電気設計者との役割分担——機械側が決めるべきこと・任せるべきこと

装置開発の現場では、機械設計と電気設計の境界線が曖昧なまま進んでしまい、後工程で「どちらが決めるべきだったのか」を巡って手戻りが生じることがある。長年さまざまな案件に携わる中で、この境界線の引き方には一定のパターンがあると感じるようになった。プロジェクトの規模や担当者の経験によっても最適な分担は変わってくるが、今回は、機械側が主体的に決めるべきことと、電気設計者に任せるべきことの線引きについて、実例を交えて整理する。

アクチュエータ選定は機械側が主導すべき理由

モーターやシリンダーといったアクチュエータの選定は、電気設計者が仕様を決めるものだと思われがちだが、実際には機械側が主導すべき領域だと私は考えている。なぜなら、必要なトルクや推力、動作速度、ストロークは、負荷条件や機構の摩擦、慣性モーメントといった機械的な要素から算出されるものであり、これらを正確に見積もれるのは機構を設計した本人だからだ。

私が担当した搬送装置の案件では、当初アクチュエータの型式選定を電気設計者に一任してしまい、負荷計算の前提条件が実際の機構と食い違っていたために、後から容量不足が判明したことがある。原因は、機構側の慣性モーメントの見積もりが機械図面の初期段階のものであり、その後の設計変更で可動部の質量が増えていたにもかかわらず情報が更新されていなかったことだった。この経験から、アクチュエータ選定の最終判断は機械設計者が行い、計算根拠となる負荷条件は常に最新の図面から算出し直すというルールを自分の中で徹底するようになった。

負荷計算のやり直しは手間がかかる作業だが、私は設計変更が入るたびに簡易的な計算シートで再確認するようにしている。フルスペックの計算をすべての変更で行うのは非効率なので、質量や重心位置に大きな変化がない微修正であれば簡易チェックにとどめ、可動部の構成が大きく変わるような変更の場合のみ詳細な再計算を行うという使い分けをしている。この線引きを持っておくことで、確認作業の負担と精度のバランスを取りながら進められるようになった。

もちろん、モーターのドライバ仕様やアンプの容量、通信方式といった電気的な要素は電気設計者の専門領域だ。私は必要な出力とタイミング要求、そして動作条件の優先順位を明確に伝えることに徹し、具体的な型式選定は電気設計者に委ねている。機械側が「何が必要か」を正確に定義し、電気側が「どう実現するか」を決めるという役割分担が、結果的にお互いの専門性を活かせる形になると感じている。

アクチュエータ選定でもう一つ意識しているのは、安全率の考え方を電気設計者と共有しておくことだ。機械設計側では材料強度や機構の耐久性に対して一定の安全率を見込むのが当たり前だが、電気設計者から見るとモーター容量に対する安全率がどの程度必要なのかは案件ごとに判断が分かれやすい。私は負荷計算の結果を渡す際、ピーク負荷と連続定格負荷を明確に分けて提示し、瞬間的なピークにどの程度の余裕を持たせたいかを具体的な数値で伝えるようにしている。曖昧な「余裕を見て」という指示では、電気設計者ごとに解釈が変わってしまい、結果的に過剰スペックになったり逆に不足したりすることがあるためだ。

センサー配置の決定権と情報共有の重要性

センサーの種類そのものは電気設計者が選定することが多いが、センサーをどこに、どの向きで取り付けるかという配置の決定は、機械設計側が主導すべき部分だ。検出対象物との位置関係、周辺部品との干渉、振動や粉塵といった環境条件は、機構を熟知している機械設計者でなければ正確に判断できないことが多い。

私が経験した組立ラインの案件では、近接センサーの取り付け位置を電気設計者の判断だけで決めてしまい、稼働後にワークの微妙な個体差で検出が不安定になるという不具合が発生した。原因を調べると、検出面とワークの距離がセンサーの検出範囲ぎりぎりに設定されており、機械側の公差を考慮した余裕が取られていなかったことが分かった。この一件以降、センサーの取り付け位置と検出距離については、機械側の公差計算結果を必ず電気設計者に共有し、両者で最終確認する工程を追加した。

センサーの取り付け方法についても、機械側の視点が重要になる場面がある。振動の大きい装置では、センサー本体を強固に固定していても、ブラケット自体がたわんで検出位置がずれてしまうことがある。特に高速で往復動作を繰り返す装置では、ブラケットの固有振動数が装置全体の加減速周波数と近い場合に共振が起きやすく、検出精度に思わぬ影響が出ることもある。私が担当した高速搬送装置では、センサーブラケットの剛性不足が原因で、稼働開始から数週間後に検出タイミングが徐々にずれていくという不具合が発生した。原因究明には時間がかかったが、最終的にブラケットの板厚を増して剛性を確保することで解決した。センサー自体の性能は電気設計者の管轄でも、それを支える構造物の剛性は機械設計側の責任であるという当たり前のことを、あらためて認識させられた案件だった。

