メカトロニクス機器 新製品設計基礎講座をシリーズでお届けします。
若手設計技術者の設計作業の参考にして頂けると幸いです。
【書き起こし】メカトロニクス機器 新製品設計基礎講座（１）メカトロニクス機器の新製品開発プロセス：高崎ものづくり技術研究所品質改善手法動画シリーズ
(00:00) こんにちは高崎ものづくり技術研究所の 動画チャンネルをご視聴いただき ありがとうございますと研究所は主に製造 品質設計品質向上のための隠しツール手法 の開発と普及活動を行っています 設計は昔から比べると仕事の内容も変わっ てきているのの事実です 特にデジタル化が進み機械設計においても 電子回路や組み込みソフトとの機能分担を 考慮して設計を進めていく必要がありより 多くの知識や経験が必要となってきてい ますそこで今回はメカトロニクス機器設計 シリーズ1として新製品開発プロセスに ついて説塩いたしますご清聴よろしくお 願い致します一般的にメカトロニクスとは 機械工学を意味するメカニクスと電子電気 工学を意味するエレクトロニクスを合成し た言葉で機械工学電気電子工学情報工学の 知識を融合させた技術分野を意味します 現在の製品はクルマ加減製品産業用機械 ロボットなどメカ機構だけでなくさまざま
(01:05) な電子ユニット機器を使いそれらの制御を 行うことで成り立っていると言えます そのため製品の設計を行う技術者は多くの 知識と経験が必要になってきますそこで この動画では特に設計実務に携わる若手 技術者の参考となるよう具体的な設計の 進め方について詳しく解説していきます 内容はこのようになっており設計の上流 から下流までの各工程における重要 ポイントを説明していきますまずはじめに この図は一般的な新製品開発プロセスを 示しています設計を行うには設計 プロジェクトチームを組み コミュニケーションを取りながら 日程計画に沿って進めていきます メカトロニクス機器の設計はお客様要求 仕様製品企画情報をインプットしメカ設計 車電子回路設計車組込みソフト設計者など がそれぞれの専門分野の設計作業を分担し ながら構想設計基本設計詳細設計と段階的 に進めていきます最後に実機による試作 評価を行った後最終的にアウトプット情報
(02:10) として図面を出力します 設計部門が担当するのは構想設計から試作 評価までのステップです しかし問題が起きないよう製造組み立て から出荷まで製造部門をしっかりフォロー していくことが求められます次に開発 プロセスの概要を表に示します 企画段階では市場ニーズの把握競合他社の 状況や特許調査分析商品コンセプトを決め ますまた具体的なデザインや目標生の販売 価格利益目標投資額などを明確にします 構想設計段階では製品のコンセプトに 基づき技術方式や全体構成を決めます また必要に応じてサブシステムも中いるに 分解しそれぞれの技術仕様を決定します 基本設計では全体システム制御方式各 モジュールの基本構成やインターフェイス 外形寸法などを決めます詳細設計では基本 設計までで決められた機能講座をに基づき 部品の選定交差を含む詳細部分の寸法など を決めます
(03:14) 試作評価では図面通りに実機を制作して 製造上問題ないか機能性能を確認し設計上 の問題がないかどうかを確認しますまた温 湿度試験寿命試験などを実施し耐久性安全 性を評価確認しますそれでは準大手隠せ系 ステップの内容を解説します 1製品企画企画部門が顧客ニーズにマッチ した商品コンセプトを練り上げます インプットはマーケットのニーズ競合と なる他社の調査分析結果関連する特許の 調査などのリサーチを行います受注設計の 場合は発注企業の要望事項 仕様書をもとに企画行います検討プロセス においてはターゲットを絞り込んで誰に どんなベネフィットを与える製品なのか コンセプトを明確に設定してデザインや 目標生の販売価格利益目標投資額決定など 事業の概要を明確にします アウトプットは検討した内容を企画書に まとめ設計部門へ渡します企画書に記載さ れる内容は製品の仕様概要品質コスト納期
(04:22) 販売計画などになりますに構想設計 1設計部門が設計の基礎となる仕様を決め ます開発コストの70%以上品質の90% 以上がこの設計初期段階で決定します インプットとして先ほどの企画書に基づき プロジェクトチームを立ち上げ プロジェクト計画を立案しますまた プロジェクトリーダーメンバー各設計担当 を決めます 構想設計プロセスでは企画書のコンセプト に基づき具体て大きな製品の構造を決め ます qfd 品質機能展開を用いて企画 内容を設計しように落とし込みます アウトプットとして製品の構成構造機能 性能を決め構想図設計仕様書を作成します に9 fd とは9 f リートは顧客の ニーズを技術に結びつ毛戸のニーズに応え 製品企画しどの技術を開発するかを決定 する作業を行いますニーズを要求品質技術 を品質特性と言います要求品質と品質特性 と結びつけたマトリクスを品質表と呼び
