工場は、材料から製品を作る、部品を組み立てる、完成した物を検査するといった仕事を行う場所です。工場の中で、人の作業を助けたり、物を運ぶ・測る・加工するなどの仕事を行ったりする機械や装置を「生産設備」と呼びます。
設備の設計とは、目的に合わせて、形、大きさ、動き、使う部品、作り方などを考える仕事です。CAD（キャド）という、パソコンで図面や立体の形を作るソフトも使います。ただし、最初からCADで形を作るのではなく、「何をする設備か」「どれくらいの量を扱うか」「いつまでに必要か」などの条件を先に確認します。
このような条件をまとめたものが設備の「仕様」です。ただし、最初からすべての仕様が決まっている仕事ばかりではありません。この記事では、必要な金額や期間を考える見積、設備の大まかな仕組みを考える構想、その後の設計へ進む前に、何を確認するのかを順番に整理します。
最初に：生産設備の仕様、言葉の使い方、誰がどこまで担当するか、誰が決めるかは、作る製品の分野、会社、設備、仕事の順番、依頼時に決めた範囲、関わる人の立場によって異なります。この記事は、運営者の実務経験と公開資料をもとに整理した参考例であり、すべての設備に共通する唯一の手順ではありません。
先にこの記事で使う言葉を確認する
機械や工場の仕事を知らない人が途中で止まらないように、この記事で何度も使う言葉を先に整理します。同じ言葉でも会社や業界によって意味が少し違う場合があるため、ここではこの記事での意味を示します。
- 製品：工場で作り、利用する人や会社へ渡す物
- 材料・原料：製品を作るために使う金属、樹脂、粉、液体など
- 工程：準備、加工、組立、検査など、製品ができるまでの仕事の段階と順番
- 顧客・客先：設備を依頼する人や会社。実際に設備を使う会社を指す場合もある
- 対象物：設備が運ぶ、加工する、測る、検査する物。製品、部品、材料などが当てはまる
- 材質：鉄、アルミニウム、樹脂など、その物が何でできているか
- 納期：設備や図面などを完成させ、決められた相手へ渡す期限
- 見積：仕事を正式に始める前に、必要な作業、金額、期間、主な条件を考えて相手へ示すこと
- 受注：金額や条件等を確認した後、依頼を正式に受けること
- 仕様：設備に何をさせるか、どの条件を満たすかを関係者で確認した内容
生産設備の仕様とは
仕様書は、設備に求める動き、能力、寸法、使う場所、安全、納期などの条件を書いた資料です。ただし、仕様が一冊の仕様書だけにまとまっているとは限りません。形や寸法を線や数字で示す図面、打合せで使った資料、メール、見積に記載した条件、顧客から受け取った資料などへ分かれている場合もあります。この記事では、それらで確認した内容を含めて「仕様」と呼びます。
搬送設備は、材料や製品を一つの場所から別の場所へ運ぶ設備です。何を、どこからどこまで、どの向きで、何個ずつ、どの速さで運ぶのかによって形や動きが変わります。対象物が同じでも、食品工場、電子部品工場、多くの機械や配管を組み合わせて原料を処理する化学プラントなどでは、使う場所、製品に求める状態、安全、清掃、記録等の条件が同じとは限りません。
国の機関である厚生労働省は、さまざまな仕事の内容を調べられる職業情報提供サイト「job tag（ジョブタグ）」を公開しています。その「機械設計技術者」のページでも、顧客の要望を確認し、会社の中や関係する会社と内容を共有したうえで、費用、安全、周囲への影響、実際に作れるかを考えながら、設備や機械のおおまかな条件を決めていく流れが紹介されています。
何も決まっていない状態では設計を始められない
設備の形や動きを考えるには、少なくとも何らかの目的、定義、指示が必要です。真っ白な状態のままでは、設計者が勝手に条件を決めることになり、顧客が必要とする設備から離れてしまいます。
すべての仕様がそろうまで何もできないという意味でもありません。分かっている内容から質問を作り、顧客の回答を整理し、必要に応じて方法や選択肢を提案しながら、設計に使える条件へ変えていきます。
運営者の経験では、設計する側が考えられる方法や注意点を伝え、顧客と一緒に内容を細かく決めていきますが、最終的な決定は顧客が行う場合が多くあります。ただし、誰が決定するか、設計側がどこまで担当するかは、会社の仕事の分け方や、依頼時に決めた範囲によって変わります。
最初に確認したい主な条件
