すでに工場などで使われている機械や生産設備へ、部品の追加、能力の変更、安全対策、不具合への対策などを行うことがあります。ここでは、このような変更を「既設設備の改造」として扱います。
既設設備の改造は、新しい設備を一から設計する場合とは前提が違います。元の図面が残っていない、過去に現場で変更された内容が図面へ反映されていない、補修や調整、長年の使用によって設備の状態や位置関係が変わっている、といったことがあるためです。
改造で難しいのは、変更する部分だけを見ればよいわけではないことです。残す部分へ実際に取り付くのか、周囲とぶつからないか、配線や配管はできるか、組立や点検ができるかなど、既設設備とのつながりまで確認する必要があります。
これまで既設設備の改造では、図面や資料だけで決めず、必要に応じて現物を確認しながら設計条件を整理してきました。設備が動いていて確認できないときや、図面と現物が違うときもあります。そのような場合も含め、分かっていることと確認できていないことを分けながら進めます。
既設設備の改造設計とは
ここでいう既設設備は、すでに工場などへ設置され、使用されている生産設備、専用機、搬送装置などです。その設備へ機構や部品を追加・変更する機械設計を対象にしています。
建築設備の改修や、電気回路・PLCプログラムだけを変更する仕事を中心にした内容ではありません。ただし、機械側を変更すると、電気・制御、配線、配管、前後設備などへ影響することがあります。その場合は、それぞれの担当者と条件を確認しながら進めます。
「改造」といっても範囲はさまざまで、部品一つの交換から、装置の追加、動作変更、能力変更、レイアウト変更まであります。
そのため、何を変えるのかだけでなく、何を残すのか、どこまで変更してよいのかも最初に確認します。
改造設計を始める前に目的と範囲を確認する
現地へ行ってすぐに寸法を測り始めるのではなく、まず改造によって何を変えたいのかを確認します。
例えば、処理する製品を変える、能力を上げる、作業者の負担を減らす、生産終了した部品を別の機種へ置き換える、不具合が出ている部分を見直す、点検しにくい場所を改善するなど、目的によって見る場所や必要な情報は変わります。
| 確認する内容 | 具体的に確かめる例 | 確認先の例 |
|---|---|---|
| 改造の目的 | 何に困っているか、何を変えたいか | 依頼者、使用者、保全担当者 |
| 対象範囲 | 交換・追加する部分、残す部分、触れない部分 | 依頼者、設計、現場責任者 |
| 必要な性能 | 対象物、動き、処理能力、精度、使用頻度 | 使用者、生産技術、品質担当者など |
| 停止条件 | 調査や工事のために、いつ、どこまで設備を停止できるか | 生産管理、使用者、現場責任者など |
| 担当範囲 | 機械、電気、制御、配管、工事、前後設備を誰が担当するか | 依頼者、各分野の担当者 |
ここに挙げた項目を、毎回同じ順番、同じ深さで確認するわけではありません。
単純な部品交換なら、取付寸法や周辺との干渉確認が中心になることがあります。設備の動作そのものを変える改造なら、機械だけではなく電気・制御担当者との確認も増えます。
改造内容、設備の状態、納期、停止できる時間などを見ながら、設計するために何を確認する必要があるのかを整理していきます。
確認の順序は改造内容と設備の稼働状況で変える
現地での進め方も、「最初に必ず設備を動かす」「先にすべての寸法を測る」と決めているわけではありません。
改造内容を確認し、動いている状態で見たいこと、停止しなければ確認できないこと、図面や外観から先に確認できることを分けます。そのうえで、当日の設備の稼働状況や立会い条件に合わせて順番を決めます。
| 現地の状況 | 確認方法の例 |
|---|---|
| 設備が稼働していて確認できない | 担当者へ設備を確認できる日時を聞き、再確認の日程を調整する。現場の条件が整えば、昼休憩など設備が止まる時間を利用して確認することもある |
| 図面や資料が残っている | 事前確認に使い、必要な部分は現在の現物と一致しているか現地で照合する |
| 機械以外の専門分野が関係する | 電気・制御、配管などの担当者と、確認する内容や日時を調整する |
| その日に確認できない場所がある | 確認できた範囲と未確認箇所を分け、分からない部分を推測だけで確定しない |
