• スタディサプリ 進路(大学・専門学校)
  • 学問を調べる
  • 機械工学
やりたいことを見つけよう!

機械工学とはどんな学問?研究内容や学び方などを解説

機械工学

我々の生活に欠かせない“機械”について科学し、研究する

機械工学は、生産機械や自動車、医療機器といった機械やその部品などについて、設計から材料の加工、実際の使用方法までと、実に広大な領域を扱う学問です。試行と分析を繰り返す地道な研究を通じて、よりよいものを作り出すことを目指します。まずは基礎となる力学や数学、設計に使うソフトウエアの使い方や関連する各学問について学ぶことで基礎を固め、徐々に専門的な学びへと進んでいきます。多くの授業では実習や実験が行われ、実際に手を動かしながら、知識や技術、機械工学研究の手法などを身につけていきます。ものづくりをしたい、なかでも目に見えるものを作りたいという人に向いています。卒業後の進路は、機械系はもちろん、材料系や、電気・電子関連にも広がります。また、機械でものを作っている企業では必ずそれを扱う人が求められるため、こうした職種で活躍することもできます。

機械工学の学び方

あらゆる機械のあらゆる物事が研究対象

機械についてのあらゆる物事を研究するのが、機械工学です。機械全体や機械の一部、あるいはそこに使われる部品、機械や部品の設計から材料とその加工、試行と改善、解析方法、そして実際に製品となったあとの使用方法や運営方法まで、すべてが機械工学の領域です。今やさまざまなものを生み出すためには機械が不可欠です。材料を得るにしても、加工するにしても、それを流通・販売する段階にいたってもそうです。機械に関するあらゆる技術と機械そのものを対象とする機械工学は、まさに産業の起点となる学問だといえるでしょう。 機械工学で扱うのは、生産機械や産業ロボットなどの工業機械から、時計やカメラ、医療機器といった精密機械、自動車や航空機などの移動機械、ブルドーザーやクレーンなどの建設機械、さらにはロケットや人工衛星までも含めたあらゆる機械に関する物事です。巨大なものから目には見えないほど小さなものまで、さまざまなスケールの機械があります。

研究は地道な実験の繰り返し

機械に関するすべてのことが研究対象になる機械工学ですが、研究の基本はすべて同じです。つまり、まず課題があり、それを解決するための仮説を立てます。多くの場合、その仮説に基づいてコンピュータ上でシミュレーションを行い、それが理論的に正しいかどうか分析します。それがクリアできたら、次に仮説に基づく試行実験を行います。何か機械を作る場合には切断や溶接といった加工をして試作品を作ります。加工方法や材料などについて調べたいというときには、解析用のプログラムを組むといったことが必要になることもあります。また仮説に基づいて実験をしたら、そこで計測された数値と理論値にどのような違いがあるか、そしてその違いの原因は何かといったことを分析します。そして改善方法について仮説を立て、試行、分析を繰り返すというわけです。 地道で地味な作業のようですが、精度が高く、また安全で安心して使える技術や機械を生み出すには、こうした積み重ねが欠かせません。

基礎となる知識を身につけ、徐々に専門へ

1、2年次は、基礎をしっかりと固めていく段階になります。基本となるのは、数学、科学、物理など。なかでも、熱力学、機械力学、材料力学、流体力学の4大力学は、機械工学を学んでいくうえで欠かすことのできない学問です。さらに、設計に使うソフトウエアの使い方や図面の描き方、電気・電子工学や電磁気学、そして材料工学など、機械設計や開発のために必要な知識を学んでいきます。3年次には研究室に配属され、それぞれの専門に従って学びを深め、4年次には卒業研究に取り組むことになります。卒業研究は、機械の内部構造から特定の部品について、レーザーなどを用いたナノ・ミクロレベルの細かい加工に関してなど、大きいものから小さいもの、そして機械そのものから部品、加工技術といったところまで、さまざまなテーマが設定できます。