確認する項目を並べた表は、チェックリストと呼ばれます。同じチェックリストだけをすべての設備に使うと、その設備だけに必要な条件が抜ける場合があります。次の表は、設計を始めるための入口となる例です。仕事ごとに必要な項目を追加し、確認する順番や詳しさを変えます。
| 確認する条件 | 質問へ置き換えた例 |
|---|---|
| 目的・工程 | 何をする設備か。直前と直後にはどの作業があるか |
| 対象物・材質 | 何を扱うか。大きさ、重さ、形、材質、状態に違いがあるか |
| 能力・タクト | 一定時間にいくつ処理するか。1回の動作に使える時間はどれくらいか |
| 品質・確認方法 | どの条件を満たせば合格品とするか。どこで何を測定・検査するか |
| 納期・作業予定 | いつまでに必要か。設計、部品を作る作業、設備を組み立てる作業、完成後の動作確認へ使える期間はどれくらいか |
| 設置・使用条件 | どこで、誰が、どのように使うか。清掃、点検、修理、部品交換をどのように行うか |
| 担当範囲 | 機械、センサーや配線を含む電気・制御、空気や水等を通す配管、設置工事、直前・直後の設備を誰が担当するか |
| 決定者 | 誰へ質問し、誰が最終的に仕様を決めるか |
能力・タクト・サイクルタイムを分ける
能力は、決めた時間と条件の中で、設備がどれだけの数量を処理できるかを表す言葉です。タクトタイムは、必要な生産量に合わせて製品を送り出す目標となる時間間隔として使われます。サイクルタイムは、設備が一つの動作を始めてから、次の同じ状態へ戻るまでの時間として使われることがあります。
ただし、これらの言葉の定義や時間を測り始める位置は、会社や設備によって違う場合があります。「タクト30秒」とだけ聞いて終わらせず、何を1個と数えるのか、人が作業する時間、製品の交換、検査、機器どうしが信号を送り合う時間、次の動作を待つ時間を含むのかまで確認します。
工程をたどると必要な仕様を見つけやすい
生産設備を初めて知る人は、設備名だけで考えるより、製品や材料がどのように動くかを順番に追うと、仕様の意味をつかみやすくなります。
- 材料や原料を準備する
- 次の場所へ運ぶ
- 重さ、量、位置などを測る
- 型にはめる、溶かす、加工する、成形する
- 向きや間隔をそろえて並べる
- 寸法、外観、動作などを検査する
- 結果を確認し、次の工程へ渡す
これは工程を考えるための一例です。すべての設備に七つの工程があるわけではなく、順番が違う、同じ工程を繰り返す、人が行う作業と設備の動作を組み合わせる場合もあります。
実際の工場の流れを初めて見る場合は、トヨタ自動車の子ども向けページ「クルマをつくる工場を見てみよう」で、材料を形にする、つなぐ、色を塗る、組み立てる、検査するという工程を写真や図で確認できます。自動車工場の一例であり、すべての工場が同じ工程になるわけではありません。
決定済み・仮条件・未確定事項に分ける
仕様を一度の打合せですべて決めることは難しい場合があります。そのときは、内容を「決まった」「仮に置いた」「まだ確認できていない」に分けます。重要なのは、仮条件を確定事項のように扱わないことです。
| 分け方 | 記録する内容の例 |
|---|---|
| 決定済み | 誰が、いつ、どの資料や打合せで決めたか |
| 仮条件 | 設計を進めるために置いた値や方法、仮にした理由、変更時の影響 |
| 未確定 | 確認する内容、確認先、優先順位、回答が必要な時期 |
| 対象外 | 今回の担当に含めない範囲と、担当する人・会社 |
すべての未確定事項を同じ優先度で追うと、先に決めなければ設計できない項目が埋もれます。たとえば対象物の最大寸法が決まらなければ設備の幅を決めにくく、電源表示の色のように後から確認できる内容もあります。ただし、何を後回しにできるかは設備と工程によって異なります。
見積段階でもヒアリングと仮定が必要になる
見積段階とは、依頼を正式に受ける前に、必要な作業、金額、期間、主な条件を考える段階です。受注後とは、双方で条件を確認し、正式に依頼を受けた後を指します。見積段階では、受注後に図面や部品を細かく決める設計と同じ深さまで、すべてを確認できないことがあります。一方で、条件が少なすぎるまま金額や納期を出すと、受注後に想定していなかった仕様が分かり、見積金額、設計時間、部品を作る期間と合わなくなる場合があります。
