# オープニング どうも、支部長です。今日もものづくりの視点やっていきたいと思います。 この番組は産業機械の現役エンジニアである私、支部長がものづくりに関するトピックを独自の視点で解説する番組となっております。 今日はこのものづくりの視点でやりたいなーって思ってたことの一つ、最近のものづくりの研究紹介っていうのをやっていきたいと思います。 本当にこれまでにもごく稀に気が向いた時に研究の紹介ってやってたんですけど、最近めっきりやってませんでしたね。 マニアックな最新の研究、最近はこんなことが行われてるんだぞっていうのを皆さんにふわっと理解していただく、そんな回でございます。 今日は久しぶりに研究紹介しますけど、どんな研究を紹介するかといえば、私の専門でもある工作機械にまつわる研究のお話です。 それでは早速いきましょう。 # 工具の温度を測りたい 今日紹介する研究は、2023年度の工作機械技術振興財団の論文賞を受賞した研究です。 最近表彰式が行われていました。 研究のタイトルはこちら。 工具ハサキ温度のリアルタイム推定のためのモデルオーダーリダクションを利用したバーチャルセンサー。 この研究はなかなか面白いです。 研究紹介の前に、まず大前提として工作機械を紹介します。 この話は何度も何度も言ってきているのですが、何本も聞いてもいいです。 工作機械は、金属を削って部品を加工する機械です。 厳密には金属以外のものも削るのですが、 基本的には刃物を使って金属を削って、 皆さんが頭の中で想像するような、ザ!部品!みたいな金属の部品を削り出す機械です。 部品のイメージ図をこのチャプターに貼っておきます。 私もこの工作機械を作るメーカーに勤めています。 実際に工作機械を設計したり、新機能の開発に携わったりしています。 今現在もそういう仕事をバリバリしています。 この工作機械は、金属を工具で削ると言いましたが、 使う工具側は何なのかというと、もちろんこれも金属です。 非常に硬い金属をものすごいエネルギーでぶん回して、 それをまたものすごいエネルギーで金属の塊にぶつけていくわけです。 そうすることによって初めて金属が切れたり削れたりするわけです。 そういうのを金属の切削加工と言います。 切る、削ると書いて切削です。 せっかくなので加工の動画もリンクに貼っておきますので、 時間がある人はぜひとも見てください。 なかなか迫力があると思いますよ。 それは普通に考えて硬い金属で削るわけですから、大迫力ですよね。 ゴジラVSメカゴジラみたいな感じで、強いやつと強いやつの戦いという感じなんですけど、 ものすごいエネルギーを使って金属の工具で金属を削っているわけですね。 当然のことながら何が起きるかというと、熱が発生するわけなんですよ。 その熱はどこから発生しているのかといえば、工具と材料の金属が接触している点。 つまり今まさに金属をガリガリと加工していますよという現場ですよね。 そのポイントが発熱しているんですね。 うまく削れているかとか、工具の負担が少ないか、そういった加工の状態を確認するためには、 まさに工具で発生している熱を測ると非常に有益な情報が取れるんです。 ただ、めっちゃ回転していて、今まさに金属が食い込んで削れている地点の温度、 しかも瞬間的な温度なんて、正直物理的に測るという方法がこの世に存在しないんですよ。 実際にガリガリと削っている物理現象が起こっているところに温度センサーを突っ込むわけにもいかないし、 工具側にセンサーを付ければいいんじゃないかと思うんですけど、 やってもやっぱり加工が起きている刃先までは物理的に届かないんですね、どうしても。 実際に工具の刃先の温度を直接測定するという技術が実はないんですよ。 そういった問題を解決するための研究が、 今日紹介する工具刃先温度のリアルタイム推定のためのモデルオーダーリダクションを利用したバーチャルセンサーなんですよ。 今噛まずに言えたことを褒めてほしいですけどね。 # デジタルツインとバーチャルセンサ 小難しい研究のタイトルでもう一度読み上げますけど、工具刃先温度のリアルタイム推定のためのモデルオーダーリダクションを利用したバーチャルセンサーなんですけど、 一個一個噛み砕いていくと、冒頭の部分はいいですよね。工具刃先温度のリアルタイム推定のためのという部分。 金属の加工している最中の刃先の温度というのをリアルタイムで測りたいよということです。 今まさに加工している瞬間の時に何度なの?ということが分かると、いろいろと加工の状態とかが分かって有益ですよと。 その温度を測りたいよということです。 そのタイトルの後、モデルオーダーリアクションを利用したバーチャルセンサー。ここがよく分からないですね。 でも、やっぱり研究の肝ってこの部分なんで、超ざっくり分かりやすく説明しますけど、バーチャルセンサーというのは、仮想空間上のセンサーということです。 現実世界の温度を物理的に測れないんだったら、現実空間を模した仮想空間を使って、そこで測ればいいじゃないということですね。 これデジタルツインと呼ばれる技術の一つなんですけど、現実空間と同じものをデジタル空間上に複製して、そこで現実では絶対できないムフフなことをやっちゃおうぜという技術なんですね。 デジタル空間上に制約ってありませんから、あらゆる事象を無視して好き勝手できちゃうんですよ。 だからこの研究でも、現実空間では絶対に測れない、加工中の刃先の温度を現実を複製したデジタル空間上で測っちゃえということに取り組んでいるということです。 