機械設計|機械設計とはなにか,知識と工程

機械設計

機械設計とは、機械要素や力学などの知識や経験を基に、要求される仕様に合った機械を創造する行為をいう。機械設計の大きな流れは、企画、設計、試作品、評価の工程で行われるが、製造、コスト、流通、販売まで視野にいれる必要があり、工学的知識だけでなく経営、法律、製造知識などの知識も求められる。

機械設計

機械設計

機械設計の定義

機械設計とは、機械要素、機械材料、力学など要求される仕様に合った機械を作ることと定義される。

機械設計を行う対象

機械設計を行う対象は、プラント・重機械などの重工業系、自動車・電車・工作機械などの一般機械系、時計・プリンタ・携帯電話などの精密機械が存在する。

工学系知識

機械設計には、材料力学・機械力学・流体力学・熱力学などの学術的知識や、機械製図、素材についての知識、機械材料や加工、組み立てなどの製造に関する知識が必要とされる。加えて、機械要素技術、機械材料や加工、組み立てなどの製造に関する知識が求められる。

機械設計

機械設計

メカトロニクス技術

メカトロニクス技術とは、メカニクス(構造・機構)とエレクトロニクス(電子制御)の融合を意味し、現代の機械製品はメカトロニクス技術によって支えられている。したがって、機械設計は、電気、制御、ソフトウェア、プロセスといった、他分野の知識や部門との関連によって進められる。実務においては、メカ・エレキ・ソフト等それぞれの技術者がそれぞれの役割を似合い、設計が進められる。

製図

機械設計は企画段階を経て、製図を行う。製図ができれば、製造工程に流され、実際に製品ができあがる。そのため、製図の段階で、加工技術を理解する必要がある。

経営・法律

企画段階において、製造コスト・採算性、実現可能性など経営的合理性に加えて、規格や法令、特許などの法的知識が必要となる。スケジュールの管理やコンプライアンス、信頼性や環境性も考慮する必要がある。

機械設計の役割

客先での仕様打ち合わせ、アイデアの具現化、シミレーション、製図、試作品の評価、リスクの抽出、トラブル発生の原因究明、出図日程管理、進歩状況管理、加工現場への指示、購入品の選定および購入品メーカーとの仕様打ち合わせ、取扱書の作成、特許の出願など。

おもな機械設計の工程

企画
構想設計
基本設計
詳細設計
デザインレビュー
評価
仕様書・取扱説明書
特許

機械設計の工程

機械設計の工程

企画

機械設計の実務は、会社の企画部門あるいは顧客からの要求提案から始まる。そのため企画部やお客様の要求を十分に理解し、それに応じる形で企画の設計を練らなければならない。企画の第1段階としては、製品の仕様を適確に把握し、文章として明確化することから始まる。このとき、実現可能か、おおよその納期、コスト、法務関係を考慮しなければならない。

構想設計

発案した企画に応じて、ポンチ絵や3次元CADなどのモデリング技術を使い、構想図を作成する。この段階を構想設計という。構想設計では、その製品の概略機能、寸法などの主要な仕様を決定し、開発の方向性を確立する。

基本設計

構想設計で構想図に基づいて、検討図を作成する。この工程を基本設計という。構想図をもとに機械工学の知識を応用して、静・動特性の解析を行い、さらに詳細な形状や寸法、構成部品を決定しながら検討図を仕上げる。

詳細設計

基本設計に基づき、製品の細部を設計することを詳細設計という。製図を行う段階で、部品図、組立図、部品表などを作成し、図面におこす。設計者は図面だけでなく、必要な部品を、すべてを手配する。すべての部品が揃うと、製造工程に移り、設計された作業指示書の内容に従って試作品が製造される。このときに設計した意図が反映されているかなどを意識しなければならない。

デザインデビュー

構想設計、基本設計、詳細設計のそれぞれの段階でデザインデビューと呼ばれるチェックを繰り返し行う。品質上の改善や問題の早期発見を目的とし、製造者からの意見をもらい、問題がみつかると、また構想設計(あるいは基本設計、詳細設計)に戻り、再度設計を行う。これらを繰り返しながら製品をブラッシュアップしていき、質をあげていく。

評価

基本設計、詳細設計に基づいて完成した製品(試作品)が、仕様を満たしているかどうかの評価をおこなう。製品(試作品)が評価基準に沿って評価し、問題点が出たらただちに検討して、試作品を作成する。

製品完成後

製品が完成すると、取扱説明書の作成、特許の出願などを行う。流通すれば、実際にその製品のユーザーの意見を聞き、次の設計に活用する。