三次元機械設計の実践的教育方法
Susumu Kise

喜瀬晋

関口相三 Sozo Sekiguchi

横田成昭 Shigeaki Yokota

奥坂一也 Kazuya Okusaka

平野重雄 Shigeo Hirano

概要：機械設計は部品の再利用頻度が多く，膨大な図面の出図作業があるため，三次元ＣＡＤは機械設計に

２．設計者のレベルについて一口に設計者といっても，いろいろなレベルがある．

おいて一時的にペースダウンすることがあり，三次元三次元ＣＡＤを使う設計者のレベルを整理すると次ＣＡＤの導入を阻んでいた理由の一つである．本報告のようになる．

では，三次元機械設計を行うための機械全般の基礎的Level-1：設計手法を習得しており，製品のアセンブ知識内容の検討を行った．そして，三次元ＣＡＤの形リ計画をマネジメントできる．また，自分の知識・ノ状モデリング技術を習得することにより機械設計者

ウハウを他のレベルの人に適用し，コンサルティングとしてのスキル向上について考察し，実際の設計の流を行うことができる．構想・概念設計のできる人が三れに関する検討・分析を行い，実践的教育方法に関す次元ＣＡＤを使いこなした，もしくは理解した場合がる一事例を提案する．

このレベルになる．さらに三次元ＣＡＤデータを活用

キーワード：CAD／設計・製図教育

した情報共有システムの管理者．
Level-2：応用操作を習得しており，製品のアセンブ

１．はじめにリ設計ができる．また，自分なりの考えを持っており，最近，三次元設計の実用化により，機械設計は基よ他人の考えについて批判を加え，論評することができ

り意匠設計，試作検証，加工の各プロセスで明確な効る．基本設計のできる人がこのレベルになる．さらに率化が図られつつある．さらに企画・概念設計，基本MDM(Model Data Management)，PPDM(Process & Product

設計から組立・試験までも含めた全工程で三次元化をData Management)などの管理ができ，コンカレント設実行した場合には，各部門間の相乗効果もあって総合計の中心的役割を実行する推進者．

的に 40％前後の工期短縮が得られたとの事例もある．

Level-3：基本操作を習得しており，単品部品のモデ

しかし，中堅設計者からは，①最近の若手設計者はリングができる．また，上位レベルにいる人の言うこ設計手法を理解していない，②形状モデルは完璧につとを聞いて理解することができる．詳細設計～部品設

くるが設計構想が明確ではない，③二次元図面の理解計の範囲であるが，一般的に三次元ＣＡＤができるが力が低いなどの声を聞くことが多くなった．

設計はできないと言われているレベルである．

そこで，本報では三次元機械設計を行うための機械

Level-4：初級設計者（新入社員を含む），機械設計の全般の基礎的知識内容の検討を行い，三次元ＣＡＤの初歩のトレーニングを兼ねて業務に携わるレベルで形状モデリング技術（設計＝形状の決定＝あいまい決ある．

定＝形状の工夫）を習得することにより機械設計者としてのスキル向上について考察し，実践的教育方法に関する一事例を提案する．

３．三次元ＣＡＤと設計方法
三次元ＣＡＤを使い設計業務を行うが，従来の二次元ＣＡＤよりも時間がるようである．手描き図面から二次元ＣＡＤへの移行は，ツールが製図機械からディくべきであり，設計手順を限定範囲でまとめておくこスプレーになったというだけで，設計や製図に対するとが肝要である．また，ＣＡＤシステムのデモなどを考え方は同じであった．そのため，ＣＡＤ自体の操作見るときも，その設計手順なり考え方が実現できるのさえ覚えればあまり抵抗がなかった．図形のコピーがか，またはもっと良い方法を提案してもらえるのかを簡単，何度描き直ししても図面が汚れない，誰が描い重点的に検討することが必要である．モデリングばかても見易い図面ができるなどの効果を得ていた．とこりデモするメーカーは避けたほうがよいであろう．何ろが，設計の効率化という面で見ると，思ったより効故なら対象はモデラーではなく設計者なのである．

