大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.【講義の再話】 工場や生産は様々な分類がある。例として、組み立て型とプロセス型、商品種多量生産と多品種少量生産、フロー(流れ)ショップ方式とジョブ(役割)ショップ方式などが挙げられる。 プロセスにおいて、はプロセス管理が重要である。これは、計装からプロセス変量を計測し、制御するということである。 制御は手動制御と自動制御に分かれるが、自動制御の方法としてON/OFF制御やPID制御が挙げられる。PID制御は比例、微分、積分制御を合わせたものであり、柔軟な制御が可能である。 また、系において1次遅れ系と2時遅れ系を検討する必要がある。 【発表の要旨】 水のプロセス制御について検討を行った。インパルス入力に対する遅れ系をグラフにした。 Writing ? review & editing 【復習の内容】 PID制御が使われている実例として、飛行機やヘリコプターの高度制御があった。ジーグラ・ニコルスの限界感度法という方法を用いて目標値を設定することがわかった。
A.①実際の工場でのオートメーションでは何が行われているかを学んだ。 ②インパルス応答とステップ応答の式とグラフがどのような形になるかについて調査した。 ③オートメーションとは、人の手を使わずに機械やシステムが自動で作業を行う仕組みである。製造業や物流、家庭などさまざまな分野で導入されており、効率化や省人化、品質の安定化に役立っている。近年はAIやセンサー技術の進歩により、より高度な自動化が進んでいる。
A.①大量生産の仕組みについて。検査重点主義から品質管理の歴史が始まった。スペックを用いて数値化して品質管理をしている。工場は組み立てがの部品を組み立てて製品を作る工場、プロセス型の材料から化学変化によって製品を生み出す工場に分けられる。工場の制御動作について。自動制御・オンオフ制御・比例動作などの種類がある。制御動作を行うためにSTEP関数がある。適宜応答とは制御系への典型的な入力信号としてステップ関数を印可し、それに対する形の出力は形でその道徳性を表現するものである。 ②発表では、ステップ入力を用いてエアコンの温度の制御動作についてグラフに表した。人が手作業で制御することに比べて自動制御はコストがかかる。初期費用やメンテナンスコスト、オペレーターの教育コストがある。エアコンが安定するまで10?３０分の時間がかかる。室温の安定性はインバーターの方式で安定している。 ③復習では、ラプラス変換について調査した。ラプラス変換は、時間領域の関数を別の領域に変換する数学的な手法で、制御工学や信号処理で良く用いられる。品質管理では制御系の特性を解析する際、時間応答を解析しやすくするためにラプラス変換が適用される。
A. この授業では、制御について学んだ。制御とは、適合品を作るという目的に沿うように生産装置や設備にたいして行うことである。測定と制御では、測定によって生産設備の状況をしり、適合品率を上げるように生産設備を制御する。測定には誤差が起こるため、数値をデータとして記録する必要がある。誤差には、偶然誤差と系統誤差に分類される。偶然誤差をばらつき、系統誤差を偏りと呼ぶ。 発表の要旨では、応答について調べた。ここではインパルス応答とステップ応答について調べた。インパルス応答とは典型的入力としてインパルス入力が用いられており、その応答のことをいう。過渡応答はこれをラプラス変換したものをいう。ステップ応答とは制御系への典型的な入力としてステップ関数を印加してそれに対する出力波形で動特性を表現するものである。 復習では、自動制御が制御不能に陥ったらどうなるかについて考えた。自動制御が制御不能になると、一定の目標値を維持できなくなるため、危険な液体が漏れ出したり、逆に足りなくなってしまい、その後の作業に悪影響を与えてしまう恐れがある。
A. フィードバック制御とはシステムの出力を計測し、その値が目標値に一致するように制御を行う方式で、PID制御とは比例積分微分制御のことである。工場においてはイニシャルコスト（設備投資コスト）、メンテナンスコスト、教育コスト、人件費と手動制御のコストを天秤にかけてどちらの方がより利益を生み出すことができるかを考える。自動制御システムを導入するということは、かなりの大規模な生産を行うというこである。 グループワークではプロセス制御とオートメーションについて話し合った。具体的に船の揺れについて話し合い、船の横揺れには復原力と流体抵抗があるのではないかという意見がでた。式として横揺れの角加速度＋横揺れの角速度＋横揺れ角の時間変化というものがあった。 事後学習では自動制御が制御不能に陥った場合について考えた。工場では爆発や高温化が起こったり、作業ミス・人的被害・製品破損が起こることが考えられる。制御不能時の対処方法としてフェイルセーフ設計がある。これによって非常停止機能、フェイルセーフという 故障しても安全な状態になるような設計、フェイルオペレーショナルという 故障しても一部機能を維持しながら安全に動作するということで事故を防ぐことができる。