制御ロジックとインターロックの責任範囲

制御シーケンスやインターロックのロジック自体は電気設計者、あるいは制御ソフト担当者が組むものだが、そのロジックが満たすべき安全要件や動作条件を定義するのは機械設計者の役割だと考えている。可動部同士の干渉を防ぐための待機時間、駆動源の起動順序、非常停止時の各軸の挙動などは、機構の構造を理解していなければ適切な条件を洗い出せない。

私が担当した多軸搬送装置では、各軸の動作順序を検討する際、機構上どうしても同時に動かせない組み合わせがいくつか存在していた。この制約条件を機械設計側でリスト化し、インターロック仕様書として電気設計者に渡すことで、ロジックの作り込みをスムーズに進めてもらえた経緯がある。逆に、この制約条件の洗い出しが不十分なまま制御側に丸投げしてしまうと、電気設計者は機構の細部までは把握しきれないため、後から機械側の想定外の動作を許してしまう危険がある。安全に直結する部分だからこそ、機械側からの積極的な情報提供が欠かせないと感じている。

非常停止時の挙動についても、機械側が明確な方針を示すべきだと考えている。単純にすべての駆動源を即座に停止させればよいわけではなく、装置によっては急停止によって機構に過大な衝撃が加わり、部品破損や二次災害につながる場合がある。特に重量物を扱う機構や高速で移動する軸を持つ装置では、この検討を怠ると安全対策のつもりが逆に危険を生む結果になりかねない。私が担当した重量物搬送装置では、非常停止時にブレーキを即座にかけると、慣性で動いている搬送物が大きく揺れて周辺設備と干渉する恐れがあったため、非常停止時でも一定の減速時間を確保する制御にするよう電気設計者と協議した。安全規格を満たしつつ機構への負担を抑えるという両立は、機械側の知見なしには実現できない部分だと思う。

配線・配管の引き回しにおける機械側の関与範囲

配線や配管の詳細ルートは電気設計者や空圧設計者の領域だが、それらが通る経路のスペース確保は機械設計者の責任範囲になる。装置全体のレイアウトを検討する段階で、配線や配管が通るための空間をあらかじめ確保しておかないと、後から電気設計者が経路を作ろうとしても物理的に入らないという事態が起きる。

私は機構レイアウトを検討する初期段階で、大まかな配線・配管スペースを仮に確保しておき、詳細設計が進むにつれて電気設計者や空圧設計者からの要望を反映して調整するという進め方をしている。スペースを最初から厳密に決めてしまうと、後の変更に対応しづらくなるため、初期段階ではあえて余裕を持たせておくことが多い。

一方で、スペースを確保する責任は機械側にあっても、実際に何本の配線・配管が必要になるかという情報は電気設計者や空圧設計者から早い段階でもらう必要がある。この情報のやり取りが遅れると、機械側の見積もりだけで判断せざるを得ず、結果として過小または過大なスペース確保になりやすい。私が過去に担当した案件では、この情報のやり取りが遅れたために、機械側で見積もっていたスペースが実際の必要量より小さく、詳細設計の終盤になって架台のフレーム位置を再検討する事態になったことがある。それ以降、機構レイアウトの初期検討と同時に、電気・空圧それぞれの担当者へ概算の配線本数と配管系統数を確認する連絡を入れることを自分の中のルールにしている。

操作パネルとヒューマンインターフェースの設計分担

操作パネルのボタン配置や表示器の仕様は電気設計者や制御ソフト担当者が中心になって決めることが多いが、パネルを取り付ける位置や角度、作業者からの視認性・操作性については機械設計側が積極的に意見を出すべきだと考えている。実際に装置を操作する作業者の身長や立ち位置、周辺設備との位置関係は、機構全体を把握している機械設計者の方が具体的にイメージしやすいからだ。

私が担当した検査装置では、操作パネルの設置角度について電気設計者の初期案では正面固定になっていたが、実際の作業者の立ち位置を考えると斜め上から見下ろす姿勢になることが分かり、パネルの角度を調整可能な機構に変更する提案を行った。小さな変更ではあったが、現場からは「操作しやすくなった」という評価をもらい、機械側からの視点が生きた事例だと感じている。

