機構設計者という職種は、「要求事項を整理し、具現化する」のが仕事である。要求事項を「整理し」という用語が加わることで、この職種の仕事は、全ての工程に強く影響することになる。
本日は、設計手法について、軽く述べたいと思う。というのは、機構設計の仕事をしていても、その仕事を理解していない人が多いからである。モノ作りエンジニアの花形でありながら、最も重労働で、対外的には影の存在の機構設計職について、少しでも理解を深めていただきたい。
１．機構設計職の設計の進め方
具体的には、下記のステップに従って、仕事を進める。
① 要求事項の整理
② 具現化する方法を考える
③ 場所、材料、道具をそろえる
④ 作って、確認する
２．①と②について
ここで、最も創造的で楽しく、難しく、責任重大なのが、①と②である。完成度が決まってしまうからである。いわゆる、「紙上試作」という段階であるが、「具現化するまでの道筋」を頭の中や紙に書いて(描いて)、ここで完全にしなければならない。8割ほどのエンジニアが、ここを疎かにして、見せかけの成果を上げるためにCADやCAEに走るが、出たとこ勝負の設計になるので、変な物が出来上がる。
悪い会社は、こうした変なやり方をして半端な物を作ってきたエンジニアが、口がうまかったり、取り繕うのに長けているために、出世して、権力をふるっており、本来の素晴らしい開発の在り方をかき乱してしまっている。設計内容を理解し、その動きをイメージする能力が不測しているのに、美化された自分の経験とスピードを軸に、完全な物を求めようとする。「開発速度」と「品質」を見誤るのである。
①の要求事項の整理では、企画部が出した要求仕様を、具現化する立場の者として解釈し、企画に確認する。また、企画に確認して、強度などの品質や法律に関わる疑問がある場合は、品質保証部に確認を求めなければならない。さらに、組み立て方に関して、特殊工具、治具の有無、工数などに疑問がある場合は、工場や加工メーカー様に問い合わせをする。また、電波や回路はハード設計者へ、制御仕様やUIに関しては、ソフト設計者へ、外観意匠はデザイナーに、展示会の計画は営業に確認を行う。こうしたことを何千と繰り返し、「要求仕様の解釈書」が出来上がる。言い換えれば、「設計部の回答予告状」である。
この解釈書には、「要求事項の優先順位」「日程」「予算」が論理的に予測されたものが記されていなければならない。特に、要求事項の優先順位は、重大である。これを疎かにすると、②のステージに入ったときに、いきなりトレードオフの壁にぶち当たることにある。例えば、「要求事項；業界最軽量、史上最強強度」というものを前にし、どうするであろうか？？？こうしたとき、企画が想定しているお客様のイメージを会話し、最軽量と最強度のどちらがより重要なのか？やはり両方必要なのか？を決める。
②の具現化する方法を考えるでは、①に答えられるように全思考を集中させる。具現化できれば良いので、やり方は三者三様であるが、ここでは、一つのやり方を提言したいと思う。これは、私がやっている方法である。
【STEP1】形(と、動き)を成立させる
(1) イメージし、絵に描く
(2) ①を再点検し、加筆・修正をする
⇒ 形、動き、必要要素、長短所 を明確にする。短所の改善策を講じる。
【STEP2】「法律、規格、他部署」懸念項目を成立させる
(1) 法律や規格上、使えない材料、色、などの特記事項を再確認
(2) 他部署懸念点( FG / 組付け工数 / 輸送 )を再確認
⇒ 形状や要素の加筆・修正を行う
【STEP3】強度、材料選定を完了させる
(1) 材料を仮選定する
(2) 形状を簡易形状(角材や丸棒)にし、ざっくり強度計算をする
(3) 補強箇所を明確にする。
⇒ 形状で補強するか、高強度材料の採用で補強するかは、日程と予算(①)次第。
⇒ 簡易形状には、RやC面はいれない。
