金型メーカーにおける設計者教育のポイント―工程の逆をたどる（型技術2023年3月号掲載）
筆者が金型メーカーのコンサルティングを行う際、設計者の教育がテーマになると、まずセオリーとして「設計工程の逆順を辿って教育を行ってください」と伝える。
これは金型メーカー「あるある」だが、今現在、金型メーカーで設計をされている多くの方に、会社が立てた教育計画に沿って育成されたという方は実は結構少なく、CAD操作の習得ののち、本番でのお仕事をこなすうちに「自力で設計ができるようになっていた」というケースの方を筆者は多く見かけている。これを読んでいただいている方も、自社で思い当たることがあるのではないか。
こうしたやり方は、会社の設計部門を支える強力な設計者が育つ反面、「しばらくやらせてみたが、やっぱり設計には向かなかった」という人を生んでしまうリスクも抱えている。
だが会社が人選した候補者を、確実にリタイヤさせることなく、きちんと計画どおり育成しなければならない場合においては、どのような教育方針が望ましいのか、それが今回のテーマである。
設計工程を逆順に辿る教育とは
この「設計工程を逆順に辿る教育」とは、設計工程を次のように細分化させることが前提になっている。
- 構想設計
- 構造設計
- 部品設計
まず①の構想設計は、製品の成形に着目した設計で、プレス金型においては工程設計とも言われ、何工程で成形するか、各工程でどのようなプレス加工を行うかなど、まず構想を練る設計を言う。
同様に射出成形やダイカスト金型においても、どのような製品方向で成形するか、PL面をどこで割るか、ゲートをどこに何カ所設置するかなど、金型構造の前に成形に関連した構想を練る段階の作業を言う。
この工程で意識することは、主に製品の成形品質・生産時のコスト（歩留まりなど）・成形時の安定性などになる。
そして次の、②構造設計は、文字通り金型構造に関する設計になる。指定された成形機の仕様に合うように設計を行い、量産数量に耐えうる構造や鋼材、部品を選定し、必要な機能を満たす金型構造を設計する。
この工程で意識することは、十分な強度を持つ構造にすること・必要な精度を確保できる構造にすること・必要以上にコストをかけない構造にすることなどになる。
最後は、③の部品設計である。3次元設計であれば、構造部の設計と同時にある程度、部品の設計も終わることになるが、2次元設計であれば、組図の設計の後、個別の部品ごとの三面図及び、そこに寸法や注釈を入れていく作業になる。
この工程で意識することは、加工性、リードタイム、コストなどである。
さてここからが本題になるが、「設計工程を逆順に辿る教育」ということなので、まさに③の部品設計から、設計を覚えていくということになる。
その理由は消去法的な発想になるが、①の構想設計から始めたとして、プレス金型を例にとった場合、製品を成形していく順番、例えばまずブランク抜きを行い、次に予備曲げ・成形曲げ・トリム抜き・分断工程などの順番で構想し、それぞれの工程の製品状態をモデリングするまでの設計が仮に出来るようになったとして、次はそれぞれの工程の金型構造を設計していくわけだが、ここで全くノウハウが異なる機械加工の精度や現場の効率性に配慮して設計していかなくてはならない。
特に①の構想設計と、②③の構造設計・部品設計は、必要となる知識が全く異なること、そして②の構造設計と③の部品設計においても、③の部品設計に必要となる機械加工に関わる知識がないと、そもそも金型構造部の設計は出来ないということになる。
したがって消去法的な順番として、①の構想設計を行うにしても、②の構造部の設計を行うにしても、まず③の部品設計に必要となる機械加工に関する知識がなければ、途中で行き詰ってしまう。
さらに言えば、機械加工の後に行う組み立てやトライ作業にも配慮した部品の設計が必要になる。例えば、組み立て時にほとんどの部品が金型の表側から締結でき、組み立て・分解がしやすいとか、トライ時に調整が予想される箇所が入れ子構造になっていて効率的に調整作業が出来るなどである。
したがって、まずは③の部品設計から習得していくことが望ましいということになる。
実際にプレスメーカーで取り組んだ事例
実際にあるプレスメーカーにて、③の部品設計の勉強からはじめてもらった。
まずは同社で使用しているCADの操作を習得することから始まった。次に過去に自社で設計した金型を使い、少しイレギュラー的な要素を無くし、社内の一般的な金型構造に修正してもらい、その組図を今後も使用していく練習課題として使用し、過去に設計した図面に倣い部品設計を練習してもらった。
すると、ほどなくして受講者から意見があがってきた。
例えば部品に存在する穴形状についての場合、ドリルで加工するのか・ワイヤーカットで加工するのか、そもそもドリルであればマシニングセンターで加工するのか・ラジアルボール盤で加工するのか。またマシニングセンターやワイヤーカットなど複数の機械加工がある場合、どのような順番で加工するのか・どこを基準面にするのか・どこをクランプするのか、さらに組図を見て、各部品がどのように組み合わさっているのか構造が理解しきれないといったものだった。
これを聞いて筆者は、まさにこれが聞きたかったと思った。
3段階目の部品設計だけでさえ、このような初歩的な疑問が噴出し、設計の手が止まってしまう。
したがって、本番の製品図面をいきなり渡し、仮に簡単なものからとはいえ、「実戦で覚えろ」とばかりに、①の構想設計からいきなりやらせてしまう荒療治の教育方針は非常に厳しいと言わざるを得ないことが、この事例でよくわかる。
モノを覚えるにあたり最も必要となるのは「反復効果」であるが、③の部品設計、次に②の構造設計、最後に①の構想設計といったように3段階に分け、それぞれの工程で必要となる知識を、じっくり反復して覚えていくことが、「やらせてみたけどモノにならなかった」を避け、確実に設計者を育成する、最も近道であると考えている。
これまで筆者が支援した企業では、この逆順を辿る教育について、「やってみるとたしかにそのとおりだった」と言ってもらえている。
まとめ
だがお気づきのとおり、この逆順を辿る教育は、設計作業を分業することが前提となっている。
設計の分業については、やっている会社とやっていない会社、やりたいけどやれていない会社など、様々なスタンスがあるが、設計者が複数いる場合、全員が上級レベルでないのであれば、分業することで手離れ良くまわしていくことを推奨している。
このやり方のコンセプトは、料理の世界に例えると、「キャベツの千切りまでベテラン料理人がやるのか？」であって、金型の種類にもよるが、最もノウハウが難しいと言われる①の構想設計は最もスキルのあるベテランに注力してもらい、②の構造設計については別の若手や中堅の設計者、③の部品設計については設計アシスタント的な人にお願いするやり方をとっている会社もある。
なお、①の構想設計と②③の設計段階との分業については、2次元設計であっても、3次元設計であっても可能であるため、オススメである。
設計工程は、金型製作のスタートとなるため、そのキャパシティがイコール、自社の金型製造（受注）キャパシティとなっている会社も少なくない。
したがって、いかに確実な設計者教育を行うか、そして分業していかに手離れ良く設計作業を捌いていくか、この視点において「分業作業を兼ねた設計工程の逆順を辿る教育」は、それらを実現する方法だと言える。参考になれば幸いである。
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