設計案を実際の製品として実現できるかを検証するプロセス

設計案を実際の製品として実現できるかを検証するプロセス

Manufacturing Feasibilityとは、設計された製品または部品が、現在利用可能な材料、設備、工程、人員、品質管理体制、サプライチェーン、およびコスト条件の範囲内で、実際に製造できるかを評価する設計分野である。

日本語では、製造可能性、生産実現可能性、製造妥当性、または生産性検討と表現できる。

機械設計において、優れた形状と機能を備えた設計であっても、実際に生産することが困難であれば、製品として完成させることはできない。加工できない内部形状、過度に厳しい公差、組立不可能な構造、検査できない寸法、調達困難な材料、過剰に多い工程数は、製造失敗とコスト増加の原因になる。

Manufacturing Feasibilityは、単に「加工できるか」を確認するだけではない。次の条件を総合的に検討する必要がある。

  • 要求形状を実際の製造工程で作ることができるか。

  • 必要な公差と表面品質を繰り返し達成できるか。

  • 現在保有している設備と工具で生産できるか。

  • 組立と検査に必要な基準が明確か。

  • 目標生産量に適した工程か。

  • 製造コストが製品の目標価格内に収まるか。

  • 必要な材料と部品を安定して調達できるか。

  • 試作だけでなく、繰返し量産が可能か。

  • 作業者の安全と製造品質を同時に確保できるか。

  • 設計を変更せずに保守と再生産が可能か。

Manufacturing Feasibilityの主要な検討要素は、次のように整理できる。

  • Process Capability — 工程能力

  • Geometry and Tolerance — 形状と公差

  • Material and Process Compatibility — 材料と工程の適合性

  • Tooling and Equipment — 工具と設備

  • Assembly Feasibility — 組立可能性

  • Inspection and Quality Control — 検査と品質管理

  • Production Volume and Scalability — 生産量と拡張性

  • Cost Feasibility — 製造原価の妥当性

  • Supply Chain and Availability — サプライチェーンと調達性

  • Safety and Sustainability — 安全性と持続可能性

Manufacturing Feasibilityの基本概念

Manufacturing Feasibilityとは、設計者が意図した製品を、実際の製造システムが安定して実現できるかを判断する活動である。

ここで重要なのは、一度だけ製作できるかではなく、要求品質を一定に維持しながら繰り返し生産できるかである。

試作段階では、熟練作業者による手作業、追加加工、現場調整、および繰返し修正によって製品を完成できる場合がある。しかし、量産段階では同じ方法を継続することはできない。

量産可能な設計は、次の条件を満たさなければならない。

  • 工程順序が明確である。

  • 基準面と基準軸が定義されている。

  • 加工と組立の再現性が確保されている。

  • 作業者の熟練度への依存が低い。

  • 公差が工程能力と一致している。

  • 検査方法が定義されている。

  • 不良原因を追跡できる。

  • 設備と工具を維持できる。

  • 同一部品を繰り返し再生産できる。

製造可能性は、次の関係として理解できる。

設計要求 + 材料 + 工程能力 + 設備 + 作業方法 + 検査体制 + コスト = 製造可能な製品

設計が技術的に成立していても、これらの条件のバランスが取れていなければ、実際の生産は不安定になる。

製造可能性と製造性の違い

ManufacturabilityとManufacturing Feasibilityは密接に関連しているが、完全に同じ意味ではない。

Manufacturability

Manufacturabilityとは、部品や製品がどれだけ容易に、安定して、経済的に製造できるかを示す概念である。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 形状の単純性

  • 加工の容易性

  • 工具アクセス性

  • 組立の容易性

  • 標準工程の適用可能性

  • 作業工程数の削減

  • コスト削減

Manufacturing Feasibility

Manufacturing Feasibilityとは、特定の設計を実際の製造環境で実現できるかを総合的に検討する概念である。

これには次の要素が含まれる。

  • 必要設備の保有状況

  • 供給者の能力

  • 工程精度

  • 生産量

  • 納期

  • 検査可能性

  • 品質安定性

  • 作業者の熟練度

  • 製造原価

  • サプライチェーンリスク

つまり、Manufacturabilityは設計そのものの製造容易性に重点を置き、Manufacturing Feasibilityは設計と実際の生産体制との間の実現可能性を判断する、より広い概念である。