そのため、見積時にも設備の目的、対象物、能力、主な動作、担当範囲、納期などを聞き、確認できない内容は仮定や見積条件として分けます。予想が必要になる場面はありますが、推測した内容を顧客が決めた仕様のようには書きません。
受注後は、設備の形や動きを決める設計、部品を作る製作、部品を設備の形へ組み上げる組立、完成した設備を実際に動かして確認・調整する試運転に必要な深さまで仕様を詰めます。見積時の資料をそのまま確定した仕様とせず、前提が変わっていないかを確認します。
仕様変更に簡単なものがあると決めつけない
一つの仕様を変えると、別の条件へ影響する場合があります。変更する部品が小さく見えても、形や寸法を示す図面、メーカーから購入するモーターやセンサー、電気・制御、部品の製作、納期、費用、試運転まで確認し直す必要が生じることがあります。
| 変更例 | 影響を確認する例 |
|---|---|
| 対象物の大きさ・材質が変わる | 物のつかみ方、通れる幅、加わる重さや力、物の有無や位置を見つけるセンサー、触れる部分、検査方法 |
| 必要能力・タクトが変わる | 機器の速さ、複数の動きを同時に行えるか、待ち時間、人との受け渡し |
| 設置場所が変わる | 設備の大きさ、工場内へ運び入れる方法、床、電線や配管、直前・直後の設備との接続 |
| 納期が短くなる | 設計期間、注文から届くまで時間がかかる部品、製作・組立・試運転の時間 |
| 検査条件が変わる | 測定する道具、合格・不合格の決め方、結果の記録、不合格品を分ける方法、処理時間 |
運営者は、当初の説明と実際の仕様が大きく違う、担当者が必要な情報を持っていない、確認時間や納期が不足している、急な変更や難しい要求が続くといった場面を経験しています。このようなときも、一つの方法で解決できるとは限りません。何が変わったか、どこへ影響するか、いつまでに誰の判断が必要かを整理し、顧客や関係者と相談します。
設計時に確認が抜けるとどのような問題につながるかは、「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、設備の能力、担当範囲、動作に使える時間、組立、必要な部品をまとめた一覧、工場内へ設備を運び入れる作業などに分けて整理しています。
記録方法は一つに固定しない
未確定事項や変更内容は、後で見直せる形で残します。使う資料の名前だけでは役割が分かりにくいため、主な例を次に示します。
- メール：質問、回答、確認した日時や相手を文章で残す
- 図面：部品や設備の形、大きさ、材料、数量などを線、数字、記号で示す
- 仕様書：設備に求める動き、能力、使用条件、担当範囲等をまとめる
- 打合せ資料：話し合う内容、案、質問、比較等を関係者へ示す
- 議事録（ぎじろく）：打合せで決まったこと、決まらなかったこと、次に確認することを記録する
ただし、すべての顧客や打合せで正式な議事録が作られるとは限りません。記録が残りにくい場合は、設計側の図面や資料へ確認日、仮条件、未回答事項を記載する、打合せ後に確認内容をメールで送るなど、案件で使える方法を選びます。どの記録が正式な合意になるかは、顧客の運用や契約によって異なるため、記録しただけで合意済みとは決めつけません。
業界が違えば仕様の分け方も変わる
化学製品を扱う分野、陶磁器・ガラス・セメント等を扱う窯業（ようぎょう）、電子部品、食品、医療に関係する製品、多くの機械や配管を組み合わせるプラント、工場の自動化設備であるFA装置などでは、設備の分け方、工程、専門用語、優先する条件が異なります。FAはFactory Automation（ファクトリー・オートメーション）の略で、工場の作業を機械や制御によって自動化する考え方を指します。
たとえば、液体や気体を扱うプラントでは、原料の温度、押す力である圧力、一定時間に流れる量、機械の配置、液体や気体を通す配管、電気、動きを管理する制御などが関係する場合があります。一方、小さな部品を運んで検査する装置では、部品の向き、位置、数、傷の有無等が中心になることがあります。これは違いを考えるための例であり、同じ分野の設備でも条件は変わります。
記事やチェックリストを使うときは、対象となる業界、設備、工程、担当範囲を確認し、自分の案件に必要な内容へ置き換えます。別の業界で使われている方法が、自分の設備では反対の判断になる可能性も考えます。
