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【自動化でお悩みの方!構想設計WEB相談受付中!】機械設計とは?

2021.01.25

「もののコストと品質の80%は設計で決まる」といわれるほど設計はシステム構築にとって重要な作業です。

機械設計とはワーク(製品)を作るために機械システムの要求をユーザから聞き取り、その要求を満足するように、環境や規制などの制約条件の下システムを理論立てて作るという作業プロセスをいいます。

その基本設計作業プロセスは、下記の3つからなります。

1.構想設計
製品を作るための機械の機構や構造を考え(構想)、システムの機能を満足する仕様を決めます。これをシステム構想といい、この段階で要求事項(機能、機構、概略の大きさ、機械要素など)を折り込む必要があります。

2.基本設計
3Dモデル化や図面化し加工、組立のし易さ、制度の出し易さを検討します。概念設計に沿って、開発する機械の構造や使用部品を決定します。

3.詳細設計
製造工程でモノが作れるように「正確な寸法」「詳しい材質」「加工方法」「組立方法」などを詳細に記載した最終的な製造用図面を作成。詳細な製品の形状や寸法を決定し、部品表なども作成して、資材・購買での部品手配を可能にします。

機械製図とは


機械製図とは、その設計したアイデアを具体的に形にするためのユニット部品を、どの様に加工し組み立てていくかを明確に製作者に指示する図面を作成する作業です。

機械製図は、3次元の物体を2次元で表し、日本では見た方向から見える絵を見た方向に描く三角法が用いられています。
形状を明確に表し、これに寸法や加工、熱処理など製作に必要事項を記入し図面を完成させます。
図面は、JIS規格に則り描いていく必要があり、詳細は資格検定制度である機械製図作業職種で述べられています。
製図は従来手書きでドラフターを使用して行われていたが、今日では、2次元や3次元CAD(コンピューター支援による製図)を使用して作図が行われています。

JISに則った図面を読むことを、読図(どくず)といい、製作者側は製図者の意図を理解する読図力が必要です。

設計の為の知識

機械設計のために必要な知識として、機械工学(力学、材料力学、機構学、機械材料、加工、工作知識、締結機械要素、伝動機械要素、駆動方法、配管、接合方法、機械製図)はもちろんですが、電気・電子工学、情報工学、さらには特許や法規などに関する知識も必要となります。

設計妥当性検証

設計者は設計したものが正しく機能するか妥当性検証をする必要があり、その能力も必要となります。

システム構築のフローでは、設計図面をもとに、材料を加工し部品製作し、メーカ購入品と組み合わせて機械(ユニット)を作り、機械(ユニット)を組合わせてシステムを完成させます。

その後、電気配線や各種配管を行い、動作テストを行ってユーザ要求性能や仕様にもとづき設計した機能、性能が満たされているか、その性能のバラツキが許容値内を満足しているかの検証を行います。

条件が満たされていない場合は、設計時の何が原因であるか設計根拠(計算、シミュレーション)を分析し、原因をつきとめて、設計値に原因を反映し再度検証を行い、妥当性を検証することとなります。

図面構成

機械設計図面は、構想図、組立図、部品図、員数表の4種類で構成されます。

構想図
ものの大きさ、求める性能、使用機器を記入します。

組立図
製品と機械との関係を表すとともに各部品図の部品がどの様に結合されているかを表します。部品図の番号や、購入部品のメーカ、型式番号、数も記載します。

部品図
部品の材質、材料寸法や接合方法(溶接、接着)や機械加工に関する詳細方法を詳しく表します。製作数も明記します。部品番号は組立図内の組付け部品番号と一致させなければなりません。

員数表
部品番号にもとづき、部品名称、メーカ、型式、材質、製造数または手配数を明記します。組立図の図番と一致しておく必要があります。

注意点

機能、コストなどを検討しながら最適設計を行います。

安全率の考慮しすぎは、材料や構造のスペックオーバーをまねくため注意が必要です。

購入品やユニット選定をする場合も、与えられた仕様を満足できないことが判明したら、より良い構造・機構の再検討を行い、仕様変更や再構想をする必要があります。

MIRAI-LABでは

MIRAI-LABでは構想設計のWEB相談を受け付けております。自動化でお悩みの方は、初回無料ですので、是非お問合せ下さい。

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