機械設計って何？仕事内容や収入、関連資格などを詳しく解説！

機械設計とは名前の通り、あらゆる機械の設計を行うエンジニアのことを言います。

最近では様々な作業において機械化が進んでおり、機械設計エンジニアの需要が増えると言われています。

そこで今回は機械設計の詳しい仕事内容とやりがい、収入や関連資格などについて解説していきます。

機械設計とは

機械設計とは名前の通り、機械の設計を行うことで機械動作の仕組みなどをメインに行います。

機械と言ってもスマホやブルドーザーなど種類は多岐にわたり、大きく分けると「作業機械」「建設機械」「工作機械」「交通機械」「運搬機械」「事務機械」「農業機械」などのジャンルがあり、その目的によって細かいところまで設計を行います。

既に開発された機械の効率や安全性を上げるため、再設計を行ったりする業務もあれば、今までの手作業で行っていた作業を機械化したりもします。

機械設計の仕事内容

機械設計はゼロの状態から機械を作り上げていくため、いくつかのステップに分けられています。

各ステップでどのようなことをやっていくのかを見ていきましょう。

概念設計

一番最初に行うのが概念設計で、クライアントの要望を元にその機械のコンセプトを決定し、スペックを決めていきます。

例えばラーメン屋さんで使用する製麺機を作る場合、麺を打つのか、小麦粉を混ぜるのか、麺を切るのかなど具体的な性能を決めたり何を重視するのかなどを決めていきます。

既に似たような機械がある場合に置いては、その原理などをどう組み込んだり応用して進化させるのかという切り口で話を進める場合もあります。

基本設計

次の基本設計では、概念設計で決めた構想に基づいて具体的な機械の構造を図面化していきます。

設計図はCADという作図ソフトを使用し、全体の構造や寸法などを決めた後に可動部分をどう動かすかなど使用する部品なども図面にしていきます。

箇所によってはどれほどの不可をかけていいのかなど、強度に関する計算を行います。

詳細設計

大まかな形が決定し骨組みや可動部分など、大きく負荷が掛かりそうな場所の強度をクリアした後は、更に詳しく構造を決定していきます。

機械が行う工程や箇所ごとに使用する部品やその材質、細かい形状を決定していきます。

一台あたりの予算も決まっているため、利益を確保するために素材を検討したりする必要もあり、既にある技術を取り入れる場合においても部品や材質を変えたりと、決定したコンセプトに近づけていきます。

また、完全自動化ではない場合は特に安全性の観点からも再度見直す必要があります。　

切断部分が容易に触れたり触れることが無いようにしたり、可動部の熱を持つ箇所に当たらないようにするなど実際に使用した時のことを想像しながら進めていきます。

生産設計

詳細設計まで終わり、機械の仕組みが決まると、その生産を行うために部品の加工のしやすさや、組み立て方法などの観点から各部品や組み立て図を作成していきます。

一つ一つの部品加工図などになると、どこでどのような動きをするのかが見えにくくなるため、実際に部品を加工する人に注意点などを記載することも生産設計の仕事では大切な作業です。

また可動部などは特に少しのズレや誤差により、機械全体の効率が悪くなったり製品が正しく作れない可能性もあるため、指定寸法や、どれほどの誤差なら許されるのかを示す公差を設定したりします。

DR制度

上記で説明した設計工程の中で、DRというものが行われます。

DRとはデザインレビューのことで、機械設計者の他にもソフトウェア設計や電気設計、営業、生産、企画など各ジャンルの責任者が設計の途中でその内容を確認し、各目線からアイデアを出し合います。

そうすることで更に製品の品質や生産性、デザインなどを向上させることがDR制度の目的となります。

機械設計のやりがいと大変さ

機械設計を行う上でのやりがいは、自分が一から完成させた機械が世界中で活躍するということです。

建築物などとは違い、お店の中や工場など普段から見ることのない機械もありますが、その機械が誕生したことで業務の効率化が改善し、その業界を前進させたという事実は機械が完成した後も残る実績です。

また、機械設計は一人で行うのではなく依頼者の「こういうものがほしい」という意見からいろんな技術者と試行錯誤して作業を進めていきます。

決まったことをやっておけば勝手に完成するということはなく、設計工程ごとに最適なものを作り上げ、最後に完成した時の達成感はとても大きなものとなります。

一方で機械設計は高度な知識と技術が必要なだけではなく、様々な機械設計に携わった経験がとても重要になります。

またゼロから形に無いものを作り上げるため、設計段階ではそれぞれの頭の中で構想したものを話し合うのですが、機械設計の見習いなどの場合、全く話についていけず状況が理解できないことが多くあります。