製造可能性検討の出発点

製造可能性を検討する前に、製品に要求される機能と生産条件を明確に定義しなければならない。

製品要求条件

まず、次の項目を整理する必要がある。

  • 製品機能

  • 必要な強度と剛性

  • 主要寸法

  • 重要公差

  • 表面粗さ

  • 耐食性

  • 衛生性

  • 使用温度

  • 目標寿命

  • 安全要求

  • 外観要求

  • 交換性と保守性

生産要求条件

製品をどの程度の規模と速度で生産する必要があるかも重要である。

  • 試作数量

  • 初期生産数量

  • 月間生産量

  • 年間生産量

  • 納期

  • 生産リードタイム

  • 繰返し生産の可能性

  • 受注生産または量産の区分

  • 派生モデル数

  • 顧客別カスタマイズ比率

同じ形状であっても、生産量によって適切な製造工程は異なる。

例えば、1個または少量生産では切削加工や溶接が適している場合があるが、大量生産では金型、鋳造、射出成形、プレス、または自動化工程の方が経済的になる場合がある。

Process Capability — 工程能力

工程能力とは、製造工程が要求寸法、公差、形状、および品質をどれだけ安定して達成できるかを示す能力である。

工程別の特性

主要な製造工程には、それぞれ長所と制約がある。

  • 切削加工

  • 板金切断

  • 板金曲げ

  • 溶接

  • 鋳造

  • 鍛造

  • 射出成形

  • 押出成形

  • 研削

  • 放電加工

  • 積層造形

  • 熱処理

  • 表面処理

  • 組立

設計者は、形状を先に確定してから製造工程を探すのではなく、適用可能な工程と形状条件を同時に検討しなければならない。

切削加工

切削加工では、比較的高い精度と複雑な形状を実現できる。

主な利点は次のとおりである。

  • 高い寸法精度

  • 多様な材料に適用可能

  • 少量生産に適している。

  • 設計変更に対応しやすい。

  • 複雑な形状を実現できる。

主な制約は次のとおりである。

  • 加工時間が長くなる場合がある。

  • 材料ロスが発生する。

  • 工具のアクセスが制限される場合がある。

  • 深い穴や狭い溝は加工が難しい。

  • 段取り回数が増えるとコストが高くなる。

  • 高硬度材料では工具摩耗が大きい。

板金加工

板金加工は、カバー、フレーム、ブラケット、ホッパ、および外装構造に広く使用される。

主な利点は次のとおりである。

  • 比較的低コスト

  • 短期間で製作可能

  • 切断と曲げの自動化が可能

  • 軽量構造に適している。

  • 多様な板厚と材料を使用できる。

主な制約は次のとおりである。

  • 曲げ半径が必要である。

  • 板厚によって最小フランジ長さが制限される。

  • 曲げ時に干渉が発生する可能性がある。

  • スプリングバックが発生する。

  • 溶接後に変形が発生する可能性がある。

  • 圧延方向によって亀裂発生の可能性が異なる。

溶接

溶接は、フレームや大型構造物の製作に適している。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 溶接トーチのアクセス性

  • 溶接順序

  • 熱変形

  • 残留応力

  • 溶接部強度

  • 溶接品質

  • 溶接後加工の必要性

  • 溶接部検査

  • 表面仕上げ

高い精度が必要な構造では、溶接後の取付面加工、矯正、シム調整、または別体の精密ベースが必要になる場合がある。

鋳造と鍛造

鋳造と鍛造は、複雑な形状や高い生産量に適する場合がある。

鋳造の主な利点は次のとおりである。

  • 複雑な一体形状を形成できる。

  • 内部流路を形成できる。

  • 大量生産時にコストを削減できる。

  • 切削量を減らすことができる。

主な制約は次のとおりである。

  • 金型や木型の費用が必要である。

  • 収縮と変形が発生する。

  • 気孔や鋳造欠陥が発生する可能性がある。

  • 最小肉厚に制限がある。

  • 抜き勾配が必要である。

  • 初期開発期間が長くなる。

鍛造は、高い強度と疲労特性が要求される部品に適しているが、金型費と生産数量条件を検討する必要がある。

射出成形

射出成形は、プラスチック部品の大量生産に適している。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 金型分割方向