A.【講義の再話】 工程管理重点主義について学んだ。工場のタイプは加工プロセスの視点からわけると組立型（部品を組み立てて製品を作る）とプロセス型（材料から化学変化によって製品を生み出す）に2分される。 プラントの運転管理のために計測器や制御装置を整備することを計装という。計測で得られた測定値に基づいて制御が行われる。計測されている量にはプロセス変量（温度・圧力・濃度など）というものがあり、この量を制御することをプロセス制御という。この計装という工程によって「製品の品質の向上・均一性の確保」が可能になる。均一性は体積が大きくなるほど制御するのが難しい。 人の手を借りないで自動的に制御することを自動制御という。 制御動作には「オン・オフ動作」、「PID」比例、積分、微分を合わせた制御方法などがあり、PIDが一般的である。自動制御は規模が大きいのに有利であり、人件費との天秤にかけられる。大量生産するには大規模な設備が必要となり、自動制御が使われることが多い。 【発表の要旨】 演題 プロセス制御と自動化（オートメーション） グループ名 エアコン！ 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、原野未優、高橋香桃花、三船歩美 日立エアコン 抑えめモードにおける室内温度調整のグラフを調べた。 グラフの概形はグラフィカルアブストラクトに示した通りだが、エアコンの吹き出し口の温度と消費電力が相関関係にあることが分かった。 また授業内では一次遅れ系を直列につないだものが二次遅れ系であることを学んだ。体内における薬の濃度が二次遅れ系の例であった。これとワクチン接種時の体内抗体濃度を表したグラフの形が似ていた。この二つの例、そしてエアコンのグラフの例から二次遅れ系のグラフは一次遅れ系の形から大きく変わるのではなく、単純に一次遅れ系のグラフが何個もつづく形であることが読み取れた。 【復習の内容】 トピック名 自動制御が制御不能に陥ったら？ 制御不能になると例えば車の場合、人の力ではどうにもできない速さ、重さからエネルギーが高くなり、重大な影響が引き起こされると考える。 未然に防ぐには自動モードから手動モードに切り替えるスイッチの設置、制御不能に陥ったということが周りにも伝えられるシステムなどが必要になると考えた。 技術者は大量生産するさいに、自動制御が便利なのを承知したうえですべて頼るのではなく、自分自身もそのプロセスを制御できるようにして置く必要があると考えた。
A. 自動制御システムが制御不能に陥るのは、主にセンサーやアクチュエーターの故障、ソフトウェアのバグ、外部からのサイバー攻撃などが原因である。例えば、センサーが誤ったデータを送信すると、システム全体が 誤作動を起こす可能性がある。また、ソフトウェアのバグが原因で制御アルゴリズムが正しく機能しない場合もある。これらの問題は、システムの設計の段階での不備やメンテナンスの不足が原因となることが多い。 制御不能に陥った場合、システムは予期しない動作を始めることがある。例えば、自動運転車が制御不能になると、突然の加速やブレーキ、進行方向の変更などが発生し、重大な事故を引き起こす可能性がある。 また、産業用ロボットが制御不能になると、生産ラインが停止し、製品の品質に影響を与えるだけでなく、作業員の安全も脅かされる。これにより、企業は大きな損失を被ることになる。 制御不能を防ぐためには、システムの設計段階から冗長性を持たせることが重要である。例えば、複数のセンサーを使用してデータの正確性を確認し、異常が検出された場合には自動的にシステムを停止する機能を持 たせることが考えられる。また、定期的なメンテナンスとソフトウェアのアップデートを行い、サイバーセキュリティ対策を強化することも必要である。これにより、安全で信頼性の高いシステムを維持することができ る。
