強度設計に活かすための構造解析による強度評価とそのポイント

はじめに：製造業における「強度設計」の重要性

製造業では、製品が市場で競争力を維持し続けるためには、コストや納期だけでなく「品質」、中でも「強度設計」が極めて重要なテーマとなっています。

近年、環境を意識した軽量化や新素材への転換が進む一方で、事故やリコールのリスクから「ただの安全率頼み」では通用しない時代になりました。

現場では、目に見えない“強度”を数値で評価したり設計改善につなげるため、「構造解析」の活用が広がっています。

しかし、「構造解析＝専任技術者やCAE解析担当者の仕事」と捉えがちだったり、解析ソフトだけに頼って現場感覚が薄くなったりしているケースもよく見られます。

本記事では、現場目線で「強度設計に本当に役立つ構造解析」に焦点を当て、初心者・現場技術者・バイヤーやサプライヤーの立場からも分かりやすく、実践的なノウハウを紹介します。

構造解析とは何か？基礎知識と現場での役割

構造解析とは、製品や部品に加わる力や荷重（外力）を数値的にシミュレーションし、その部品が壊れる（破壊）前に、どれくらいの耐久力・安全性があるのかを解析・評価する技術です。

多くの現場で活用されている代表例は、「有限要素法（FEM）」と呼ばれる解析手法です。これにより、設計段階で材料・形状・構造の最適化や軽量化が実現できます。

実際の現場での役割は多岐に渡ります。
– 新規製品開発時に軽量化と安全性を両立させる
– 不具合品・クレーム対応時の原因究明
– 材料費コストダウン（過剰設計の発見）
– 部品標準化や共通化の裏付け

昔ながらの「経験と勘」や「現物試作・破壊試験」に加え、デジタル解析技術をうまく組み合わせることが“令和の現場力”そのものです。

強度評価における「構造解析」導入のメリットとポイント

なぜ今、構造解析なのか？

従来、設計現場では「安全率」を十分に高く取り、何度も試作して“壊れるまで試す”というやり方が主流でした。

しかし、試作コストや開発リードタイム短縮、製品の複雑化・多様化などに直面する今、構造解析を用いることで下記のようなメリットが生まれます。

– 実機を作る回数・コストの削減
– 見積・設計の精度・説得力の向上
– 不良発生メカニズムの予測と未然防止
– 国際規格（ISO等）への適合プロセスの効率化

ただし、やみくもに構造解析ソフトを使えば良いというものではなく、“現場的な視点”でポイントを押さえることが、実践的な強度設計には不可欠です。

強度評価へ活用するための基本的な流れ

1. 解析目的・シナリオを明確化
– 何を・なぜ・どこまで知りたいのかを整理
2. モデル（対象部品）の抽出
– 形状・材料の選択、部品点数の最適化
3. 境界条件（実際の使われ方）の設定
– 荷重、温度、固定部、接触部など現場再現性の追求
4. シミュレーション（計算・評価）
– 解析ソフトによる応力、変形、破壊等の解析
5. 実際の現象・実験との突き合わせ、妥当性評価
– 設計へのフィードバック

現場で「やってしまいがち」な失敗例

– モデル化が適当で、実際の現象と合っていない
– 荷重や取り付け条件が現場と食い違っている
– 結果解釈だけ担当にまかせ、設計へ反映できない
– 成果物が図面やサプライヤー指示書に活かせていない

このように、解析結果を鵜吞みにせず、実物や実測との“リアルな突き合わせ”こそが本当の価値となります。

「昭和的な現場」と「最新デジタル解析」のすり合わせ術

構造解析を製品強度の判断基準に盛り込もうとした際、多くの工場・現場では「古い価値観」と「最新技術」のギャップに悩みます。

典型的なアナログ文化の現場課題

– ベテランの勘・職人技に依存
– “実際に壊してみる”しか信じない文化
– 解析担当が「部門の島」となり現場連携が弱い
– 設計変更の裏付けとして“紙レポート”しか使われていない