ただね、こういう話聞くとどうしてもVRのバーチャル空間みたいなものを頭の中で想像しちゃうんだけど、それも仮想空間の一つなんだけど、実際はそこまで作り込まなくてもよくて、 刃先の温度を再現できるだけの能力を持った仮想空間があればいいんですね。つまりもっと低次元でいいわけです。 それがモデルオーダーリラクションというもので、必要に応じて次元数を削減して、なるべくシンプルなモデルで現実を再現しましょうと、そういう取り組みがなされているわけです。 その方が計算が早くできますからね。 そうやって作ったバーチャル空間上で温度を測るためのセンサーをバーチャルセンサーと呼んで、それをモデルオーダーリラクションという技法を用いて実現することで、 現実では測れない刃先の温度を測ってやろうというのがこの研究なんですよ。結構面白くないですか、これ。この面白さちょっと伝わるかな。 すごく画期的な発想だなと思いました。これで実際にどうやって機械の温度を推定するのかといえば、実際の工作機械を使って加工を行って、工具の測れる部分、上の方の温度をその機械で測っておくのね。 仮想空間上にその情報を送って、工具の上の部分の温度がこの温度だということは、刃先はどれくらいの温度でしょうねというのをすごく高速で逆算することで、リアルタイムで今は刃先の温度はこれくらいだろうということが推定できるわけです。 一応その理論というか論文の全容というのはこのリンプにチャプター貼っておきます。 そこで細かいことは見れるので、渋茶さんが言っているのはどういうことだろうと気になる方はその論文の方でぜひとも読んでください。 # 研究の成果 この研究の成果としては、バーチャルセンサーの方が若干、現実よりも高くなる傾向はあるものの、バーチャルセンサーシステムの妥当性というのは確認することができたよという結論になっていました。 この研究は、工作機械のエンジニアの視点から見ても面白いし、とても可能性を感じる研究だなと思いましたね。 実用とか製品化しようとなったら、そういった社会実装を考え出すと、いろいろとまだまだ課題はあるとは思うんですけど、 実際、現実ではクーラントと呼ばれる冷却液をドバドバかけながら削るので、もっと温度に関するモデルというのは複雑になるだろうし、 工具の長さとか形状というのも本当にいろいろありますから、そういう形一つ一つにモデルを作るというのもまたちょっと現実的ではないので、 エンジニアの視点から見ると、社会実装するときに工夫しがいがありそうだなという感じではあるんですが、 でもやっぱり切削という現象を突き詰めていく上では、もうすでにかなり役に立つというか、めちゃくちゃ面白い研究だなと思いました。 デジタルツインという言葉は、工作機械業界で、もっと言えば製造業全体で流行り言葉のようなもので、 デジタルトランスフォーメーションというDXという言葉が出始めてからは、それに合わせてよく使われるようになりました。 ただやっぱデジタルツイン、ふわっとしている言葉だと思うんですよね。 デジタルツインを利用したシステムを作りましたって言うと、大体生産全体の管理システムみたいな、 工場1個を仮想空間上と設定して、パソコン上でもどうやって工場が稼働しているか見えますよみたいな、 これがデジタルツインですよみたいなものが結構多いんですけど、 なんかちょっと見てパッと正直よくわからないなというものが多いのね。 でもこの研究って、バーチャルセンサーってめちゃくちゃわかりやすいし面白いよね。 現実じゃ測れない温度をバーチャル空間上で測りました。 その時に使ったセンサーをバーチャルセンサーと呼びますと。 シンプル is the best というか、デジタル空間を上手に利用したデジタルツインの活用事例だなと思いました。 産業機械の分野って地味なイメージありますけど、デジタル技術を活用したこういう面白い研究もどんどん出てきているというか、 いっぱいありますので、そういったものをこの番組でちょっとずつ紹介していけたらなと思っております。 # クロージング この研究の内容を聞いてね最初に思い浮かんだのは体温計なのね あの脇の下で熱を測る体温計あるじゃないですか あれってさ5秒とか10秒でパッと測れるけど 実際に脇の下の温度を測って表示してるんじゃないんですよ 脇の下の温度を元に体温というのを推定して表示してるんですよね 本来そもそもね脇の下って温度を正確に測ろうと思ったら10分ぐらい 閉じてなきゃいけないし 実際脇の下の体温ってね自分の体温とドンピシャイコールかって言われたら実は違って 微妙に体温より低いんですよ だからそういうのを加味して温度計ではね 体温を推定してるんですけど あれもねまあ医療によってはバーチャル空間上の自分の体温を測ってると 言えなくはなくなくないというかまあ言えないんですけど まああれはあれで推論してるよって話ね なんとなくねこの研究を見た時に体温計を思い出したというお話です まあねなんか医療分野の方がねある意味デジタルツイン進んでそうですよね あまりその分野の知識ないんですけど まあそういう方向でもねなんか面白い事例あったらねまた紹介させていただきます というわけで今回はここまでとさせていただきます私は技術ブログ 支部長技術研究所も運営してますのでそちらの方もぜひチェックしてください Xの毎日ものづくりに関する投稿してますのでよろしくお願いします ポッドキャストものづくりのラジオの方も毎週土曜日週一で配信中です お時間あればぜひ聞いてくださいというわけで今回はここまで以上支部長でした ではでは