R06【01機械部門】必須問題Ⅰ『解答論文例』例2：圧力容器 - 技術士第二次試験 -

・機械製品の例１：産業用ロボット　
・機械製品の例２：圧力容器【👈本記事p】
・機械製品の例３：半導体製造装置
・機械製品の例４：エアコン
・機械製品の例５：遠心ポンプ
・機械製品の例６：プレス機械

　機械を小型化することで、省スペース化、省エネルギー化、省資源化等が図れるだけでなく、従来の機械が働けない場所での作業を行うこと等、新たな用途の拡大が期待できる。機械の小型化に伴い代表寸法を小さくすると、働く力や作用等の大きさ・比が変わり、挙動が変化する。幾何学的に相似な物体において、この代表寸法と挙動の関係を近似的に示したものをスケール効果と呼ぶ。表１に代表的なスケール効果の例を示す。

　本問は、機械を小型化する際に、スケール効果に基づく機械工学の知見を踏まえて、その性能や効率、設計、製造等がどのように変化するかを問うものである。機械製品を１つ想定し、以下の問いに答えよ。
（１）想定した機械製品とその概要を説明せよ。その機械製品に関して、構造を変えず相似的に１００分の１程度に小型化することの実現性を検討する。その際の主要な課題を、技術者としての立場で多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで課題の内容を示せ。
（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１つ挙げ、これを最も重要とした理由を述べよ。その課題に対する複数の解決策を、機械部門の専門技術・手法を用いて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても残存しうる若しくは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。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

１．機械製品の概要と小型化に伴う課題
　〇機械製品の概要
　　・高圧流体内包用途と構造特性
　　・産業分野での適用範囲
　〇観点１「強度設計の課題」
　　・応力不変と肉厚減少の相反
　　・最小肉厚限界と強度確保
　〇観点２「熱的特性の課題」
　　・表面積/体積比の変化
　　・温度応答性向上と熱応力
　　〇観点３「製造技術の課題」
　　・微細寸法化と精度要求
　　・従来製造法の適用限界
２．最重要課題とその解決策
　▼最重要課題とその選定理由
　　・圧力保持機能への直接影響
　　・安全性確保の最優先事項
　▽解決策１「高強度材料の採用」
　　・特殊合金と複合材料活用
　　・薄肉構造での強度確保
　▽解決策２「構造最適化設計」
　　・応力解析と応力集中回避
　　・補強構造による強度維持
　▽解決策３「微細加工技術の活用」
　　・高精度溶接技術の適用
　　・積層造形による一体成形
３．残存または新たなリスクとその対策
　◇材料劣化リスク
　　・表面積/体積比増大と腐食
　　・コーティングと検査体制
　◇熱応力損傷リスク
　　・熱的応答の敏感化
　　・温度変化制御システム
　◇検査困難性リスク
　　・微小欠陥検出の難しさ
　　・高分解能検査と状態監視
４．業務遂行において必要な要件
　☆技術者としての倫理の観点
　　・安全性最優先の設計姿勢
　　・リスク情報の適切な共有
　☆社会の持続可能性の観点
　　・省資源化と環境負荷低減
　　・長寿命化とリサイクル性

　日本の製造業は高性能かつ信頼性の高い製品を大量かつ安価に生産することで、時は世界市場を席巻することができた。しかし近年は他国における技術力の向上、生産性及び品質の向上、価格競争等の影響から世界的な競争力を失いつつあり、国内資源が乏しく加工貿易を軸にしてきた日本全体の経済活動を今後持続していくための戦略が必要とされている。対応策としてイノベーションを推進すること等が提唱されているが、より具体的な策として、他国製品に対して大きな競争力となる新たな付加価値をつける、あるいは現在の付加価値を他の追随を許さないほどに強化することが考えられる。現在の日本を取り巻く様々な状況（人口、教育、経済、環境保護等）を踏まえたうえで、以下の問いに答えよ。
（１）機械製品を１つ想定し、その製品に対して機械技術者の立場から考えたときに有効と考えられる付加価値を１つ提案せよ。さらに、その付加価値の実現のためにどのような課題が考えられるか、多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題のうち最も重要と考えるものを１つ挙げ、これを最も重要とした理由を述べよ。その課題に対する複数の技術的な解決策を示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても残存しうる若しくは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。
（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・留意点を題意に則して述べよ。

１．機械製品の付加価値とその実現に向けた課題
　〇機械製品の付加価値
　　・IoTセンサー搭載
　　・自己診断機能
　〇観点１：材料強度・信頼性
　　・構造強度低下の懸念
　　・長期信頼性確保の設計
　〇観点２：制御システム
　　・リアルタイム監視
　　・高精度な異常検知
　〇観点３：熱・動力エネルギー機器
　　・長期安定動作
　　・電源供給と省電力化
２．最重要課題およびその解決策
　▼最重要課題とその選定理由
　　・構造強度への影響
　　・安全性と信頼性
　▽解決策１：応力集中を抑制
　　・FEM解析
　　・最適設計
　▽解決策２：高強度軽量化
　　・新素材の適用
　　・機能性の両立
　▽解決策３：早期異常検知
　　・超音波探傷検査
　　・アクセス性の確保
３．残存または新たなリスクとその対策
　◇長期性能予測の不確実性
　　・挙動予測の乖離
　　・加速劣化試験の実施
　◇検査技術の誤検出
　　・誤検出の見逃し
　　・クロスバリデーション
　◇不正アクセス対策
　　・データ改ざん
　　・多層防御
４．業務遂行に必要な要件
　☆技術者としての倫理の観点
　　・安全性の最優先
　　・情報開示と共有
　☆社会の持続可能性の観点
　　・省資源と省エネルギー
　　・ライフサイクルアセスメント