問題文

　経済産業省と厚生労働省によって提案された「ロボット介護機器開発５ヵ年計画」においては、介護者の負担を低減するための介護機器、歩行等をアシストする介護機器、認知症の人を見守るための介護機器などが提案されている。今後の社会において、このような介護機器の役割はますます重要になっていくと考えられる。このような現在の日本の社会背景から、以下の問いに答えよ。

（１）       具体的な介護機器の例を１つ挙げて、その機器の開発・設計・導入・普及のために発生するであろう課題はどのようなものがあるかを、機械設計者の観点から多面的に述べよ。

（２）       （１）で述べた課題に対し、あなたが最も大きな課題と考える項目を１つ挙げ、その課題を解決するための具体的方策を提案せよ。

（３）       （２）で述べた提案がもたらす効果やメリットを示すとともに、そこに潜むリスクやデメリットについて述べよ。

模範解答

介護機器の一つであるパワーアシストスーツを例に挙げ以下を述べる。

１．開発、設計、導入、普及のための課題

①安全確保

　パワーアシストスーツは身体に直接装着するものであり、スーツの誤作動により関節を損傷する危険性があるため人体を保護する方策は重要である。

②身体的負担の軽減

　このスーツは高齢者の使用も考慮しているため、フレームをハニカム構造にするなど強度を保ちつつスーツの小型化、軽量化を行い使用者の負担軽減を実施する必要がある。

③稼働時間の延長

　介護の現場で使用するため電池を大容量化し稼働時間を可能な限り延長する必要がある。また、急速充電を実現し、充電が完了した電池を交換することでスーツの稼働を止めないよう設計を行う。

④信頼性

　スーツを使用中にアシスト機能が停止した場合、全荷重が人体に掛かるため品質を向上し不具合を起こさない製品にすることが大事である。

　２．安全確保のための具体的方策

①FMEA（故障モード影響解析）

　FMEAにて構造部品に起こりうる故障を予測し、予測した故障に発生確率、影響度を定量的に評価し優先度を設定する。優先度が高い故障から対策を行うことで、考えられる不具合を事前に改善することが出来る手法である。例えばスーツのメインモータの軸受について解析を行い、考えられる故障モードを列挙する。摩耗、発熱、損傷などの故障モードを評価し、総合した評価値の高いモノから優先に設計上の改善、対策を検討する。

②危険除去設計

　製品事故の原因となるものを取り除く、または低減するよう設計を行う。スーツの不具合により関節が損傷するリスクがあるため、スーツの関節部に角度検出センサを設け、人体の関節の可動域を超えたことを検出した場合モータを停止させる措置を取る。同時に、関節の可動域外ではモータを起動できないよう設定し人体を保護する。

　また、万一角度検出センサが故障した場合に備え、物理的に関節を保護するストッパーを設置することで予想外の不具合にも備える必要がある。

③フォルトトレランス設計

　フォルトトランス設計により、製品に不具合が生じても予備の系統に切り替えて運転を継続する設計を行う。万一スーツの全電源を突如喪失した場合、アシスト機能が停止し、持ち上げている荷重が急激に使用者に掛かり使用者や介護者が怪我をする可能性がある。そのため、アシスト機能を急に失った場合でも本体側に設けた予備の電池にてアシスト機能を継続させる二重防護をとる。

３．上記提案の効果や潜むリスク

①効果

　FMEAや危険除去設計を行ったことにより、問題が発生する前に潜在的な故障や不具合を予防したことにより品質向上が見込まれる。さらに製品開発の初期段階に大きな作業負荷を掛けることにより、製造工程での事故発生予防や製造工程の効率化に向けた改善などに結びつき、初期工程にて品質を作り込むことができるフロントローディングも実現できる。

②潜むリスク

安全設計を行うが不具合の予測や対策の検討により開発期間に遅れが生じ、市場に投入する時期が遅れるリスクがある。市場への投入が遅れた場合、納期の延滞により顧客の信頼を損なう恐れや、他の競合企業などに市場を占領されることがある。対処法としてコンカレントエンジニアリングを適用し、複数の工程を同時並行で進め、各部門間での情報共有や共同作業を行う事で、工程の短縮を実現させ納期短縮を実現する。

