Taccu

構造設計┃電装品筐体
設計18年｜防水・放熱・耐振、不具合是正など、自動車要求の品質に対応┃条件と前提を整理し、実現できる形に落とす設計を考えています┃構想〜評価・量産対応まで

[Taccu @TAC20646]

気づき/仮説/検証

量産開発を知る設計者が、
机上論ではない開発のリアルを発信。

[Taccu @TAC20646]

パワーモジュールの冷却に、ピンフィンが使われているものをよく見かけます。

ピンフィンはストレートフィンに比べると複雑な形状ですが、放熱性能を高める事ができます。

空気がピンの周囲を回り込みながら流れるので、
流れが複雑になることで境界層（流れの遅い領域）が発達しにくくなり、新しい空気が継続的に表面へ供給され、
結果として高い熱伝達率が期待できるのです。

放熱フィンというと表面積を増やして熱を逃がすための部品というイメージがあるかもしれませんが
実際は空気の流し方も重要なのです。

一般的なストレートフィンでは、空気はフィンとフィンの間を流れ、効率よく流せる一方で、フィン表面には境界層が発達し、熱の移動を妨げることがあります。

ピンフィンは流れの方向に左右されにくいことも特徴です。

ストレートフィンは風向きが変わると性能が低下しやすいですが、ピンフィンはさまざまな方向からの流れに対応しやすいため、限られたスペースで安定した冷却性能を確保できます。

様々なメリットがあるピンフィンが
高い発熱密度を持つパワーモジュールや電子機器の冷却で採用されるのもよくわかります。

もちろん良いことばかりではなく
ピンフィンは流れを積極的に乱す構造なので、
圧力損失は大きくなりやすくなります。

同じ風量を得るためにはファンやポンプへの負荷が増え、消費電力や騒音の増加につながることもあります。

放熱性能を上げようとしてフィンの密度を高くしすぎると、今度は圧力損失が増えて期待した効果が得られないこともあります。

熱設計は、表面積を増やせば解決するほど単純ではありません。
放熱性能だけを追求すればよいわけでもなく

熱、流体、圧力損失、スペース

これらをバランスさせながら最適な形状を探していく必要があります。

限られた条件の中で様々な工夫をして、冷却性能を引き出そうとしています。

[Taccu @TAC20646]

私も「難しい」派です。
100%できないことは意外と少なくて、やり方や条件を変えると実現できることもあります。
もちろん簡単ではないことも多いですが、できないと決めつけずに考え続ける姿勢は大切だと思います。

[やぐさん▶︎1人装置メーカー @graff_td]

「できません。と言い切ると、他の誰かが"できた"時にお前は死んだも同然となる。技術者としては何時も"難しい"にとどめておけ。」

と社会人1年目で上司にアドバイスされて以来「できません。」という言葉使っていない。

逆に、軽々しく「できません。」と言い放ち、消え去っていってしまった人もたくさん見てきた。。
是非、「難しい」に言い換えてみてください！

[Taccu @TAC20646]

設計ですが
経験上、開発段階ですべての公差や工程能力まで検討しきれているケースはほとんどありません。
量産中に問題が発生した際は決めたことだからと切り離すのではなく、
各部門が一緒に原因を探ることで、より早く現実的な対策にたどり着けることが多いですね。

[ぶたまる@生技 @pokamaru3]

よいかね。
製品の許容公差が、工程能力に対して厳しすぎることは往々にしてある。

このとき、広く認識されている方法は、工程能力を上げてばらつきを小さくし、許容内に収めることである(①)

しかし、一つの部門に責任を押し付けると、大体の場合がうまくいかない。

別の手段として、設計は要件緩和の検討は行えるわけだ(③)

並行して、生技が許容外のばらつきを弾く仕組みを導入するという手段を取ることもできる(②)

製造側で、工程能力の向上を試み、運用として、手直し又は廃棄するバックアップ案を備えられるはずだ。

リスクの低減と負担の許容は本来両立できる。

各方面でできることあるならば、取れるべき手段をまず実施しリスクは最小化すべきなのだ。

そのバランスが安定した組織が、安定した生産を行える。

相手の結果に期待するだけであるならば、その結果に文句は言うべきでないと、そうは思わないかね。

[Taccu @TAC20646]