しかし、現実には、これら昭和型の現場知識と、デジタルによる“実験の疑似再現性”をいかに融合させるかがポイントです。

強度設計を現場全体で底上げするためのポイント

– 構造解析結果を“職人の目線”からレビュー（フィードバックループ）
– 不具合や試作失敗時の「なぜ壊れた？」を解析上でも追及
– 解析手順や仮定条件、判断ポイントを標準化・明文化
– サプライヤー・協力工場への技術共有／解析条件の開示

工場の自動化・生産性向上といっても、ベースとなる部品設計・強度評価が不十分だと「ライン停止」「不具合」「クレーム」につながります。

“設計部門 vs 製造現場”、それぞれの伝統的な暗黙知や実体験を、デジタル解析プロセスの中に敢えて取り入れる。

そうすることで、工場の中に“解析文化”がしっかり根を下ろし、全体最適につなげる土壌が育ちます。

バイヤー・サプライヤー視点での「強度評価」と交渉力

バイヤーが重視するポイント

製品や部品の調達を担うバイヤーは、品質・納期・価格の３点が最大の関心事です。

強度評価における構造解析の成果が、「適切な材料選定」「過剰コスト・重量の抑制」「早期リスク発見」に貢献することで、仕入先選定や価格交渉の際の“説得材料”として機能します。

また、サプライヤー提出の強度報告書も、内容や妥当性を“ツッコミ”できるバイヤーは信頼されます。

サプライヤーとして知っておくべき「バイヤーの思考」

バイヤーは、形式的な安全率だけでなく、「なぜこの構造や材料選定なのか」「どの荷重条件まで耐えうるか」— 裏付けとなる解析結果や実験データの提示を求めています。

つまり、「説明責任のある強度評価」ができるサプライヤーは、高く評価され採用率が上がります。

– 解析条件（荷重・温度・使われ方）が具体的か
– どの部分がボトルネックになっているか
– 実測値や過去トラブルとの対応関係は明確か
– 解析担当者や管理フローがしっかりしているか（トレーサビリティ）

このあたりを抑えた上で提案・資料作成ができれば、バイヤーとの信頼関係やリピート受注にもつながります。

今後の強度設計トレンドと構造解析の進化

AI・IoT時代の強度評価

強度設計・評価の分野にも、AIやIoT技術が本格的に浸透し始めています。

例えば、多量の強度データや破壊事例をAIが分析し、最適な設計案や危険シナリオを迅速に抽出。

さらに、IoTでリアルの生産設備や製品情報（荷重履歴、劣化進行など）をセンシングすることで、「現実を踏まえたより高度な強度診断」が実現します。

デジタルツインによる“現場最適設計”時代へ

デジタルツインとは、現実の工場・製品の運用状況を仮想空間上で再現（シミュレーション）し、設計や保守、品質管理まで一元的に最適化しようとする考え方です。

これからは「図面」や「強度計算書」だけでなく、現場のリアルな使い方や状況変化を解析・評価に“後付け”することが求められ、従来の設計部門と現場部門の垣根がますます低くなるでしょう。

まとめ：構造解析と「現場知」融合による強度設計の深化

強度設計は、単なる計算式やソフト導入では成り立ちません。

必要なのは、現場で培われたノウハウや失敗経験、そして最新デジタル解析の精緻な数値。

「なぜ壊れるのか？」という問いを、現場・設計・解析・バイヤーの立場それぞれから考え、「生きた仮説・説明責任」として運用することで、工場・製品のレベルは格段に向上します。

昭和的なものづくりDNAと、令和のデジタル技術を柔軟に“いいとこ取り”。

これこそが、現場に根付く強度評価・設計の新しい地平線です。

最後に、解析担当・設計者・バイヤー・サプライヤー、それぞれが「本質的な強度設計とは何か？」を問い直し、現場での失敗すら“進化の材料”として活用できる文化を作ることが、日本の製造業の未来を大きく切り拓いていくのです。