⇒ ざっくり計算では、「応力 σ=F/A, 断面二次モーメントI=K・ｗ・t^3, 変形量δ=K’・(L^3/EI)・F, KとK’は、正定数」などを知っておき、素早く判断に必要な傾向を把握する。
【STEP4】CAD＆CAE
(1) CAD化する。
(2) CAEで強度を再確認する。
⇒ CAD化は、大きな会社なら、CADオペレータという人がいる。只の作業。ただし、この工程で、量産性を考えて、金型で抜きやすい形状に整ることが求められる。いわゆる、「勾配付け」「減肉」である。下記の原則を列挙しておく
・意匠面は「CAV」、その逆は「COR」
・CAVは金型から早く離れて欲しいので、勾配を急にしておく。
目安：CAV3° COR1°
・スライド数は、部品着座面数N個について、N-1個必要( 原則 )
・成形品は、成形不良回避のため、断面急変箇所には、CやRを設置すること
・減肉は、最薄部でも厚み1.0とする。
⇒ CAEは、試作しなくても強度計算や流体解析を行うことができるので、今後の発展がますます期待される。ただ、(ある条件下の)解析結果と実際の紐づけの知見を蓄えることとが大事である。システムを導入してすぐ使えるわけではない。また、予期せぬ項目の発見ができないので、CAEを導入したから、試作を廃止することは、あってはならないと思う。試作回数は減らせる。
ここまで読んで、CAEで解析するんだから、ざっくり計算なんて不要という人がいると思う。しかし、ぞれぞれ趣旨が異なるので、ここで整理し、別物であることを述べておきたいと思います。
ざっくり計算は、形状を紙上で作っていくための判断基準とするために必要である。また、自然法則を設計者が完全に理解している範囲内で適用し、「ここはこの厚みや形で大丈夫そうだ！」と判断しながら進めるので、設計能力を飛躍的に向上させることができる。さらに、そうした作りこみによって、何となく設計がなく、機能美が生まれ、それが知的財産の権利化提案につながる。
★さっくり計算の目的
・紙上試作の判断基準
・設計者の本質的技術向上の場
・形状と機能の明確化 (なんちゃって設計の排除)
・機能美と知的財産性の発見
一方、CAEの目的
・本試作の品質予測 ( 紙上試作の予測確認 )
・部品単位ではなく、他部品含めた全体の中での補強点の発見
その他、視覚効果があるので、対外的に説明しやすいなどあるが、それは二義的である。また、上記のように列挙すると、紙上試作 が、CAEの直接導入の縛りになっているようにみえるが、紙上試作を廃止してはならない。ここをなくすと、「CADで形を作りながら、コンピュータに強度解析をさせ、答えを探す設計」になって、非効率である。なぜなら、「考えなし」に「造形↔解析」を繰り返すことになるからである。これが「考えあり」になると、紙上試作をすることと同意になる。また、自然法則を理解し、適用するという知的行為をコンピュータに依存するので、設計スキルが向上しない。よって、CAEだけの導入は、NGなのである。
仮に、Discovery Live のように、造形しながら強度がリアルタイムに出力されたり、逆にソフト側から形状の提案があるのは、素晴らしいことだが、設計者はどんどん無能になって行く。このソフトがなければ何もできない人間になってしまう。。。これは、商業ベースに乗せられているだけではないのか？組織のために長期的に考えたら、本当に良いことなのだろうか？？？ここは、重要な命題である。
③と④は、言うことはあまりない。しかし、現実的な話を少しすると、試作メーカー様、デザイナー、ソフト、ハード、資材調達、量産メーカー様、資金部、経理部、役員稟議、品質保証部、工場、現地立ち会い、知財部、サービスマン、営業との設計主導の協働が、この③と④とその後にはある。機構設計者がいないと、モノ作りは成立せず、ハード設計者、ソフト設計者は、そのパーツの一部担当に過ぎない。機構設計者には、繁忙期という概念はあまりない。いつも繁忙期なのである。自殺者も多いことを忘れてはならない。そのため、外資系では、機構設計者の給料を、その他のエンジニアの給料に対して優遇するなどしているが、事態は解決されないだろう。根本的解決には、業務付加の軽減と、思想的な変革が必要である。これは別途述べることにする。