A.①工場には組立型とプロセス型があり、それぞれ製造の仕組みが異なる。プロセス型の工場では液体や気体などの流れを扱うため、計装やプロセス制御が重要になる。また、エンジニアは設備をつくる役割を担い、コンピュータを使って制御システムを設計する。例えば温度が上がればスイッチを切り、下がれば入れるといった自動制御が用いられる。これをフィードバック制御と呼び、より精密にするにはPID制御を使う。また、ステップ関数やインパルス関数、一次遅れや二次遅れなどの概念も重要で、ラプラス変換や伝達関数を使うことで、制御の設計がより合理的に行える。 今回のグループワークでは、インパルス関数等を書いた。 ②演題はインパルス関数等を書くことで、グループ名は水、属した人は、小笠原大地、坂本彩夏、鈴木奏逞、長橋昂汰、須藤春翔であり、役割は発表係。 今回は薬を服用した時のグラフについて関数で表した。 ③私は、フィードバック制御について詳しく調べた。 フィードバック制御とは、システムの出力を常に監視し、その結果に応じて入力を調整することで、目的とする状態を保つ制御方法である。例えば、温度を一定に保つ装置では、温度センサーが現在の温度を測定し、それが設定値より高ければ加熱を止め、低ければ加熱を再開する。このように、出力をもとに入力を調整する仕組みがフィードバック制御である。特にPID制御では、現在の誤差、過去の誤差の蓄積、誤差の変化の速さを組み合わせて、より安定した精密な制御が可能となる。 化学プラントなどのプロセス制御では欠かせない技術であることが分かった。
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A.①自動化には様々な関数が使われる。例えば、デルタ関数、ラプラス関数、ステップ関数などがある。故障率を表すのはバスタブ曲線で初期湖沼期間、偶発故障期間、摩耗故障期間がある。 ②「プロセス制御と自動化（オートメーション）」グループ名：水、坂本、須藤、鈴木、役割：調査、 デルタ関数を描いた。デルタ関数は微小区間で無限大に入力されるものである。工業では有限とみなし、これの二次応答を考える。二次応答のグラフも同時に描き、二つの波がずれて重なっている様子が分かった。 ③ エアコンを例に挙げる。例えば、室温が30℃で室温24℃を目標に設定したエアコンでは、次のようなプロセスで自動制御される。①目標を24℃に設定する、②温度センサーで室温は30℃と測定される、③冷房機能を利用して目標温度に近づける、④冷えすぎたので冷房をOFFにする、⑤冷房ON、④⑤の繰り返し。 一般的には、エアコンが部屋を冷やすのに10?20分程度かかるとされている。また、設定温度より低かったり高かったりするときは、センサーの位置が原因であると考えられる。室温を感知する場所はたいていエアコンの内部にあるため、実際の室内の温度と誤差が生じる場合があると考えられる。 PID制御のメリットは、調製パラメータが少なく、調整がしやすいことであると考えられる。PIDはそれぞれ比例する項、積分する項、微分する項と3種類のパラメータで構成されているため、調整がしやすいと考えられている。一方、環境の影響が大きい場合や複雑な制御を扱い際には対応しきれないというデメリットが挙げられる。
A.① 講義の再話 本授業では化学系ということでプロセス型に特化してみる。計装とは、プラントの運転管理のために計測器や制御装置を装備すること、広い意味ではどのプロセス変量を計測や制御の対象とするかの検討、計測方法の決定、計測器や制御装置の選定と配置、計測によって得られた情報の処理までが含まれる。 過渡応答（ステップ応答）とは、過渡応答は制御系への典型的な入力信号としてステップ関数を印加し、それに対する形の出力波形でその動特性を表現するものである。入力の変化に対する系の追従の仕方を著管的に表すものとしてよく利用されている ② 発表の要旨 2次遅れ系の過渡応答の例として船のゆれについて調べた。この船のゆれは船の復元力と流体抵抗によってあらわされる。慣性モーメントをＩ、減衰係数をＢ、復元力係数をＣとするとＩ＋Ｂ＋Ｃ＝Ｔで表される。この式によって平衡が保たれるように操作することで船の揺れを抑えることができるとわかった。 ③ 復習の内容 工場をタイプ別に分類すると組立型 プロセス型、少品種多量生産 多品種少量生産、フローショップ型 ジョブショップ型、ライン生産 セル生産がある。量は数値と単位をかけて表される。大体の数値は近似値でイコールでは結べないが全てが近似値を表すわけではない。ブロック線図を使って温度調節と操作器と制御対象と工業量を表わした。