実際に、その日は設備が動いていて必要な場所を見られず、担当者と相談して別の日に確認したことがあります。昼休憩など、設備が止まる時間に確認することもあります。
どの方法がよいかは、改造内容、設備、工程、安全条件、現場のルールによって変わります。一つの進め方をすべての案件へ当てはめるのではなく、その時点で設計に必要な情報をどう確認するかを考えます。
図面があっても現在の設備と一致しているとは限らない
既存の組立図、部品図、取扱説明書、部品リスト、電気図面、過去の改造記録などが残っていれば、現地調査の前に確認できる大切な資料になります。
図面が残っていても、現在の設備がその図面どおりとは限りません。
設備を長く使っている間に、故障した部品を別のものへ交換したり、現場で部品を追加したり、配線・配管の経路を変更したりすることがあります。その変更がすべて元の図面へ反映されているとは限りません。
また、製作、組立、据付、調整、補修、使用による摩耗や変形などによって、手元にある図面上の位置と現在の現物の位置関係が同じではないこともあります。
これまでにも、元の図面が残っていない設備や、図面と現物の寸法・取付位置が違う設備の改造に関わってきました。
その場合は、図面だけを正しいものとして設計を進めず、スケッチ、寸法測定、現物確認などを使い分け、既設部分と新しく作る部分をどこで、どの条件でつなぐのかを整理します。
反対に、現物に付いているものを無条件に正しい状態と考えるわけでもありません。現物が過去の応急対応や補修によって変更されている場合もあります。図面、現物、改造履歴、設備の使われ方などを確認し、今回の設計では何を基準にするのかを決めます。
既存資料は、現地で見る場所を絞ったり、現物との違いに気づいたりするためにも役立ちます。図面か現物かのどちらか一方だけを見るのではなく、必要な部分を照らし合わせながら確認します。
現地では改造部分だけでなく「取り合い」を確認する
新しく作る部品だけを正確に設計しても、既設設備へ取り付かなければ使えません。
新しく作る部分と既設設備、前後設備などが接続する位置や条件を、機械設計の現場では「取り合い」と呼ぶことがあります。
- 取付位置：穴、ねじ、基準面、中心、高さ、向き
- 周辺空間：部品を置ける場所、機械が動く範囲、工具や手が入る範囲
- 前後設備：製品を受け取る位置、渡す位置、搬送高さ、動作やタイミング
- 配線・配管：接続位置、経路、曲げや引き回しに必要な空間、既存部品との干渉
- 組立・保全：カバーの着脱、部品交換、清掃、点検、調整に必要な空間
- 設備の状態：摩耗、変形、がたつき、補修跡、後から追加された部品など
どの寸法を測るかは、改造する部分の基準をどこにするかによって変わります。
全長や全幅だけではなく、既設設備のどの面、穴、軸中心、フレーム、床面などを基準として新しい部分を設計するのかを確認します。
測定した数値だけを残しても、「どこからどこまで測った寸法なのか」が分からなくなると設計へ使えません。寸法と一緒に、基準となる位置や見る方向も残します。
改造する部分の周囲まで確認する
現地調査では、変更する部品のすぐ近くだけではなく、必要に応じてその周囲まで確認します。
新しい部品そのものは取り付いても、そのために別の部品を外せなくなることがあります。機械が動いたときに干渉することもあれば、配線や配管を施工した後にスペースが足りなくなることもあります。
設計中は完成した状態だけでなく、どうやって組み付けるのか、どこから工具を入れるのか、故障や交換が必要になったときにどうやって部品を外すのかも考えます。
特に既設設備では、周囲に別の設備、柱、配管、ダクト、安全柵などがすでにあるため、新規設備より使える空間が限られていることがあります。
部品が入るだけではなく、組立、調整、点検、交換などの作業が実際にできるかまで見ておきます。
写真を撮れない現場では記録方法を変える
現地調査では、写真や動画があると後から確認しやすくなる場合があります。ただし、すべての現場で自由に撮影できるわけではありません。
客先や工場によっては、設備、製品、製造方法、図面、画面表示などが機密情報に当たり、写真や動画の撮影、データの保存や持ち出しが制限されています。
現地調査だから撮影してよいとは考えず、撮影の可否、写してよい対象、データの保存・持ち出し・共有範囲など、その現場のルールを確認します。
