精密工学科 Department of Precision Engineering

創造的な研究活動を通じて
人と機械の未来をデザインしよう

精密工学は「産業基盤を支える先端テクノロジー」を対象として発展してきた工学領域です。
例を挙げると、精密情報機器、ロボティクス、生産技術。こうした分野に加え、今日では、「人間と機械の融合・共生」や「生体」「環境」関連の分野など、ますます裾野が広がっており、社会をデザインする学問へと変わりつつあるのが特徴となっています。
こうした時代の要請に応え、機械物理・情報数理・計測制御という「基礎工学」を土台に、精密工学の柱であるメカトロニクス・設計情報・生産という3分野を学びます。
加えて少人数制のプロジェクト演習を通して、実践力を身につけることができます。

ひろがる精密工学科のフィールド

コースの説明の図
 

精密工学は、精密情報機器・ロボティクス・生産技術にはじまり、今日では「人間と機械との融合・共生」が重要なテーマになっている。さらに医用工学や健康科学など裾野が広がっているのが特徴だ。

修士課程修了後の進路

材料、加工、機械、電気、システムなど幅広い学びを経て社会に出るので、就職実績も幅広い。産業基盤を支える先端テクノロジーを研究対象に発展してきた工学領域であり、企業ニーズが高い。精密・電機、自動車・機械関連のメーカーを中心に、情報・通信やシンクタンク・コンサルタントといった業界からの求人も増えている。
※グラフは平成27年度の精密工学専攻・修士課程修了者の進路

修理過程修了後の進路のグラフ

主な就職先:ファナック、日立製作所、三菱電機、トヨタ自動車、デンソー、コマツ、新日鐡住金、東レ、富士フイルム、JR東日本、東京ガス、NTT東日本、ヤフー、日本IBM、アクセンチュア、リクルートホールディングス、電通、産業技術総合研究所、防衛省ほか

3年生の時間割例「S1S2」
※破線の上がS1、下がS2

時間割の図

精密工学科のカリキュラムの特色は、少人数制のグループで様々なテーマに取り組むプロジェクト演習。問題設定、解決法、実験を通して、主体的に実践力を身につけることができる。こうした経験を積みながら、プロジェクトマネジメントやプレゼンテーションにも磨きをかけていく。

豊富な就職実績を裏付ける基礎~最先端につながる研究

 近年「ロボテク(RT:RobotTechnology)」と「プロテク(PT:ProductionTechnology)」は、未来を変える原動力ともいわれています。いずれも精密工学が先頭に立って切り拓き、互いに深く結びつきながら発展してきた関連の深い技術領域です。精密工学科では、その基礎から応用までをしっかりと身につける専門教育を行っており、システムの設計から、それらを動かすソフトウェア、さらには社会への実装までを広く深く学びぶことができます。
 カリキュラムの特徴は、2年生の後半から3年生にかけての専門科目では、基礎工学の学修を踏まえ、豊富な演習を交えて領域工学の知識と方法論を徹底的に習得します。3年生夏休みのインターンシップ、そして輪講や工場見学を経て4年生進級と同時に研究室に配属され、1年間かけて卒業研究に取り組みます。
 こうした学びや経験に加え、優れたエンジニアになるには、コンピューターだけでなく実物に触れることが大切と考えています。毎年多くの学生にとって「知識が頭の中で構造化されていく」ことを実感できる演習になっています。
 ハードとソフトの両方を学んだ卒業生の大半は大学院進学後に就職する傾向にあります。精密・電機、自動車・機械関連などのメーカーのほか、情報・通信、コンサルティングや金融などサービス業界に進む学生も少なくありません。

コンピューターサイエンスが専門でソフトウェア開発が得意な大竹豊准教授

現物をベースとしたデジタル技術で
ものづくりの高度化に貢献

精密工学とは、ロボティクス、生産技術、医用工学などの様々な応用先を持ち「産業基盤を支える先端技術」を対象とする工学領域で、精度良く測る、作る、操る、計算することを武器としている。鈴木・大竹研究室では、精密機械部品の製造に不可欠な3DCADなどのソフトウェア開発で、ものづくりの高度化、高精度化に貢献している。