A.工場の生産形態には大きく分けて「組み立て型」と「プロセス型」の2種類がある。組み立て型は部品を組み合わせて製品を完成させる方式であり、自動車や家電の製造が代表例である。一方、化学変化や物理的処理によって製品を生成する「プロセス型」は、食品や化学、製薬などの工場に多く見られ、その特徴として連続的な処理や温度・圧力・濃度の精密な制御が求められる。 このような制御を実現するための技術が「計装」である。計装とは、プラントを安全かつ効率的に運転するために、温度、圧力、濃度、流量、液位などの物理量を正確に測定・制御する計測機器を選定・配置し、さらにその測定結果を読み取って制御に反映させる仕組み全体を指す。たとえば温度が一定の範囲に達すると反応が進行するというように、プロセス型では微細な変化を正確に管理する必要がある。 プロセス制御では「フィードバック制御」が基本となり、センサーで測定した値を基に、必要に応じて加熱器やバルブなどのアクチュエータを動作させる。中でも「PID制御」（比例・積分・微分の組み合わせ）は最も広く使われる制御方式で、温度制御や濃度制御など多くの場面で活用されている。 制御の反応を表すグラフにも特徴がある。ある瞬間に変化する「ステップ関数」や、急に変化してすぐに戻る「インパルス関数」、直線的に変化する「ランプ関数」などがあり、制御対象の応答特性を理解するために使われる。たとえば「一次遅れ」の応答はアーチ状のカーブを描き、時間とともに徐々に目標値へと近づいていく。 今回のグループワークではエアコンによる室内温度の調整について調査し、グラフによてあらわした。風向、吹き出し口の温度、消費電力について示した。 フィードバック制御とフィードフォワード制御について調べた。フィードバック制御とは出力を見て誤差を補正するもので、フィードフォワード制御とは外乱や目標値の変化を予測して事前に操作量を決定するものである。
A.今回の授業では、工場のタイプについて学びました。加工プロセスによる分類のプロセス型と組立型、製品の種類と生産量による分類の少品種大量生産と多品種少量生産、機械の配置による分類のフローショップ型とジョブショップ型、組み立ての方式による分類のライン生産とセル生産に分けられている。計装とは、プラントの運転管理のために計測器や制御装置を装備することです。 グループワークではステップ入力について議論した。人が手作業で制御するに比べて自動制御はコストがかかる。コストには初期費用、メンテナンスコスト、オペレーターの教育コストがある。エアコンが安定するまでの時間は10~30分で室温の安定うぃはインバーター方式は安定している。オンオフ制御は多少の温度揺れがある。 さらにエアコンについて調べた結果、エアコンの温度調節はかなりの電力を使うと分かった。温度調節器はデジタル調節計で温度センサの出力を現在値に変換し、現在温度が目標値に近づくように操作している。
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A. 第3回の講義では、化学工業で必要不可欠な条件制御の仕組みと、そこで用いられる様々な関数について学んだ。化学工業はプロセス型の産業と捉えることができ、温度・圧力・流量、液位、濃度といったプロセス変量の制御が商品の品質に直結する産業である。これに対し、例えば自動車製造では、形状や寸法といった“もの”が重要となることから組組立型の産業とおうことができる。また、プロセス変量の制御には、ステップ関数（ラプラス関数、伝達関数、過渡応答）やインパルス関数、一次遅れ系、二次遅れ系といった考え方が適用される。 グループディスカッションでは、「演題：プロセス制御と自動化（オートメーション）、（グループ名：左前、共著者名：近ありす、石垣彩奈、山崎里歩、向田有稀、山根寿々、役割：発言者）」について議論を行った。私たちは船の揺れ（横揺れ）における二次遅れ系の過渡応答について調べた。横揺れは、船の復原力と流体抵抗に左右され、慣性モーメント、減衰係数、復原力係数の3つの因子によって決定される。これらの関係を関数として式に起こし、平衡を保つようにプログラム操作することで、揺れを抑えているということが分かった。 もし、このような船の横揺れを抑えるための自動制御が制御不能になったとしたら、ヒトの力ではそれまで通りの乗り心地を維持することはできないと考える。どのような海の動きに対してどのような対処が必要なのか、これを瞬時に判断し様々な条件を複合的に考慮して実行に移すことは、すでにプログラムされたオートメーションシステムにしか実現できないと感じた。
A.工場が物品を生み出す形態として、組み立て方とプロセス型の2種類がある。今回はプロセス型に注力する。プロセス系は、化学プラントや製油所のように、流体やガス、粉体などの原料を連続的に加工・合成して製品を製造する方法で であり、これには器具の選定が重要になる。また、その制御動作についても重要であり、この制御動作を行うためにステップ関数がある。 グループワークではステップ入力の入力波形と過渡応答の二次遅れの波形を書いた。自動制御が応用されている例としてエアコンを用いた。エアコンが安定するまでの時間は10分から30分である。室温の安定性はインバーター方式で安定している。また、オンオフ制御は多少の温度揺れがある。安定度誤差は±1?2℃である。人が手作業で制御することと比べて自動制御を用いることは、コストがかかると考えた。理由は三つあり、初期費用が掛かること、メンテナンスコストがかかること、オペレーターの教育コストがかかることの三つであった。 復習としてステップ関数が何を表しているのか、またどのような場面で使われるのかを調べた。ステップ関数とは、ある値を境にして関数の値が一定に変化する関数である。典型的には、入力がある閾値を超えたときに0から1、あるいは1から0へと急激に変化する。この関数は、物理現象の切り替えや信号処理におけるスイッチ動作のモデルとして用いられる。