部品の放熱で、
もう少し温度を下げたい

というケースはよくあります。

まず思いつくのは、フィンを大きくすること。

有効な方法ですが、スペースやコストの都合で簡単には変えられないこともあります。

そんな時は、フィンの形状や配置に目を向けてみるのもおすすめです。

放熱フィンは、発熱部品の熱を空気や冷却水へ逃がすための部品なので、大きさだけではなく空気がどう流れるかが性能に大きく影響します。

例えば自然空冷。
フィンで温められた空気は上へ上へと流れていきます。

その流れを邪魔しないことが大切なので、フィン間隔は広めになることが多く、フィンを増やしすぎると逆に冷えなくなることもあります。

一方、ファンを使う強制空冷では事情が変わります。
風を作れるのでフィン間隔を狭くして表面積を増やし、高い性能を狙えますが、フィンを詰め込みすぎると空気が通りにくくなります。

フィンの向きも意外と重要で、
自然空冷なら空気が上昇する方向に、強制空冷なら風の流れる方向に合わせることで性能が変わることがあります。

温度をあと少し下げたい時は、フィンを大型化する前に形状や配置を見直してみると、意外と改善できるかもしれません。

[Taccu @TAC20646]

振動対策は目立たないうえに、部品追加やコスト増につながるので敬遠されがちです。結果として壊れてから対策するケースも少なくありません。
振動対策が違和感なく製品に組み込まれていると開発段階でしっかり検証されたことが伝わってきます。

[TakumiDevices @takumidevices]

放送機器は中継車の設置状況が過酷だから、振動対策が入念なのよな

某社のPCベーススイッチャー、本体が汎用サーバー筐体だからライザーカードが振動で死ぬ不良で苦労したと聞いた
改良されてライザー無しになったけど、結局汎用筐体なのは変わらず

スペックからは見えない専用機設計の差よね

[Taccu @TAC20646]

応力解析をしていると、想定以上に高い応力が出ることがあります。

設計者としては、その結果を見た瞬間に不安になります。
本当に壊れるのだろうか。 解析条件がおかしいのではないか。 問題ない理由を見つけたい。

そんな心理が働くのも自然なことです。

そのため、高い応力が出た箇所を見て「これは特異点だから問題ない」と判断したくなる場面があります。

しかし、本当に特異点なのか、それとも実際の応力集中なのかは慎重に見極める必要があります。

応力解析における特異点とは、特定の点だけ極端に大きな応力が発生する現象です。
代表例としては、完全固定した角部や集中荷重を与えた点などがあります。これらは理論上、応力が無限大に発散するため、解析上も非常に大きな応力として現れます。

ここで重要なのは、「応力が高い＝特異点」ではないということです。
特異点かどうかを判断する際は、メッシュを細かくしたときの挙動を確認します。

本当に特異点であれば、メッシュを細かくするほど応力は収束せず、さらに大きくなっていきます。

一方で、メッシュを細かくしていく中で応力値が一定の値に近づくのであれば、それは実際の応力集中を捉えている可能性があります。

つまり、高い応力が出た結果だけを見て特異点だから問題ないと判断するのではなく、その応力がなぜ発生したのかを確認することが重要です。

荷重条件は適切か。 拘束条件は現実を表現できているか。 メッシュを変更しても同じ傾向が出るか。

こうした視点で結果を読み解くことで、解析結果の信頼性は大きく向上します。
解析ソフトは応力分布を表示してくれますが、その結果をどう解釈するかは設計者に委ねられています。

条件設定を正しく行い、結果を正しく読む力が、応力解析を活用するうえで欠かせない能力です。

[Taccu @TAC20646]

応力解析の結果には、主応力やミーゼス応力など、さまざまな指標が表示されます。

まずミーゼス応力を確認する、という人は多いと思います。

実際、強度評価を行うのであれば、それは間違いではありません。

ミーゼス応力は材料が降伏するかどうかを評価するための等価応力であり、解析結果のミーゼス応力と材料の降伏応力を比較することで、強度に余裕があるかを確認できます。

そのため、設計の初期段階や強度確認では非常に使いやすい指標です。

しかし、試験で部品が破損すると見方が変わってきます。

強度に余裕があるかだけではなく、

なぜ壊れたのか。

どこから亀裂が入ったのか。

どのような力が作用していたのか。

そうしたことを知りたくなるからです。

例えば、片持ち梁の先端に荷重を加えると、固定端付近に大きな応力が発生します。

ミーゼス応力を見ると、どこに大きな応力が発生しているか、また材料の降伏応力に対して余裕があるかは確認できます。

一方で、その応力が引張なのか圧縮なのか、どの方向に作用しているのかまではわかりません。

片持ち梁では固定端付近の片側には引張応力、反対側には圧縮応力が発生します。

ミーゼス応力ではどちらも高応力として表示されるため、力のかかり方までは読み取りにくいのです。

そこで主応力を確認します。

主応力を見ると、どこに引張応力が発生しているのか、どの方向に応力が作用しているのかを把握できます。

多くの部品では、亀裂の発生や進展に引張応力が関係します。

そのため、破損の原因を考えたり、亀裂が入りそうな場所を予測したりする際には、主応力が重要なヒントになります。

強度に余裕があるかを確認したいならミーゼス応力。

力の流れや破損のメカニズムを理解したいなら主応力。

応力解析で大切なのは、どの応力を見るかではなく、何を知りたいのかを明確にすることです。

応力は目的によって見る指標が変わる。

試験で壊れた現象を理解しようとすると、解析結果の見方も少しずつ変わっていきます。

[Taccu @TAC20646]