果が出ていないのではないかと思われる．図面を描く

初めて３次元設計に取り組もうとした時の，漠然と時間は製図機械のときよりも早く，設計者も楽になっ感じる不安感や難しさには２種類の要因がある．

たことは確かなのであるが，設計時間が劇的に短くな

1）ＣＡＤ操作やモデリングに関する具体的な難しさ．

ったかというと，その効果を計るのは難しい．よく考2）モデリングができたとしても，どうやって設計をえれば，ツールが製図機械から二次元ＣＡＤに変わっ進めれば良いのだろうという不安感が入り混じる．

ただけで，設計のプロセスは手描きの時と同じなので例えば，図１に示す筐体設計の場合を考える．

当然かも知れない．では，二次元ＣＡＤから三次元ＣＡＤへの移行はどうであろうか．
３．１．三次元ＣＡＤは難しいのか
一般的には，三次元ＣＡＤの操作やモデリングの煩雑さが難しいと思わせているようである．しかしそれが解決すれば良いのかというとそうではなく，次に三次元設計の進め方自体が難しいことに気づくのである．ここで三次元は難しいという漠然とした表現ではなく，三次元ＣＡＤの操作やモデリングが難しいのか，三次元設計の手法が難しいのか考えてみる．
１）三次元ＣＡＤで単にモデリングを行っているだけ

図１

三面図から三次元モデルの作成のレベルなのか，設計の効率化に生かされているのかによって違っている．

モデリングだけを考えれば，三面図からスケッチ図

２）モデリングだけにしか利用していないと二次元Ｃで外観を描きその後に三次元モデルを作成する．これ

ＡＤより時間がかかるし覚えるのが面倒である．従は頭の中で断面形状を発想することがすでにできあって時間短縮も期待できない．

がっているという前提がある．よって三次元ＣＡＤで３）設計者の資質によるところも大きい．今まで二次は，その形状に従ってモデリングを行うだけとなる．

元ＣＡＤで設計を行い，何が問題で，自分の仕事を操作トレーニングを受けた直後は，誰でもこのようどのように改革していけば良いのかという気構えな発想になっているようである．しかしこのような筐の設計者ならびに部品の製造工程に熟知している

体ならまだしも，機械構造製品を設計しようとした場

設計者は上達が早い．

合は，画面の前で固まってしまうことにもなりかねな

３．２．何のための三次元ＣＡＤか
初めは，こんな形状ができるのか，サーフェース，い．このように実際の製品では断面をどんな形状にするかというのが設計のスタートになる訳である．

ソリッドの機能はなどとモデリングのことが気にな

発想の出発点から三次元化するというのは，頭で想る．それで設計してみたらどうなるかという想像する像した内容を三次元データにメモしていくことになのは難しいのであるがこの辺りは十分に注意しておる．どんな複雑な製品でも，基本的には同じで先を読みながら，決まっている部分だけをモデリングしていした形状を簡略した形状にして手計算を実施し，ＣＡけば良いのである．つまり，基本的な設計手法をマス

Ｅでは実形状で解析することで強度の確認を行った．

ターしておけば難しい形状のモデリングができなく彼は自分で計算した結果が正しいか否かをＣＡＥをても設計は進められることになる．

使って確認し，そのデータと自分の検討結果まとめて３．３．三次元ＣＡＤを有効活用する設計部内のレビューを行ったのである．

３．３．１ 堅実な設計者

ＣＡＥを使うことで，種々な新しいことが見えてく

三次元ＣＡＤは，図面を描くための単なるツールのると，こうした使い方を試行するうちに，技術力が向一つでもある．よって，流れるような曲面を使った格上してくるものと思われる．ＣＡＥというと，どうし好良い機械より，とにかく丈夫で壊れない，故障しなても複雑な形状や高度な計算をさせるものという感い機械を設計すべきである．