(05:27) ます 品質表情で顧客要求と品質特性の重要度の 採点を行いその結果をもとに製品を企画し どの技術を開発するかを決定します9 fd は製品の品質を高めるために具体的に設計 だ外で何をすべきかを明らかにします 漠然とした顧客ニーズを具体的かつ管理 可能な項目に変換するツールとして9 f リーンを用います9 fd の手順の概要 は次のとおりです 最初に抽象的なお客様の声を集め要求品質 項目を抽出する次に8q 品質に対し技術 的な実現手段を決める構造性能等の数値化 等 そして規格品質ではどのような特徴ある 商品にすべきか商品コンセプトを設定し 要求品質の重要度を決める 最後に規格品質を実現するため今日がす べき品質特性を設計しようとして採用する 設計仕様は次に説明する設計仕様書として まとめる品質表の例を示しますライターの 商品化にあたって要求品質品質特性を品質
(06:34) 表のマトリクスにまとめそこから規格品質 項目を設定し具体的な設計仕様おせっ停止 ます酸石鹸仕様書例を示します1個概要 ニコ性能としてその条件定格企画を示し ますこれは9 fd でまとめられた設計 仕様が該当します 特に使用条件環境条件などをはっきりさせ ますまた目的機能を果たすための所為の力 制度に注意し定量的に記載します サンコーは製品の構成を示す図麺類を リストアップします3.6等製造に関する 事項3.7こう検査に関する事項では製造 から検査に必要な項目を網羅します特殊な 加工が必要な箇所特に中ウイすべき検査 項目保管今冬輸送上の注意事項等です4 構想図1-0をします構成するユニットの 種類とユニットごとの外形形状寸法 接続方法などを記載します また装置全体の筐体デザインユニットの 実装方法
(07:38) 外観寸法などの構造を示しま構想図2-0 として各ユニット間の信号の入出力通信 回線との接続など主に信号系統を表した 構想図を示します このように物理的な構造論理的な接続を 示すものなど目的に応じて構想図を作成し ますご開発プロジェクト計画の例を示し ます全体スケジュールはプロジェクト リーダーが管理し各設定担当者の進捗を 確認しながら調整します また各設計ポイントでデザインレビュー d ir を開催しますさん基本設計 トップダウン設計手法により大枠の構想 からユニット部品の設計へと作業を進めて いきます インプットとして構想設計で作成した設計 仕様書構想図を基に各部の設計を プロジェクト計画に沿って作業を進めます 作業プロセスではトップダウン設計手法を 用いて装置全体の構成ユニット構造を決定 し静的構造動的メカニズム制御方法を決定 します
(08:42) アウトプットとして構造設計として製品 構成ツリーにより詳細な構造図回路機能 ブロック図を作成します組込みソフト設計 としてフロー状態遷移表を作成します シミュレーションい実施結果として構造 解析熱解析実施結果を出力します1トップ ダウン設計手法とは構想設計で作成した 構想図を基に装置全体の構成 trees を作成します まず装置を構成する大きな括りから レイアウトを先に決めてその後各ユニット 部品を順次席巻していく方法トップダウン 設計と言います設計プロジェクトチームで は各ユニット5とに担当者を決め分担して 細部の機能や構造の設計を行います マイルストーンを設け design review dr を実施し コミュニケーションを図りながら確実に ステップを進めていきますに構造の基本 設計の手順を示します 外径デザインから構造に必要なスペースが 決定するので決められたスペース内で各 部品の設計を行う部品の具体的な寸法決定
(09:48) 部品の接続方法決定部品同士の干渉を チェックしながら設計を進める電子部品が 入る場合は回路設計者と配置スペースを 取り決める 決められた性能が得られるように材料を 選定する適用した材料で強度が保てるか 京都計算シミュレーションを行う 振動や衝撃摩擦の程度を検証しそれに 見合った部品形状配置を行う酸回路 ブロック図機械装置の回路部は基本設計に おいて回路ブロック図でぜん耐候性が示さ れそのブロック図中の機能ユニットごとに 機能性能仕様インターフェース仕様が規定 されその後角界をの詳細設計を行っていく 性能やインターフェース仕様折り返した上 で部品選定論理回路設計基盤設計と詳細 設計に入っていく4状態繊維とは ソフトウェアや装置システムの状態が さまざまな条件やイベントによって変化 することを指すがそれらの変化を図形や ヤジルージュで表現したものを状態遷移図 と良いシステムやソフトウェアの塩動きが
