科学技術と共に歩む

『回転機械の振動─実用的振動解析の基本─』，『続 回転機械の振動─実機の振動問題と振動診断─』，『実践 機械システムの振動─実機振動問題の簡易解析』に続き，このたび『演習 機械システムの振動─振動診断力アップの精選問題─』を執筆した。第1，2巻においては実務にすぐ役立つ理論・技術の応用知識に重点を置き，第3巻では著者らがコンサルタント業務の中で実際に出会ったトラブルとその解決策を取り上げた。第4巻の本書では実機技術者に向けて，「ロータ」を含め機械振動分野全般における力学に視点を置き，各テーマを基礎的に確認するために演習問題として再構成を試みた。

著者らは拙書をテキストにして講習会などを行い，いろいろな機会をとらえて速習講義を行ってきた。また，企業での回転機械の振動トラブルシューティングにも参加してきた。このようなコンサルティング活動においては，「難しい構造の実機を簡単な力学モデル系で，複雑な実機運転状況を簡潔なメカニズムで，かつ簡単で的を射た数学で，できれば最高でもExcel数学の範囲内で」というようなことが最大公約数的な求めであった。確かに，昔に比べて製品のサイクルは短く，忙しい職場なので，ごもっともなことと感じ入っている。そのような要請に応えるべく，本書では演習問題を用意した。特徴は，実務で遭遇するであろうと思われる問題を厳選したこと，実機にすぐ応用可能な1～2自由度モデルを採用したこと，問題解決提案に向けて簡潔な解説を加えたこと，シミュレーションによる確認などである。現場で遭遇するであろう振動問題を演習問題の中で再現し，その問題解決の成功体験の一端を感得願いたい。

国際的な視点に目を転じると，機械振動問題やそのトラブルシューティングを担当する技術者を振動診断技術者と総称し，その品質向上ならびに研鑽を積むべく，ISO TC 108（機械振動と衝撃）/SC5（機械の状態監視と振動診断）/WG7（同技術者の訓練および認証）では，ISO 18436-2「CME（conditioning monitoring and diagnostic engineers）認証」を発行し，また，世界各地域でCME認証制度の運用を勧めている状況にある。そこでは，実務者として習得すべきカリキュラムや資格試験の方法などが細かく載っている。

わが国においては，この「認証」制度は日本機械学会が受け皿となり，2004年から運用されている。資格は4段階のカテゴリーに分かれ，カテゴリー取得者の延べ総数は7000人に達し，今日も発展している。約1週間の講義を受けた後，受験し，合格すれば認定証を得る。著者はこの機関の草創期の出題・採点班の責任者を担当した。

採点から見て，個人的には，問題は大きく分けて2種類あると感じた。一つは，経験量が理解を助ける振動問題である。例えば，軸受温度の影響，損傷の出方・見方，FFTの操作などである。他方は，数学が関わる問題である。例えば，バランスウエイトを取り付けるべき大きさと位相，さらには実際のボルト穴2箇所に向けてベクトル分解するような計算問題である。後者が超難解のようである。また，例えばFFT計測器ではハード的に半自動でアンチエリアシングフィルタがかかっており大丈夫であるが，波形をExcelで自分流にFFT解析しようとする場合，そのフィルタ挿入を自分で考慮しなければならない。「オートマティック車は得意だが，マニュアル車は苦手」に似たような数学の壁が確かに存在しているようである。

じつは本書執筆の直前に，本書第1，2巻に対応した英語版『Vibrations of Rotating Machinery （Vol.1&2）』（2019）をSpringer-Nature社から出版した。この本の分類は「Mathematics for Industry 17」となっている。最初は，なぜ数学の分類か，といぶかっていたが，最近ではなるほどと感じ入っている。出版編集者にとって「機械の信頼性設計の核心は数学だ」と思っているものと推察している。

本書では，このようなCME現場における「日常業務の数学の壁」を克服していただけるように演習問題を構成した。ISO認証試験のうち，経験的に習得するような知見は省き，振動工学の実用理論面に特化している。認証試験準備の参考書として大いに役立つものと信じている。本書の原稿を査読していただいた専門家からは「最高位のカテゴリー4をも超えている」という評もあったが，振動トラブルシュータとしては必須の知見と思われるゆえ，読者の向学心に期待してこの「超え」を許していただきたい。

