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設計検討って、どないすんねん! STEP2
設計環境の変化に合わせて最新の手法を活用した仮説検証型設計

定価(税込)  2,530円

監修
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著者
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サイズ A5判
ページ数 216頁
ISBNコード 978-4-526-08028-9
コード C3053
発行月 2020年01月
ジャンル 機械

内容

IoTやAIを活用した新しい3D設計が広がり、製品企画者・設計者・製造担当者・品質評価者・営業担当者が協力して行う「フロントローディング開発」が浸透する中、それを実践していくための知識とノウハウを紹介。各設計プロセスの進め方を丁寧に解説。

山田 学  著者プロフィール

(やまだ まなぶ)
 1963年生まれ。兵庫県出身。技術士(機械部門)
 (株)ラブノーツ 代表取締役。 機械設計などに関する基礎技術力向上支援のため書籍執筆や企業内研修、セミナー講師などを行っている。
 著書に、『図面って、どない描くねん!』『めっちゃメカメカ!基本要素形状の設計』(日刊工業新聞社刊)などがある。

岡田 浩  著者プロフィール

(おかだ ひろし)
 1965年生まれ。福岡県出身。技術士(機械部門)
 1991年にオムロン株式会社に入社。金属・樹脂材料の加工の影響を考慮した強度・疲労寿命評価と改善、電子機器の放熱対策、新生産工法の開発に取り組むとともに、構造・熱・樹脂流動CAEの教育・推進に従事した。現在は、「AIを用いたCAE技術革新と設計上流での活用に関する研究」に従事している。
 社外では、NPO法人CAE懇話会の関西支部幹事などで、CAEの製造業への推進活動にも携わっている。
 著書に、『解析塾秘伝 CAEを使いこなすために必要な基礎工学!』『塾長秘伝 有限要素法の学び方!(共著)』(日刊工業新聞社刊)などがある。

山田 学  著者プロフィール

(やまだ まなぶ)
 1963年生まれ。兵庫県出身。技術士(機械部門)
 (株)ラブノーツ 代表取締役。 機械設計などに関する基礎技術力向上支援のため書籍執筆や企業内研修、セミナー講師などを行っている。
 著書に、『図面って、どない描くねん!』『めっちゃメカメカ!基本要素形状の設計』(日刊工業新聞社刊)などがある。

岡田 浩  著者プロフィール

(おかだ ひろし)
 1965年生まれ。福岡県出身。技術士(機械部門)
 1991年にオムロン株式会社に入社。金属・樹脂材料の加工の影響を考慮した強度・疲労寿命評価と改善、電子機器の放熱対策、新生産工法の開発に取り組むとともに、構造・熱・樹脂流動CAEの教育・推進に従事した。現在は、「AIを用いたCAE技術革新と設計上流での活用に関する研究」に従事している。
 社外では、NPO法人CAE懇話会の関西支部幹事などで、CAEの製造業への推進活動にも携わっている。
 著書に、『解析塾秘伝 CAEを使いこなすために必要な基礎工学!』『塾長秘伝 有限要素法の学び方!(共著)』(日刊工業新聞社刊)などがある。

横田川昌浩  著者プロフィール

(よこたがわ まさひろ)
1968年生まれ。静岡県出身。技術士(機械部門)
 メーカー勤務。公益社団法人日本技術士会会員。
 著書に、『トコトンやさしい機械設計の本』『技術士第二次試験「機械部門」完全対策&キーワード100』Net-P.E.Jp編著(日刊工業新聞社刊)などがある。

藤田政利  著者プロフィール

(ふじた まさとし)
1971年生まれ。愛知県出身。技術士(機械部門)
 メーカー勤務。産業用ロボットの研究・開発に従事。
 専門は機械力学、高速位置決め制御技術、構造解析技術など。
 著書に、『トコトンやさしい機械材料の本』(日刊工業新聞社刊)などがある。

山岸裕幸  著者プロフィール

(やまぎし ひろゆき)
 1975年生まれ。技術士(機械・総合技術監理部門)、APEC Engineer(Mechanical)
 工場建設に関わる建物や空調などのプラント設計を経験後、金型設計や自動組立装置の設計を通して生産技術と製品設計に従事し、現在は、総合研究所にてレーザを駆使したプロセス研究と、微細電子部品の開発を担当している。海外の生産拠点における量産立ち上げの経験も豊富。