  • アンダーカット

  • 抜き勾配

  • 均一な肉厚

  • 成形収縮

  • ヒケ

  • ウェルドライン

  • ゲート位置

  • 取出し構造

  • 冷却時間

試作用の切削プラスチック部品の形状をそのまま射出成形に適用すると、金型構造や収縮の問題により生産が困難になる場合がある。

積層造形

積層造形は、複雑な形状と試作製作に適している。

主な利点は次のとおりである。

  • 複雑な内部形状を形成できる。

  • 金型が不要である。

  • 設計検証を迅速に行える。

  • 少量のカスタム生産に適している。

主な制約は次のとおりである。

  • 表面品質

  • 造形方向による強度差

  • 使用可能材料の制限

  • 生産時間

  • 後加工の必要性

  • 寸法再現性

  • 大量生産時のコスト

積層造形は、試作や特殊部品には適しているが、すべての部品の量産工程として適切とは限らない。

Geometry and Tolerance — 形状と公差

形状と公差は、製造可能性を決定する重要な要素である。

工具アクセス性

加工対象形状には、実際の工具がアクセスできなければならない。

問題が発生しやすい形状には、次のものがある。

  • 深く狭いポケット

  • 非常に小さい内部角部

  • 長く深い小径穴

  • 他の形状によって遮られた加工面

  • 多方向からの加工が必要な構造

  • 工具長に対して過度に深い形状

  • 側面からアクセスできない内部溝

設計段階で、工具径、工具長、ホルダ干渉、および加工方向を確認しなければならない。

内部角部と加工半径

フライス工具は円形であるため、完全な直角の内角を加工することはできない。

したがって、内部角部には工具半径が必要になる。

不必要に小さい内部半径は、次の問題を引き起こす。

  • 小径工具の使用

  • 加工時間の増加

  • 工具破損

  • 表面品質の低下

  • コスト増加

機能上必要でない場合には、標準工具で加工可能な半径を適用する必要がある。

深穴と小径穴

直径に対して深さが大きい穴は加工が難しい。

発生する可能性がある問題は次のとおりである。

  • ドリルの曲がり

  • 真直度の低下

  • 切りくず排出不良

  • 工具破損

  • 表面品質低下

  • 位置誤差増加

可能な場合は標準長さのドリルを使用し、貫通穴または両側からの加工へ変更することが望ましい。

肉厚

肉厚が薄すぎると、次の問題が発生する可能性がある。

  • 切削中の振動

  • 溶接変形

  • 射出成形時の収縮

  • 鋳造欠陥

  • 運搬中の変形

  • 組立時の圧潰

  • 表面処理による変形

一方、過度に厚い形状は材料費と加工時間を増加させ、鋳造や射出成形では収縮欠陥を引き起こす可能性がある。

公差水準

公差は、機能上必要な水準に設定しなければならない。

過度に厳しい公差は、次のコストを増加させる。

  • 精密加工費

  • 段取り時間

  • 工具費

  • 検査費

  • 不良率

  • 再加工費

  • 納期

公差を設定する際には、次の事項を確認する必要がある。

  • 対象工程で繰り返し達成できるか。

  • 実際に測定できるか。

  • 組立体にとって本当に必要か。

  • より広い公差でも機能を維持できるか。

  • 調整構造で代替できるか。

  • 公差累積が検討されているか。

幾何公差

位置度、平面度、平行度、直角度、および振れ公差は、実際の機能に合わせて適用しなければならない。

幾何公差が不明確であると、加工基準と検査基準が一致しない可能性がある。

特に次の部品では、基準体系が重要である。

  • 回転軸

  • 軸受ハウジング

  • 精密ガイド

  • モータ取付面

  • 減速機取付面

  • シール接触面

  • 交換式モジュール

Material and Process Compatibility — 材料と工程の適合性

材料は、選定した製造工程に適していなければならない。

切削加工と材料

材料の硬さ、熱伝導性、加工硬化、および切りくず特性は、切削性に影響する。

例えば、次のような特徴がある。

  • ステンレス鋼では加工硬化が発生する場合がある。

  • アルミニウムは工具に付着する場合がある。

  • 高硬度合金鋼では工具摩耗が大きい。

  • プラスチックでは熱変形やバリが発生する場合がある。

  • 複合材料では工具摩耗や粉じんの問題が発生する場合がある。

曲げ加工と材料

板材の伸び、硬さ、圧延方向、および熱処理状態は曲げ加工性に影響する。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 最小曲げ半径

  • 亀裂発生の可能性

  • スプリングバック

  • 曲げ方向

  • 曲げ後の寸法変化

  • 表面亀裂

溶接と材料

材料によって、溶接性、変形、割れ、および腐食特性が異なる。

溶接材料と母材との組合せも重要である。

ステンレス鋼では、溶接後に酸化皮膜の除去や不動態化処理が必要になる場合がある。アルミニウムでは、高い熱伝導性と酸化皮膜のため、溶接条件の管理が重要である。

表面処理と材料

めっき、塗装、陽極酸化、熱処理、およびコーティングは、母材に適合していなければならない。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 密着性

