タイトル

平成31年1月30日

SIP 革新的設計生産技術公開シンポジウム2019

リアクティブ3Dプリンタによるテーラーメイドラバー製品の設計生産と社会経済的な価値共創に関する研究開発

神戸大学 大学院システム情報学研究科
貝原俊也

はじめに

本提案の概要と特徴

背景：地域資源である神戸のラバー産業およびシューズ産業に着目し，テーラーメイド・シューズを先導的モデルとする「革新的設計生産技術」のテーマに取り組む．

デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ★3Dプリンタ用ラバー材料の研究・開発
製品・価値プロデューサ★3Dプリンタマシンの研究・開発★シューズ内蔵用センサの研究・開発
製造・加工・提供

適用(使用)★人体機能研究及びデジタルモデリング★デジタルソール設計システム★アスリート要望・新市場の調査・分析
ユーザ (市場)
計測・
デジタルモデリング

神戸の代表的地場産業であるシューズを先行開発対象として，ラバーを材料とする世界初の３Ｄプリンタを開発し，世の中価値共創運用
分析に今まで存在しない新たな使用価値をもつテーラーメイドラ
ループ
バー製品を共創し提供する．
プロセスイノベーション★スマートファクトリの研究・開発★IoTを駆使したつながる工場の提案

設計★ユーザからのビッグデータ解析研究★IoTを活用した持続的デザインの研究・開発「育てる」人工物！

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム

生産・流通・販売システム

プロダクトイノベーション

ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

インタラクティブデザイン

研究開発の体制・スケジュール・予算
研究開発責任者
神戸大学
教授 貝原俊也

（１）体制

神戸大学
（連携創造本部） コーディネーション（独）産業技術総合研究所
・生体計測システム構築，
マシンインタフェース開発

兵庫県立工業技術センター
・インタラクティブ・デザイン技術，
ラバー素材・固化法開発，
３Ｄプリンタマシン開発

再委託先
２社

（株）神戸工業試験場
・ラバー３Ｄ
プリンタマシン開発

バンドー化学（株）
・ラバー応用商品開発
・ポリウレタン素材・固化法開発

住友ゴム工業（株）
・ラバー素材／硬化法開発（UV架橋性材料研究）

神戸大学（システム情報学研究科、経営学研究科）
・価値共創のための設計生産システム構築，製造請負クラウドサービス，マーケット・リサーチ（工学研究科）・ラバー素材・固化法開発，
素材流動解析，３Ｄプリンタマシン開発（株）アシックス
・有限要素法モデル開発，構造設計・素材開発，動作分析，商品開発（２）スケジュール中間目標（2016年度）

設計：デジタル情報による準リードユーザ向けシューズの設計
生産：準リードユーザ向け生産のための素材とマシンのプロトタイプの試作

最終目標（2018年度）

設計：マスマーケット向け製品
設計技術の確立
生産：準リードユーザ向けの生産への適用、素材とマシンの二次プロトタイプの試作

H26(2014)① インタラクティ
ブな設計手法の研究開発② 素材と３Ｄプリンタの研究開発③ 市場開発H27(2015)

H28(2016)

H29(2017)

H30(2018)

ファーストループ適用
セカンドループの分析・設計

セカンドループ適用
サードループ設計技術の確立

３Ｄプリンタマシンの研究とプロト試作

３Ｄプリンタマシンの2次試作

他用途展開のための市場調査

価値共創プラットフォーム構築
他用途展開

デライト設計・生産を目指すビジネスモデル
使用

サードループSensing

3D
printing

運用

一般ユーザを対象とする
部分テーラーメイド

実走行・感性DB

Sensing

分析/モデル化

形状

IoV (Internet ofValues)