撮影できない場合は、手書きのスケッチへ寸法、方向、部品名、基準位置などを書き込みます。既存図面を使用できる場合は、現物と違う場所へ印やメモを付けることもあります。
記録するときは測定値だけでなく、どこからどこまで測ったのか、設備のどちら側から見たのか、どの部分が確認できなかったのかも分かるようにしておきます。
見えない・測れない場所を推測だけで確定しない
現地へ行っても、必要な場所をすべて確認できるとは限りません。
設備が稼働中で止められない、カバーを外せない、高所や狭い場所にある、安全上立ち入れないなど、その日に見えない・測れない場所もあります。
そのような場所を、図面や周囲の形だけから推測して確定寸法としてしまうと、製作後に取り付かないなどの問題につながることがあります。
必要な場所を確認できなければ、担当者へ設備を確認できる日時を聞き、必要に応じて再度確認します。現場の条件が整えば、昼休憩など設備が停止している時間を使って確認したこともあります。
電気・制御、配管など、自分だけでは判断できない専門分野が関係する場合は、それぞれの担当者と確認する内容や日時を調整します。
資料からある程度読み取れる場合や、構想を進めるために仮定を置く場合もあります。そのときは、確認できた事実なのか、資料から判断した内容なのか、まだ確認が必要な内容なのかが後から分かるようにします。
追加調査をするのか、設備停止時に確認するのか、仮合わせをするのか、現地で調整できる構造にするのかは、設備の内容、安全条件、納期、費用、製作状況などによって変わります。
注意：設備を停止する、カバーを外す、機械の内部へ入る、電気・空圧・油圧などのエネルギー源に関係する作業を行う場合は、その現場の管理者・責任者、作業手順、安全ルール、必要な教育・資格、動力源の遮断や残留エネルギーへの対応などを確認して作業します。設備や作業内容によって必要な安全対策は異なります。
確認したことと未確認のことを分ける
既設設備の改造では、「分かっていること」と「まだ確認できていないこと」を混ぜないようにします。
例えば、図面に書いてある寸法と、現地で実際に測った寸法は同じ情報ではありません。
図面には500mmと書いてあるが現物はまだ測っていない場合と、現物を測って500mmだった場合では、設計条件として確認できている内容が違います。
すべての案件で同じ管理方法を使うわけではありませんが、設計判断に影響するところは、現地で確認済みなのか、既存資料から確認した内容なのか、まだ確認が必要なのかが分からなくならないようにします。
「おそらくこうなっている」と仮定すること自体が悪いわけではありません。構想や検討では、仮定を置かなければ先へ進められないこともあります。ただし、仮定した内容を確認済みの事実と同じ扱いにはしません。
改造すると安全に関する条件も変わることがある
設備の一部だけを改造した場合でも、その変更によって安全に関する条件が変わることがあります。
例えば、機械の動く範囲や速度が変われば、人が危険な場所へ近づく可能性も変わります。カバーの形を変更したことで、点検や清掃時の作業方法が変わることもあります。センサーや機構を変更すれば、電気・制御側の安全機能へ影響する場合もあります。
厚生労働省の職場のあんぜんサイト「機械の包括的な安全基準」では、機械の使用条件などを整理し、危険源を特定してリスクを見積もり、必要な保護方策を検討していく考え方が示されています。
既設設備の改造でも、新しく変更する部分だけを見るのではなく、その変更によって既存の安全機能、作業方法、点検方法などへ影響が出ないかを確認します。
通常運転だけではなく、必要に応じて段取り、清掃、点検、部品交換、調整、異常時など、人が設備へ関わる状態も考えます。
必要な安全方策は、設備の用途、作業内容、使用する人、設置環境、法令、規格、顧客基準などによって変わります。
安全装置を一つ追加した、計算上問題がなかった、既存設備と同じ方法を使ったという一つの条件だけで、改造後の設備全体の安全性を判断できるものではありません。
現地で確認した内容を設計条件へ変える
現地で寸法を測り、設備を見て終わりではありません。集めた情報を、実際に設計で使える条件へ整理します。
例えば「この辺りにスペースがある」という記録だけでは、設計時にどこまで使えるのか判断できません。どの基準から、どの範囲まで使えるのかが分かるようにします。