解説

作成中

問題文

　ヒートアイランド現象について説明せよ。また、その原因と影響について、それぞれ２つ述べよ。さらにあなたの専門領域で、ヒートアイランド現象の影響を緩和する対策を４つ挙げ、その概要を説明せよ。

模範解答

　ヒートアイランド現象とは、地図上に等温線を引くと都市部において島のように高温の地域が現れることから、郊外と比べ都市部の気温が高くなる現象である。＜原因と影響＞

原因１．都市部への人工集中によるｴﾈﾙｷﾞｰ消費の増大。

影響１．外気温上昇により熱中症患者の増大。

原因２．人工構造物および道路舗装などによる熱が外気に放出しづらくなっていること。

影響２．昼夜の空気の循環が進まず、光化学オキシダントなどの大気汚染物質が滞留する。

＜影響を緩和する対策＞

対策１．換気量制御による空調負荷の低減

　CO2センサー導入により適切な換気量に制御して外気負荷を減らす。

対策２．断熱材の強化による空調負荷の低減

　高断熱材の使用により建物のペリメータゾーンの空調負荷を低減する。

対策３．屋上緑化による空調負荷の低減

　熱を逃がすことで建物空調負荷を低減する。

対策４．地中熱ヒートポンプ導入による室外機の外気熱放出の低減

　年中ほぼ一定の地中熱を利用して、外気への熱放出を低減する。

解説

作成中

問題文

　わが国でも公共サービスの提供に際して公共施設が必要な場合に、民間資金や民間の技術を活用して、民間に施設整備と公共サービスの提供を委託するPFI制度が定着してきた。PFIについて以下の問いに答えよ。

(1)  PFIにおける発注者側の利点と事業者側の利点をそれぞれ説明し、さらに、このPFIを成功に導く重要な項目を３つ挙げ、項目ごとに説明せよ。

(2)  PFIで事業者側が応札する際に空気調和設備の担当責任者として留意すべき事項を3つ挙げ、項目ごとに説明せよ。

(3)PFIに潜むリスクを空気調和設備の範囲で２つ挙げ、その内容と対応策について述べよ。

模範解答

(1)-1＜発注者注者側の利点＞

①初期費用の低減が可能

　民間の資本を利用できるため、初期費用が低減でき本来の公共サービスに資金を使うことが可能となる。

②長期的に優れたｼｽﾃﾑの採用が可能

　設計から施工、運営まで含めた評価となるため、長期間での事業運営技術を評価することが可能となり、LCCの最小化、民間事業者の経営上のノウハウや技術的能力などの恩恵を享受できる。

＜事業者側の利点＞

①  受注範囲が広がることでの収益向上

　設計から施工、維持管理まで受注できることで従来の設備工事のみの場合と比較して受注規模・範囲が拡大して収益が向上する。　

②  長期間の契約による安定経営

　長期契約に安定的な収入が得られ、人員の計画的な配置が可能となるなど、長期的視野に立った安定的な経営に貢献できる。

(1)-2＜成功に導く重要な項目＞

①当事者間の役割および責任分担の明確化

　発注者側が必要とするものを明確にした上で、当事者間の役割や責任分担を明確にする。

②  省エネルギー性に優れたものとする

　発注者である公共団体は、地球温暖化防止に対する法律により、率先して省エネルギーに取り組むことと規定されている。また事業の合理性を市民に対して説明する責任がある。このためシステムは、トップランナー製品や自然エネルギーの利用など省エネルギー性に優れたものを採用して、LCCの最小化により費用対効果の高いものとする。

③  リスクを適正評価し信頼性を高める

　設備の重要性を考慮のうえ、機器故障時の影響度を適正に評価して、空調熱源の複数台設置、遠隔監視による予防保全、汎用機器の採用による故障時の短納期対応等にてリスクを低減することで信頼性を高める。

(2)応札時に空調設備の担当責任者としての留意事項

①冗長性、応答性の高いシステムの採用

　発注仕様が仕様規定である民間工事と異なり、PFIは性能規定となる。このため、温湿度条件や運転時間などの変動に追従する必要があり、システムは冗長性や応答性を高めたシステムとする。