A.今回の授業では品質を安定させるための方法について学びました。例えばエアコン（暖房）で設定温度を保つために目標温度を少し超えたら運転をやめ、温度が下がってきたらまた運転を始めるといった方法で、温度を設定温度から誤差どれくらいで保つことができるかという方法を学びました。 今回の発表ではステップ関数を用いてエアコンを動かしたときにどのように温度が変わっていくかを考えました。 身近にステップ関数が使われているものを考えてみると、冷蔵庫が思いつきました。冷蔵庫は時々稼働音が大きくなる時があり、これで温度調整を行っているのかなと考えました。
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A.①大量生産の仕組みについて。検査重点主義から品質管理の歴史が始まった。スペックを用いて数値化して品質管理をしている。工場は組み立てがの部品を組み立てて製品を作る工場、プロセス型の材料から化学変化によって製品を生み出す工場に分けられる。工場の制御動作について。自動制御・オンオフ制御・比例動作などの種類がある。制御動作を行うためにSTEP関数がある。適宜応答とは制御系への典型的な入力信号としてステップ関数を印可し、それに対する形の出力は形でその道徳性を表現するものである。 ②発表では、ステップ入力を用いてエアコンの温度の制御動作についてグラフに表した。人が手作業で制御することに比べて自動制御はコストがかかる。初期費用やメンテナンスコスト、オペレーターの教育コストがある。エアコンが安定するまで10?３０分の時間がかかる。室温の安定性はインバーターの方式で安定している。 ③復習では、ラプラス変換について調査した。ラプラス変換は、時間領域の関数を別の領域に変換する数学的な手法で、制御工学や信号処理で良く用いられる。品質管理では制御系の特性を解析する際、時間応答を解析しやすくするためにラプラス変換が適用される。
A. 量産とは「検査重点主義」から始まり、「工程管理重点主義」、「新製品開発重点主義」へと移り代わってきた。現在の工場のタイプとしては、組み立て型、プロセス型、少品種多量生産、多品種少量生産、フローショップ型、ジョブショップ型など多岐にわたる。ここで、計装とは、プラントの運転管理のために、計測器や制御装置を装備すること。広い意味では、どのプロセス変量を計測や制御の対象とするかの検討、計測方法の決定、計測器や制御装置の選定と配置、計測によって得られた情報の処理までが計装に含まれる。 グループワークではステップ入力について議論した。人が手作業で制御するに比べて自動制御はコストがかかる。コストには初期費用、メンテナンスコスト、オペレーターの教育コストがある。エアコンが安定するまでの時間は10~30分で室温の安定うぃはインバーター方式は安定している。オンオフ制御は多少の温度揺れがある。 今回の講義では温度の自動制御について調べた。そこで、授業では取り扱わなかった濃度の自動制御について調べた。濃度の自動制御は、薬液や水処理などの工程で濃度をリアルタイムに測定・調整する技術である。代表的な方法には、流量計や濃度計を用いたフィードバック制御があり、設定値に応じて薬品注入量を自動調整する。例えば残留塩素濃度では、流量や水質の変動に応じてポンプを制御するカスケード方式が用いられる。この技術は品質安定、コスト削減、環境負荷低減に貢献し、染色や化学製造など幅広い分野で活用されている。
A.①今回の授業ではまず、組立型、プロセス型に分けられるもののプロセス型について考えた。プロセス型とは品質を管理するために工程管理重点主義で考える方法である。温度制御の仕組みを考えた。温度センサで温度を読み取りアクチュエーターで操作を行っていた。また、ランプ関数やstep関数、インパルス関数について学んだ。ランプ関数は非負値のみを出力する。 ②グループワークではステップ入力の入力波形と過渡応答の二次遅れの波形を書いた。自動制御が応用されている例としてエアコンを用いた。エアコンが安定するまでの時間は10分から30分である。室温の安定性はインバーター方式で安定している。また、オンオフ制御は多少の温度揺れがある。安定度誤差は±1?2℃である。人が手作業で制御することと比べて自動制御を用いることは、コストがかかると考えた。理由は三つあり、初期費用が掛かること、メンテナンスコストがかかること、オペレーターの教育コストがかかることの三つであった。 ③今回話を聞くだけでは二次遅れの意味について理解できなかったが、グループワークでエアコンを例に二次遅れについて具体例を考えたのでイメージして理解することができた。また、人が手作業で制御することと比べて自動制御を用いるメリットは、正確性が上がること、人件費を削減できることだと考えた。