[鈴木・大竹研究室] 大竹豊准教授

コンピューター性能の向上に加え、3Dスキャナー、3Dプリンターの小型化、低価格化が進む中、これらを使って精密機械部品などから高精度の3Dデータを作成し解析する設計支援ソフトウェアの開発で、ものづくりの高度化を目指しています。

http://www.den.t.u-tokyo.ac.jp/

実際の機械部品を高精度で解析するソフトを開発

 今や、ものづくりに欠かせない3D-CAD(Computer-Aided Design)。コンピューターによる設計支援ツールである。近年、コンピューター性能の飛躍的な向上や、3Dスキャナー、3Dプリンターの小型化、低価格化により、さらなる発展を続けている。
 そんな中、自動車や飛行機に搭載する精密機械部品の製造に、独自に開発した設計支援ソフトで貢献しようというのが、鈴木・大竹研究室の大竹豊准教授だ。
 「製造業の分野ではこれまで、3D-CADで作成した設計を基に機械部品を製造する流れが主であり、製造した結果を活かして設計の高度化にうまくつなげることができていませんでした。それに対し、私の研究室では、実際に製造した機械部品を基に、3Dスキャナーを使って3Dデータをつくり、それを高精度で解析できる設計支援ソフトを開発しています。これにより、精密機械部品のさらなる高性能化や製造効率の向上に貢献したいと考えています」と大竹准教授は語る。実現できる精度は手のひらサイズのものであれば数マイクロメートル(マイクロは100万分の1)だ。
 3D-CADでいくら精密に設計しても、製造されてきた実物が、3D-CADデータ通り、高精度に仕上がっていなければ、元も子もない。大竹准教授は、そのために実世界とコンピューターの世界が融合したエンジニアリング技術を確立したいと語る。
 そこで、現在取り組んでいるのが、光学式3Dスキャナーに加え、CTスキャン装置を使った3Dデータの設計支援ソフトの開発である。

開発したソフトで、エンジンを分解。3Dデータは部品ごとに色分けして可視化したり、精度よく寸法を評価できる(現物の提供 : ヤマハ発動機)

CTで機器の内部もスキャン3Dデータを作成

 3Dスキャナーとは、対象物の凹凸を感知して3Dデータとして取り込むための装置だ。光学式3Dスキャナーでは、対象物の“表面”にレーザー光などを照射しながら、3次元の座標データを取得していく。その取得したデータを「ポリゴン(多角形)データ」と呼ばれるものに変換して3Dデータをつくっている。一方、CTスキャン装置のCTとはコンピューター断層撮影法とも呼ばれるもので、X線などを使って、対象物の“内部”の構造や材質を調べられる。病院では、体内に潜む病巣の発見などに利用されているほか、産業用としては、物質の内部の破壊や劣化を発見するための非破壊検査装置として活用されている。大竹准教授は、このCTスキャン装置を使って自動車のエンジンなどをスキャンし、得られた3Dデータを、設計支援ソフトを使って解析する研究に取り組んでいる。
 「この設計支援ソフトを使えば、エンジンを構成する各部品の3Dデータを部品ごとに取り出すことができます。そのため、例えば、歯車同士のかみ合わせは設計通りか、部品間に不要な隙間はないか、想定外の摩擦は発生する恐れがないかなどを詳細に調べることができます。さらに、ストレスが掛かっている箇所や変形している箇所には色を変えて表示できるようにしたい。実現すれば、改良すべき箇所が分かりやすく、製品の完成までに掛かる期間の短縮にもつながります」と大竹准教授は語る。
 現在は自動車部品メーカーなどからの依頼を受けて機械部品の性能を評価したり、希望に応じてライセンス契約を結んだ上でメーカーに設計支援ソフトを提供したりしている。
 「メーカーの方々に、『使いやすい』『製品の性能向上に役立っている』『何百万円もするソフトでできなかったことが大竹先生のソフトを使ったら簡単にできた』と言われたときが、一番うれしいですね。大きなやりがいを感じます」と大竹准教授。
 さらに最近、海外からも大きなオファーが舞い込んできた。ドイツの大手自動車メーカーBMWから自動車を1台丸ごとCTスキャン装置でスキャンした3Dデータを、大竹准教授が開発した設計支援ソフトを使って解析したいと依頼がきたのだ。
 「ドイツには自動車を丸ごとスキャンできる世界最大規模のCTスキャン装置があります。BMWもそれを使って自動車をスキャンはしたものの、データ量が巨大で扱うことができるソフトがないというのです。私の設計支援ソフトは、データ量が大きくても、高速処理できる工夫を施してあるので、要望に応えることができると思い、依頼を受けました」と大竹准教授。
 近年、自動車は、地球温暖化防止や省エネルギーの観点から、ボディや各種搭載部品の軽量化と高強度化の両立が強く求められている。そのため、高強度は保ちつつ、素材を変えたり、金属部品の厚みを薄くしたいといった要望が高まっており、多くの自動車会社がそのニーズに応えるために動きだしたのだ。
 加えて、最近は小型で安価な3Dプリンターが市販されていることから、大竹准教授は、設計支援ソフトで作成、解析した3Dデータの3Dプリンターへの出力も始めている。