大切なのは、知りたいと思う人と、記録を残すことの両方がある状態をつくることだと思います。

どちらか一方だけでは知見は活かされません。

新人教育も同じで、今すぐ読まれなくても、成長の過程で過去の記録が役立つ瞬間があります。

未来の誰かの学びにつながる
根気強く記録を残し続ける意味は大きいですね。

[たろう@機械設計→異業種転職 @papa_papa_fire]

新人さんには確かに「なぜそうしたか」が分からないですし、記録に残せば組織の資産にもなるので素晴らしい取組だと思います。

一方で、エンジニアとしては自分で考えて答えを導き出す力も同じくらい大事だと感じています。

実際、効率化ツールを整備し過ぎた結果、中身を理解せずに使う若手が増え、設計力そのものが落ちてしまったケースも見てきました。

トラブル対応は結論ファーストで良いと思いますが、仕様や部品選定に関わる場面では「なぜそうするのか」を考えるプロセスも残しておきたいですね。

[Taccu @TAC20646]

デザインレビューの進め方に、違和感を覚えることがあります。

一つは確認会になってしまうケースです。

設計内容の説明を聞いて、分かりましたで終わる。

新しい視点も疑問も出てこないため、レビューが単なる報告会になってしまいます。

もう一つは裁判になってしまうケースです。

レビュワーが問題点を指摘し、設計者がそれに反論する。

いつの間にか設計を良くする議論ではなく、どちらが正しいかを争う場になってしまいます。

どちらもレビューとしてはもったいない状態です。

私は、レビューの本質は正しさを判定することではなく、設計を別の視点から見直すことだと思っています。

そのためにレビュワーが最初にやるべきことは、意見を言うことではなく、相手の意図を理解することです。

構造、材料、条件、制約

それぞれを理解しないまま指摘を始めることで、設計者は、その指摘の妥当性を考える前に、まず設計意図を説明しようとします。

結果として議論が設計を良くするためのものではなく、自分の設計を守るためのものになってしまう。

これがレビューが裁判のようになってしまう原因の一つです。

正しいことを言うことは重要ですが、それだけでは良いレビューにはなりません。

まず相手の意図を理解する。

その上で、自分が持っている別の視点を加える。

製造、品質、コスト、保守、運用など、設計者が気付きにくい観点を持ち込む。

それがレビュワーの役割だと思います。

レビューは確認会や裁判ではありません。

異なる視点を持ち寄り、設計をより良くするための場なのです。

[Taccu @TAC20646]

開発中には多くの検討があり、評価も何度も繰り返します。

設計レビュー、FMEA、解析、試験評価など、同じことを何度も確認しているように見えるかもしれません。

なぜこれほど検討と検証を重ねるのか。

量産後の変更は簡単ではないからです。

例えば筐体部品の構造変更が必要になった場合、まず変更内容が妥当かを検討します。

強度や組立性に問題はないか。
周辺部品への影響はないか。
新たな不具合を生まないか。

解析や試験で妥当性を確認します。

確認するのは製品性能だけではありません。

工程への影響の確認も重要です。

組立手順は変わらないか。
作業時間は増えないか。
治具や検査方法に影響はないか。

量産品の場合は金型変更が必要になることもあり、費用や時間もかかります。

量産後の変更は、不具合対応で発生することが少なくありません。

量産中に不具合が発生すると、影響を最小限に抑えるため迅速な対応が求められます。

一方で、十分な検討を行わずに変更すると、新たな問題を生み出す可能性もあります。

そのため、設計・品質・製造が連携しながら変更内容を評価し、対策を進めていきます。

だからこそ重要なのは、量産後の対応力ではなく、量産前にどれだけ検討と検証を行えるかです。

量産前の検討は遠回りに見えるかもしれませんが、量産前の不具合潰し込みが、量産後の大きな変更を防ぐことにつながります。

[Taccu @TAC20646]

これ、上司側も結構悩んでいるテーマだと思います。
どこまで自分で考えるべきか、どのタイミングで相談してほしいかは、人によって認識が違います。
こうしたイメージを事前に共有できているだけでもお互いに迷いが減り、気持ちよく仕事ができますね。

