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図 2 4 年間の流れ()4 年間の流れ 3

3 年: 設計して試す

2 年までの力学を使って、動く機械を設計し、作り、実験で確かめる 1 年です。選べる専門科目が増え、工場実習や研究室選びで、卒業後の進路も見え始めます。

製図室で大きな画面の設計図を囲んで話し合う学生と、実験室で手作りの小さなエンジンを動かして測る学生たち

ひとことで言うと

手作りの棚は、なぜか扉が閉まらない

寸法を測って棚を手作りすると、図面では合っていたのに、板の厚みを忘れて扉が閉まらないことがあります。3 年の設計製図と実験は、計算どおりにいかない所を見つけて直す経験を積む時期です。

01

3 年の科目: 選んで深める

3 年になると、選べる専門科目が大きく増えます。東京理科大学の機械工学科では、3 年の全員の必修は、機械製図 2 と機械工学実験 1・2 の 2 科目だけです。そのほかの科目は、自分の将来を考えて選びます。

選べる科目には、伝熱工学・自動車工学・航空宇宙工学・ロボット工学・工作機械・機械計測学などが並びます。2 年に学んだ自動制御 1 の続きとして、自動制御 2 や演習もあります。興味のある分野を深めることが、研究室選びにつながります。

図解3 年で選べる科目(例)

3 年の専門科目
  • 自動車工学車が走る・曲がる・止まるしくみ
  • 航空宇宙工学飛行機やロケットの設計の基礎
  • ロボット工学ロボットの動かし方と設計
  • 伝熱工学熱の伝わり方と冷やし方
  • 工作機械部品を削る機械のしくみ
  • 自動制御測って直し、思いどおりに動かす

02

設計製図: 動くエンジンを班で作る

3 年の設計製図では、機械を 1 台まとめて設計する課題に取り組むことがあります。東京大学の機械工学科・機械情報工学科では、3 年生が 4 人ずつの班に分かれます。班ごとにオリジナルのスターリングエンジンを設計し、製作します。

スターリングエンジンは、外から加えた熱で動くエンジンです。約 2 週間分の午後の演習の時間で、構想・製図・加工・組立・計測までを行います。2 年までに学んだ力学と、設計・生産の知識を、実際の設計に応用する練習です。

2019 年度の演習では、最も大きな出力を出した班に「最大出力賞」が贈られました。重さのわりに出力の大きい班には「パワーウエイトレシオ賞」が贈られています。計算どおりに動かない部分をどう直すかを考えることが、設計の大事な勉強になります。

図解1 台の機械ができるまで(例)

  1. 1構想何をどう動かすかを決める
  2. 2計算力学で寸法や材料を決める
  3. 3製図部品図と組立図を描く
  4. 4加工・組立工作機械で削り、組み立てる
  5. 5計測・改良性能を測り、直す所を探す
緑のコーヒーカップの上にのせた、大きな車輪の付いた小さなスターリングエンジン
コーヒーカップの熱で動く小型のスターリングエンジン。わずかな温度の差を、車輪を回す動きに変えます。写真: Michele M. F.(CC BY-SA 2.0・Wikimedia Commons)

03

機械工学実験: 予想と測定のずれを考える

機械工学実験では、班に分かれて、いくつかのテーマの実験を順番に回ります。テーマは大学によって異なり、金属を引っ張って壊す試験、はりのたわみ、振動、風洞の中の流れ、エンジンの性能などがあります。

教科書の式で予想した値と、実際に測った値は、ぴったりとは合いません。測り方の誤差なのか、式の前提が実際と違うのかを考えるのが、実験の大事なところです。

実験のあとは、テーマごとにレポートを書きます。目的・方法・結果・考察の順にまとめ、結果をグラフと表で示します。ずれを正直に書き、理由を考えることが、4 年の卒業論文の練習にもなります。

図解実験のくり返し

  1. 1予想する教科書の式で値を見積もる
  2. 2測る装置を動かしてデータをとる
  3. 3比べる予想と測定のずれを見る
  4. 4考えるずれの理由を探す
  5. 5まとめるレポートにして提出する