A. 工程管理重点主義や工場の分類、計装やフィードバック、ラプラス変換について講義を行った。特にフィードバックの手法としてオンオフ動作、比較動作、積分動作、微分動作、これらを全部盛りしたPIDなどがあるということや、それを表す関数としてstep関数、impulse関数、ランプ関数があることを学んだ。 発表では検査方法としての紫外可視光分光光度計が最終検査で使われることを発表した。この検査方法はおもに溶液や薄膜のサンプルを対象とし、原子特有の光で、各試料にどれだけその物質が含まれているかで検査を行う方法である。 復習として、PIDについて考えた。PIDは工学や制御理論で使われるフィードバック制御の基本アルゴリズムのひとつで、「比例（P）」「積分（I）」「微分（D）」の3要素を使って制御量を調整する手法である。特徴としてシンプルかつ高精度であるが、デメリットとしてはパラメータ調整が難しい場合もあるということも頭に入れて使用しなければならない。
A. プロセスの中で目標の値に保ちたい量を制御量といい、それをコントロールする量を操作量といいます。制御は、主に手動制御と自動制御に分けられ、自動制御は化学工場におけるほぼすべてのプロセスに採用されています。 演題は「プロセス制御と自動化(オートメーション)」で、グループ名はおなごです。共同著者は、近ありす・立花小春・山崎里歩・山根寿々・向田有稀です。私は発言の役割を果たしました。私達のグループは、2次遅れ系の過渡応答の例として船のゆれ(横揺れ)を選びました。船の横揺れ(ローリング)は、波や風の影響で船が左右に揺れる現象のことであり、船の復元力と流体抵抗のバランスによって決まります。船の復元力が大きいほど船は安定し、流体抵抗が大きいほど揺れの減衰が速くなります。船の横揺れは、通常ステップ応答を用いて評価されます。 ステップ応答とは、系にステップ関数が与えられたときの出力応答のことです。船が継続的な入力(波の影響など)にどう反応するかを示すため、振動の収束やオーバーシュートを分析することができます。 温度を例に挙げると、製造業において温度管理は製品の品質を維持するために必要な要素であるため、温度管理が適切にされていないと不良品が増え生産効率が低下します。温度の自動制御により、リアルタイムで温度を監視し、迅速に対応できるようになっています。 自動制御することによるメリットは、人為的なミスが起こらないことや人が行うよりも高精度でできることだと考えました。また、コストの視点について、設備を準備するための初期費用は高くなると考えました。さらに、リスクの視点については機械が故障した際に早期発見ができないと不良品が多発してしまうと考えました。
A.①今回の授業では、生産方式やオートメーションについて学んだ。現代は大量生産される時代である。その上で工場はどのようなタイプ別に分類できるのかを学んだ。また、教科書より温度センサーやブロック線図を見て学んだ。様々な関数の用語を学び、ステップ関数、インパルス関数、ランプ関数などについて学んだ。 ② グループワークでは、ステップ入力の入力波形と過渡応答の二次遅れの波形を書いた。自動制御が応用されている例としてエアコンを用いた。エアコンが安定するまでの時間は10分から30分である。室温の安定性はインバーター方式で安定している。また、オンオフ制御は多少の温度揺れがある。安定度誤差は±1?2℃である。人が手作業で制御することと比べて自動制御を用いることは、コストがかかると考えた。理由は三つあり、初期費用が掛かること、メンテナンスコストがかかること、オペレーターの教育コストがかかることの三つであった。 ③今回の授業では、大量生産の方式について学んだ。具体的には、プロセスオートメーション、メカニカルオートメーション、オフィスオートメーションなどが挙げらた。また、工場は様々な自動化が行われ、温度、圧力、流量、液位などは、プロセス変数と言うことを学んだ。また、エネルギーとセンサーについて、様々な種類があることを学んだ。例えば、熱を計測する温度センサーや化学的にpHを計測するpHメーターについて学んだ。
