機械設計と聞くと難しそう、専門的すぎるなどと敬遠されがちですが、実はあなたの日常にも深く関わっています。
家電や自動車、ロボットなど、これらの多くは要求仕様を満たすために設計者が思考と工夫を重ねた結果です。
ここでは、そんな機械設計の全体像を構想から詳細設計など、流れでわかりやすく整理し、CADなどの技術がどのように活かされるのか、お伝えしていきます。
さらに、エンジニアが陥りやすいミスやトラブルも触れていきます。
資格取得や年収、キャリア形成との関係も掘り下げていければと思います。
機械設計の全体像
機械設計は「形のある製品」を生み出すための設計思想と実務の総合的な仕事だと思っております。
まず、設計をするには、ニーズや機能要望をもとに構想設計が求められます。
コンセプトから要求仕様を明確にし、CADなどのツールを用いて詳細な設計へ落とし込みます。
その後、構想設計→詳細設計→試作、評価→生産→製造、導入というフローを経て品質を担保し、仕様通りの性能や信頼性を確認する必要があります。
そして、機械設計には構造力学、材料力学、CAD操作などが必要とされ、設計品質とコストや納期のバランスを保つ部分もあります。
そんな市場で求められる機械を「形」として具現化するのが機械設計です。
ここまでみると、大変そうな仕事に思えるかもしれませんが、きちんと整理をしてひとつずつ処理をしていけば問題なく、どの仕事も同じ感じだと思います。
構想から製造までの流れ
仕様に基づいて、基本構造や動作などをフロー図やポンチ絵で整理します。
スペック、材料、駆動や動作方式などを検討し、複数案から最適案を選びます。構想は方向性を決めるとても重要な工程です。
2Dや3DCADで各部品の寸法や材料、加工方法を確定していきます。
CAEなどによる強度や振動解析も実施したりします。
必要に応じて、試作品を作成し、性能や動作、信頼性などをテストする場合もあります。
課題が出た場合は分析や設計修正を行い、完成度を高めていきます。
量産を見据えたりして、コストや加工性、予備品や付属品などの観点から最終調整していきます。
工程調整、外注企業との連携も大切です。
実際に製造立ち上げをしていきます。
納入後のフォローや改善依頼に対応し、保守やメンテナンスにも関与する場合があります。
要求仕様とコストや納期
客先や市場や使用環境から得た要求仕様に対し、材料やコスト、納期という制約が重なるのが常です。
例えば、鋼材ではなく樹脂を選ぶ場合、軽量化に効果的ですが強度を上げるために肉厚を増やすとコストや成形時間が増加する場合があります。
こうした内容を設計段階で判断し、最適な仕様を決められるかも大切な事です。
設計者に求められる基礎スキル
CAD（図面作成）、構造計算（力学知識）、CAE（応力や解析）など、多岐にわたるスキルが必要と言われておりますが、実際は実務経験の積み重ねで、ある程度カバーできると思います。
そして、最近ではCADの3Dは重要性がすごく増えています。
もちろん、いろんなスキルをバランス良く習得することで、より信頼性の高い設計が可能になってくるでしょう。
設計現場での実践ポイント
実際の設計業務では「図面通りに動かない」「部品が干渉する」といったトラブルは避けられません。
そんなトラブルが発生した際の対応も重要です。
結果を基に、設計レビューなどを実施したり、原因を特定して再設計を行い、影響分析やコスト比較を加味しながら改善を図ります。
新しいものを作るので、たくさんのチャレンジは必要であり、失敗が成長に繋がっていきます。
よくある設計ミスとその防止策
設計ミスでは、部品干渉、公差の過度や不足、材料強度や特性の勘違いなどが大きくあります。
防止策として、CAD上でのクリアランスチェック、自動寸法試算、材料選定の再確認、構造解析による確認などを実践するのが理想です。
レビューや複数人でのチェックも有効な予防手段です。
トラブル時の迅速対応と改善手法
実際に試作や導入時に問題が出たら、まず結果を整理し、設計レビューを実施するのがいいでしょう。
仮設立て→原因分析→再設計という改善サイクルになります。
効果的に進めるには、フィードバックなどを社内で確立し、仕様変更やコスト影響を即時に反映できる体制が理想です。
一人ではなく、チームで協力し、助け合いながら、より良いものにするために大切な時間と考えましょう。
資格や年収、キャリア設計との関連性
技術士やCAD検定、機械設計技術者試験など資格取得は設計力の証明にもなります。
これにより信頼性が増し、転職や昇進で有利になる事もあるでしょう。
また、資格保有者は年収面でも期待できます。
最近では、機械設計職は大変だからやめとけなどの声もあるようです。
激務や責任の重さのイメージはありますが、実際は自分のアイデアを形にできるのと、常に最新技術に触れられる分、成長実感を伴いやすい職種で、一部では収入面でもいい事も多くあります。
仕事の大変さは、どの業界でも、どんな仕事でも同じくらい大変だと思います。
まとめ
機械設計は一連の流れを通じて、アイデアを実際の形へにする仕事です。
CADやCAEを駆使し、コストや納期、強度などの制約条件と折り合いをつけながら設計を進めます。
ただし、実務では部品干渉などのトラブルも頻繁に起こります。
それでも、ものづくりをよくする為なので大丈夫です。
また、機械設計技術者試験などの資格取得は専門性の証明となり、年収アップやキャリア選択の幅を広げてくれるでしょう。
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