04

工場実習と研究室選び: 現場と研究の入口

3 年の夏休みには、企業の工場や研究所で実習をする学生もいます。日本大学の生産工学部では、3 年の生産実習が必修です。多くの実習は、夏休みの 10 日間(70 時間)か 20 日間(140 時間)です。実習先は、約 800 の企業や機関にのぼります。

実習先は、大手企業や官公庁から個人の事務所までさまざまです。オフィスで実習することもあれば、工場や研究所の現場で実習することもあります。東京理科大学のように、工場実習を選択の科目として置く大学もあります。

3 年は、研究室を選ぶ準備の時期でもあります。3 年から卒業研究が始まる大学もあり、時期は大学によって異なります。研究室の公開や先輩の話を手がかりに、4 年で取り組みたい分野を考えます。

図解工場実習の 1 日(例)

  1. 8:30朝礼その日の作業と安全の注意を聞く
  2. 9:00現場の作業部品の検査や組み立てを手伝う
  3. 12:00昼休み社員の人に仕事の話を聞く
  4. 13:00設計の補助CAD で図面の修正を手伝う
  5. 16:30日誌その日の気づきを記録する
  6. 17:30帰宅報告書と発表の材料をまとめる

05

学生フォーミュラ: 学生の手で 1 台の車を作る

3 年で学ぶ設計・製作・実験を、まるごと使う課外活動が学生フォーミュラです。自動車技術会が開く大会で、学生が自ら小型のレーシングカーを企画・設計・製作し、ものづくりの総合力を競います。

審査は 1,000 点満点です。走る前に、コスト(100 点)・プレゼンテーション(75 点)・設計(150 点)の審査があります。走る種目には、0〜75 m の加速や、8 の字のコースでの走りがあります。約 800 m のコースを 2 周するオートクロスや、約 20 km を走るエンデュランス(275 点)もあります。

2026 年の第 24 回大会は、8 月 2〜7 日に愛知県常滑市の Aichi Sky Expo で開かれました。大会前の発表では、国内外から 80 チームが参加する予定でした。速さだけでなく、コストや説明の力も点数になるのが、この大会の特徴です。

クイズ3 年の学びクイズ

このページで紹介した内容から出題します。

  1. Q1学生フォーミュラ(1,000 点満点)で、配点がいちばん大きい種目は?

  2. Q2学生フォーミュラで、車を走らせずに審査する種目はどれ?

  3. Q3スターリングエンジンは、何を使って動くエンジン?

0 / 3 問に回答
コーンで区切られたコースを学生が作った小型のレーシングカーが走り、まわりで係の人が見守っている
ドイツで開かれた学生フォーミュラの大会(2016 年)で、エンデュランスを走り終える車。日本大会と同じく、学生が設計・製作した車で競います。写真: Gtbritton(CC BY-SA 4.0・Wikimedia Commons)

高校生のうちに試せること

  • 工場見学に参加する

    地域の工場の中には、見学を受け付けているところがあります。部品が組み立てられ、検査されて製品になる流れを見ておくと、3 年の工場実習の様子を想像しやすくなります。申し込みの方法は、それぞれの工場の案内で確かめましょう。

  • ゴム動力の車を設計して改良する

    輪ゴムの力で走る車を作り、走った距離を測りましょう。車輪の大きさや車体の重さを 1 つずつ変えて記録すると、「設計 → 製作 → 計測 → 改良」の流れを体験できます。

  • 大学の研究室のページを読む

    志望する大学の機械系の学科のサイトには、研究室の一覧が載っています。気になる研究室を 3 つ選び、何を研究しているかを 1 文ずつまとめてみましょう。研究室を選ぶときの練習になります。

「3 年: 設計して試す」に関連するコミュニティ

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よくある質問

工場実習には、必ず行くのですか?

大学によって異なります。日本大学の生産工学部のように 3 年の必修にしている大学もあれば、東京理科大学のように選択の科目にしている大学もあります。

設計の課題は、1 人で取り組みますか?

課題によって異なります。1 人で 1 枚の図面を仕上げる課題もあります。東京大学のスターリングエンジンの演習のように、4 人の班で 1 台を設計・製作する課題もあります。