非常停止ボタンの配置についても、機械側からの提案が重要になる場面が多い。装置の周囲を複数人で作業する場合、どの位置からでも手が届く非常停止ボタンの配置が求められるが、これは機構全体の配置と作業者の動線を理解していないと適切に判断できない。私は装置のレイアウトが固まった段階で、実際の作業者の立ち位置を想定した動線図を作成し、その図の上に非常停止ボタンの候補位置をいくつか落とし込んで電気設計者に提案するようにしている。図面だけでなく動線という時間軸を含めた視点を持ち込むことで、後から「ここには手が届かない」という指摘を受けることが大幅に減った。

役割分担を明確にするための情報伝達フォーマット

機械側と電気側の役割分担を円滑に進めるためには、情報の伝え方そのものを工夫する必要がある。私は口頭やメールでのやり取りだけに頼らず、負荷条件やインターロック要件、配線スペースの制約などを整理した「機械側要求仕様書」のようなフォーマットを案件ごとに作成し、電気設計者に渡すようにしている。

このフォーマットを使い始めたきっかけは、以前に負荷条件の伝達漏れでアクチュエータの容量不足が起きた反省からだ。文書化しておくことで、後から見返した際に「言った・言わない」の水掛け論を避けられるだけでなく、電気設計者側も必要な情報が一覧できるため、検討の抜け漏れが減るという副次的な効果もあった。役割分担を機能させるには、決定権の所在を明確にすることと同じくらい、情報を過不足なく伝える仕組みが重要だと実感している。

このフォーマットには、決定事項だけでなく検討中の未確定事項も明記するようにしている。例えば「この部分の負荷条件は次回設計変更で見直す可能性がある」といった注記を入れておくと、電気設計者側も後の変更を見越した余裕を持たせた設計をしてくれることがある。逆に確定事項として伝えてしまうと、後から変更が発生した際に電気側の設計変更の影響範囲が想定より大きくなり、手戻りコストが膨らむことがある。確定情報と未確定情報を明確に区別して伝えることも、円滑な役割分担のために欠かせない工夫だと感じている。

参考までに、これまでの経験から整理した機械側・電気側の主導分担の目安を簡単な表にまとめておく。

分担の境界が曖昧なグレーゾーンへの対処法

これまで述べてきたように、多くの項目では機械側と電気側の役割分担がある程度パターン化できるが、案件によってはどちらが主導すべきか判断が分かれるグレーゾーンも存在する。例えば、装置の起動シーケンスにおける各ユニットのウォームアップ時間のような、機構特性と制御仕様の両方が絡む項目がその典型だ。

私はこうしたグレーゾーンに直面した際、どちらか一方が単独で決めるのではなく、必ず双方が同席した状態で仮決定を行い、後日それぞれの立場から問題がないか再確認するという進め方をしている。急いで決めてしまうと後から「聞いていない」というトラブルになりやすいため、多少時間がかかっても双方の合意を得るプロセスを省略しないようにしている。長年の経験から、こうした地道なすり合わせの積み重ねが、結果的に手戻りの少ない開発につながると感じている。

グレーゾーンの項目を洗い出す作業自体も、案件の初期段階でまとめて行っておくと後々楽になる。私は新しい案件に着手する際、過去の類似案件で「決定が曖昧だったために揉めた項目」をリストアップし、その案件でも同様の論点が発生しそうかを事前にチェックするようにしている。すべてを未然に防げるわけではないが、少なくとも「以前も同じところで揉めたな」という項目については早い段階で電気設計者と方針を確認できるため、終盤でのトラブルをある程度減らせていると感じている。役割分担というのは一度決めたら終わりではなく、案件ごとに微調整しながら育てていくものだというのが、これまでの経験から得た実感だ。

経験の浅い担当者同士の組み合わせで起きやすい落とし穴

これまで述べてきた役割分担の考え方は、双方がある程度の経験を積んでいることを前提にした話でもある。機械設計者と電気設計者のどちらか、あるいは両方が経験の浅い担当者である場合、そもそもどこまでが自分の判断範囲なのかを把握できておらず、必要な情報のやり取りが漏れてしまうことがある。

私が若手の電気設計者と組んだ案件では、相手が「機械側から具体的な指示がなかったので、とりあえず標準的な仕様で進めた」という判断をしたことで、後から機械側の意図と食い違う設計になっていたことがあった。指示がないことを「任されている」と解釈するか「決まっていない」と解釈するかは人によって差があり、これも認識のずれを生む一因だと感じている。この経験から、相手の経験レベルに応じて、こちらから伝える情報の粒度を調整する必要があると感じるようになった。経験豊富な電気設計者であれば要点だけ伝えれば十分なこともあるが、経験の浅い担当者に対しては、判断の背景となる理由まで含めて丁寧に説明した方が、結果的に手戻りが少なくなる。役割分担のルールを機械的に当てはめるのではなく、相手の力量を見ながら伝え方を変えていくことも、実務上は重要な視点だと思う。