技官研修3日目
本実習では、Autodesk Inventorを用いて２種類のシミュレーションを行う方法を解説し、実習を行った。この実習科目についても、iPICスタッフから是非研修を行ってほしいという要請があった。
iPICスタッフからの聞き取り調査によれば、彼らが用いたシミュレーションという言葉は、3DCAD上で設計したモデルのアニメーション動作のことを意味していた。これを学びたい背景は、製品設計において、仕様や動作を説明する際に活用したいということであった。したがって、Autodesk Inventorという機械設計で用いる3Dモデリングソフトウェアを利用し、シミュレーションの実習を行った。
Autodesk Inventorを選定した理由は以下である。
- 教育版の無償ライセンスが存在する
- アセンブリ拘束条件に対するアニメーションが作成可能である
- 構造解析（FEA）が可能である
研修に先んじて調査したところ、JKUATでは機械科にSolidWorksのライセンスが導入されているとのことであった。しかしiPICにはSolidWoｒｋｓのライセンスは導入されていなかったため、教育用無償版ライセンスが利用可能なAutodesk Inventorを研修に採用した。また、今回の研修に必要な機能である、アセンブリ拘束条件に対するアニメーション機能と、構造シミュレーション機能（FEA）が可能である点も重要であった。
補足として、同様の条件を満たすAutodesk Fusion360の利用も検討したが、参加者の多くはAutodesk Inventorの経験は多少あるものの、Autodesk Fusion 360は利用したことが無いという者が大多数だったため、今回はAutodesk Inventorを利用することにした。
Autodesk Inventorを用いた運動学シミュレーション実習
本実習では、平歯車の噛合動作のアニメーションの作成を行った。本テーマを選定した理由は、機械設計で最も頻出する、回転拘束に対してアニメーションを設定するという項目を解説したかったためである。なぜ回転拘束に対するアニメーションが重要であるかというと、機械設計ではモータやエンジンなどの回転駆動軸が、クランクシャフトやリンク機構を介して機械の全体動作を生み出すことが多いためである。
平歯車の設計はAutodesk Inventorに内蔵されるSpur Gears Component Generatorを利用して行った。そして大小２つの平歯車に対して、拘束とギア比を適切に設定することで、歯車の回転シミュレーションが行えることを確認した。また、最終的に作成したアニメーションを動画ファイル(.wmv形式)に書き出す方法も学んだ。
Autodesk Inventorを用いた力学シミュレーション実習
Autodesk Inventorを用いて行うことのできるシミュレーションには運動学シミュレーションと、力学シミュレーション（構造解析）がある。iPICスタッフからの要望は前者のみであったが、後者も機械設計では重要なスキルであり、念の為に受講者に受講希望があるか多数決を取ったところ、ほぼ全員が（非常に前のめりな様子で）学習したいと挙手した。このため、当初のスケジュールに追加して研修を行った。
実際に行ったのは、有限要素法（FEM）による片持梁の応力・変位解析である。まず簡単に片持梁の材料力学理論を解説すると（片方を固定端、もう一方を自由端、自由端の末端に集中荷重）、参加者の多くが、理論は学んだことがある、という反応を示した。
実習ではまずAutodesk Inventorを起動し、片持梁のモデリングを行った。その後Stress Analysisメニューから新規Studyを生成し、境界条件設定、荷重設定とメッシュ生成を行い、有限要素計算を実行した。von Mises応力および変位のヒートマップ表示を確認し、さらにアニメーションの生成方法を学んだ。そして運動学シミュレーションと同様に、動画の書き出し方法を習得した。
筆者の印象であるが、FEMによる応力解析には参加者が特に興味を示していた。
電子回路基板への電子部品の実装実習（はんだ付け）
この日の午後はLPKF S63基板加工機を用いて作成した、DCモータの速度制御基板に対して、電子部品を実装するはんだ付けの実習を行った。筆者には驚きであったが、参加者の多くがはんだ付けは初めてであるようだった[。
実装した部品は、整流用ダイオード、積層セラミックコンデンサ、電気抵抗、およびFETである。事前に各部品に対する注意点の説明も行った（ダイオードの極性、電気抵抗のカラーコード等）。また、はんだ付けの代表的な不良パターンについても解説した（はんだ過少による接触不良、いもはんだ、ブリッジ）。なかでも、いもはんだの説明の際に、日本ではこの接触不良をその形状からPotato solderと呼ぶと解説したところ、受講者からは大きな笑いが起こった。はんだ付けの実習の際には、そっちのはTomato solderだ、いやAvocado solderだ、と独自の形式を生み出して冗談を飛ばしていた。
はんだ付けの実習が終わった後は、デジタルマルチメーターを利用した基板の導通チェックの方法について解説し、実際に受講者に対して基板検査を行ってもらった。かなりうまく部品を実装できている者も見られたが、全てのグループが何らかの箇所で導通不良を起こしていた。これは、はんだ付けを楽にするための、はんだフラックスが現地で調達できなかったこと[と、切削の深さが甘く、端子を切り離せていない加工不良の基板が存在したことも理由である。いずれにせよ、継続的にはんだ付けの練習をしていくことが必要である。
[1] 実はペンタイプのはんだフラックスがケニアでも調達できることを後で知った。