  • 処理厚さ

  • 寸法変化

  • 熱変形

  • 剥離の可能性

  • 耐食性

  • 食品接触適合性

  • 後加工の可能性

Tooling and Equipment — 工具と設備

設計された製品が、実際の設備と工具によって生産できるかを検討しなければならない。

設備能力

次の条件を確認する必要がある。

  • 加工可能な最大寸法

  • 加工可能な最大重量

  • 主軸出力

  • 回転速度範囲

  • 送り速度

  • 各軸の移動量

  • 曲げ加工機の加圧能力

  • プレス能力

  • 溶接設備能力

  • 熱処理炉の大きさ

  • 表面処理設備の大きさ

部品が設備の加工範囲を超える場合は、外注加工、構造分割、または別工程が必要になる。

工具と治具

繰返し生産には、適切な工具と治具が必要である。

  • 加工治具

  • 溶接治具

  • 組立治具

  • 検査治具

  • 位置決めピン

  • クランプ

  • 専用工具

  • トルク工具

  • 搬送補助装置

治具を使用することで、作業者の熟練度への依存を減らし、繰返し精度を向上させることができる。

段取り回数

部品を何度も反転または再固定すると、次の問題が増加する。

  • 加工時間

  • 位置誤差

  • 作業ミス

  • 段取り費用

  • 検査項目

可能な場合には、1回または最小限の段取りで主要機能面を加工することが望ましい。

Assembly Feasibility — 組立可能性

部品を製造できても、実際に組み立てられなければ製品は完成しない。

組立順序

次の項目を検討しなければならない。

  • どの部品から組み立てるか。

  • 部品の挿入方向はどちらか。

  • 組立後に他部品へのアクセスを妨げないか。

  • 締結部へ工具がアクセスできるか。

  • ケーブルや配管をいつ接続するか。

  • 組立後に検査できるか。

組立順序が不明確であると、現場で任意の組立方法が採用され、品質ばらつきが増加する。

工具アクセス性

ボルトやナットには、組立工具がアクセスできなければならない。

次のような問題を避ける必要がある。

  • レンチが入らない空間

  • ドライバを軸方向に合わせられない位置

  • トルクレンチを使用できない箇所

  • 部品背面に隠れた締結部

  • 組立後に見えなくなる締結部

位置決め

精密組立は、作業者の目視や手作業だけに依存してはならない。

次のような位置決め構造を適用できる。

  • ダウエルピン

  • パイロットボス

  • 基準面

  • キー

  • ストッパ

  • テーパ

  • Vブロック

ボルトは締結に使用し、精密位置は別の位置決め構造によって確保することが一般的である。

誤組立防止

次の方法によって誤組立を減らすことができる。

  • 非対称穴

  • 異なるピン径

  • 方向決めキー

  • 色表示

  • 形状コード

  • 一方向結合

  • 機械的インターロック

繰返し組立

保守や部品交換が必要な構造は、分解後にも同じ位置へ復元できなければならない。

繰返し組立では、次の項目を検討する必要がある。

  • 基準面の摩耗

  • 締結部の変形

  • ねじ山の損傷

  • 位置精度

  • シールの再使用可能性

  • 再調整の必要性

Inspection and Quality Control — 検査と品質管理

製造された部品が要求条件を満たしているかを確認できなければならない。

測定可能性

図面に示された寸法と公差は、実際に測定できなければならない。

測定が難しい例には、次のものがある。

  • アクセスできない内部寸法

  • 基準が不明確な位置度

  • 組立後に測定できないすきま

  • 特殊設備を必要とする形状

  • 検査基準がない曲面

検査可能性が低い設計は、品質を繰り返し管理することが難しい。

検査基準

次の事項を明確にする必要がある。

  • 測定基準面

  • 測定位置

  • 測定設備

  • 検査頻度

  • 合格基準

  • サンプリング方法

  • 記録方法

重要品質特性

すべての寸法を同じ水準で検査する必要はない。

製品の機能と安全に直接影響する項目を、重要品質特性として指定できる。

例として、次のものがある。

  • 軸の振れ

  • 軸受取付径

  • ガイドの平行度

  • 刃物位置

  • シール溝深さ

  • 安全ガード距離

  • センサ検出位置

工程内検査

完成品検査だけで品質を管理すると、不良が工程後半で発見される可能性がある。

そのため、次のような工程内検査が必要になる場合がある。

  • 切断後の寸法検査

  • 曲げ後の角度検査

  • 溶接後の変形検査

  • 加工中の寸法測定

  • 組立後の位置合わせ検査

  • 機能試験

Production Volume and Scalability — 生産量と拡張性

適切な製造工程は、生産量によって異なる。

試作生産

試作段階では、次の事項が重要である。

  • 迅速な製作

  • 設計変更への対応

  • 低い初期費用

  • 機能検証

  • 加工の柔軟性

適切な工程には、次のものがある。

  • 切削加工

  • レーザ切断

  • 板金曲げ

  • 溶接

  • 積層造形

  • 手作業による組立

少量生産

少量生産では、専用金型よりも汎用設備と簡単な治具が有利な場合がある。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 作業時間

