「GX推進による製造業の持続可能な未来: 環境保護と競争力強化に向けた技術者の課題と戦略」
予想Ⅰ GX（グリーン・トランスフォーメーション）は、気候変動の気候変動と国際的な削減目標に対応し、持続可能な経済構造への変革を促す社会的なトレンドである。従来の省エネや環境負荷低減だけでは限界があることから、消費者や投資家の環境意識の高まりに応えるため、デジタル技術とグリーン技術の統合による自由なアプローチが求められている。一方、機械企業は、環境規制の厳格化、コスト削減要求、技術革新のスピード、競争の激化、資源制約、そして持続可能性への社会的要求に応えることが求められている。これらの要因を踏まえて、あなたが企業のGX推進責任者として、企業のモノ作りを計画するとします。
（１）今後日本における環境保護と持続可能性を両立させるため、技術者としての立場から考えた場合にどのような課題が考えられるか、多面的な観点から３つを抽出しそれぞれの観点を明記したうえで、それぞれの課題内容を示せ。
（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一つ挙げ、その課題に対する解決策を機械技術者として３つ示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行した結果、得られる成果とその波及効果を分析し、新たに生じる懸念事項への機械技術者としての対応策について述べよ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行に当たり、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から必要となる要件・留意点を述べよ。
解答
（１）課題
①再生可能エネルギーの導入促進
日本の発電量の70%は火力発電等、化石燃料に依存している。そのため、化石燃料依存脱却の観点から、工場で使用する電力を再生可能エネルギーに転換する。
最新型のペロブスカイト太陽電池、風力発電設備、排熱回収ボイラを積極導入し、再生可能エネルギーの利用率を向上させる。
②環境負荷の低い機械製品の開発
機械製品が消費する電力、消耗品、冷却水等を削減することで、環境負荷の低い機械を開発できる。革新的な機械製品開発の観点から、より環境負荷の低い製品開発を行う。
摺動部に耐摩耗性の高い機械要素を導入し、潤滑油の消費を減らす。また、溶接構造品を削り出し構造として多部品溶接構造を一体構造とし強度向上を図る。
③生産技術の革新
DX化に取り組んでいる製造業は30%程度である。そのため、革新的技術の普及により、生産技術の環境負荷低減を図る必要がある。生産システムDX化の観点から、材料の節約、電力消費を削減する。
また、3Dプリンタを導入し、複雑な部品の製作である。また、デジタルツインによる加工前シミュレーシを行い、効率的で無駄の無い機械加工を行う。
（２）課題②に対する解決策
①ハイブリッドセラミック軸受
回転機械の支持部には、一般的に潤滑油を用いた構造が多い。そこで、転がり軸受の転動体に窒化ケイ素セラミックスを用いたハイブリッド軸受を導入する。耐久性を３０％向上させることができ、グリース潤滑を使用できる範囲拡張できる。
機器の耐久性向上に加え、グリース潤滑構造とすることで、潤滑材の交換頻度を低減できる。結果として廃棄物削減と環境汚染防止に繋がる。
②溶接構造の一体化による工程短縮
回転機械の羽根車等、溶接構造品はブローホール、割れ等の溶接欠陥により強度が低下する。また、溶接に使用する溶接棒や電気、アセチレンガスの燃焼により、CO2の排ピ出が発生する。
そこで、2ピース構造を導入する。溶接構造部品を削り出し技術により、2分割構造とする。これにより溶接工程と組み立て工程を大幅に短縮してCO2排出を低減し、溶接欠陥除去による信頼性向上を図る。
③ICTセンサーによる状態監視と自律運転
機械製品の定期的な整備には、分解作業、検査、再組立による作業が一般的である。しかし、分解作業、部品の製作、交換には作業工程でCO2が発生する。
そこで、遠隔モニタリングシステムを導入する。I Tセンサーにより、機械の振動、温度、出力をリアルタイムで管理できるクラウドシステムを構築する。自動制御により、機械の異常温度、異常振動を検知した場合は出力を低下させて安全運転を行う。運用者に迅速に通知して予知保全整備を行う。