[もとやま @ysk_motoyama]

https://t.co/zgQdldtY0g

[Taccu @TAC20646]

仮説は検証の回数を増やすことで精度が上がっていくので、小さいところから始めるのがポイントだったりします
https://t.co/NZkJouEFE1

[内向哲学 @naikoutetsugaku]

https://t.co/2xfM0Mzotz

[Taccu @TAC20646]

答えが見つからない課題に直面した時、何から手を付ければよいのかわからなくなることがあります。

そういう時ほど解決策を探す前に、課題を整理することが重要です。

なぜなら、答えが見つからない課題の多くは、課題そのものが曖昧だからです。

例えば試験で部品が破損したとします。

この時、壊れたという事実だけでは原因はわかりません。

・荷重が大きすぎるのか
・部品の強度が不足しているのか
・固定方法に問題があるのか
・搭載しているベースに問題があるか

考えられる要因はいくつもあります。

つまり、破損したという一つの現象も、細かく分類していくことができます。

分類していくと、不思議なことに見えてくるものがあります。

それはわかっていることと、わかっていないことです。

さらに、わかっていないことも、
・原因ではなさそうなもの
・まだ確認できていないもの
・有力な原因候補
に分けることができます。

ここまで整理できると、漠然とした問題が具体的な課題へ変わります。

そして初めて、
何を測定するべきか
何を確認するべきか
どんな実験をするべきか
が見えてきます。

課題解決は、最初から答えを見つけるのではなく、
複雑に絡み合った現象を分解し、一つずつ整理していく作業です。

課題が見えない状態では誰でも混乱します。

焦って結論を出そうとするのではなく、目の前の事実を丁寧に分類し、一つずつ紐解いていくことが大切です。

地味な作業に見えますが、多くの場合、成果につながるのはこうした地道な積み重ねです。

答えが見つからないのではなく、まだ課題が整理できていないだけ。　

そう考えて少しずつ進める事が成果に繋がります。

[Taccu @TAC20646]

ルールは行動を縛るものではなく、安心して素早く行動するための基準だと思います。
多くの人が同じルールで動いている中で、ルールを守れない、守りたくないと感じるなら、自分の都合が優先されていないか振り返ってみることも大切ですね。

[sogitani / baigie inc. @sogitani_baigie]

ルールを嫌う人っているけど、本来ルールとは人を縛るものではなく、自由に素早く動くために必要なもの。

例えば「赤信号で止まる」というルール。これがあるから、私たちは青信号の交差点をブレーキを踏まずに進める。

このルールがなかったら、交差点のたびにブレーキを踏んで確認をしないといけなくなる。また、時々起きる衝突事故にも対処しないといけない。

本来あるべきルールとはこれ。なので、ルールを守らない人がいると、前提が崩れる。ルールを守らない人がいるから、青信号でもブレーキを踏まないといけなくなる。

たまに、ルールに理由や納得感を求める人もいる。例えば、「赤で進め、青で止まれ、だとなぜいけないの？論理的に説明して」みたいな議論をふっかける人。

でもそんな議論は不毛で、青で進め、赤で止まれって、決めてしまえばいいだけ。なのに、議論するから、また止まる。

ルールも良くない時があるので、思考停止でルールを受け入れろとまでは言わない。

ただ、組織というのは、納得感がないという理由でルールを守らない人には、厳しく対処しなければいけない。そんな人がふっかける議論の全てに答える義務もない。

という大前提はある。

こんなこと書いてるけど、うちにはそういう社員がいなくて助かってる。

[Taccu @TAC20646]

