【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】15K12469 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

システム安全 / 製品安全設計 / リチウムイオン電池 / ライフサイクル / フォルトツリー解析 / 安全設計 / リサイクル / リユース / 環境負荷 / フォールトの木解析 / 難燃性電解液 / 事故事例分析 / 内部短絡 / シミュレーションモデル

【研究成果の概要】

リチウムイオン電池のライフサイクルを考慮した安全設計手法の開発のために、製品事故事例を調査を行った。最も事故例の大きい内部短絡事象について故障の木解析(FTA)による安全性分析と熱化学的現象シミュレーションを行った。短絡時の電極材料の不動態化のような本質安全設計の重要性を明らかにした。リチウムイオン電池の設計者のための安全設計アクティビティモデルを示すとともに、電池製造者、製品製造者、使用者が異なるというステークホルダー間の複雑性を考慮した制御構造モデルを提示し、各ステークホルダーの安全対策行動を明確にする提案を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】デザイン学

【研究領域課題番号】15K00715 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ライフサイクル / 積層造形 / シナリオモデル / ライフサイクルシミュレーション / 生産様態 / 積層造形技術 / 環境負荷 / 持続可能性 / 製品ライフサイクル / 設計 / ビジネスモデル / 生産システム形態 / 分散型生産システム / シナリオモデリング / 持続可能性設計 / ライフサイクル価値 / ライフサイクルコスト

【研究成果の概要】

積層造形技術（以下、AM技術）などの新しい製造技術の影響を表現する要素シナリオモデルを構築し、これらを組み合わせて複数の生産様態モデルを作成し、当該様態モデルの元で合理的な製品ライフサイクルを同定し、これをライフサイクルシミュレーション技術を用いて評価することで、製造技術の社会影響をモデル化し、これらに基づいてビジネスモデルや製造技術の使い方を設計する手法を構築した。また、一連の評価に必要となるAM技術のインベントリデータを収集し、AM技術による製品価値向上可能性を評価するモデルを作成した。関連して4件の論文発表、13件の研究発表を行った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】建築構造・材料

【研究領域課題番号】13450229 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鉄骨構造 / 環境負荷 / 廃棄物 / ライフサイクル / 構造駆体 / 耐震性能 / リユース / 損傷制御構造 / 柱梁接合部 / 座屈拘束ブレース / サステナブル / 実大実験 / 長寿命化 / 解析 / 半剛接合 / 実験 / リサイクル / CO_2排出量 / エネルギー

【研究成果の概要】

建築鉄骨構造のライフサイクルにおける環境負荷削減のシナリオとその評価を廃棄物重量とLCCO_2に着目して定量的に分析した。この結果から、建築構造の耐用年数を100〜150年程度にすると大幅な環境負荷低減ができる。それが叶わない場合には、CO_2排出量の観点から、鉄骨部材をリサイクルするのではなく、リユースするべきであることを明らかにした。
これらの研究成果を踏まえ、建築構造全体の長寿命化を第一に、それが叶わない時には部材のリユースを可能とする「サステナブルビル構造システム」の実現を図ることを提案した。この構造システムは、劣化した各部材、部品を取替えることにより、構造全体の持続性を図り、必要に際しては解体が容易で、リユースができる部材によって構成される損傷制御構造の一つの形式であり、重力を支持する柱梁からなる主架構を、たとえ大地震を受けても弾性域に留め、地震力を負担する制振部材のみに損傷を集約する。この構造システムの柱梁接合部には、大きな曲げモーメントが生じない新接合方法を採用し、柱と梁に制振部材としての座屈拘束ブレースを方杖のように設置する。この新柱梁接合方法の性能確認実験、部分架構実験を行い、構造特性を把握した。また、全体構造モデルの解析を行い、サステナブルビル構造システムの検証を行った。以下に得られた結論を記す。1)サステナブルビル構造システムの成立が可能である。2)この構造システムは、従来型の純ラーメン構造と同等以上の構造性能を有し、使用鋼材量を抑えることができる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】11,000千円 (直接経費: 11,000千円)

【研究分野】都市計画・建築計画

【研究領域課題番号】09875138 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝的アルゴリズム(GA) / 資材選択 / 独立住宅 / CO2排出量 / 廃棄物排出量 / コスト / 環境負荷 / 廃棄物量 / CO_2 / 多目的最適解 / 遺伝的アルゴリズム / 戸建住宅 / ライフサイクル

【研究成果の概要】

本研究は設計の初期段階で、住宅建材構成の組合せの中からCO2排出量・コスト・最終廃棄物量がより小さくなるような組合せを見出す選択システムをGA(genetic algorithms)を援用して作成する。特に戸建住宅を対象としてライフサイクルを通じてコストとCO2排出量と廃棄物量を評価関数としたモデルを作成し、環境負荷の評価を行った。まず3つの評価指標について、それぞれの評価指標をより小さくする資材構成全求めた。CO2排出量を小さくする場合、得られた解の概要は、躯体:木造・壁体:木造・外壁材:木材などとなり、最小値は1855kg-c/m2・年まで減少した。また廃棄物量を小さくする場合も、得られた解の概要は、躯体:木造、壁体:木造、外壁材:木材などとなり、最小値は0.2657kg/m2・年まで減少した。ここでこの両者を比較すると、廃棄物量最小の解のCO2排出量は5801kg-c/m2・年であり、CO2排出量最小の解の廃棄物量は5.404kg/m2・年と、両者とも同じ木造的な構法でありながら相反する性質を持つものとなっている。また7このGAモデルにより、3つの評価基準のパレート最適解を得る方法へと発展させることを目標とした。本研究では、1つだけを変数とする制約法に基づきCO2規制値を設け、それを越えないことを想定し評価を行った。この中でコストをより小さくする解を求めたところ2つの解が得られた。同じ木造であっても一般的な木造住宅と比べると多目的最適化で得られた解の3評価値は非常に小さくなった。逆に評価値が同様なものでも資宅構成が全く異なる解が存在することが分かった。以上のことからGAを適用した多目的最適化によって評価の高資材構成解が得られ、かつこれまでの経験的な組合わせからは得ることが困難な解を見出すことができその有用を示した。

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)