宮本健二  著者プロフィール

(みやもと けんじ)
 大阪大学大学院工学研究科博士課程修了、博士(工学)。
 大手自動車会社の総合研究所にて先進技術(車体の軽量化、異種材料接合、低温接合など)に関する研究開発に従事。
 専門は機械工学、材料力学、マテリアル生産科学。
 著書に、『自動車用途で解説する!材料接合技術入門』(日刊工業新聞社刊)がある。

目次

第1章 設計検討とは?
1-1. 設計業務
1-1-1 設計業務する上で
1-1-2 設計検討する上で
1-2. 設計マネジメント
1-2-1 設計マネジメント
1-2-2 品質マネジメント

第2章 設計検討の前提(設計環境の変化)
2-1. 設計における安全と環境への対応
2-1-1 設計における安全への対応
2-1-2 設計における環境への対応
2-1-3 貨物または技術の輸出時の対応
2-1-4 自然災害などの外乱を考慮した設計
2-2. 働き方改革と生産性の向上
2-2-1 労働生産性と働き方改革
2-2-2 労働力の確保と設計者の心構え
2-2-3 バリューチェーンのグローバル化対応

第3章 構想段階
3-1. AIとIoTを用いて顧客の趣向を分析する
3-1-1 AIとIoTの定義と関係性
3-1-2 機械学習(3パターンの定義と特徴)
3-1-3 ニューラルネットワーク・ディープラーニングと各種統計学的
分析手法(「顧客の要求を知るための分析法」を中心に)
3-2. 機能性を高めるメカトロニクス設計
3-2-1 メカトロニクス(メカトロ)とは
3-2-2 メカトロニクス設計への対応
3-3. モデルベース開発を知って活用する
3-3-1 モデルベース開発 (Model Based Desigon/Development)
3-4. イメージしたものをすぐに形にできる3次元CADと3Dプリンタの使い方
3-4-1 3次元CADとデジタルマニュファクチャリング
3-4-2 3Dプリンタ

第4章 詳細設計
4-1. 詳細設計と試作検証に 3次元CAD/CAM/CAE・クラウドを使ってみる
4-1-1 3次元CAD/CAM/CAE/クラウドの歴史
4-1-2 3次元CAD/CAM/CAEとクラウドコンピューティングの有効活用
4-1-3 3次元CAD/CAM/CAEとクラウドコンピューティング活用時の注意点
4-2. 自動化のための製品設計
4-2-1 自動化とは〜求められる背景
4-2-2 自動化のメリット、デメリット
4-2-3 製造プロセス(設計、工程)の実際
4-3. HILS(Hardware In the Loop Simulation)などのシミュレーションの活用
4-3-1 モデルベース開発におけるシミュレーション活用
4-4. VR、ARの製品設計、設備工程の最適化への適用
4-4-1 VR,ARとは
4-4-2 VR、ARと製品設計

第5章 現場・現物を知る。品質の評価方法を知る
5-1. 接合工法の選定と製品設計
5-1-1 接合方法の分類
5-1-2 接合と機械設計
5-1-3 異種材料接合部固有の影響
5-1-4 接合工法選定の際の留意点
5-2. ロボットでモノづくりを自動化する
5-2-1 ロボットによる自動化の検討
5-2-2 産業用ロボットの種類
5-2-3 ロボットシステムの構築について
5-3. 3次元造形技術を使用して、設計をすぐに製品化する
5-3-1 3Dプリンタを取り巻く環境
5-3-2 樹脂3Dプリンタの事例
5-3-3 金属3Dプリンタの事例
5-4. 製品のできばえと性能の確認
5-4-1 部品の測定
5-4-2 製品の性能を評価する
5-5. AI、IoTの生産効率、品質向上、およびインフラ保全への適用
5-5-1 AI、IoTの広がり
5-5-2 データ解析手法
5-5-3 AI(データ解析手法)適用の実際
5-5-4 インフラ設備の異常検知、保全の高度化
5-6. 市場に品質不具合を出さないQMS(Quality Management System)
5-6-1 ISO9001について
5-6-2 市場に不具合を出さない設計プロセスの構築


