構想設計から詳細設計までデータをつなげることの重要性

これまでの産業機械の設計ツールは2DCADのシェアが高く、どちらかといえば3DCADの活用は自動車や建築など、ほかの産業分野に比べると遅れていました。産業機械は複雑な曲面を必要とする場面が少ないため、そこまで3DCADの機能を必要としていなかったためです。

しかし近年ではモデリング機能だけではなく、PDMやラピッドプロトタイピングといった設計～調達～製造のエンジニアリングチェーンを一貫したデータ活用の機運が高まっています。こうした「データのつながり」の重要性が増すなか、産業機械での3DCAD活用事情も変化が現れています。

データが途切れるミッシングリンク

3DCADプラットフォームの下流プロセスに及ぶデータのつながりは、2DCADに比べてはるかに優れています。3DCADは設計図面から（設計）、部品表（調達）、加工図、組立図（製造）までを1つのプラットフォームで横断的につなぐことができるためです。

その一方で、3DCADプラットフォームのデータリンクは一度崩れてしまうと大変な修正作業が必要になるという側面があるため、ミッシングリンク（データリンクの欠損）対策が重要になってきます。

人の手が入ってしまう弊害

ミッシングリンク（データリンクの欠損）の原因としては、人為的なミスや勘違い、運用ルールの不徹底、データサーバーなどのシステム更新によって、データリンク情報を書き換えてしまうことなどが挙げられます。

システムがどんなに優れていても、人が使う以上、思いもしないミスや勘違いは起こり得ます。それらを完全に防ぐことも非常に困難です。そのため、人が間違いを起こしても被害が最小限に抑えられるようなシステム構成や運用を検討することが大切です。

特に注意するべきなのは、削除、コピー＆ペースト、上書き保存などのデータの保存場所にかかわる操作です。多くの企業では、これらの操作に対し作業者権限を設定する、データサーバーのミラーリング、オンラインデータだけではなく光学ディスクや紙情報としてバックアップしておくなどの対策を取っています。

構想設計から詳細設計でもミッシングリンク

設計の初期段階である構想設計から詳細設計に移行する場合のミッシングリンク（データリンク欠損）は、特に致命的な設計ミスを誘発する可能性があります。構想段階での設計意図が伝わらないと、仕様書の要求事項を満たせないといった事態も起こり得ます。

そもそも構想設計とは何を指すのか

構想設計とは製品や装置のコンセプトや方向性を定める設計であり、製品や装置の付加価値を決める重要なプロセスです。

構想設計では、クライアントの要求仕様に応じた製品や装置、生産能力や設置スペース、コスト、納期、安全性、持続可能性などを実現するための計画を作成します。したがって、構想設計は設計部門の中でも幅広い知見と経験を持つベテラン技術者が担当することが多いです。

対して詳細設計は、構想設計のコンセプトを実現するために強度や剛性、機能、信頼性、メンテナンス性といった視点から、部品1つ1つを詳細に設計して選定し、部品表作成するプロセスを指します。それぞれの企業で技術的、経営工学的、統計学的などの多様な視点から、データや実績に基づき設計標準を制定します。

したがって構想設計に比べると定性的、定型的な業務となるため、経験の浅い設計者が担当する場合やCADトレースの専門業者に委託する場合もあります。

構想設計を経て製造までのフロー

仮に製品Aを生産するための製造装置立ち上げを想定すると、構想設計から製造までのフローは以下のようになります。

1.要求仕様の把握、クライアントとの認識レベル共有

• 製品Aの構成、大きさ、硬さ、精度などの特性や、傷、打痕、吸着痕などの許容値など、注意点の認識共有
• マシンタクトや検査項目、設置スペース、予算、納期、安全性など、設計条件となる要件の把握

上記のような要求仕様を正確に把握、認識を共有し、行き違いがないようクライアントと綿密な打合せをおこないます

2.概略設計、概略見積と妥当性の確認

• 要求仕様を実現するための装置レイアウト
• 必要となる機能や主要機器 　
• 設計、組立、立上で予測される工数

これらの情報から簡単な平面図として概略設計をおこない、過去の実績などを参考に概算の見積を作成します。そして概算見積でどの程度利益が確保できるのか、要求納期は実現できるのかといった経営的視点から、要求仕様に対する自社サービスの妥当性を確認します。

3.クライアントへ装置概略と概略見積額、納期の提示および詳細調整

4.概略設計を基に構想図作成

概略設計をもとに、装置のキーコンセプトとなる、工程の位置やモノの流れ、工程間搬送方法、検査方法など、より具体的な装置としての実現性を確保するための設計をおこないます。

上記1～4が大まかな構想設計のプロセスとなり、クライアントの承認が得られるまで、3、4を繰り返しおこないます。そして、クライアントから正式に受注をした後、

5.詳細設計によるユニット設計（機械設計、電気設計、プログラミング）部品図作成、部品表、組立図作成

6.部品表を基に部材発注、納品管理

7.組立・配線、デバッグ、立上調整、検証、納入前立会

をおこない、7の検証と立会でクライアントの要求水準に達するまで5～7を繰り返すのが、詳細設計から製造までのプロセスです。

構想設計から詳細設計までつながるメリット

構想設計から詳細設計までデータがつながる最大のメリットは、構想設計、詳細設計を同時進行的に進めることができる点にあります。

上記プロセスでは、構想設計と詳細設計のプロセスは分断されており、構想設計が終わらなければ詳細設計に移行できないように見えます。しかし、実際には装置のすべてが新規設計であることはまれであり、実績のあるユニットなどは仕様に合わせて多少変更したうえで流用されることが多いです。

したがって、そのような箇所は構想設計が完了しいなくともプラットフォーム上でデータがつながって構想の固まった部分が明確になっていれば、先行して詳細設計に着手することが可能な部分もあります。このように複数の部署が1つのデータをもとにパラレルで進行することをコンカレントエンジニアリングと呼びます。

またデータが横断的につながるもう1つのメリットは、プロセス間の分断が少なくなり、設計意図の正確な伝達や効率的なデザインレビューが可能となることです。これにより設計ミスの防止やコンセプトの見直しといった大幅な設計手戻りの防止が期待できます。