３．余談：はびこる無能な企画部と品質保証部
何処の会社にも、企画という組織がある。日本の企業では、品保とならんで、無能な集団であることが多い。。
この企画は、「要求仕様」という書類をまとめ、設計にそれをわたす。設計は、それを具現化させる責務を負っているので、企画、営業、そして品質レベルを確認するために、品質保証に確認しながら、形にしていく。
要求仕様というのは、「我が社が利益を出すために、こんな製品が必要である」というものをまとめたものである。
しかし、日本の多くの企業の企画は、この要求仕様の重要性を理解していない。「こんな製品が欲しい！」という願望の列挙と、コスト試算による願望の絞り込みに終始しており、利益を出すための戦略(市場分析、願望の科学的分析、それらによる複数の戦略立案とその優先付け)ができていないのである。
もう一度言う。日本の多くの企業の企画は無能である。その理由は、「戦略立案がなく、願望の列挙に終始している」からである。そのため、「売ったら、売れなかった。赤字だー。株主の皆様ごめんなさい」となるわけである。ここ20年、日本の多くの会社が、新たな市場価値をもった革新的な製品を作れていない。これは、企画が仕事をしていない証拠である。
・市場分析の結果、ここに潜在的価値がある。根拠はこれです。
・その市場を取ることによる予想利益はこうです。根拠はこれです。
・その市場参入の障害は、これです。競合企業、人種、宗教、環境など。
・その障害の特徴、強み、弱みはこれです。根拠はこれです。
・対象年齢、性別、職業が、これです。根拠はこれです。
・これらの分析に基づいて、こうした戦略を立てました。
プラン1：Aをやり、Bになったとして、Cを進め、目標達成( 予想確率30% )
プラン2：Aをやり、B’になったとして、C’を進め、目標達成( 予想確率14% )
※ 予想確率は、企画室のメンバーで話し合って決める。やり方は、Aが起こる確率を決め、次にBとB’、そしてCが起こる確率を定める。後は、かけるだけである。この確率は、企画部のメンバーがなんとなく思っている割合を集計し、平均したものでよい。この置き方こそが、ベイズ統計の一歩である。
同様に、商品イメージも考える。
・この層の人が、こんな感じで使ってほしいと考えている。
・これが市場に受け入れられるかどうか統計調査、及び検定を行った結果、有意な値がでた。実際は微調整は必要だが、中長期的に受け入れられそうである。根拠はこれである。
・以上から、利益が見込める市場はこれで、そのためにこうした戦略をとる。基本戦略はプラン1で、状況がかわったらプラン2、プラン3に切り替える。このプランを遂行するために、こんな製品が必要と考えている。これが想定ターゲットに受け入れられることを示す統計データである。設計、開発の皆さま、是非、このコンセプトに即した製品の立ち上げにお力添え下さい。
という具合に、答えて欲しいのである。つまり、企画部の担当もその上司も、戦略とお客様が豊かに暮らす使い方を明確にイメージし、根拠となるデータを予測計算結果を示せなければならないのである。ここができていない人が、見たところ、90％以上である。シャープ、カシオ、日立、NEC、富士通、東芝、、、皆、内情は知らないが、世に出てくる製品を見る限り、同じようなジレンマを今も抱えていると思われる。実際に作るのは、あなた達企画じゃなく、設計である。つまり、実際にモノ作りという壮大な戦いをするのは、設計者なのである。その設計者に対して、戦場の詳細や戦略、勝算を示さないで、「日程内で作れ！」というのは、「勝算はわからないけ、突撃しろ！運が良ければ勝てるぞ！」というのに等しい。。。あなたは、そんな無能な指揮官についていけますか？？？