安全条件は仕様の初期段階から確認する
安全対策を設備完成後に追加しようとすると、設備を置く位置や間隔、動き、必要な時間、操作方法、点検や修理の方法を大きく変える場合があります。設備を何に使うか、誰が使うか、点検や清掃をどう行うか、人へ危険を及ぼす可能性がある動き、電気、圧力をかけた空気である圧縮空気、油の圧力を使う油圧等の力の元を、設備の大まかな仕組みを考える段階から関係者と確認します。
けがや病気につながる可能性を見つけ、起こりやすさや被害の大きさを考え、対策の順番を決めることを「リスクアセスメント」と呼びます。仕事中のけがや病気を防ぐ活動を支援する中央労働災害防止協会の「リスクアセスメントの進め方と効果」では、その流れを手順1から手順4に分けて説明しています。実際に必要な対策は、国の法律や規則等である法令、寸法や安全等の共通基準である規格、設備を使う顧客の基準も確認して決めます。
注意：この記事の確認項目だけで、必要な速さや量を処理できること、決めた品質を満たすこと、安全であること、法令や規格に合うことが保証されるものではありません。個別の設備では、扱う物、使う場所、作業方法、けがにつながる可能性がある場所や動き、誰がどこまで責任を持つかを確認し、必要な分野の担当者と検討します。
仕様確認を進めるときの整理例
- 設備の目的と工程を確認する
- 対象物、能力、タクト、材質、納期等の入口条件を集める
- 決定済み、仮条件、未確定、対象外へ分ける
- 設計を止める重要事項から優先して質問する
- 設計側から方法や選択肢を提案し、決定者を確認する
- メール、図面、資料、議事録等、案件で使える方法で記録する
- 仕様変更時は、図面だけでなく部品、費用、納期、他分野への影響を見直す
この順番も固定手順ではありません。必要な情報が早くそろう仕事もあれば、関係者が実物や動作を一緒に確認する立会い、質問や回答を行う打合せを重ねて、誰がどこまで担当するかを決める仕事もあります。大切なのは、分からない内容を分かったことにせず、誰と何を決めるのかを見える状態にすることです。
まとめ
- 生産設備の設計には、何らかの目的、定義、指示が必要
- 仕様がそろっていない場合は、質問、提案、相談によって顧客と内容を詰める
- 納期、能力、タクト、対象物、材質等は入口になるが、優先順位は案件で変わる
- 決定済み、仮条件、未確定、対象外を分け、重要な項目から確認する
- 見積段階の仮定と、受注後の確定仕様を同じものとして扱わない
- 仕様変更は、図面、部品、他分野、費用、納期等への影響を確認する
- 業界、設備、立場によって考え方が異なり、反対の判断が成立する場合もある
条件を確認する仕様確認、大まかな仕組みを考える構想、形や動きを決める設計、部品を作る製作、完成した設備を工場へ設置する据付（すえつけ）、実際に動かして確認する試運転までの全体像は、「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」で順番に整理しています。
すでに工場で使われている設備の一部を変更・追加することを、既設設備の改造と呼びます。改造では、図面が残っているか、図面と実物に違いがないか、設備を止めて確認できる時間があるか等が新たな条件になります。詳しくは、「既設設備の改造設計｜図面がない・現物と違うときの確認」をご覧ください。
特定の製品や作業のために作る機械は、専用機と呼ばれることがあります。生産設備や専用機の設計について相談を検討されている場合は、設備の概要、扱う物、必要な処理量、希望時期、現在分かっている条件を、機械設計のご相談・お問い合わせからお知らせください。すべての条件が決まっていない場合でも、確認できる内容から対応範囲を整理します。
参考ページ
- トヨタ自動車「クルマをつくる工場を見てみよう」：子ども向けのページです。まず「プレス」「ようせつ」「とそう」「組み立て」「検査」の写真を見ると、工場の工程と人・機械の役割をイメージできます。
- 厚生労働省 job tag「機械設計技術者」：機械を設計する仕事を動画と文章で紹介しています。初めて見る場合は、最初の「どんな仕事？」と動画から確認できます。
- 中央労働災害防止協会「リスクアセスメントの進め方と効果」：安全に関するページです。専門的な言葉もありますが、最初は「手順1」から「手順4」までを見ると、危険を見つけて対策する順番を確認できます。