おわりに

参考文献
索引

はじめに

 私たち設計者は、製品創出のため、下記のことなどを意識しなければなりません。
・企画:顧客の要求の中から、潜在的に潜む要望を察知し、それに応えるための製品をいつまでにつくるかを考える。
・概要設計:企画を実現するために、製品に搭載すべき機能を考える。
・詳細設計:概要設計で構想した製品を具現化(図面、および昨今は3次元CAD(Computer Aided Design)等を用いたモデル化)した上で、顧客が求める製品機能を満たしながら、制約条件(品質:Qualityおよび使いやすさ:Easy of use、コスト:Cost、納期:Delivery、耐環境性:Environment、安全性:Safety)の両立を検討する。
・製造:詳細設計した製品について、最適な「モノづくり」の方法を選定し、詳細設計で考えた機能と制約条件を守り、かつ、製造時の効率化(自動化・省スペース)、省材料・エネルギー、製造者・搬送業者等の安全性を意識する。
・品質評価:製造した製品の機能や製造時の不具合状況を確認する。
・販売後のフォロー:製品売り上げ確認、客先クレーム(製品不具合対応)。


 現在は、情報通信技術:ICT(Information and Communication Technology)や「モノ」のインターネット:IoT(Internet of Things)の導入に伴い、製品の設計から品質評価に至る手法も進化してきました。
・設計手法:前述の3次元CADや工学計算用CAE(Computer Aided Engineering)、昨今は人工知能:AI(Artificial Intelligence)、IoT。
・製造手法:CAM:Computer Aided Manufacturing。3次元プリンタ、バーチャルリアリティなどを用いた製造ライン設計。
・品質評価手法:従来の走査型電子顕微鏡:SEM(Search Engine Marketing)、超音波探傷検査(UT:Ultrasonic Testing)などはもとより、昨今は3次元スキャナなど。

 そのため、製品の企画の段階で、製品企画者(プロジェクトリーダー)・設計者・製造担当者・品質評価者・営業担当者が議論を行いながら、QCD-ESMを考える「フロントローディング開発」が浸透してきています。


「フロントローディング開発」を実践していくためには、私たち設計者は、機能と制約条件を両立するための「仮説・検証能力」とその土台となる「工学知識」を習得しておく必要があります。まさか、あなた自身が行った設計が最適だという理由を「AIがそのような結果を出したから」や「CAEがそのような答えを出したから」とはいえませんよね?あくまで、なぜ、その設計が最適かを説明するのは、「設計者自身」なのですから。いかに、設計の途中で、さまざまな手法・管理ツールを用いたとしても、製品が正常に稼働する理由は、「設計者自身」が理解し、説明できなければならないのです。

 私たち筆者は、「設計を行うために生み出されてきた数々の手法や管理ツール」は、上図の役割を担っていると思っています。
「設計を行うために生み出されてきた手法や管理ツール」は、あたかも、「作業効率向上のための道具」と見られがちですが、本質は、「論理的・実践的なアプローチ手法としての道具」であり、それを支える「ノウハウをつくり、技術・技能を伝承していくための道具」でなければなりません。


 一方、日本企業のグローバル化は今までより加速してきました。多くの企業はかなりの部分、売り上げや収益を海外に依存しています。また、日本企業の工場の海外進出も進んでいます。外国の方々と、文化の違いを超えてコミュニケーションをとり、Win−Winの関係で製品開発を行わなければなりません。


 そこで今回、「グローバルの視点に立った“仮説検証型の設計の『在り方』”」とは何かを整理し、世界の方々と連携しながら、各開発工程で、最新の「開発手法・管理ツール」をどのように活用すれば、「フロントローディング開発」を実現し、品質と使いやすさ(Quality)、コスト(Cost)、納期(Delivery)、環境(Environment)、安全性(Safety)を確保できるかを言及する書籍を作成することとしました。 
 本著がみなさまの設計検討のお役に立つことができれば幸いです。

2020年1日 本著の執筆にあたって
執筆者一同

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