覚があるが，簡略形状での解析なども有効であること

例えば，三面図だけでは表現できないような複雑なの実証である．

形状のものの場合には，様々な方向からの図面が必要になり，二次元で作図するのは大変であるが，三次元４．三次元機械設計を行うための基礎的内容の検討でモデリングすることにより，方位を決めて図面化す

ここでは，Level-3,4 の設計者を対象として三次元れば簡便に投影図が作成できる．また多関節のマニュ機械設計を行うための基礎的知識内容の検討を行う．

ピュレータなどの設計の場合には，その機械の動く自４．１．図面の読解力について由度が多くなればなるほど，その動きや姿勢などを検

最近の若手設計者は図面が読めないと言われてい討する時には，二次元でもできないことはないのである．弊社においても特に Level-4 の顧客から図面の読るが，時間がかる．その点，三次元ＣＡＤは有効活用解力が不足していると指摘されるケースがあった．そできることになる．

こで，技術研修の全工程を 5％短縮し，手描きによる３．３．２．ＣＡＥの導入について製作図の作成の研修をあえて導入した．この研修では次に，三次元データの利用を含めたＣＡＥシステム

頭の中で形状を認識し立体モデリングを行う必要がを考える．一般的には設計解析を外部に依頼するか，あり，研修生が苦手に感じる研修を行うことで，設計設計部内の専門的な担当者に依頼して行っていたが，製図の不鮮明な部分と「絵」と「図面」が理解できる

近頃のＣＡＥの導入では，設計者が手軽に解析を行えように取り組んでいる．

ることを前提にしている．作成した三次元データを基

一方，Level-3 に属する設計者については，そのスに荷重条件やメッシュ切りなどの操作をウィザード

キル向上について，弊社の能力開発のスタッフと工科(wizard)式に進めて行くことにより解析を行うもの

系 10 大学共同の基に発刊（2005 年 3 月）した「実践で，その効果は従前に比べて高いものである．ウィザ的設計技術の考え方」教本を活用して，基礎知識ならード形式のＣＡＥの導入は，専門的な知識が少なくてびに応用力の向上に努めている．

も，ある程度の操作を覚えることにより容易に解析を４．２．機械設計の原点についてすることができるため非常に便利である．反面，その未知のものをどう創案して設計し，どのようにつく

途中での条件などを間違えるととんでもない結果がるかを探求し，実際に具現化する設計力を養わなくてでてきてしまい，計算などで行った場合には，考え方はならない訳である．言い換えると，設計の初期段階や計算方法などを見て，結果を判断できることが，Ｃで仕様を基に設計の諸元，仕組みを表現するポンチ絵

ＡＥによる場合には，チェックが難しいことも問題点を作成する．さらに客先のこういうものを考え設計しとして在る．安易にＣＡＥに頼ると，初級設計者の真て欲しいという要求を絶えず模索し，ヒントを探し求の技術力の向上にはならないと言えよう．

めポンチ絵にする．このプロセスこそ設計の原点であ初めてＣＡＥを使った若手の設計者は，実際に設計り，この段階で設計の 60％は終了したと言えよう．

５．実践的教育方法に関する事例

５．２．設計時のあいまい決定の実例の提供

派遣先の自動車関連業務においては，三次元ＣＡＤ機構設計の三次元設計といっても，設計のあいまいモデルでデザインすることが基本であり，家電製品の部分を自ら決定できないと設計は進められない．そこ

設計業務も三次元ＣＡＤデータが主である．しかし，で図２に示すようにあいまい決定の実例を提供し設弊社の現状は，Level-4 のＣＡＤ教育は操作が中心に計時の判断材料にするよう指導している．

なっている．すなわち二次元ＣＡＤは構成部品のトレ５．３．形状の工夫についてース，三次元ＣＡＤもトレースモデリングである．今設計では，形状の工夫は無視できない．設計条件を後の進め方としては，自社開発したメカニカルトレー満たす形づくり要因を挙げると図３のようになる．さニングシートの有効活用と三次元ＣＡＤアセンブル