実習や実験を通じて体系的に力をつける

理系の学問の多くにいえることですが、機械工学も、多くの授業に実験や実習がともないます。実験は、授業での実験とその後の分析、レポートまでがワンセットです。 例えば、材料の加工を行う機械の使い方や、設計の仕方、ソフトウエアの使い方は、実際に使いながら覚えていくことになります。また物理や化学といった基礎科目でも、実験が行われることがあります。実験が多くなるとそれだけレポートも多くなり、授業外での学習時間も増えるでしょう。慣れないうちは大変かもしれませんが、実際に手を動かすことによって、より深く理解できるのです。また、ある課題に沿った機械を作るといった授業も多くあります。そこでは、設計、図面の作成、切断や溶接といった材料の加工、組み立てまで、学生一人ひとり、あるいはチームで行います。さらに、その機械を実際に動かしてみて問題点をみつけ、理論とどう違ったか、その原因は何か、どうすれば改善するかといった分析を行います。このように、設計から加工、組み立て、試行、分析、改善、試行……といったプロセスを繰り返しながら、機械工学の知識と技術、そして手法を習得していくことになります。

目に見えるものを作りたい

ものづくりが好き、ものづくりをしたいという人には機械工学が向いていることはいうまでもないでしょう。また、機械工学はものづくりの中でも目に見える部分を担う学問です。形に残るもの、目に見えるものを作りたいという人にとって、やりがいにあふれた学問といえます。また、ものづくりをしたいというだけでなく、機械の構造を知りたいといった場合も、機械工学はこたえてくれるでしょう。小さい頃から何かを分解したり、組み立てたりするのが好きだったというなら、その好奇心をきっと満たしてくれるはずです。

地道な積み重ねと豊かな発想力

機械工学の研究は、仮説を立て、それを分析・改善・試行し、さらにその結果を分析・改善していくというプロセスの積み重ねです。試行、分析、改善を何度も繰り返さなければ結果が得られないため、とても根気のいる作業です。理論的にはうまくいっているのに、実際には何度やっても誤差が出てしまうといったことも起こり得ます。ときには問題点がはっきりせず、何度も同じ実験を繰り返しながら頭を悩ませることもあります。機械工学は自動車や航空機といったダイナミックなものから、時計や医療機器といった繊細なものまで対象とする学問ですが、何をテーマにするにしても、コツコツと積み重ねていくしか方法はありません。機械工学を学ぶ人には、こうした地道な積み重ねを継続できる力が求められるのです。また、新しい機械や技術を生み出すという目的から見れば、発想力も大事な素養ということになります。今までにない新しいものを生み出す発想力や創造力なくしては、機械工学の発展は頭打ちになってしまうでしょう。そうならないためにも、いつでもさまざまなものに興味をもち、こうした力を養っておくことが大切になります。幅広い分野への興味やそれについての知識は、実験に行き詰まったときにも何かヒントをくれるかもしれません。地道な積み重ねを厭わないことと、豊かな発想力。これらの力があれば、機械工学を学び、探究するうえで大きな力となるに違いありません。

機械工学 学びのフィールド

機械工学は機械に関する技術や機械そのものを開発しようとする学問です。ですから、機械に関するあらゆる学問が、その下地にあるということになります。 最も重要なのが、物理学、なかでも力学です。熱力学、機械力学、材料力学、流体力学は4大力学と呼ばれ、機械工学を学ぶうえでは必須の学問となっています。他に関係性の深い学問といえば、電気・電子工学や電磁気学。ほとんどすべての機械は電気によって動いているため、そのしくみや回路については当然学んでいくことになります。さらに、材料の強さや特性を探る材料工学も重要です。 また、ロボット工学や情報工学は、近年ますます重要性が高まっています。産業ロボットをはじめとするロボットに携わるならもちろん、そうでなくても、コンピュータ制御やデータ管理などは、機械について理解し、また新たな機械を設計するために欠かせない知識となっています。