  • 繰返し性

  • 簡易専用治具

  • 標準工具

  • 作業標準書

  • 外注工程の活用

大量生産

大量生産では、工程自動化と専用金型が経済的になる場合がある。

適切な工程には、次のものがある。

  • プレス

  • 射出成形

  • ダイカスト

  • 自動溶接

  • 自動組立

  • 専用加工機

  • インライン検査

大量生産では、初期設備費と金型費は高くなるが、製品1個当たりの生産費を低減できる場合がある。

生産拡張性

初期生産数量が少ない場合でも、将来的な生産量増加を考慮する必要がある。

次の問いを検討する必要がある。

  • 現在の工程を自動化できるか。

  • 専用治具によって作業時間を短縮できるか。

  • 金型工程へ移行できるか。

  • 供給者が生産量増加に対応できるか。

  • 組立工程を並列化できるか。

  • 検査工程を自動化できるか。

Cost Feasibility — 製造原価の妥当性

製造可能な設計であっても、目標価格を超えれば、商業的な実現は困難になる。

製造原価の構成

製造原価は、次の要素から構成される。

  • 原材料費

  • 外注加工費

  • 機械加工費

  • 板金加工費

  • 溶接費

  • 熱処理費

  • 表面処理費

  • 組立費

  • 検査費

  • 金型費

  • 治具費

  • 不良費用

  • 再作業費

  • 物流費

  • 在庫費

直接費と間接費

直接費とは、特定製品の生産に直接関連する費用である。

  • 材料費

  • 加工費

  • 組立人件費

  • 外注費

間接費とは、複数製品に共通して発生する費用である。

  • 設備減価償却費

  • 工場運営費

  • 品質管理費

  • 管理費

  • 保守費

初期費用と単位費用

金型、治具、および自動化設備は初期費用を増加させるが、生産量が多ければ1個当たりの生産費を低減できる。

したがって、工程選定時には次の項目を比較する必要がある。

  • 初期投資費

  • 製品1個当たりの生産費

  • 予想生産量

  • 損益分岐数量

  • 製品寿命

  • 設計変更の可能性

不良と再作業のコスト

工程変動が大きい場合、次のコストが増加する。

  • 廃棄

  • 再加工

  • 再組立

  • 追加検査

  • 納期遅延

  • 顧客クレーム

  • 現地修理

製造原価を評価する際には、良品の加工費だけでなく、予想不良率も含める必要がある。

Supply Chain and Availability — サプライチェーンと調達性

製造可能性は、社内工程だけでなく、サプライチェーンにも影響される。

材料調達

次の項目を確認しなければならない。

  • 標準規格の有無

  • 最小注文数量

  • 納期

  • 供給者数

  • 材料証明書

  • 代替材料

  • 長期供給可能性

購入部品

モータ、減速機、軸受、センサ、シリンダ、および制御機器については、生産継続性を考慮する必要がある。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 供給期間

