CADオペレータから設計エンジニアへの昇格は、期待の証です。

しかし、いざ「新しい機械の構想を練ってくれ」と言われると、何から手をつければよいかわからず、真っ白な画面の前で手が止まってしまうのではないでしょうか。

本記事では、機械設計の要である「構想設計」の正しい進め方を解説します。

機械における「構想設計」とは？詳細設計との違い

「構想設計」という言葉の定義を正しく理解できていないケースがあります。まずは「詳細設計」との対比を通じて、構想設計の本質を明確にしましょう。

コンセプトを決める「設計の最上流」工程

詳細設計が「図面を作成し、製造できる状態にする工程」であるのに対し、構想設計は「どのような機械を作るか（仕様・機能・構造）を決定する工程」です。

詳細設計のアウトプットは部品図や組立図、部品表ですが、構想設計のアウトプットは「設計仕様書」や「ポンチ絵（スケッチ）」、「企画書」となります。

つまり構想設計は「How（どう作るか）」を考える前に、「What（何を作るか）」と「Why（なぜ作るか）」を定義する論理的な思考が求められる工程なのです。

製品コストの8割が決まる

機械設計では「コストの約80%は設計段階で決定する」といわれています。

使用する材料、加工方法、部品点数といったコスト要因の大半は、構造が決まった時点で確定してしまうからです。

もし構想段階で誤りがあると、後工程である詳細設計や製造段階で修正が必要になり、コストと時間は膨れ上がります。構想設計の品質を高めることは機械の性能だけでなく、機械設計全体の生産性を左右します。

機械の構想設計を進める5つのステップ

では、具体的にどのように構想設計を進めればよいのでしょうか。闇雲に考えず正しい手順を踏むことで、抜け漏れのない設計が可能です。

構想設計の標準的なステップは以下の5つです。

1. 要求仕様のヒアリング・整理
2. 実現可能性と法的規制の調査
3. アイデア具現化・ポンチ絵作成
4. デザインレビュー（DR）での合意形成
5. 構想図と設計仕様書の作成

1. 要求仕様のヒアリング・整理

まずは顧客から要望をヒアリングし、リスト化します。重要なのは定性的な言葉を数値に変換することです。

たとえば「早く動く」ではなく「1サイクル10秒以内」、「そこそこの強度」ではなく「耐荷重50kg」といった具合に、定量的な数値へ落とし込みましょう。

また、なぜその機械が必要なのかという背景や目的を深く理解することで、的確な提案が可能になり設計のズレを防げます。

2. 実現可能性と法的規制の調査

要求された機能が物理的に実現可能か、類似事例や技術情報を基に検討します。

同時にJISやISOなどの安全規格、設置場所の法令、工場の社内規定を事前に調査してください。設計が進んでから法的なNGが出ると、それまでの工数が無駄になります。

新しい機構を採用する場合は、簡単な実験を行い技術的な裏付けを取る判断もこの段階で行います。

3. アイデア具現化・ポンチ絵作成

「ポンチ絵」と呼ばれるスケッチを作成し、アイデアを形にします。ポンチ絵は正式な図面ではなく、機構の構造や配置、ワークの流れを簡単な線やブロックで表したものです。

作成時は細かい寸法よりも、動力源（モータやシリンダ）の位置関係や、機械全体のサイズ感がわかるように描きます。

4. デザインレビュー（DR）での合意形成

作成したポンチ絵や仕様案を元に、上司、営業、製造、電気設計などの関係者を集めてデザインレビュー（DR）を行います。

自分1人では気付かなかった問題点、たとえば「組み立てにくさ」「配線ルートの欠如」「メンテナンス性の悪さ」などを、関係者の視点で洗い出してもらいましょう。

関係者から指摘を受けて修正し、「この方向性で進めて問題ない」という合意形成を得ることが大切です。

5. 構想図と設計仕様書の作成

DRでの指摘を反映させ、最終的なアウトプットとして「構想図（全体レイアウト図）」と「設計仕様書」を作成します。

設計仕様書には、機械の能力、動作フロー、主要構成部品、概算コスト、開発スケジュールなどを記載します。構想図と設計仕様書がそろってはじめて、詳細設計を担当するスタッフへ指示が出せるようになります。