<力学>

●運動力学
力、加速度、速度、位置、重さ、抵抗など「運動」に関する力学について学ぶ。

●流体力学
水や空気など、流れる物質のエネルギーを機械的にどのように利用したり制御すればいいかを学ぶ。

●熱力学
熱力学、燃焼工学など、熱エネルギーを機械的にどのように利用したり制御すればいいかを学ぶ。

<材料、設計、加工・生産>

●材料
金属材料など、機械に使う材料について研究する。新材料の開発や、強度、疲労、損傷などについて研究する。

●設計
機械の設計や、機械を構成する要素の設計について研究する。

●加工・生産
切削加工、溶接加工など機械の加工法や、機械の生産システムなどについて研究する。

<制御・知能機械>

●制御
機械を目的どおり、適切に動作させるための研究を行う。電気による制御やコンピュータを使った制御など、電気・電子工学、情報工学とも関連が深い。

●知能機械・電子機器
ロボットや、電子機器、情報機器やシステムなど、電気・電子工学、情報工学とも関連する領域にについて研究する。

機械工学の先生に聞く(取材協力:福岡工業大学 工学部 知能機械工学科 木野仁教授)

機械工学ではこんな研究をしています

人体を一つの機械構造体だと考え、そのしくみを丹念に見極めていくと、ロボットにも応用できることがたくさん見つかります。私の研究室では、機械工学の分野の中でも、人間工学や生体工学に近い分野の研究を行っています。人間とロボットがより身近な関係になる将来、重要になる研究です。(福岡工業大学 工学部 知能機械工学科 木野仁教授)

・人工筋肉の研究でロボットはより親しみの湧く存在に

ロボットと人間が協調して仕事をこなす、そんな未来がもう間近に迫っています。まるでSF映画の1コマのようでワクワクしてきますが、もし、隣で作業をしているロボットが、「ウイーン!ウイーン!」とモーター音を立てて動く、いかにもの機械だったらどうでしょう? とても協同作業のパートナーとして受け入れられそうにありませんよね。人間とロボットが違和感なく共存するには、ロボットも人間のように柔らかく動ける必要があるのです。
そこで注目されているのが、人間の体をヒントにした「人工筋肉」です。これは電気や熱などの刺激を与えると筋肉のように収縮する性質をもった素材で、モーターの代わりの動力になることが期待されています。それをロボットに搭載すれば、激しい駆動音はなくなりますし、動作も柔らかくなって、親近感を覚えるようなロボットになるに違いありません。
今はまだ基礎研究の段階なので、一見すると容器の中に糸こんにゃくのような片が浮いているだけのようですが、これにさまざまな刺激を与えて、収縮の具合を検証するなど研究を進めていき、最終的にはロボットに応用するところまでもっていきたいと思っています。

人工筋肉の研究でロボットはより親しみの湧く存在に
機械工学の中でも人間工学やロボット工学に近い分野を研究する木野仁教授

・人間のしくみをロボットに応用する研究

人工筋肉に限らず、人体のしくみを研究するとロボットに応用できることがたくさんあります。例えば、歩行ロボットは人間が歩くときの姿勢や重心移動を参考にしていますし、ロボットアームには人間の関節のしくみや力の伝わり方などが応用されています。
私の研究室でも、動力なしで下り坂を歩くロボットや、楷書体を記憶させると草書体などの崩し字を覚えるロボットなど、人体のしくみを応用したロボットの研究を行っています。
人間工学や生体化学の分野に近い研究にも映りますが、人体を、骨や関節を組み立ててできたある種の機械構造体と考える点では、立派な機械工学の一分野です。学生の学会発表の論文が賞を受賞したり、企業との協働プロジェクトに挑戦したり、外部からの評価も得ています。

人間のしくみをロボットに応用する研究
崩した書体を再現できるロボット

空欄
赤い片が人工筋肉

機械工学のここが面白い

一から十まで、機械製造にかかわるすべての知識とスキルを身につけられるのが最大の魅力です。ものづくりが好きな人にはたまらない学問でしょう。また、研究成果は偏差値も、大学の名前も関係ない対等な立場で評価されます。自分のアイデアと努力次第で、誰とでも勝負できる学問でもあります。