(10:52) ビジュアルでより俯瞰的に捉えることが 可能になります 状態遷移表とは状態とイベントを マトリクスで表現したものです 状態とイベントの組み合わせを網羅的に 検討できるため処理の抜け漏れ鶴城対し大 漏れがないかどうか検討することが可能に なりますここで自動車のアクセルと ブレーキを制御する上対戦表を見てみます 状態遷移表を作成しイベント発生に対する 状態と動作を漏れなく定義します このことにより誤操作や故障による事故 発生の有無を検討することができます 例えば走行中アクセルが戻らなかったら どうなるか状態はどう変化するか危険は ないかなどまた走行中アクセルとブレーキ 木を間違えたらどうなるか状態はどう変化 するか危険はないかなどさらに走行中 ブレーキが利かなかったらどうなるか状態 はどう変化するか危険はないかというよう に考え 制御上の検討もれ安全上の検討もれはない かどうかを確認します4詳細設計
(11:56) 1部品のレベルので具体的な構造や寸法 公差を決めていきます ここで安定した生産ができるように製造 部門に伝えるための設計情報を付加します インプットとして具体設計が出力された 合成ツリー構造図機能ブロック図により 部品単位まで指定した設計を進めます 作業プロセスとして cad cad 設計 により3 d データ2 d データを 作成し具体的な構造や寸法公差を決め設計 情報製造可能な情報に変換します アウトプットとして加工組み立て等の製造 し事業として構成品表部品図組立図を作成 また購入するユニットや部品も構成品票に 明記しますに詳細設計では基本設計からの インプット情報に基づいて製品の製造し塩 として用いる数麺類をアウトプットします input 情報香草基本設計情報 構想図設計仕様書機能ブロック図など input 情報となるドキュメント類の
(12:59) ほかに関係する担当者の最新設計情報を 都度入手しながら進めます output 情報設計ドキュメント 製造仕様書組立図部品図部品表ボム3 d データなど 安定した製造や保守ができるよう ドキュメント残しておくことが重要となり ます わかりやすく具体的な表現に心がけること 確認を怠ったり解釈に誤解を生じると後で 組み込めないトラブルが発生しますこれを 防ぐため書面や図面で記録を残しながら 確実に作業を進めていく室表があります さん詳細設計段階においては個人作業が 中心となり第三者によるチェックが困難な 状況となります人的ミスを減らすため上流 工程で行った検討結果の履歴を記録し再 確認できるようにしておくことが重要です 詳細設計プロセスにおけるミスは設計段階 のミストを製図データ作成段階の水に分け られそれぞれ計算ミス反乱だミスもれ 勘違い検討不足などが発生します 特に購入部品電子回路板などの干渉
(14:05) チェック 可動部品の干渉チェックを念入りに実施し ます組立図の具体例を示します基本は三角 法用いた2 d ずを出力します こちらは部品表の例です 品名片目コード部品番号 数量材質購入先名などが記載されます ユニットアッセンブリの構造図の例を示し ます組み立て後の各部の寸法や注意事項が 記載されます 部品図の例を示します 部品加工上の注意事項 寸法精度高さ寸法の原点表面粗さ平行度 などが記載されます 組み込みソフトの生業フロー図の例を示し ます飛行ユニットがどのような動作を行い その結果どのような情報を得るのかまた アウトプットするのかを規定します具体的 にはセンサ情報の読み取り アクチュエーターの駆動演算方法などを
(15:10) 決めます 回路図の例を示します ic や電子部品 の接続コネクターとの接続を表します回路 図を基に電子回路版を製作します 試作と評価テスト施策は設計の結果が問題 ないことを確認する手段であり設計部門が 責任をもって進め量産のことも視野に入れ た確認を行う施策で発見された問題は二次 障害が発生しないよう細心の注意を払って 仕様書図面にフィードバックを行い設計を 完了させます 試作評価では昨日信頼性安全性など さまざまなせの評価試験を行うことで設計 の問題点や改善点を明らかにしていきます また梁山のことも視野に入れた製造上の 問題点の有無の確認を行います注意し なければならないのは設計ミスを洗い出す ばではないことを認識しておく必要があり ます よくありがちなこととして設計納期が迫っ てきたため詳細検討を放棄し試作評価で
(16:15) 確認すればよいとする考え方があるがこの 考え方は絶対にやめるべきです施策評価 確認項目としては主に以下の項目が挙げ られます部品が干渉しないか意図した通り の動作が行われるか目的の精度は達成でき ているか目的の処理スピードは達成できて いるかなど10項目について確認評価を 行います 評価試験のポイントとしては信頼性安全性 が保障できるか機能性能な満足できるか 製造工程上問題ないかなどとなります評価 試験の主な種類としては環境試験衝撃試験 耐久試験ノイズ試験などがあります以上で メカトロニクス機器の新製品会派2 プロセスについての説明を終わります 引き続き新製品設計基礎コースをご視聴 下さい 高崎ものづくり技術研究所ではこのほかに も製造業の設計製造に関する動画ワっとし ておりますので参考にしていただければ 幸いですまたチャンネル登録もよろしくお 願い致します
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