設計使用
Sensing

3D
printing

実走行・感性運用

セカンドループDB

Sensing

分析/モデル化

形状・運動準リードユーザを対象とする
セミテーラーメイド

設計
使用
Sensingファーストループ
リードユーザを対象とする
フルテーラーメイド

3D
printing

実走行・感性

運用

分析/モデル化Sensing

形状・運動設計

4

運動・感覚シミュレーション
ランニングのコンフォートを予測する技術

5

デジタルヒューマンモデリング
現在の取組み– リードユーザの再現 (ファーストループ)• 計測した運動データ + 個人を再現した筋骨格・有限要素モデル– 準リード・一般ユーザの再現 (セカンド・サードループ)• 代表的な運動データ + 集団を代表する筋骨格・有限要素モデル

6

シューズによる筋活動の変化
大腿直筋に大きな違い
0HardShoes X
SoftShoes X-20-40-60-80-100-120

00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

17足部-ソールの複合した有限要素モデル–

テーラーメイド型のシューズ設計を目指し、人体筋骨格モデルや動作分析シミュレーションデータより足部挙動を予測し、これらに適合するシューズ構造を実現‒ 下図に示すような足部-ソールを複合モデルを用いた解析システムが必要‒ 形状変更や部分的な材料仕様の変更を行えるソールモデル

8

１．ランナーへのアンケート調査結果概要「ランニングに関する調査」パネルを利用し、インターネットによるアンケート調査を実施した。調査依頼数7681サンプルに対し、4949票の回答を得た（回答率64.4％）。
シューズについての重視点の因子分析を行い、その結果に基づくクラスター分析を実施、さらにオーダーメード希望の要因分析を実施した。
１

トレーニングシューズの重視点に関する因子分析結果（４因子抽出）
足裏サイズ
フィット感
ホールド感 体感因子
クッション性
ﾌｧｯｼｮﾝ因子
色・デザインメーカー・ブランド、流行

グリップ感
軽量性
耐久性
ねじれ防止
機能因子

４因子に基づくクラスター分析結果（３つのシューズユーザー層の識別）
リードユーザー層
練習・大会用シューズの保有・頻度数最多
大会経験も多くオーダーメード意向高い専門店で購入、達成感、人間関係重視

準リードユーザー層１
シューズ保有・頻度数多い、知識に関しては準２の層を上回る。スポーツ量販店で購入

価格因子
価格

オーダーメード希望に関する要因分析

３ （希望への回答値をダミー化し、２項ロジットモ
デルで推定）

２

準リードユーザー層２
大会出場経験は準１の層を上回る。自己充足・楽しみの価値観が準１の層より強い

オーダーメード希望に影響する要因
練習用シューズ：「フィット感」、「クッション性」、「ねじれ防止機能」、「色・デザイン」への重視
大会用シューズ：「フィット感」の重視、「クッション性」の重視については負の影響「インターネット知識」および「利用靴数」