・ハードウエアもソフトウエアも。 総合的にものづくりに携われる

機械製造にかかわる総合的な知識とスキルを身につけ、一つのものをすべて自分の力で作り上げられるようになるのは、機械工学の魅力です。
設計図を作り、強度計算をして、材料を選び、パーツを加工し、組み立てる。最近は電気や情報分野との融合にも積極的で、電気回路を作ったり、プログラミングをしたり、人工知能を使ったりすることもあります。ハードウエア・ソフトウエアを問わず、さまざまな技術を習得できるわけです。
その気になればパーツを加工するための機械や、性能をテストする計測機器を作ることも不可能ではありません。もちろん、普段は市販の道具やパーツを使うので、実際の制作現場で一から手作りする場面はほとんどありませんが、市販の道具やパーツを用途に合わせてアレンジすることはあります。それだけにものづくりの自由度は格段に高くなります。自分の思い描いたものを形にできるというのは、ものづくりが好きな人にはたまらない環境ではないでしょうか。

・負けたくない気持ちと研究を評価されるよろこびが 研究のモチベーション

研究は、「妥協せずにやりきる」という自分との戦いであり、「ほかの研究者よりもいいものを作りたい」という他者との戦いでもあります。それだけに、苦しいことも当然あります。むしろ99パーセントは苦しいことだと思っているくらいです。それでも「自分にも他人にも負けたくない」という思いが研究のモチベーションになるのです。
ちなみに残りの1パーセントはというと、学生がいい研究をして、外部の人からも評価された時のよろこびです。みんなで頑張って、いい結果が出ればやはりうれしいものです。
特に、学会発表には全国からモチベーションの高い大学生が集まってきますから、どこの学生と比べても引けを取らない、負けていないという自信をつけるきっかけになっています。
機械工学は、夢のある研究であることは間違いありません。しかし、夢だけで研究が務まらないのも事実です。志半ばで脱落することになるとお互いに悲しい思いをすることになりますから、ぜひとも数学と物理をしっかり勉強して、夢だけで終わらないようにしてほしいですね。

機械工学の先生に聞く(取材協力:福岡工業大学 工学部 知能機械工学科 4年 原聡志さん)

機械工学を選んだ理由

小学生のころ、雑誌の付録についていたロボットを組み立てた時のことです。自分の手で作ったものが動いたのが感動的で、機械工学に興味が湧きました。高校ではロボット製作の大学でより専門的に学びたいと今の学科に進むことにしました。(福岡工業大学工学部 知能機械工学科 4年 原聡志さん)

・きっかけは雑誌の付録のロボットキット

機械工学に興味をもつきっかけとなったのは、親に買ってもらった『週刊マイロボット(デアゴスティーニ・ジャパン)』でした。雑誌にロボットのパーツが少しずつついてきて、毎号集めて組み立てて、最後にプログラミングをすると、自分の指示に従って動くロボットが完成するというものです。自分の手で作ったものが動いた瞬間、大きな感動に包まれたのを、小学生の時のことながら今でも鮮明に覚えています。そこでものづくりの楽しさに目覚めました。
その情熱は、中学の進路選択のころになっても消えず、高校でロボットづくりを学びたいと思い、工業系の高校に進学。電子機械科に入り、ロボット技術の基礎となる設計や工作機械を使った製作、機械をコンピュータで制御する技術を学びました。卒業制作でもロボットを製作し、充実した時間を過ごせたので、大学に進学してさらに高度な専門知識・技術を身につけたいと思い、機械工学とコンピュータ制御が学べる今の学科を選びました。

きっかけは雑誌の付録のロボットキット
ロボット製作への興味から機械工学の道を進んだ原聡志さん

こんなふうに機械工学を学んでいます

1年次では数学や物理に加え、機械加工の実習を行いました。2年次では、材料力学、流体力学、熱力学、機械力学という機械工学の四大力学を座学や実習を通して修得。設計の演習にも挑戦しました。3年次のスクリュージャッキの設計は、集中力が欠かせない精密な作業でしたが、それだけに完成したときの達成感は格別でした。(福岡工業大学工学部 知能機械工学科 4年 原聡志さん)

