非標準自動化の設計アプローチ、初心者でも理解できる｜図面を描いては当て推量する日々とはおさらば

非標準自動化デザインの発想、初心者でも理解できる｜「絵を描いては思いつくままに考える」時代とはおさらば

非標準自動化業界に足を踏み入れたばかりの新人の多くは、同じ悩みを抱えています。それは、注文書を受け取った際に頭が真っ白になり、古い図面をそのまま模倣することしかできず、たとえ製品を一つ変更するだけでも、設計作業を進めることができないというものです。

非標準構造のエンジニアとして3年間働いてきた者として率直に言えば、非標準設計に「奥義」など存在しません。すべての設備は、決まった5段階の設計ロジックに従って設計されており、 高度な力学の知識は必要ありませんし、膨大な標準部品の暗記も不要です。初心者でも理解・習得でき、一度目を通せば独自に解決策を導き出すことができるようになります。

まず、ある誤解を正しておかなければなりません。それは、「非標準」とは、好き勝手に無計画に設計することではないということです。「非標準」とは、標準モジュール、標準シリンダー、標準コンベアラインを基盤とし、顧客の製品に合わせて寸法、作業工程、動作を変更することを意味します。 構造の90％は標準部品を流用しており、自社加工が必要となるのはわずか10％に過ぎません。

ステップ1：製品を徹底的に研究し、3つの基本パラメータを把握する（80%の初心者はこのステップでつまずく）

決して最初から図面を描き始めてはいけません！まず、顧客が持っている製品サンプルを入手し、以下の3つの点を明確にして、下書き用紙に書き留めておきましょう：

その製品にはどのような特性があるのでしょうか。材質は柔らかいのか、それとも硬いのか？変形しやすいのか？寸法の公差はどの程度なのか？ 例えば、プラスチック部品は硬く把持してはいけませんし、アルミニウム部品を把持する際にはポリウレタンを挟み込む必要があります。また、薄板状の製品はピンで強く押し付けてはいけません。多くの設備で後工程において材料の詰まりやワークの破損が発生するのは、すべて初期段階で製品の材質を確認していなかったことが原因です。工程順序は以下の通りです。顧客はどのような動作を行う必要があるのでしょうか？ まず材料の供給、次に位置決め、続いてクランプ、その後が加工または検査、最後に取り出しという順序であり、この順序を絶対に乱してはなりません。例えば、寸法検査を行う際は、必ず先に位置決めを行わなければならず、先にクランプしてから位置決めをしてはいけません。そうしないと、寸法のずれを直接引き起こしてしまいます。生産能力の要件は、顧客が要求する「1分間に何個生産できるか」です。生産能力は設備のレイアウトを直接決定づける要素です。単一ステーションの場合、1分間に5個以内であれば問題ありませんが、1分間に20個以上を生産する必要がある場合は、ターンテーブルやコンベアを用いた多ステーションレイアウトを採用しなければなりません。やみくもに多ステーション化を行っても、コストを無駄に増やすだけになります。

業界用語：製品を徹底的に理解すれば、提案の半分は完成したも同然だ。

ステップ2：動作の分解。複雑な工程を単一の機械的動作に分解する

あらゆる自動化装置は、最終的に6つの基本動作に分解され、7つ目の動作は存在しない。それらは、昇降、平行移動、回転、把持、排出、反転である。

分かりやすい例を挙げると：スマホケースにスポンジを貼り付ける装置

元の工程：スポンジを把持→スマホケースの上へ移動→押し下げて密着→手を離して元の位置に戻す

分解作業では、まず吸盤でスポンジを把持して固定し、次にリニアモジュールを用いて平行移動を行い、その後、薄型エアシリンダーを用いて昇降を行い、最後にモジュールを原点に戻してリセットを行う。

初心者向けの汎用テクニック：どんなに複雑な機器に直面しても、すべてをこの6つの動作に分解してください。1つの構造で複数の動作を実現しようとしないでください。複雑になればなるほど故障しやすくなり、後のアフターサービスで非常に頭を悩ませることになります。

ステップ3：部品選定の際は、まず標準部品を優先し、加工せずに購入できる場合は加工を避ける

初心者が犯しがちな間違いは、自分で部品を製造することに熱心になり、自分が設計したものの精度の方が高いと思い込んでしまう点にある。しかし実際には、非標準品業界には次のような法則が存在する。すなわち、標準部品を外部から調達する場合、故障発生率が最も低く、納期が最も短く、かつ価格が最も安くなるのである。

業界の実情を明らかにする： 一般的な特注設備1台において、標準部品の割合は75%を占め、自社製作の板金部品や特殊治具はわずか25%に過ぎない。ベテランエンジニアの90%の時間は、図面の作成ではなく、標準部品の配置に費やされている。

ステップ4：空間の配置――3つの黄金則に従う

構造の選定が終わったら、すぐに機体全体のレイアウトに取り掛かります。無条件に適用できる3つの原則をしっかりと覚えておけば、干渉や衝突といった事態は起こりません。

トップダウン方式で配置を行い、上層では把持や検知などの動作を実行し、中層では製品の搬送を担当し、下層は電気配線とエア配管とする。配管が可動構造を横切ることを避け、可動部の回避余裕は5mm以上を確保すること。 初心者は干渉を起こしやすい。すべての可動部品と固定部品の間には、最低5mmのクリアランスを確保し、限界寸法にぴったり合わせないようにすること。組立公差により必然的に干渉が生じるため、メンテナンスのしやすさを優先して考慮する。 吸盤、センサー、ベアリングなどの消耗品はすべて装置の外側に配置し、分解せずに交換できるようにします。顧客による検収時には、まずメンテナンスの難易度を確認します。5番目のステップはフォールトトレランス（耐障害性）の確保であり、これは初心者が最も見落としがちな、安全を確保するための設計です。

規格外の設備が合格となるためには、入荷品の不良に対応できるよう、必ずエラー許容構造を設ける必要があります：