４つのアプリケーション（スマホアプリケーションを介したシューズ購入システム）

寸法測定
足寸法（幅、長さ等）を計測

分 析
可視化

ストア

走行測定

個人の足モデルの表示や筋負担をユーザに示す

ユーザ嗜好走行タイプ
から最適なシューズをナビゲート

加速度により、ユーザの走行タイプを計測

可視化アプリケーション （４つのアプリケーション）

スマホによる寸法計測

３Dモデルによる可視化

骨格モデルによるMP間接抽出

IoT・CPS環境下での価値共創型テーラーメイド生産システム
S
T

S

データベースSensing

UI

T

DBSensing

T
G
L

T
S

データベースInternet

T

T

D A

S

S
T

S
SCS

Sensing

UI

T
T
S

L

Sensing

UI

T

T
S

D A

商品発注
データ

T
G

T
DBSensingLS

デザイン・設計

T

T
T

T
G

L

S
T

T

S

ユーザ計測・分析
嗜好調査・モデル化

TS  Industrie 4.0

DBSensing

T

T

D A

SAG

生産現場

ユーザ・販売店

T

S

SCS

SCS

L

T
S

T  Industrie 4.0

L
部品サプライヤ

TS

T

生産機械   Industrie 4.0

配送

SAG
T
T

T

部品・製品在庫
T
T

T

12
SAG

スマートファクトリシステム
生産管理・全体
表示用モニタ

デモ機

模擬加工機用
トレイ
模擬加工機用トレイ

供給トレイ
完成品トレイ

3D プリンタ

PLC組立台

模擬加工機用タブレット

リアクティブ３Dプリンタの概要
傾斜・シームレスラバー

熱成形加工 vs 架橋 のトレードオフ

接着剤・金型フリーマルチノズル・インクジェット方式
予算削減対応：
外部調達品の活用

異種・異形態
界面/傾斜物性の制御

ラバー素材
ミッドソール：モノマー減粘剤
インソール ：紫外線架橋性

ストランド吐出・UV方式
材料設計

感圧センサー一体成形

紫外線

ミッドソール

微細中空構造感圧センサ構造・評価
有機感圧センサ材料

導電性高分子銀ナノ14インク

３方式のラバー用3Dプリンター開発

ラバー用３Ｄプリンター
リアクティブ３Ｄプリンタ
インナーソール
兵庫県立工業技術センターのトレードオフ
アウターソール

ミッドソール
住友ゴム工業㈱バンドー化学㈱神戸大学

神戸大学

シューズ試作：
プロトタイプ造形・適用
評価：産総研プロトタイプ造形・適用㈱アシックス
type1緩衝性・安定性:優type2緩衝性・安定性:劣

C45

C45
C65
C55

C55

C65

出口戦略

他製品への応用展開性
身体形態因子で個人適合が可能

身体運動因子で個人適合が可能スポーツ用品

IoV
SUMITOMORUBBER

ASICS

シューズ
ビークルグリップウォーキングシューズ

インソール

サポーター
KAWAMURA CYECLE

ランニングシューズ

FUJI
パンプス

介護用品

建築

GLOVE

KAWASAKIHEAVY
INDUSTRY

介護・医療

建築用ガスケット
現場加工用パッキン

リアクティブ３Ｄプリンタ

YASOJIMA PROCEEDKOBENABTESCO

手術シミュレーター
DAIHEN

KOBE

パワーアシスト工具＊赤ローマ字は兵庫県に本社か開発拠点がある企業

KAWABESEIMITU

価値共創プラットフォームの概要
・兵庫県立工業技術センター内に価値共創プラットフォームを設置
・ユーザが製品の設計・開発段階から参加する価値共創ものづくりの実証の場

・ラバー３Ｄプリンタ：ラバー製品製作
・シューズ設計システム：3DCAD､産総研
デジタルヒューマン工学研究センターと連携した設計システム
・情報システム：ユーザ情報の蓄積、シミュ
レーションなど、価値共創プラットフォームに必要な機器を設置

セミナー室
ユーザ
ワークショップ等を実施

ミーティング等を実施

産学官交流室神戸大学、同学３Dスマートものづくり
研究センター、産業技術総合研究所、
アシックス、神戸工業試験場、住友ゴム工業、バンドー化学、天満サブ化工、シバタ工業

共同研究室
兵庫県立工業技術センター技術交流館2F

まとめ

製品・価値
プロデューサ市場

ビジネスモデル革新

新製品・市場の創出

使⽤

技術革新

3D
printing

サード ループ
一般ユーザを 対象と する
部分テ ーラ ーメ イ ドSensing

運⽤

実走行・ 感性

DBSensing

分析/モデル化

形状

生活革新

設計

IoV (Internet ofValues)

使⽤
3D
printing

セカ ン ド ループ
準リ ード ユーザを対象と する
部分テ ーラ ーメ イ ド

Sensing

実走行・ 感性

運⽤

DBSensing

分析/モデル化

形状・ 運動

設計

ユーザ

使⽤
3D
printing

フ ァ ースト ループ
リ ード ユーザを対象と する
フ ルテ ーラ ーメ イ ドSensing

実走行・ 感性

運⽤

分析/モデル化Sensing

形状・ 運動

設計「育てる」人工物！

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