・設計の演習で神経を使う製図にチャレンジ

1年次は微分積分や線形代数といった数学、力学などの物理を学ぶほか、溶接や旋盤といった機械加工の実習を行いました。2年次になると、機械工学の四代力学と呼ばれる材料力学・機械力学・流体力学・熱力学を座学や実験を通して学びました。
特に印象深いのは、2年次~3年次にかけて受けた「知能機械設計Ⅰ・Ⅱ」という設計の演習授業です。2年次では、機械を構成する基本要素であるネジや歯車について、十分な強度や寿命を出すための設計方法を学び、3年次ではその知識を生かしてスクリュージャッキ(ネジの力で重いものを持ち上げる工具)の設計に取り組みました。
図面を描くのは、CADというパソコンソフトを使うのが一般的ですが、私の大学では、実際に手を動かして製図の基本を修得するために手書きにチャレンジします。A1~A3という大きなサイズの紙に、数ミリ単位のズレも許されない正確な図面を書いていくのは骨が折れる作業でした。あとからズレが発覚すると最初からやり直しにもなりうるため、集中力が欠かせません。それだけに完成したときの達成感は格別で、自分の頭の中にあるものが形になっていくよろこびを感じられました。
3年次後期からは研究室に所属して、ワイヤーの引っ張る力を制御する方法について研究しています。ワイヤーは引っ張っている状態で力を発揮するので、その状態で制御できないといけないのですが、その時ワイヤーには摩擦が起こるために、制御が難しくなります。どれくらいの摩擦が起きているのかを測定し、摩擦に打ち勝つだけの力を出すにはどうすればいいのかを多角的に検証していきます。

設計の演習で神経を使う製図にチャレンジ
ワイヤーの力の制御を研究する装置

機械工学を学んでみた感想

技術者は、あいさつや感謝の気持ちなど一人の人間として大切なことができて初めて成長できるということを実感できた4年間でした。それを常に頭に置いて、慢心せずにさらに高度な知識を身につけていきたいと思い、大学院への進学を決めました。(福岡工業大学工学部知能機械工学科 4年 原聡志さん)

・「人ありて技術」という母校の教育理念を再確認できた

私の出身高校の教育理念を表す言葉に「人ありて技術」というものがあります。あいさつをする、感謝の気持ちを伝えるといった、一人の人間として大切なことができて初めて、技術者としても成長できるという考え方です。この言葉の意味を実感できた4年間でした。
ロボット製作は常にチームプレーです。授業の実験でも、有志で参加したロボコンプロジェクトでも、人と一緒に製作をしてきました。その中で、あいさつをきちんとしてくれたり、「ありがとう」とはっきり言ってくれたりする人には、尊敬できて、「自分も助けてあげよう」と思えます。そんな経験から、技術者には欠かせない素養だと感じました。

・機械工学の可能性を感じた4年間

「人ありて技術」の言葉を念頭に、慢心せずさらに高度な知識を身につけていきたいと思い、大学院への進学も決めました。今までは自分の研究を公の場で発表する機会が少なかったので、大学院では研究だけでなく、そうした場数を踏んでプレゼンテーション能力を鍛えようと考えています。
大学で機械工学を学んでみて、機械工学はあらゆる分野で活躍できるチャンスのある学問だと感じました。自動車や産業機械、航空、鉄鋼など機械工学が直接かかわっている分野はもちろん、医療や化学、食品といった一見、関係ないように思える分野でも機械を使って生産をしている以上、機械工学の技術者が活躍できる場になり得ます。ものづくりが好きだけど、具体的に何がしたいかはわからないという人は、機械工学を学びながら自分のしたいことを探してみるという選択肢もあると思います。

機械工学に関連する記事

機械工学を学べる学校を探すならスタディサプリ進路