  • 生産中止の可能性

  • 代替品

  • 地域別規格

  • 保守部品

  • 最小購入数量

  • 技術支援

外注加工

外注加工に依存する場合は、供給者の能力を評価しなければならない。

  • 保有設備

  • 最大加工寸法

  • 公差能力

  • 品質管理体制

  • 納期

  • 秘密保持

  • 繰返し生産能力

  • 検査設備

  • 緊急対応能力

Safety and Sustainability — 安全性と持続可能性

製造工程は、作業者と環境に対して安全でなければならない。

作業者の安全

次の危険を検討する必要がある。

  • 切削チップ

  • 鋭利なエッジ

  • 溶接ヒューム

  • 粉じん

  • 高温部

  • 重量物の取扱い

  • 化学薬品

  • 回転部

  • プレスおよび曲げ設備

  • 電気的危険

製品形状そのものが、加工作業や組立作業を危険にするものであってはならない。

運搬と取扱い

大型部品には、次の要素が必要になる場合がある。

  • 吊りアイ

  • フォークリフト差込み部

  • 重心表示

  • 運搬用ハンドル

  • 仮支持部

  • 組立補助具

資源効率

次の方法によって、製造資源の浪費を減らすことができる。

  • 標準材料の使用

  • 切断配置の最適化

  • 加工量の削減

  • 部品点数の削減

  • 再使用可能な治具

  • 不良率の低減

  • エネルギー使用量の削減

  • リサイクル可能な材料の使用

食品機械におけるManufacturing Feasibility

食品機械では、一般的な製造可能性だけでなく、衛生、洗浄、耐食性、および汚染防止条件を併せて検討しなければならない。

衛生構造の製造可能性

衛生的に優れた形状であっても、実際に加工や溶接が可能でなければならない。

主な検討項目は次のとおりである。

  • 連続溶接の可能性

  • 内部角部の研磨可能性

  • 溶接ビード除去の可能性

  • 排水傾斜の加工可能性

  • すきまのない組立

  • 洗浄可能な表面

  • 電解研磨または不動態化処理の可能性

ステンレス鋼の加工

食品機械では、ステンレス鋼の使用比率が高い。

主な検討事項は次のとおりである。

  • 加工硬化

  • 工具摩耗

  • 曲げ時のスプリングバック

  • 溶接変形

  • 焼け色の除去

  • 酸洗と不動態化処理

  • 表面粗さ

  • かじり

食品接触部の溶接

食品接触部には、一般的に次の条件が要求される。

  • 連続溶接

  • ピンホールや亀裂がない。

  • 突出した溶接ビードを除去する。

  • 滑らかに研磨する。

  • 洗浄残留物がない。

  • 内部すきまを最小限にする。

設計段階で、研磨工具がアクセスできない内部溶接部を作ると、衛生品質を確保することが難しくなる。

分解と洗浄

洗浄のために頻繁に分解される部品は、次の条件を満たさなければならない。

  • 迅速に分離できる。

  • 必要工具が少ない。

  • 誤組立を防止できる。

  • 繰返し位置を復元できる。

  • 締結部品の紛失を防止できる。

  • 洗浄後に完全に乾燥できる。

  • 消耗部品を容易に交換できる。

異物発生防止

製造工程において、次の問題が残らないように管理しなければならない。

  • 溶接スラグ

  • 研磨粉じん

  • バリ

  • めっき剥離

  • 塗装剥離

  • 金属切りくず

  • 切削油残留

  • 表面亀裂

Manufacturing Feasibilityの評価手順

設計要求条件を定義する

最初に、製品に要求される機能と品質を整理する。

  • 機能

  • 荷重

  • 公差

  • 表面粗さ

  • 外観

  • 衛生

  • 安全

  • 目標寿命

  • 目標原価

候補工程を選定する

各部品に適用可能な工程を選定する。

  • 切削

  • 板金

  • 溶接

  • 鋳造