「保全しにくい」という情報も同じです。何の部品を交換するときに、どこが邪魔になるのか、どの方向へ外す必要があるのかまで分かれば、設計変更の条件として使いやすくなります。
| 現地で得た情報 | 設計条件にするときの記録例 |
|---|---|
| 取付穴を測った | 基準面、穴径、穴間隔、ねじの種類、どこから測ったか |
| 周囲が狭い | 干渉する対象、使える範囲、取付・取外し方向 |
| 図面と現物の位置が違う | 図面値、実測値、確認した場所、今回の設計でどちらを基準にするか |
| 写真を撮影できない | スケッチ番号、見る方向、寸法の基準、未確認箇所 |
| 設備を停止できない | 確認できた範囲、確認できない場所、再確認に必要な条件 |
調査した後に機械設計だけでは判断できない内容があれば、使用者、保全担当者、電気・制御担当者、製作・工事担当者などへ確認します。
生産設備では、機械の動きや動かし方について電気・制御担当者と相談し、使用する機器や購入品、必要な動作などを伝えながら進めることがあります。細かな動きやタイミングは、実際に設備を動かしながら確認し、機械側と電気・制御側で調整していくこともあります。
形として取り付けられても、清掃できない、配線できない、工事時間内に交換できない、前後設備の動作と合わないといった別の問題が残ることがあります。一つの設備として成立させるためには、それぞれの担当範囲を確認しながら進める必要があります。
改造後は変更した部分だけを見ない
設計変更が発生したときも、変更した部品だけを直して終わりにしないようにします。
一つの寸法を変えることで、周囲の部品、ストローク、センサー位置、カバー、配線・配管、組立方法、部品リストなどへ影響することがあります。
どこまで再確認する必要があるかは、変更内容によって違います。製作や組立がどこまで進んでいるか、納期にどれくらい余裕があるかによっても、取れる対応は変わります。
変更した内容を図面や部品情報へ反映できる場合は、できるだけ実際の設備と資料の差を残さないようにします。それが、その後の保全や、さらに改造するときの確認にもつながります。
既設設備の改造では図面・現物・確認した条件を照らし合わせる
既設設備の改造では、図面や資料がそろっている案件もあれば、ほとんど残っていない案件もあります。
現場へ行けばすべて分かるわけでもありません。設備が動いていて見られないこともあれば、専門担当者がいなければ確認できないこともあります。
そのため、手元にある資料、現物で確認できたこと、関係者から確認した条件、まだ確認できていないことを整理しながら設計を進めます。
現物確認は大切ですが、何でも測ればよいというものでもありません。まず何を変更するのか、そのために何の情報が必要なのかを考えることで、現地で見る場所や測る寸法も変わります。
これまで改造設計に関わってきても、設備ごとに条件は違います。前の設備でうまくいった方法が、そのまま次の設備にも使えるとは限りません。
図面、現物、設備の使われ方、周囲の状況、関係者から確認した条件を照らし合わせ、その設備に必要な条件を一つずつ整理していくことが、既設設備の改造設計では大切です。
まとめ
- 既設設備の改造では、何を変えるのかと同時に、残す部分や変更範囲を確認する
- 図面や資料があっても、必要な部分は現在の現物と一致しているか確認する
- 現物に付いているものも無条件に正しいと考えず、図面や改造履歴などと照らし合わせる
- 改造する部品だけでなく、取付位置、周辺空間、前後設備、配線・配管、組立・保全まで確認する
- 確認する順序は、改造内容、設備の稼働状況、立会い条件などに合わせて変える
- 写真や動画は客先や現場の情報管理ルールを確認し、撮影できない場合はスケッチなどを使う
- 現地で確認できたこと、既存資料の情報、仮定、未確認のことを混ぜない
- 見えない・測れない場所を推測だけで確定せず、設計判断に必要なら再確認する
- 改造によって既存の安全機能や作業方法などへ影響が出ないか確認する
機械設計が図面作成だけではなく、目的確認から製作、据付、試運転、保全まで関係する理由は、「機械設計とは？図面だけではない仕事と設備ができるまで」で全体の流れを整理しています。
設計時に確認が抜けやすい内容については、「機械設計で起こりやすい失敗と防止策｜実務で確認したい7項目」で、能力、取り合い、組立、計算、搬入などに分けて整理しています。