②       省エネルギー、LCCの最小化提案

　高断熱材や高効率モータなどのトップランナー製品に加えて、外気冷房の採用など自然エネルギーの利用した優れた省エネ提案とする。また、LCCの最小化のために、電力負荷パターンに即した電力小売事業者の選定候補を盛り込んだものし、設備費低減については経済産業省などの補助金の利用を提案する。

③  過剰設備とならないようリスク評価する

　公共施設であることから、災害時にも電気、空調が必要となるが、施設の重要性を考慮してリスクを定量的に見積り、過剰設備とならないようにする。その際、VFM（Value for Money）での評価により、従来方式とPFI方式を比較した際に、結果として公的財政負担の縮減となるようにする。

(3)潜むリスクと対策

リスク１．委託料の変動に関するリスク

　契約が長期であるため公共サービスの利用頻度の変動により、委託料が想定と異なることがある。変動要素に対する委託料の考え方の取り決めが必要である。

対応策１．委託費用を基本・従量料金制とする

　事業者への委託料を基本料金と従量料金に分けて、変動が予想される公共サービスの委託料に関しては、料金体系を細分化する。

リスク２．周辺環境変化など定量化が困難なリスク

　周辺環境や法規制の状況などリスクの定量化が困難な場合がある。例えば契約終了時、設備の撤去条件が変わり、設備の再利用が困難になることが考えられる。

対応策２．流動性のあるシステムの採用

　ｼｽﾃﾑは汎用性、流動性のあるものとする。例として機器はユニット化し、配管等は極力、単一材料を採用することで機器や配管財の再利用を容易にする。

解説

作成中

問題文：現在、産業界では新たな価値を生み出すことができる革新的な新製品の開発が強く求められている。一方で、漸増的な製品の高性能化や実現困難性の克服は必ずしも製品の価値を大きく高めることにならず、革新的な製品の開発の方法論は未だ定まっていない。

あなたが革新的な製品を生み出すことが期待されているプロジェクトのリーダーを務めるとして、以下の問いに答えよ。

（１）革新的な新製品開発を進める際に、留意すべき課題を２つ挙げ、その内容を述べよ。

（２）上記（１）で挙げた２つの課題から1つを選び、それを解決するための具体的な技術的提案を示せ。

（３）（２）の提案により生じるリスクについて説明し、その対処方法を述べよ。

模範解答1 (簡易形式1)　 添削履歴　12回 2019/0７/13   専門事項　精密機械開発

(1) 留意すべき課題

１）アナロジーで既存の基盤技術と市場をつなげる

他分野で使われている基盤技術を製品に応用して画期的な効果を発揮する。

例：家電製品に使われているリチウム電池を電気自動車のバッテリに転用する。これにより走行可能距離が革新的に向上した。

２）オープンイノベーションで既存の知識・知恵を製品化する

他社、個人などの知識・知恵を活用して製品にする。

例：オープンソース化によりスマートホンアプリを誰でも作成して世の中に提供できるようにして市場を拡大し、それによって製品価値を高めた。

２．「アナロジーで既存の基盤技術と市場をつなげる」の技術的提案

１）技術と新たな市場（商品販売可能額）のマッチング解析

２）技術応用した場合の製品のＣＡＥによるパフォーマンス予測。

３．リスクと対処法

＜リスク＞

１）他分野技術を応用した製品が従来品と同等の安全性等を確保されているか疑問視されることで、法的認可や消費者の支持を得られないリスクがある。

２）製品が消費者の感性とかけ離れ受け入れられないリスクがある。

＜対処法＞

１）法的な問題は第三者の専門家に安全性等を確認してもらっておく。その結果問題なければそれを活用して宣伝等を行い消費者の支持も取り付ける。問題あれば改良をする。

２）前記マッチング解析の際デザイン思考（①顧客視点、②コミュニケーション、③プロトタイプ）を導入する。即ち①製品仕様以外の「心地よい」「クール」等の指標を考慮した開発、②製品案に対する消費者の意見聴取、③試作品を使った消費者の意見聴取、をして方向性を修正してマッチングを解析する。