  • 鍛造

  • 射出成形

  • 押出成形

  • 積層造形

  • 表面処理

工程能力を比較する

候補工程を、次の基準で比較する。

  • 達成可能な公差

  • 表面品質

  • 生産速度

  • 初期費用

  • 単位費用

  • 生産量への適合性

  • 設計変更への対応

  • 供給者の能力

製造シーケンスを作成する

製造順序を具体化する。

  1. 原材料準備

  2. 切断

  3. 成形または曲げ

  4. 溶接

  5. 熱処理

  6. 機械加工

  7. 表面処理

  8. 洗浄

  9. 組立

  10. 検査

  11. 機能試験

  12. 梱包

工程順序によって、最終品質が変化する場合がある。

公差と基準を検討する

  • 基準面を加工と検査に使用できるか。

  • 公差が工程能力の範囲内にあるか。

  • 公差累積が検討されているか。

  • 溶接や熱処理後の変形が反映されているか。

  • 表面処理厚さが最終寸法に反映されているか。

設備と供給者を検討する

  • 社内設備で製造できるか。

  • 外注加工が必要か。

  • 供給者が公差を達成できるか。

  • 必要な検査設備を保有しているか。

  • 生産量増加に対応できるか。

試作品を製作する

試作品によって、次の事項を確認する。

  • 実際の加工可能性

  • 工具アクセス性

  • 曲げと溶接による変形

  • 組立性

  • 検査可能性

  • 予想作業時間

  • 不良が発生する工程

試験生産

少量の試験生産によって、工程の繰返し性を検証する。

  • 作業時間のばらつき

  • 寸法ばらつき

  • 組立ばらつき

  • 不良率

  • 作業者ミス

  • 工程ボトルネック

  • 検査時間

  • 再作業発生率

量産承認

工程が安定した後、次の資料を確定する。

  • 図面

  • 作業標準書

  • 工程フロー図

  • 検査基準書

  • 治具

  • 工具一覧

  • 品質管理項目

  • 供給者承認

  • 原価

  • 生産能力

主な不具合形態

Manufacturing Feasibilityが十分に検討されていない場合、次の問題が発生する可能性がある。

加工不可能

工具がアクセスできない、または現在の設備では要求形状を加工できない。

公差未達

選定工程が要求公差を繰り返し達成できない。

過度な製造コスト

複雑な段取り、特殊工具、再加工、および厳しい公差によって製造原価が増加する。

溶接変形

溶接熱によってフレームや取付面が変形し、組立や位置合わせが困難になる。

組立不可能

組立順序や工具アクセスを考慮していないため、部品を組み付けることができない。

検査不可能

図面上の公差を実際の測定設備で検査できない。

供給遅延

特殊材料や購入部品の納期によって生産が停止する。

繰返し性不足

試作品は製作できるが、量産では寸法と品質が安定しない。

作業者依存

熟練作業者の感覚や調整に過度に依存する。

不良率増加

工程能力より厳しい要求条件によって、廃棄と再作業が増加する。

衛生品質不足

溶接、研磨、および洗浄構造が不適切で、食品機械の衛生要求を満たせない。

Manufacturing Feasibility検討チェックリスト

Product Requirements — 製品要求

  • 製品機能は明確に定義されているか。

  • 重要寸法と公差が区分されているか。

  • 表面品質と外観要求が明確か。

  • 目標生産量と納期が定義されているか。

  • 目標製造原価が設定されているか。

Process Capability — 工程能力

  • 選定工程によって要求形状を製作できるか。

  • 要求公差を繰り返し達成できるか。

  • 工程に必要な基準面が存在するか。

  • 加工と成形の限界が反映されているか。

  • 工程順序は合理的か。

Geometry and Tolerance — 形状と公差

