開講年度
開講学部等
2026
大学院創成科学研究科（博士前期）
開講学期
曜日時限
授業形態
AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期
水7～8
講義
1.5
時間割番号
科目名[英文名]
使用言語
単位数
3261110060
システム計算工学特論[Numerical Simulation for Mechanical Systems]
日本語
2
担当教員（責任）[ローマ字表記]
メディア授業
山口 皓平
ー
担当教員[ローマ字表記]
山口 皓平
特定科目区分
対象学生
対象年次
ディプロマ・ポリシーに関わる項目
カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)
メディア授業
×
メディア授業とは，メディアを利用して遠隔方式により実施する授業の授業時数が，総授業時数の半数を超える授業をいいます。
メディア授業により取得した単位は，卒業要件として修得すべき単位のうち60単位を超えないものとされています。
授業の目的と概要
数値シミュレーションの基礎を学び，応用の際の問題点・注意点を理解する．また，自らの手でシミュレーションコードを作成する技術，可視化手法などを身に着ける．
授業の到達目標
知識・理解の観点：
誤差の種類とオーダーを理解する。
放物型、楕円型、双曲型編微分方程式の数値解法を理解する。
スキームの安定性について理解する。
授業計画
【全体】
講義において紹介される数値シミュレーションの技術を学び，実際にプログラミングを行うことで内容の理解を深めるとともに実践的な技術を身に着ける．また，講義およびMoodleシステムで示されるレポート課題に取り組むことで，理解度の向上と知識及び技術の定着を図る．
プログラミング初学者にやや難解と思われる内容については，教員よりサンプルプログラムが提供される．レポート課題に関しては講義中に質問可能な時間を必ず設ける．
項目
内容
授業時間外学習
備考
第1回
導入，数値シミュレーションの役割と誤差が与える影響
数値シミュレーションの役割や実際の使われ方を学ぶ．打ち切り誤差，丸め誤差を理解する．PC上にシミュレーション環境の構築を行う．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第2回
数値計算の基礎１：Euler法による微分方程式の解法
３次元ベクトル解析とオイラー法，修正オイラー法及びその精度について学ぶ．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第3回
数値計算の基礎２：Runge-Kutta型数値積分公式と精度
ルンゲ・クッタ法を理解し，剛体の３次元運動解析への利用方法を学ぶ
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第4回
数値計算の基礎３：RK4の応用とHamilton系
ルンゲ・クッタ法を用いたより高度な問題の解法について学ぶ．Hamilton系の数値積分法についても紹介する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第5回
倒立振子で学ぶ制御シミュレーション演習１
これまでに学んだ知識を応用し，倒立振子の倒立制御シミュレーションに取り組む．運動方程式の導出と，導いた方程式をもとにしたコーディングに取り組む．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第6回
倒立振子で学ぶ制御シミュレーション演習２
引き続き倒立振子の倒立制御シミュレーションに取り組む．PID制御に加え，線形二次レギュレータの使い方を学ぶ．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第7回
並列計算の方法とN体問題での実践
OpenMPを用いて並列計算技術について学ぶ．N体問題を対象にコード開発を行うとともに，高速化技術についても学ぶ．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第8回
楕円型偏微分方程式の解法（１）
Laplace方程式の解法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第9回
楕円型偏微分方程式の解法（２）
Laplace方程式を解くためのプログラムを作成する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第10回
放物型偏微分方程式の解法（１）
拡散方程式の解法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第11回
放物型偏微分方程式の解法（２）
拡散方程式を解くためのプログラムを作成する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第12回
双曲型偏微分方程式の解法（１）
波動方程式の解き方について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第13回
双曲型偏微分方程式の解法（２）
波動方程式を解くためのプログラムを作成する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第14回
ふりかえり・まとめ
これまでの内容を振り返る形で復習する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】
A: --% B: 10% C: --% D: 5%
成績評価法
ほぼ毎回出題する宿題（レポート）で評価する（100%）．
その他，講義への参加状況や態度を参考にする．
教科書にかかわる情報
備考
参考書にかかわる情報
参考書
書名
ドローン工学入門―モデリングから制御まで
ISBN
9784339032307
著者名
野波 健蔵
出版社
コロナ社
出版年
2020
参考書
書名
線形代数と数値解析
ISBN
9784254116250
著者名
河村哲也
出版社
朝倉
出版年
参考書
書名
3D-CGプログラマーのためのクォータニオン入門
ISBN
9784777522224
著者名
金谷一朗
出版社
I/O books
出版年
2004
参考書
書名
3D-CGプログラマーのための実践クォータニオン
ISBN
9784777510313
著者名
金谷一朗
出版社
I/O books
出版年
2004
参考書
書名
Pythonで学ぶ流体力学の数値計算法
ISBN
9784274224706
著者名
藤井孝蔵
出版社
オーム社
出版年
2020
備考
メッセージ
本講義においては数値シミュレーションの実習を行うので，各自PCを持参の上参加してください．
キーワード
数値シミュレーション，プログラミング，C言語，Fortran，Matlab，Python，Julia，Octave
持続可能な開発目標（SDGs）
(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。
(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。
関連科目
履修条件
プログラミング経験があることが望ましい（必須ではない）
連絡先
機械システム制御工学研究室 山口皓平（機械社建棟5階），k-yamaguchi@yamaguchi-u.ac.jp
オフィスアワー
毎週水曜13:00以降．
上記以外も柔軟に対応を検討するので，希望者はメールにてコンタクトを取ること．
メールには，質問したい内容を明確に書くこと．
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