3Dスキャンした部品形状を基にして、力を与えた際の変形・応力をシミュレーションし、結果を3Dプリントした
実物を3Dスキャナーでスキャンしたデータを基に3Dプリンターで10倍に出力したクロカタゾウムシ

3Dプリンターに必要なデータ作成をより簡単に

 例えば、ストレスが掛かっている箇所や変形している箇所を色付けした3Dデータを、3Dプリンターで出力すれば、実際に手に取って確認することができる。また、ヘアドライヤーのような手に持って使う製品の場合、どの部分を重くするかによって、使い勝手が異なる。そんな場合でも、大竹准教授の設計支援ソフトを使えば、コンピューター上で設定するだけで簡単に、指定した通りの重さの模型を3Dプリンターで出力できるという。
 さらに大竹准教授はこう加える。「3Dプリンターが身近なものになり、誰でも手軽にものがつくれるようになりましたが、一方で、そのための3Dデータの作成技術は特殊で、誰でも使えるものではありません。そのため、私は現在の設計支援ソフトを基に、誰でも3Dデータの作成が思うようにできるようなソフトの開発も進めていきたいと思っています」
 工学出身ではなかった大竹准教授がものづくりの楽しさや重要性を実感したのは、精密工学科に来てからだったという。そんな大竹准教授が最後に、進路に迷っている学生に向けてこう語ってくれた。
 「精密工学科はものづくりからロボット、バイオメディカルまで幅広い分野を扱っており、自由な発想で研究できる環境にあります。ですから、きっと自分に合った研究テーマが見つかると思いますよ」

やる気があり実用志向の高い学生求む
坂部さん写真

自分が好きなソフトウェア開発で
ものづくりに貢献していきたい

大学院工学系研究科 精密工学専攻 修士課程1年
鈴木・大竹研究室 坂部直哉さん

精密工学科を選んだ理由を教えてください。

子どもの頃から手を動かしてものをつくるのが好きで、プログラミング教室に通ったり、コンピューターの歴史を見に博物館に行ったりしていたこともあり、悩むことなく工学部を選択しました。精密工学科は、ものづくりからロボット、バイオメディカルまで幅広い分野を扱っていることを知り、そこに引かれました。学びながら、自分に合った研究テーマが見つかるのではないかと思ったのです。

修士課程ではどのような研究に取り組んでいますか?

今は企業との共同研究の一環で、CTスキャン装置を使って自動車のボディに使われている金属板をスキャンし、3Dデータとしてコンピューターに読み込み、分析する作業をしています。そのためのアルゴリズムの提案が、私の主な研究内容です。CTスキャンは医療用ではなく、学内にあるX線の強度がより高い産業用を使っています。企業からのリクエストは、溶接された金属板をデータ上で分離すること。CTスキャンを使えば、組み上がった製品を壊すことなく部品の検査をすることができます。

研究活動の面白みやりがいを感じる時とは?

ソフトウェア開発に当たり、私が苦心している点は、可視化の難しさです。3Dデータは膨大で、計算結果も目に見えるように変換しないと、処理が成功しているかどうかすら分かりません。トライ&エラーを繰り返し、自分で書いたプログラムがうまく動いて、思い通りの結果が得られた時は大きな手応えを感じますね。

大学院で発見したことや学部との違いは何ですか?

インターンシップでソフトウェア会社に行くことができ、新しい刺激と自分の研究に対する意欲がものすごく上がりました。そこで会うことができたエンジニアの方々の知識の豊富さ、生き生きと働いている姿に素直に感動しました。自分の進路や研究と向き合う時間が持てるのは大学院進学のメリットの一つです。

今後の進路と将来の目標を聞かせてください。

コンピューターを触っている時が一番楽しいので、修士課程修了後はソフトウェア開発の腕を生かせるIT系の企業に就職し、ものづくりの面で、世の中に貢献していきたいと思っています。

X線の強度が強い産業用のCTスキャンで金属板の寸法を測定
自由な雰囲気が魅力の鈴木・大竹研究室。2017年は親睦旅行で日光へ
ページトップに戻る