寸法変化が予測できず設計と量産のギャップが埋まらない本音
寸法変化が予測できず設計と量産のギャップが埋まらない理由
製造業の現場では、「設計通りに量産できない」といった悩みが絶えません。
図面上の理想と現実の製品との間に生じる寸法変化、その根本的なメカニズムを理解し、対策を打たなければ、コスト増や品質問題につながることは避けられません。
ものづくりに携わる方々なら誰もが一度は感じたことのある「設計と量産のギャップ」の本音について、寸法変化の予測が難しい原因や、具体的な問題点、そして現場で役立つ改善策を詳しく紹介します。
設計と量産でギャップが生まれる寸法変化とは
設計段階では、CADデータや図面に基づいて理想の寸法を決めます。
しかし、実際に量産工程に移ると、その寸法通りに部品や製品が作られないことが多々あります。
この差異が、いわゆる「設計-量産ギャップ」になります。
このギャップの最たる原因が「寸法変化」です。
それは材料特性、設備差、加工条件や作業者のクセなど複数の要素が複雑に絡み合い発生します。
なぜ寸法変化が起きるのか
寸法変化は、次のような主な要因から発生します。
- 材料のばらつき（鉄鋼・樹脂・ゴムなどの特性違い）
- 金型や工具の摩耗・温度変化による膨張収縮
- 成形・加工時の応力やひずみ・残留応力
- 組立工程での合わせ面や締結のズレ
- 加工設備ごとの微妙な調整の違い
- 製造現場での作業者による方法の差異
こうした様々な要因が複雑に絡み合い、図面や理論値通りの寸法を再現することが難しくなっています。
なぜ寸法変化の予測が難しいのか
設計者はCADやシミュレーションを用いて念入りに寸法設計をしますが、実際の量産現場で生じる寸法変化まで高い精度で予測することは困難です。
それは現場で変動する環境やパラメータの多さ、複雑な現象の相互作用、過去データや経験の不足などが原因といえます。
設計現場での課題
設計現場の課題の一つが、使用する素材や加工方法による寸法変化の知見不足です。
また、細かい製造現場の事情を設計担当者が把握しきれていない場合も多く、理想的な図面になりやすいのが現実です。
現場と設計のコミュニケーション不足
特に大手企業の場合、設計部門と生産部門が分断されているケースが多いです。
実際に現場で発生している寸法変化や問題点が、設計部門へ十分にフィードバックされず、似たような問題が繰り返されがちです。
地域・工場によるばらつき
同じ図面、同じ材料、同じ工程で作っているはずでも、拠点や工場間で微妙な違いが生じます。
設備の新旧、作業者の転換、気候・温度・湿度など様々なファクターが一定ではないことも寸法変化の予測を更に難しくしています。
寸法変化に起因する量産時の主なトラブル
寸法変化が思い通りにコントロール・予測できないことで、量産時には次のような数々のトラブルが発生します。
組み立て不良や嵌合不良
寸法が合わないことで、部品同士が正しく組み立てられない、ガタつきや入りすぎなどの嵌合不良が起こります。
これは最終品の品質不良、クレーム、リコールの発生など重大な問題へ発展する可能性があります。
無駄な追加工や検査工程
量産立上後に発見した寸法不良を補うため、追加工や再検査など余計なコストや工数が発生します。
本来不要な作業が増えてしまい、利益率を押し下げる原因になります。
歩留まりの悪化
期待通りの安定した寸法が出せないことで、良品率（歩留まり）が下がり、量産効率が悪化します。
また、「キズ」「ムラ」「ソリ」などの外観不良も寸法変化の副作用として多く発生します。
現場の本音と設計との認識のズレ
現場では「こんな設計では無理だ」という本音が出る一方、設計側は「理論上実現できるはず」と思いがちです。
この認識ギャップは組織全体の効率低下や、エンジニアのモチベーション低下につながります。
現場は「やるしかない」プレッシャー
設計側から降りてきた厳しい寸法公差やスペックを前に、現場は「とりあえずやるしかない」という消極的な姿勢に陥りがちです。
結果として現場の知恵や改善提案が上手く設計に活かされない、という負のスパイラルが発生します。
設計は「量産の都合に歩み寄れない」ジレンマ
一方、設計側も市場要求や他部門と調整した上で寸法を決めているため、「量産現場のやりやすさ」だけで寸法を緩めることができません。
顧客への品質保証や納期厳守といったプレッシャーも同時に背負っています。
寸法変化を抑えギャップを埋める具体策
では、寸法変化の予測・コントロール精度を向上させ、設計と現場のギャップを埋めるにはどのようなアプローチが効果的なのでしょうか。
現場データの徹底的な蓄積と解析
実際の量産現場で発生している寸法分布、工程ごとのバラツキ、設備・材料ロット情報などを蓄積・解析する仕組みづくりが最優先です。
AIやIoTを活用して自動的にデータ収集することで、ナレッジ化＆共有が容易になります。
設計段階から「ばらつきありき」の設計思想
すべてを理論値で詰めるのではなく、初めから「実際はばらつきが必ず出る」ことを前提に設計・公差設定を見直します。
シミュレーションや過去の現場データ、DFM（Design for Manufacturability ：製造容易性設計）などを積極的に取り入れ、現場再現性を重視した設計にシフトすることが有効です。
現場と設計の密な連携・早期レビュー
工程設計・量産試作の初期段階から設計部門と現場担当者が同席し、お互いの知見・制約条件を事前にすり合わせます。
流れるような連携があれば、問題が大きくなる前に公差や仕様修正などの柔軟な調整も可能です。
量産初期段階でのPDCA（計画・実施・評価・改善）徹底
量産初期段階でこそ、綿密な評価・フィードバック・改善活動（PDCA）が欠かせません。
初回の量産から発生した寸法変化・不良・トラブルは、都度すぐに記録し、設計・現場の両方へ即時フィードバックが大切です。
FA（ファクトリーオートメーション）・IoT活用による工程の安定化
FAシステムやIoTを導入することで、温度・湿度・振動・設備稼働状況などをリアルタイムで監視・制御し、工程ばらつきの予兆を早期に察知できます。
設備ごと・ロットごと・エリアごとの寸法変化要因を見える化し、迅速に対処可能です。
まとめ：寸法変化に悩む現場の声を設計に活かすために
設計と量産のギャップ問題、その本音の根底には、「現実との乖離」「現場の声が設計に届かない」という課題が潜んでいます。
寸法変化は様々な要因が絡むため、一朝一夕で完全に解決できるものではありませんが、現場と設計が相互に歩み寄り、データやナレッジを織り込みながら改善を繰り返すことが最適な道です。
「設計・現場の壁」を壊し、失敗を学びに変える仕組みこそ、グローバル競争を勝ち抜くこれからの製造業には不可欠です。
今後は、AIやIoTといった最新技術も活用しつつ、現場の本音と設計の理想を一致させる“強い現場づくり”がカギとなるでしょう。