構想設計の質を高める3つのコツ

手順通りに進めても手戻りが発生することはあります。ここでは構想設計の品質を高め、スムーズに進めるためのコツを3つ紹介します。

• 「複数案」を出して比較検討する
• 他部署を早期に巻き込み「手戻り」を防ぐ
• 既存機械や標準部品をリサーチ・活用する

「複数案」を出して比較検討する

最初から1つのアイデアに固執するのではなく、「A案：高性能・高コスト」「B案：バランス型」「C案：機能限定・低コスト」のように、特徴の異なる複数案を用意しましょう。

それぞれの案について、コスト、納期、技術的リスク、メンテナンス性などの観点からメリット・デメリットを整理した比較表を作成します。

データに基づいて比較することで、上司や顧客への説得力が増すだけでなく、採用案が行き詰まった際の判断材料になります。

他部署を早期に巻き込み「手戻り」を防ぐ

設計の初期段階にリソースを集中させ、後工程の問題を先取りして解決する「フロントローディング」を意識しましょう。

製造部門には「工具が入るスペースがあるか」、電気・制御部門には「センサ配置や配線が可能か」、購買部門には「主要部品の納期に問題はないか」などを確認します。早期に問題を先取りして対策を打つことで、後からの大幅な修正を回避できます。

既存機械や標準部品をリサーチ・活用する

ゼロからすべてをオリジナルで設計することは避けましょう。世の中にはすでに類似機構や、過去の社内実績が存在します。

たとえば、ミスミなどが提供する標準部品やユニット品を積極的に組み合わせてください。カタログ品を活用することで、設計工数と製造コストを大幅に削減できます。

過去に実績のある機構や部品を採用することは、構想設計の品質を高める有効な手段です。

よくあるトラブルと解決策

構想設計は正解のない問いに挑む作業であり、壁にぶつかることも多々あります。ここでは直面しやすいトラブルと、解決策を3つ紹介します。

• 仕様が決まらないときは「たたき台」を提示
• 技術的難易度が高く不安な場合は「要素単位」で検証・実験
• リソース不足なら「設計外注」も戦略の一つ

仕様が決まらないときは「たたき台」を提示

「要望が曖昧で仕様が決まらない」というのはよくある悩みです。

指示を待つのではなく「このような仕様はいかがでしょうか？」と、あえて未完成でもよいので「たたき台」を提示しましょう。具体的な絵や数値を見せることで、「もっとスピードを上げたい」「ここは手動でいい」といった具体的な要望を引き出せます。

技術的難易度が高く不安な場合は「要素単位」で検証・実験

経験したことのない機構や技術を採用する場合、不安になるのは当然です。そのときはリスクのある要素を特定し、そこだけを先行して検証・実験してください。

また、社内のベテランや、部品メーカの技術担当者を頼るのも有効です。

メーカは自社製品を使ってもらうため、喜んで技術提案や計算のサポートをしてくれます。

リソース不足なら「設計外注」も戦略の1つ

業務量が多すぎたり、社内の知見だけでは解決できない難題に直面したりした場合は、外部の力を借りることを検討してください。

構想設計は自社で行い手のかかる詳細設計のみを外注する、あるいは難易度の高い構想段階からパートナー企業と組むのも立派な戦略です。

機械の構想設計とは「準備」の質。まずはヒアリングから始めよう

構想設計に求められるのはCADの操作スピードではなく、関係者との密なコミュニケーションと、目的を達成するための論理的思考です。

まずはCADソフトを閉じ、現場の声を聞き、手書きのポンチ絵を描くことから始めてみてください。最初は難しさを感じるかもしれませんが、この壁を乗り越えた先には「言われた通りに描く人」から「モノづくりの中心人物」へと成長した未来が待っています。

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