A. 工場をタイプ別に分ける。４つの視点から分けられる。授業では主に加工プロセスによる分類で「組立型」、「プロセス型」を取り上げた。 化学工場はプロセス型に分類され、工程を安定化して、品質を保つことができる。 計装とは、プラントの運転管理のために計測器や制御装置を装備することである。具体的に、計測や制御の対象とするプロセス変量の検討、計測方法の決定などである。この結果、製品の品質の向上、均一性の確保につながる。プロセス変量によって、化学反応が決まり、これが生産性、品質に関係する。これを制御することをプロセス制御という。また、量産するほど、均一性難しい。 温度制御はどう表すことができるのか。自動制御について取り上げる。温度指示調節計を使用して、目的値を設定する。目的値と設定値の差を解消するために、調節弁の開度を変える。そして、水蒸気の流量を調節する。また、PID制御がよく使われる。 グループワークではエアコンの温度制御について取り上げた。
A.【講義の再話】 品質管理の手法が移り変わっていったなかで工程管理重点主義について学んだ。工場をタイプ別に捉えると組み立て型とプロセス型に分けられるが、化学工場はプロセス型である。計装とは均一性の向上等を行うことである。この仕事の人はプログラムを組んで品質を安定させるシステムをつくる。センサーで測定値との差を測って調整することをフィードバッグ制御という。比例制御はＰＩＤ 比例積分微分をつかって制御を行う。また、自動制御はお金がかかるので大規模な時に行う。具体的にはオペレーターの育成や、メンテナンスコストが必要である。 インパルス応答は一次遅れ系であり、連続してつなぐと2次遅れ系である。 【発表の要旨】 演題はプロセス制御と自動化である。グループ名はエアコン！で、グループに属した人は高橋香桃花、原野美優、三船歩美、鈴木結唯、増子香奈であった。 エアコンによる室内温度の自動制御について調べた。私は調査係として日立エアコンを参考にし、風速の変化と吹き出し口の温度と消費電力と室温の関係について調べた。それを図で表すと、吹き出し口の温度と消費電力は同様の動きをし、風速がそれに伴い変化することで室温を一定に保っていることが読み取れた。 【復習の内容】 インパルス応答について復習した。 薬を飲むと濃度が上がっていってやがて下がる、途中で飲むとインパルスが起こってインパルスに対する応答は2次遅れ系という。 インパルスはラプラス関数で変換を行うと１になり、扱いやすくなることが分かった。
A.工場における生産方法と制御についてを学んだ。それに関して計装（けいそう）が関わってくる。計装はプラントの運転管理のために計測器や制御装置を装備することで、どのプロセス変量を計測や制御の対象とするかの検討、計測方法の決定、計測器や制御装置の選定と配置、計測によって得られた情報の処理などを意味する。また、制御はオンとオフで制御するオンオフ動作、温度の差の比例で調節する比例動作、比例と積分と微分を合わせた一般的に使われるPID動作がある。 演習ではエアコン、給湯器、冷蔵庫、扇風機など日常生活で自動制御が応用されている例をあげ、 過渡応答がどのようになっているか調べた。工業製品としてエアコンを上げた。エアコンにおいて冷房では吹き出し温度は吸い込み温度から約１０度引いた温度で、暖房だと１０度足した温度とされている。設定温度に到達すると室外機が休むため誤差が生じ、空気が十分にかき混ぜられていないためエアコンの温度センサーと違った温度になり設定温度にならないことがある。 別の演習で自動制御が制御不能に陥るときはどんなときか、制御不能状態が続けばどんな事故につながるかを考えた。自動制御として自動車の自動操縦技術を上げる。自動制御に陥るとAIが判断を誤り、人や物を轢いてしまったり、道路ではない場所に飛び出してしまったりと事故が起きる可能性がある。また、万が一事故が発生したとき、責任は使用者にあるのかメーカーにあるのかシステムを提供した会社にあるのかが不透明といった問題もある。
A.第1回 品質特性、量産、品質管理・保証の歴史 (スクラップの除去 「検査重点主義」から大量生産時代を経て、生程管理重点主義」 工場のタイプ分類 ●組み立て型 (自動車など部品を各部署で 集めて作り組み立てる) とプロセス型 (ビー ルなど原料から製品まで作る) 多品種少量生産と小品種多量生産 フローショップ型とジョブショップ型 ライン生産とセル生産 化学工場はプロセス型!! 工程重点主義で考えていこう。 計装... プラントの運転管理のために計測器や 制御装置を操作すること。 計装は品質管理の向上、均一性の確保などに 役立ち、コンピュータを用いた制御システム によって発展した。 コンピュータの不具合によるリスクを解決す るためにDCS分散型システムがある。無線設 備 エンジニアはシステムを構築する プロセス変量 (温度圧力濃度物質量など)を いかに制御するか=プロセスコントロール 自動制御の例 タンクの液位 フィードバック制御 温度制御がいちばん難しい 図9.1を温度に置き換えてプレゼン 図91 液位の自動制御の例 目標温度 コタツの温度 調用 スイッチ 接点 バイメタル 理科工業株式会社RKC https://www.rkcinst.co.jp/ technical_commentary/1337/ p223左図 そのままセンサー アクチュエータ