らに図４に示すような形状決定の根拠の実例などをで干渉，動作チェックまで実行できる環境設備を構築提供しスキル向上に役立てるように配慮している．

する予定である．
５．１．立体空間認識力の向上のために三次元ＣＡＤ操作かある程度できても，立体空間認識力が低下している．そこで，毎朝，A4 版１枚の課題を課し，次の手描きレッスンを実施している．
①下のスペースに図形（機械部品など）を思い浮かべ，図３

設計（条件を満たす形づくり）

材質

強度，動力製作性
形状を決定する

立体図を２つフリーハンドで描きなさい．
②下の左図の立体図を基に右のスペースに第３角法

価格

機能

必然性

周辺情報

バランス

で二次元の図面をフリーハンドで描きなさい．
③下の左図の二次元の図面を基に右のスペースに，立体図をフリーハンドで描きなさい．

図２

自己干渉

あいまい決定シリンダの設計

スペースの制限があり，できうる限り隅に配置しなければならない時，同じ機能を有しても，形状の工夫でここまで寄せられる６．むすび[4] 関口相三，奥坂一也，喜瀬晋,“技術者派遣会社

機械系設計業務では，三次元ＣＡＤの普及とともにの社員教育”,関西設計管理研究会第 382 回例会

二次元ＣＡＤが減少すると予測されていたが，実際には二次元ＣＡＤも微増の傾向にある．この理由として，発表論文（2004）.
[5] 関口相三，奥坂一也，喜瀬晋，横田成昭,“新入従来スタイルの設計業務環境の存在がある．既存の設社員設計教育の実例”,日本機械学会関西支部第計データ管理プロセスに合わせるため三次元設計し80 期定期総会講演会講演論文 210（2005）.

た後に二次元図面化して管理するケースが多く，結果[8] 喜瀬晋，関口相三，奥坂一也，横田成昭,平野重として二次元図面作成の需要が存在する．このように

雄，“新入社員のＣＡＤ教育”，日本図学会 2005

三次元化によるメリットは在るものの，二次元との共年度本部例会学術講演論文集，（2005），pp39-42.

存を強いられるデメリットも存在している．このデメ[7] 実践的設計技術研究会編,“実践的設計技術の考リットを享受するための活動が必要なこと言うまでえ方”，愛輪，（2005）.

もない．
三次元設計は今後一段と普及する見込みであるが，著者紹介

三次元設計の効果を最大に引き出すためには，三次元喜瀬設計に適した業務プロセスを構築し定着させること

530-0005，大阪府大阪市北区中之島 3-2-18 住友中之が重要である．

島ビル 2F関口晋 ：株式会社 アルトナー大阪本社

相三：株式会社 アルトナー大阪本社

参考文献

530-0005，大阪府大阪市北区中之島 3-2-18 住友中之

[1] 関口相三，横木博和，奥坂一也，横田成昭，水野

島ビル 2F兼雄，平野重雄，“新入社員の設計技術教育に関横田する事例”，日本設計工学会，2000 年度秋季研究

530-0005，大阪府大阪市北区中之島 3-2-18 住友中之発表講演会講演論文集(2000)，pp.155.

島ビル 2F[2] 関口相三，横木博和，奥坂一也，横田成昭，水野奥坂成昭：株式会社 アルトナー大阪本社

一也：株式会社 アルトナー東京本社

兼雄，平野重雄，“新入社員の設計技術教育に関105-0012 東京都港区芝大門 2-5-5 住友不動産芝大門する一事例－電気・電子設計技術者の教育”,日ビル 10F

本設計工学会，2001 年度春季研究発表講演会講平野演論文集(2001)，pp.97．

158-8557，東京都世田谷区玉堤 1-28-1[3] 関口相三，横木博和，横田成昭,“大学の設計・製図教育への提言”,日本設計工学会誌，2003 年
第 38 巻第 10 号．

重雄：武蔵工業大学

工学部