的に1つ示し、購入部品や製品の輸送効率を向上する事を目的とし、設計段階で重要になる課題を機械技術者としての立場で多面的な観点から3つ抽出せよ。 (2) 前問 (1) で抽出した課題のうち最も重要と考える課題を1つ挙げ、重要と考えた理由と、その課題に対する複数の具体的な解決策を示せ。
(3) 前問 (2) で示したすべての解決策を実行しても新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
まず、こちらの問題の背景から。
NotebookLMに文科省＆機械学会＆経産省の重要資料を読込み、以下のプロンプトを入れてみました。
試験の出題者が、「令和5年度技術士第二次試験問題 [機械部門] 機械設計 [選択科目Ⅲ] Ⅲ-1」の問題を出題するのは、どのような背景があってのことですか？
ちなみに、NotebookLMに入力した資料は以下の記事で紹介しています。
出てきた回答がこちら。
参考となるセンテンスには、リンクを付けています。
・ まず、社会全体で環境負荷低減とカーボンニュートラル実現を目指す動きが加速しており、物流は二酸化炭素排出量に占める割合が大きいことから、輸送効率の向上が喫緊の課題となっています。また、近年の様々な情勢変化を経て、ものづくりの根幹を支えるサプライチェーン全体の最適化と強靭化の重要性も増しています。
・ これらの課題に対応するため、製品設計においては、単に機能や性能だけでなく、製造から輸送、使用、廃棄・リサイクルといった製品のライフサイクル全体を通じて発生する影響を考慮する思想が広がっています。特に、輸送効率や環境負荷はライフサイクルにおいて重要な要素と位置づけられています。
・ このような状況の下、技術士に代表される専門技術者には、個別技術の知識に加え、環境やサプライチェーンといった広範な社会課題を踏まえ、多角的な視点から複雑な問題を解決する能力が求められています。
さらに、新たな技術や設計手法の導入はリスクを伴うため、設計段階から潜在的なリスクを予見し、それに対する対策を講じるリスク管理能力も不可欠とされています。リスクアセスメントは、このための体系的なアプローチです。
・ この設問は、これらの社会課題（環境、サプライチェーン等）を理解し、それを製品設計という専門技術と結びつけ、物流効率向上という具体的な目標に対して、多面的かつ具体的な解決策を提案し、関連するリスクと対策まで含めて論じられる、実践的で社会貢献志向の高い機械技術者を評価する目的で出題されたと考えられます。
以下が解答です。
〔解答〕
（１）製品と課題の抽出
担当する製品として、自動車のCFRP（炭素繊維強化プラスチック）製車体部品を挙げる。CFRPは軽量かつ高剛性を特徴とし、電気自動車（EV）の航続距離向上や燃費改善を目的に採用されている。この製品は環境負荷低減を目指し、輸送効率の向上も重要である。購入部品や製品の輸送効率向上を目的とし、以下の3つの課題を抽出する。
① 部品形状・寸法の工夫：製品の形状が複雑で嵩張ると、積載効率が低下し、輸送コストが増加する。そのため、積載効率を考慮したコンパクトな形状設計が求められる。
② モジュール化と共通化：多品種少量生産に対応しつつ、共通部品を使用し、モジュール単位での輸送が可能であれば、輸送コストを削減できる。また、製品の標準化を進め、部品の互換性を確保することで、在庫管理も効率化される。
③ 軽量化による燃費向上：輸送車両の積載重量削減により、輸送時の燃費が向上し、二酸化炭素排出量の削減に寄与する。（２）最重要課題と解決策
3つの課題の中で、最も重要なのは①部品形状・寸法の工夫である。理由は、部品形状が輸送効率に直接影響を与え、積載効率が悪い場合、輸送車両の台数が増え、環境負荷やコストが増加するためである。解決策として、以下の3点を示す。
① 部品形状最適化：CAE（Computer Aided Engineering）解析を活用し、剛性と軽量性を両立しつつ積載効率を考慮した形状設計を行う。特に折りたたみ可能な構造を検討し、輸送時の占有容積を削減する。
② 分割・組立可能構造：大型部品を輸送しやすくするため、分割し、現場で簡単に組み立てられる構造を採用する。これにより、輸送効率が向上し、保管も容易となる。さらに、分割点を最適化し、接合強度を確保する。
③ 梱包方法の最適化：積載効率を高めるため、梱包形態を工夫し、保護性能を確保しつつ省スペース化を図る。たとえば、部品の間に保護材を最適配置し、振動や衝撃からの保護を確保する。リサイクル可能な緩衝材を使用し、環境負荷も低減する。（３）解決策実施時のリスクと対策
解決策を実施することで、新たに以下のリスクが生じる。
① 部品形状最適化による剛性低下：強度不足リスクがあるため、CAE解析で耐久性評価を徹底し、設計要件を満たす形状を検証する。また、材料選定においてCFRPの繊維方向や樹脂特性を最適化し、強度を確保する。
② 分割構造の組み立て工数増加：現場での組立効率が低下する可能性があるため、ジョイント部分の構造を工夫し、工具不要のワンタッチ組立構造を採用する。また、組み立て手順を標準化し、作業員の教育を徹底する。
③ 梱包見直しによる輸送中の破損：保護性能が低下し、製品が破損するリスクがあるため、緩衝材の形状や配置を最適化し、振動試験を実施して保護性能を確認する。さらに、輸送条件をモニタリングし、破損リスクをリアルタイムに管理する。以上の対策を講じ、輸送効率向上を目指す設計において、リスク管理を徹底する。
次は、令和5年度・選択科目Ⅲ-2です。
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