  • 工具アクセス性が確保されているか。

  • 内部半径が標準工具に適しているか。

  • 深穴や狭い溝が最小限になっているか。

  • 肉厚が工程に適しているか。

  • 公差が機能上必要な水準になっているか。

  • 公差累積が検討されているか。

Material — 材料

  • 材料が選定工程に適しているか。

  • 切削性、曲げ性、および溶接性が検討されているか。

  • 熱処理や表面処理後の変形が反映されているか。

  • 材料を安定して調達できるか。

  • 代替材料が定義されているか。

Tooling and Equipment — 工具と設備

  • 設備の寸法と能力は十分か。

  • 必要な工具が存在するか。

  • 専用ジグや治具が必要か。

  • 段取り回数が最小化されているか。

  • 外注工程が明確に定義されているか。

Assembly — 組立

  • 組立順序が定義されているか。

  • 部品挿入空間は十分か。

  • 締結工具がアクセスできるか。

  • 位置決め構造があるか。

  • 誤組立防止構造があるか。

  • 繰返し分解と組立が可能か。

Inspection and Quality — 検査と品質

  • すべての重要寸法を測定できるか。

  • 検査基準面が明確か。

  • 検査設備が準備されているか。

  • 重要品質特性が定義されているか。

  • 工程内検査と最終検査が区分されているか。

Cost — コスト

  • 材料費と加工費が計算されているか。

  • 金型費と治具費が反映されているか。

  • 不良と再作業の費用が含まれているか。

  • 生産量に適した工程か。

  • 製造原価が目標販売価格の範囲内にあるか。

Supply Chain — サプライチェーン

  • 主要材料と部品を安定して供給できるか。

  • 供給者が要求品質を達成できるか。

  • 代替供給者が存在するか。

  • 生産中止と納期リスクが検討されているか。

  • 生産量増加に対応できるか。

Safety and Sustainability — 安全性と持続可能性

  • 製造工程は作業者にとって安全か。

  • 重量物の運搬方法が定義されているか。

  • 粉じん、溶接ヒューム、および薬品リスクが管理されているか。

  • 材料ロスとエネルギー使用が最小化されているか。

  • 廃棄とリサイクルが考慮されているか。

結論

Manufacturing Feasibilityは、設計された形状を単に製作できるかを確認するだけのプロセスではない。製品の機能、形状、公差、材料、工程、設備、組立、検査、コスト、生産量、およびサプライチェーンを総合的に検討し、実際の生産システムの中で安定して実現できるかを判断する設計活動である。

製造可能な設計は、次の条件を満たさなければならない。

  • 要求形状を実際の工程で製造できる。

  • 必要な公差と表面品質を繰り返し達成できる。

  • 材料と製造工程が相互に適合している。

  • 設備と工具が形状と生産量に対応できる。

  • 組立順序と作業空間が明確である。

  • 重要品質を測定し、検査できる。

  • 作業者の熟練度に過度に依存しない。

  • 目標生産量へ拡張できる。

  • 製造原価が製品の目標価格に適合する。

  • 材料と購入部品を安定して調達できる。

  • 作業者の安全と環境条件を満たす。

  • 試作だけでなく、繰返し量産でも品質を維持できる。

機械設計において、製造は設計完了後に実施される独立した工程ではない。形状、公差、材料、および構造を決定する瞬間から、製造工程はすでに設計の中に含まれていなければならない。

優れた設計とは、図面上で完成した設計ではなく、実際に加工され、組み立てられ、検査され、同一品質で繰り返し生産できる設計である。

最終的に、Manufacturing Feasibilityの品質は、一度だけ製品を作ることができるかではなく、要求される機能と品質を、合理的なコストで安定して繰り返し生産できるかによって決まる。