コラム執筆にあたって

みなさん、こんにちは。株式会社プラチナリンク代表取締役の西田麻美です。
最終回の第３回目では、メカトロ技術者に必要な基礎知識と人材教育の重要性に注目して、「メカトロ設計」のポイントと、システムインテグレーション技術の基礎となる「メカトロ人材育成」のポイントの２テーマについて説明します。

メカトロ設計には、主に２つの手法がある

設計には、機械設計、回路設計、プログラム設計、システム設計などいろいろなデザインがありますが、そのベースとなるのは概念です。メカトロニクの概念は、機械、電気電子、情報（制御技術）を一つに融合する技術です。この定義を解釈すると、相互に関係しあうバラバラな要素を集めて、一体のシステムとして構築すること、すなわち、「統合設計」が、メカトロニクスの本来の姿と言えます。

統合設計は、音楽で言うシンセサイザーとよく似ています。シンセサイザーは、サウンドのミックステクニックで新しい音を作りだしますが、メカトロニクスでは、各技術の特性や性質をうまくミックスして高度な製品を作り出します。

メカトロ技術を駆使して、高度な製品を作り出すには、「機械」に何をさせたいかという目的や用途によって、大きく２つの手法があります。一つは、メカニズム（機械）を主役に置く場合、もう一つが、ソフトウェア（制御）を主役に置く場合です。

メカニズムを主役に置いた場合の心髄は「カラクリ」です。カラクリは、カムやリンクなどの機械要素を工夫して仕組みを作り、ロスなく確実に動作を実行し、高速に同期して動かす設計に注力します。このときのミックステクニックは、１から２自由度内に収まるように機構を設計し、センサをなるべく省いて、シンプルな制御方式（ON/OFFによるシーケンス制御）を採用することです。これにより、大量生産をはじめ、合理化・効率化の実現が望めます。

一方で、ソフトウェア（制御）を主役に置く場合は、高精度・高機能を狙った付加価値の高い製品を目指すときです。ここでのミックステクニックは、センサを中心に、ソフトウェアと相性のよいサーボモータを使って、フィードバック制御を達成します。これによって、きめ細やかな動作を高精度に実現することができます。
シーケンス制御は、大量生産を得意とする自動化システムや省力化に効果的で、フィードバック制御は制御対象の質を向上させたいときに力を発揮するという特徴があります。

メカトロ設計では、組み合わせ方次第で、相互に良い方向に影響し合ってより強くなるか、逆に、相互の良い部分を相殺しあって悪い状態を招くかといったケースに分かれます。設計者は、要素技術の特徴や性質をよく熟知して取り組みましょう。

メカトロ設計における留意点

メカトロニクスでは、個々の要素を選定・組み合わせた後に、システム全体を俯瞰してトータルバランスをとります。トータルバランスをとることで、偏りや滞りをなくし、ムリ・ムラのない、より強靭な機械システムを作ることができます。その際に、設計者が留意するべき点について説明します。
メカは、“動作”いう基本機能を決める重要な役割があります。機械の３悪要素である「振動」、「剛性」、「摩擦」をしっかりと解決しておかなければ、電気電子制御において、苦労やトラブルが絶えません。
エレキは、見えない情報（信号）を電流や電圧に変え、機械に命を吹き込むという重要な役割を担います。機械が正常可動するまでの全工程に関わっているため、情報（ソフトウェア）から運動（メカ）までをつなぐ伝送経路の確保とチェックは欠かせません。
ソフトウェアは、決定された基本機能に対して、より高度な付加価値を与える重要な役割を担います。「どのような動きが適切か」「どのようなプログラムで基本機能を向上させるか」といったアルゴリズムの確立は必須です。

このように、機・電・情が共存するシステムでは、複雑な設計となりやすく、複雑なメカトロ製品ほど壊れやすく短寿命です。また、一度トラブルが発生すると、原因の特定から解決に至るまでに大きな労力と時間を要します。実際に、メカトロ設計では、ものごとの本質や現象を俯瞰的に見極めて、「シンプルにとらえて考える」という姿勢が問われ、その考え方１つで、QCD（品質・コスト・納期）が大きく左右することがあります。
また、メカトロ設計のほとんどは、過去の功績の積み重ねから学び得た模倣で、そこにオリジナルを少しずつ加えながらデザインを進めるといった形で実現しています。これは、経験に裏打ちされた技術を利用する方が、近道であり王道でもあるからです。
メカトロ設計のほとんどは専用設計です。顧客の要求に対応できるように、「どのような用途（状況）に対して、どのような順番で、どのような技術を採用すればよいか」、事例や応用を交えながら、整備しておきましょう。