本書では，まえがきの頁を増やし，各章立てを少しばかり丁寧に説明する。

第1章は，ISO認証の模擬試験問題30題である。カテゴリー2～3程度を想定し，本番の100問（5択問題）のうち，理論的なところのみを集めている。ISOの試験について未経験の読者のために準備したものである。著者が行っている1時間の直前速習講義では，いつもその後に，1時間のこの試験を楽しんでもらっている。皆さん，ほぼ満点である。

第2～6章が本書の核心で，5択問題から離れ，問題は急に難しくなる。しかし心配は無用で，すべてにわたって解説を載せている。各章の問題の分野をつぎのように分類している。

第2章：発展問題：モデル化─固有振動，剛性，減衰，モード解析，ジャイロ，モード合成─
大学などの「機械力学」で学ぶ1自由度系とモード解析の総復習で，固有振動数と（モード）減衰比の評価を主要テーマにした。加えて，実機モデル化でキーとなるモード合成法について納得して頂く。
第3章：発展問題：バランシング─剛体バランス，モードバランス，影響係数法，線形計画法，3点法─
1面フィールドバランスをしっかり理解して，その影響ベクトルの考えを多面バランスに応用し，多くの危険速度を超えることが可能な一般的方法を体得する。現地バランス作業には大切な知見である。
第4章：発展問題：振動と制御─ブロック線図，磁気浮上，ジェフコットロータ，制御弁，時間遅れ系─
最も腐心した章である。運動方程式に代わってラプラス変換，ブロック線図，伝達関数など，機械振動と制御工学をメカトロ機械振動制御の観点から共通理解できるように工夫した。どちらもダイナミクスであり，その知見は固有振動数と（モード）減衰比・安定性に集約されることが力説される。
第5章：発展問題：強制・自励振動─動吸振器，ふれまわり，動静翼干渉，オイルホイップ，流体関連，サージ─
日本機械学会のv_BASEなどでは，多くの振動問題事例が収録されている。産業界でもこのダイナミクス・振動設計が難しい分野であることを意味している。ここでは，それらの問題解決を考えるうえでの糸口を与えると思われる知見を展開している。実機を意識して，できるだけわかりやすい問題設定とその解析方法を紹介している。
第6章：発展問題：信号処理・診断─信号処理，サンプリング，FFT，フィルタリング，振動診断─
計測畑がミッションの読者には，ぜひすべての問いに目を通し，今後に役立つ手法があればしっかりと理解し活用をお願いする。また，ExcelでFFTなどの振動処理を担当する読者には，いろいろなフィルタが活用できるようにアルゴリズムなども紹介する。

書き終えてみると，筆力の不足から，講義やセミナーのように振動現象の解明と対策のおもしろさを表現できていないのではないか，また，著者らの浅学非才や独断に基づく誤った説明がなされているのではないかという不安もある。万全の体制で執筆に努めたが，専門の範囲も広く，また奥も深く，山の高さを痛感している。読者の皆様の批判や叱正を得ることができれば著者らの望外の喜びとするところである。

最後に，本書に引用した書物，文献の内外の著者に対して深甚の謝意を表します。日本機械学会ISO振動診断士認証委員会のメンバーである本井久之 様（株式会社IHI），小村英智 様（3DIM技研），山口和幸 様（株式会社日立製作所），渡部幸夫 様（元 株式会社東芝），高橋直彦 様（株式会社日立インダストリアルプロダクツ），藤原浩幸 教授（防衛大学校）らには，終始多大なご支援ご鞭撻を仰いだ。皆様のご厚情に深く感謝の意を申し上げます。また，新川文登 様（新川電機株式会社 社長）ならびに和久井伸栄 様（ニュートンワークス株式会社 社長）には著作作業に関し終始格段のご鞭撻を賜り感謝申し上げます。
最後に，本書の出版企画にご支援いただいたコロナ社に厚く御礼申し上げた
い。

2021年7月
著者代表　松下　修己