壊れなかった。だから大丈夫。

その判断の仕方が、開発を遅くすることがあります。

振動試験で部品が壊れなかった。

もちろん良い結果です。

試験の目的の一つは、設計した製品が要求を満たしていることを確認することです。壊れなかったのであれば、その試験に対しては合格と言えます。

ですが、壊れたか壊れなかったかだけで評価すると、残るのはその構造で壊れなかったという結果だけです。

例えば、後から部品の位置を少し変更したとします。

すると、その変更後も壊れないのか、それとも壊れる可能性が高くなるのか判断できなくなります。

なぜなら、残っているのが試験結果だけだからです。

結果しかない場合、設計変更のたびに再度試験を行い、安全性を確認する必要があります。

もちろん試験は重要です。

ですが試験には、試作品の製作、設備の準備、測定や評価など、多くの時間とコストがかかります。

設計変更のたびに同じ確認を繰り返していては、開発スピードは上がりません。

一方で、試験前に解析を行い、発生する応力を確認していた場合は状況が変わります。

例えば、

・応力50MPaで壊れなかった
・実機試験でも問題なかった

という情報が残ります。

すると残るのは単なる試験結果ではなく、壊れなかった条件です。

設計変更後も解析を行い、応力が同等レベルであることを確認できれば、前回と同じように成立する可能性が高いと判断できます。

つまり、壊れるか壊れないかを見極めるための基準が残るのです。

重要なのは、壊れたか壊れなかったかという結果だけを残すだけではなく、なぜ壊れなかったのかを説明できる判断基準を残すことです。

今回の例では、それが応力でした。

応力と試験結果が結び付いていれば、設計変更後も同じ考え方で評価できます。

結果だけでは知見はその構造に閉じてしまいます。

判断基準まで残せて初めて、次の設計に活かせる知見になります。

設計で重要なのは、結果を残すことではなく、判断基準を残すことです。

結果は過去を示します。

一方で判断基準は、未来の設計を判断するために使えます。

見極め方を蓄積することで、開発のスピードを上げ、技術を資産に変えることができます。

[Taccu @TAC20646]

40代前後の会社員は、ほとんどの人が共感できると思います。

[野良研究者T @taka_pe]

技術者のキャリア27
失意の転職
仕事が嫌いで辞める人ばかりではない。
仕事が好きでも、会社を辞めていくことがある。

Tさんは、40歳手前の生産技術エンジニアでした。
現場をよく知り、仕事にも前向きで、私もかなりお世話になった方です。

そんなTさんが、あるとき転職していきました。
理由を周囲から聞くと、管理職の選抜に漏れたことが大きかったようです。後輩が先に管理職になり、給与も上がっていく。その現実に耐えられなかったのだと思います。

最近は「管理職になりたくない」という若手も多いと聞きます。でも実際には、同じようなレベルだと思っていた人や後輩が昇進し、自分を追い越していくと、かなりきついと思います。

「こんなに仕事をしているのに」
「なぜ後輩が先に？」
「給与が抜かれる」
「あいつの下で働くのか」

こういう生々しい感情は、会社員にはあります。私もそうでした。
また、管理職になれずに転職していく人を、私は何人も見てきました。もちろん、管理職がすべてではありません。また、転職理由も一つではなく、いろいろな要因が重なっていたのだと思います。

ただ、40代前後になると、昇進・処遇・プライド・将来不安が一気に現実になります。でも、そこでキャリアが終わるわけではありません。

「このままでいいのか？」
「残りの職業人生はどうしたらいいのか？」

正しい答えはありません。でも自身の人生に向き合い、自分が一番活きる場所を見つめなおす機会になると思います。

[Taccu @TAC20646]

持ち帰りは、判断を先送りしている状態とも言えます。
本当に必要な持ち帰りなら、 論点は何か、 誰が検討するのか、 いつ結論を出すのか、 まで決めておくべきです。
そこが曖昧だと、会議は進捗を確認するだけの場になってしまいます。

[30代マネージャーの備忘録。気合いより構造 @kabu_nare]

会議で
「では持ち帰って検討します」
が3回続いたら

その会議は
設計が壊れている。

────

持ち帰りが多い会議の正体：

・決裁者が出席していない
・事前に論点が整理されていない
・「今日決めること」が宣言されていない

────

持ち帰りは
慎重さじゃない。

準備不足と
設計不足の
言い換えだ。

[Taccu @TAC20646]

自分では自走しているつもりでも、周囲からはそう見られていないケースは意外と多いです。
一度立ち止まって確認すると、自分を客観的に見直す良いきっかけになりますね。
https://t.co/7PAdFP03py

[勅使川原 晃司 @kojiteshigawara]

https://t.co/WHOUdX2C2g

[Taccu @TAC20646]

試作品の部品が届いてから、
組立担当は空いているか。 評価設備は使えるか。
と慌てて確認したことはないでしょうか。
私も以前は、部品が届いてから試作が始まる感覚でした。
ですが実際には、試作の成否はその前の段階で大きく決まります。
試作がスムーズに進む人は、
・誰が組み立てるのか
・どの順番で進めるのか
・必要な工具や治具はあるか
・評価設備は確保できているか
・試験日程に問題はないか
といったことを事前に整理しています。
部品が届いた時には、
誰がやるか。
いつやるか。
何を使うか。
といった調整がほぼ終わっています。
段取りを考えるのは、管理が好きだからではなく
焦りたくないからです。
時間に追われると、確認漏れや判断ミスが起きやすくなります。
だから部品が届く前に準備します。
製品を設計するように、試作の進め方も設計する。

設計者の大切な仕事です。