システムインテグレーション力を身に着けるメカトロ人材育成の事例

人材育成では「研修やセミナーで学んだことを仕事でいかに活用できるか？または、持続できるか？」というのが会社側の大きな期待で、「研修で学んだ知識・スキルを自分の仕事でどう活かすか」というのが受講者の課題です。しかし一般的には、研修したからと言って、仕事ですぐに成果を上げるということは難しく、また、研修がどこまで寄与されたかを定量的に把握することも困難です。したがって、研修の効果は、受講者の業務成果を直視するのではなく、受講者の意識変化や行動変化を重んじて、その効果を図れるような研修を用意することが大切だと考えています。ここで、国策として有望される人材を見込んで、弊社が推進している「メカトロ研修（実習編）」ついてご紹介します。

メカトロ研修のポイントと実践事例

実習をはじめる前に、まず講師から、講座の目的と概要を説明します。そこでは、初心者がわかるように、図や写真を多く用いたテキストを配布し、自由にメモできるようにしておきます。ここで大事なことは、多くの受講者は、普段から自分が関心の持っていることや自分の業務に直接関係しそうな内容でないと、メモをとらないという傾向があるので、研修と実務の関連付けを強化するためにも、事前に受講者の置かれている環境や技術レベルを把握しておきます。また、講師自身の実務ばなしや失敗（成功）談は、受講者の興味に関係なく、有益な情報を与えることができます。長すぎず、短かすぎず、ところどころの切り替えのタイミングで文言を盛り込むと、聞きての注目を集めることができます。

実習の場合、講師一人の目の行き届く範囲はだいたい１０人前後なので、研修は、できるだけ少人数制にして、初歩（知る）、基礎（土台作り）、応用（変更・積み重ね）、実践（展開）と段階的に実施されるとスキルアップの達成感を何度も実感でき、プロセスを反芻するようになります。特に、初歩や基礎の段階では、受講者が興味を抱くようなモチーフ（テーマ）の考察が重要です。

弊社では、独自に開発した「ソフト（柔らかい）ロボット」という非線形型のロボットを提供しています。ソフトロボットは、ほとんどの受講者が触ったことも、見たことものないロボットなので、関心度も高く、集中力を保つことができます。また、ゼロベースからのスタートなので、受講者同士の知識や経験の差異も比較的表れず、逆に、学びの伸びしろが大きい（達成感を実感しやすい）ことから、行動変化につながりやすい傾向がみられます。

受講者にとっては、一人一機の製作、短期集中型の実習は有効的です。弊社では、メカトロ技術の機・電・情の３種目を２日間（12～14時間程度）のトライアスロン方式で実施し、競技会を経て体得させています。終盤では、体得したことを通して、ものづくりで重要な「精度」「効率」「生産性」について議論します。議論により、知見をより深めることができ、コア技術を自発的に意識するようになります。参考までに、研修内容とアンケート項目を示します。

１日目）「ソフトロボット」を創る

・ メカの製作
　　　↓　メカトロの基本機能を決定するメカを模倣、塾考する
・ エレキ機能（回路）製作
　　　↓　メカを動かすための電気の仕組み、回路を自作して理解する
・ ハードウェアの動作確認
　　　　　自作のメカと回路で、ロボットを前進、左右に動かす

２日目）「ソフトロボット」の擦り合わせ、競技会とものづくりの考察

・ ソフトウェアの制作
　　　↓　C言語の理解、プログラミング、データ転送、動作確認
・ 擦り合わせ
　　　↓　メカorソフトウェアの創意工夫を行い、最適なロボットへと調整する
・ 競技会
　　　↓　全員のロボットで競技する。動作の重要点（肝）を発見する
・ ものづくりの考察
　　　一番早く移動できたロボットとタイムが伸びなかったロボットの違いについて考察
　　　　「精度」、「効率」、「生産性」などへの影響について理解する

アンケートを実施する

アンケート・自己評価を行い、意識変化や行動変化について把握する。

「何か新しいことを産み出す学習に従事できたか」
「課題や問題を発見できるような学習だったか」
「学習した内容を自分の実務でどのように活かせそうか」
「どのような技術に興味を持ち、より深く身につけてみたいと思ったか」

アンケート結果により、次の研修のために有効的な情報をまとめる。

最終回では、メカトロニクス設計のポイントとメカトロ人材育成の一例をご紹介しました。このコラムをみなさまの業務、人材育成の参考にしていただき、将来において、少しでも役立てば幸いです。