A. 品質管理の歴史について学んだ。品質保証活動は徐々に変化してきた。最初は検査重点主義であった。これは大量生産の時代では限界があった。次に工程管理重点主義であった。その後、新製品開発重点主義が注目された。これは高価な耐久消費財の出現によって重要性が高まった。工程管理においては温度や圧力などのプロセス変量をいかに正確にコントロールするかが大切である。自動制御は大規模の場合に行われているが、メンテナンスや機械、設備費、人件費などコストがかかる。制御系においては、ブロック線図やステップ関数、インパルス関数などがある。 発表の演題はプロセス制御と自動化で、グループ名はおなごで、メンバーは近ありす、立花小春、石垣彩奈、山崎里歩、向田有稀、山根寿々であった。グループ内での役割は発言であった。私たちのグループは船の揺れについて調べた。横揺れは船の復原力と流体抵抗が合わさっていて、これらのバランスによって揺れ方が決まる。慣性モーメントI、減衰係数B、復原力係数Cとすると、船の横揺れの運動方程式を表すことができる。 船の揺れについてさらに詳しく調べた。船の運動は遅れが大きく、慣性が強い二次遅れ系に近くなっている。インパルス入力によって、波の突発的な衝撃や瞬間的な乱れを示すことができる。自動制御のメリットとしては、効率性や精度の向上、ヒューマンエラーがないことやコスト削減などが挙げられる。また、データの収集や分析もできることから、製品の品質改善につながると考えられる。
A.今回の講義は工場のタイプについて考えました。ここで、化学変化はプロセス型に分類されることがわかりました。また、計装という言葉を初めて知りました。プラントの運転管理のために計測器や制御装置を装備することです。また、化学変化に必要なものとして、温度、圧力、物質量だと知りました。これをプロセスコントロールということを学びました。また、温度調節器、比例操作、PID操作を知りました。これは比例と積分と微分を組み合わせたものだと学びました。また自動制御の欠点としてコストがかかることが挙げられました。主に規模が大きいときに用いります。他にも、フーリーの法則や、スイッチのオンオフを切り替えるときに用いるステップ関数、急激に切り替わるインパルス関数となだらかに切り替わるランプ関数を学びました。 グループワークではプロセス制御について考えました。二次遅れ系について討論し、薬を例にして行いました。
A.第三回目の品質管理では、生産方法とオートメーションについて取り上げました。まず初めに、工場のタイプについて調べて大きい工場、小さな工場、素素材を作る工場、それを完成品にさせる工場があることが分かりました。その次に計装という言葉について、教科書ではプラントの運転管理のために計測機や制御装置を装備させることであると書かれており、この化学反応に必要なものとして、温度、圧力、物質量がありこれらを制御することをプロセスコントロールであると分かった。また、プロセスコントロールに必要な温度調節器や比例操作、PID操作といったものは比例積分微分を組み合わせたものである。そうしたものと関係するものとして、フーリーの法則やインパルス関数、ランプ関数などがある。 グループワークでは、プロセス制御について調べました。私たちの班では代表的なものである二次遅れ系について、グラフと共に載せました。 復習としてはこの二次遅れ系についてさらに調べました。この二次遅れ系は制御工学やプロセス制御において使われるシステムモデルであり、一次遅れ系より複雑な動きを行う。このシステムはたとえば熱交換器では熱伝導と熱容量で複数の時定数が発生した際や、化学反応器では反応と混合がそれぞれ時間遅れを持つ際にそれを制御するために使われる。
A.プロセス制御について勉強した。工業製品における工程の制御のことであり、私の班ではプロセス制御における2次遅れ系のグラフを製作した。
A.
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第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