企画は、本来は、戦略本部なので、最も優秀な人材がいるべきである。しかし、多くの企業では、二番目に無能な者が詰め込まれる場所に感じる。
さて二番目と申し上げたが、一番は何処なのか？そう、それは品質保証である。彼らは、簡単に言えば、「内容を知らないくせに判断する立場にある者たち」である。本来は、エンジニアをやった者が、品証をやるべきなのだが、団塊世代や、ベビーブームの影響で溢れた人材、および、単純作業しかできないために社内で行き場の失った者ののはけ口となっている。新人教育期間に能力不測と判断され、入社以来品証一筋という人もかなりいる。
本来は、製品の特徴を理解し、基準を計算で求め、企画の要求仕様に反映させて、設計検討させ、出来上がったものを判定するのが正しい在り方である。優秀な人材が必要な職種である。しかし、吐け出された者や、品証一筋の人には、こんなことは蚊帳の外である。知恵も理解も回らない。そのため、全体として無能の様相が強いのである。
彼らは、「全てはお客様のため！」という大義名分のもと、過剰な品質要求を求めてくる。
逆に言えば、過剰な品質要求を満たしてくれれば、自分たちが安全で楽だからである。
上記の大義名分と、彼らの本音はよく理解できる。問題なのは、下記の二点である。
① 要求品質が過剰かどうかの予測が立てられないこと
② 予測する知識や知恵がないのに、職種的に判断する立場にあること
上記を端的に口悪く言えば、「馬鹿なくせに権力をもっている」ということになる。そんな人とたちが、何となく基準を作って、それをお客様の安全値であるとして、設計に要求してくるのである。
例えば、皆さん、自分の家でパソコンを使っていて、机から落とした。そのとき、どう思うだろうか？？「あー壊れた😖」と思うのが、普通ではないだろうか？？開発の現場では、「いや、壊れちゃだめだろ。壊れなくなるまで設計変更しろ。え？コストUPする？そんなの知らねーよ。お前たちの仕事だろ？」という会話しか返ってこないのである。同じ会社の仲間である。職務に忠実であると同時に、皆でよくする考えがなければ、建設的な議論などできないのであるのだが、そんなことも分からない馬鹿が多い。
ここで、じゃあ、壊れないために、具体的にどのくらいの強度に耐えられたらいいのですか？というと、品証は途端に答えられなくなり、それを論破されそうなくやしさからか(←権力をもっているため、勝手に、勝ち負けでとらえる風潮もよくない)このくらいの高さから落として壊れないこと！とか、過去実績からこれ！とか、俺がいいと言うまで！とか言うのである。彼らの問題を追加する。
③ 同じ社の仲間だが、職務に忠実なだけで、皆でよくする頭がない
設計は、常に全体を考えているので、品証がアホだと、自ら基準を策定して、下記のように提案することになる。
「企画書や要求仕様から現実的な使用状況を考慮して計算した結果、この強度で十分と考えます。その評価方法は、こうです。これで一緒に確認してもらえませんか？」
こうすると、全体として良くしたいという気持ちのある保証の人は、一緒にやりましょう！というが、能力の低い人は、話が分からないことや、慣習が変わることへの抵抗からか、「だめだ！一遍たりとも変更はゆるさん！」と喚くことになる。
ホリエモンが、在庫リスクを抱える事業をやる奴は馬鹿だと言ったが、在庫リスクだけでなく、不要な人員も抱え込むことになるという意味でも、ある程度賛成である。しかし、現実的には在庫リスクを抱える仕事をしないと、我々の生活は成り立たないのである。その為にも、この品証、前述の企画、話題には出なかったが営業をどうすなければならいかも、後日別途述べたいと思う。
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【本日の癒し】(渡り鳥)ジョウビタキ
まだまだ寒いですが、木の芽も出てきて、少しづつ春が近づいてきました。