（３）波及効果と懸念事項、対応策
機械の長寿命化により、整備の機会が減少する。その結果、整備や修理に要する人的資源の節約につながり、労働時間の短縮が可能となる。
懸念事項は、近年の少子高齢化による、機械技術分野での人材不足である。その影響は、機械製品の開発、製作及び導入に及び、生産工程に影響が生じる。
対応策として、ICTやデジタルツインを人材教育にも活用する。セラミック軸受設計の技術や現場における状態監視のノウハウをリモートで多人数に教育する。
（４）技術者としての要件、留意点
①技術者倫理の観点
近年の温暖化に起因する高温環境に対応して、材料の熱膨張による破損事故を防止した設計とする。変形を吸収出来る機構を採用し、部品間の接触による破損事故を防止する。技術士倫理綱領「安全、健康、福利の確保」に寄与する。
②持続可能性の観点
スマート工場は、災害時に自然エネルギーとEVを併用、電力を供給する自立式発電を行う。周辺住民の生活を支援し、インフラ復旧を促進。これはSDGs目標の「産業と技術革新の基盤をつくろう」に寄与する。
講評
良い点、評価できる点
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GX（グリーン・トランスフォーメーション）に対する課題設定の妥当性
日本のエネルギー構造や製造業が直面する環境課題を適切に捉え、再生可能エネルギーの導入、環境負荷の低い機械製品の開発、生産技術の革新という具体的な3つの課題を抽出している点が評価できます。これにより、製造業が直面する現実的な課題を技術者視点で幅広く考察していることが示されています。 -
具体的な技術的解決策の提案
ハイブリッドセラミック軸受や溶接構造の一体化、ICTセンサーによる状態監視と自律運転など、技術的に具体的な解決策が示されており、実務的かつ応用可能な提案となっています。これにより、機械技術者としての専門知識がしっかり反映されている点が評価できます。 -
リスクと対応策の明確な考察
波及効果としての労働時間短縮や、少子高齢化による技術者不足といったリスクを明確に認識し、それに対するICTやデジタルツインを用いた教育の提案がされている点が優れています。リスクマネジメントの視点を持ち、柔軟に対応策を考慮している点が評価に値します。
改善を要する点と改善案
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解決策の実現可能性や技術的障壁についての詳細化
提案されている解決策自体は技術的に妥当であるものの、それらの実現に伴うコストや技術的な課題についての言及がやや不足しています。特に、ハイブリッドセラミック軸受や溶接構造の一体化には高度な技術とコストが伴うため、これらの導入における障壁についてもう少し掘り下げると良いでしょう。
改善案: 解決策の実施に伴う技術的ハードル、コスト、時間などについて具体的に述べることで、実現可能性をより現実的に捉えることができます。 -
波及効果に関するさらなる具体性
波及効果として「労働時間の短縮」が挙げられていますが、その具体的な影響や数値的な根拠についての言及が不足しています。これにより、提案の効果がやや抽象的に感じられます。
改善案: 提案された技術導入の結果、どの程度の労働時間短縮やコスト削減が見込まれるか、具体的なデータや過去の事例を挙げることで、提案の説得力を高めることが期待されます。 -
技術者倫理や持続可能性に関する深掘り
技術者倫理や持続可能性の観点に触れていますが、もう少し具体的な実践例や実務的なアプローチが必要です。例えば、どのように技術者としての倫理観を維持しつつ、環境に配慮した設計や運用を行うかについて詳しく述べると、論文の内容がより深まります。
改善案: 技術者としての倫理や持続可能性を具体的に実践する方法（例：環境負荷を最小限に抑えるための設計基準や、持続可能な材料の選定基準）についての詳細を加えることで、論文がさらに充実します。
合否の可能性の判断
合格の可能性は高い
技術的な提案やリスク管理の視点がしっかりしており、現実的な課題に対する解決策を技術者の視点から論じています。ただし、解決策の実現可能性や波及効果に関するさらなる具体性を強化し、技術者倫理や持続可能性についての議論を深めれば、さらに高い評価が期待できるでしょう。