そのような状況からでも自分なりに考え、一つ一つ学び自分の経験にしていくことは容易ではありません。

仕事の流れに関しても既存のものを作り上げていくわけでは無いため、とにかく試行錯誤の繰り返しとなります。

一つの不具合を解決し前進したと思ったら、後々違う箇所で違う問題が発生してしまい設計のやり直しということは日常茶飯事です。

機械設計の収入

機械設計の職業の収入は年収で約450～500万円ほどとなり、一般サラリーマンに比べると少し高めになります。

年収の推移は他の職業と同じで、20代が一番少なく300万～となります。

機械設計職の月収の内訳としては基本給の他に、残業代と休日出勤代が多いようです。

繁忙期や会社にもよりますが、機械設計の仕事は機械が完成した後も不具合などが起きる可能性があり、新しいものを造りながらも過去に担当した機械のアフターフォローもあります。

そのため残業や休日出勤が多く、その手当で収入が上がるといった人が多くなります。

また、会社の規模によっても年収には差があり、大手機械メーカーなどに就職すると平均年収は500～600万円ほどになります。

機械設計に向いている人

機械設計の仕事に向いている人の特徴や、必要な能力に関してはいくつかあります。

一つ目がコミュニケーション能力があるということです。

機械設計と聞いて、パソコンと向き合い黙々と仕事をこなすイメージを持つ方もいるかも知れませんが、そうではありません。

機械を作り上げる場合、設計の他にもデザイン、加工、組み立てと様々な部署があり、何よりもも依頼主や実際に使用する人の目線になって機械を設計しなければなりません。

そのため、自分の頭で思い浮かんでいるアイデアを相手に的確に伝え、意見交換を行うことは最も重要と言って過言ではないほど必須の能力となります。

2つ目が論理的思考（ロジカルシンキング）です。

機械を設計するためには専門知識である「機械力学・構造力学」「熱力学」「流体力学」「材料力学」などを学ぶと同時に、自分なりに考え新しいものを組み合わせ更に新しいものを作り上げる必要があります。

既存の知識や技術だけに頼り過ぎると何も生まれないため、とにかく情報収集を行い自分の頭の中で組合わができるロジカルシンキング力が必要となります。

3つ目がPCスキルです。

現在、機械設計の作業はほとんどがPCによる作業となっており、CADやCAMといったソフトを使いこなせる必要があります。

その操作スピードはもちろんしっかりと使いこなせるかによっても、設計する機械の品質が変わります。

関連記事：CADオペレーターはやめとけ？実態やメリット・将来性を解説

機械設計の関連資格

機械設計の仕事には高度な知識と技術が必要となりますが、それに関連する資格があります。

すでに従事している人のキャリアアップ、就職や転職の際に有利となります。

機械設計技術者試験

機械設計技術者試験とは「日本機械設計工業会」が実施しており民間資格となります。

試験は1級から3級に分かれており、合格することで機械設計能力を実証することが可能です。

3級であれば受験資格はないのですが、2級からは学歴や指定学科、実務経験年数などの条件を満たす必要があります。

機械設計技術者試験について：日本機械設計工業会

CAD利用技術者試験

CADとは、設計や製図をPCで行うためのツールで機械設計には欠かせないものであり、その知識や実技能力を証明するための試験となります。

CAD利用技術者試験は「一般社団法人コンピュータ教育振興協会(ACSP）」が主催する資格試験で以下のような種類があります。

・2次元CAD利用技術者試験：基礎
・2次元CAD利用技術者試験：1級（建築）・1級（機械）・1級（トレース）、2級
・3次元CAD利用技術者試験：1級・準1級・2級

入門編となるのが2次元CAD利用技術者試験基礎であり、受験資格はありません。
その後1級などを受験する場合、まずは2級に合格していることが受験資格となります。

CAD利用技術者試験について：一般社団法人コンピュータ教育振興協会(ACSP）

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まとめ

今回は機械設計について解説してきました。

機械設計とは様々な機械の設計を行う仕事で、ゼロから機械を開発したり既存の装置を更に進化させ、改善するのもエンジニアの仕事です。

専門知識や技術が必要となるだけではなく、依頼主の考えをしっかりと把握した上で、各部門とコミュニケーションを図り連携して機械を設計していきます。

なにか問題が起きた場合、すぐに対処する必要があり、自分で判断しなければならず大変である一方で、自分が作り上げた機械が世の中で活躍することで大きな達成感を得ることが可能です。

機械化が進んでいるため将来性のある職業とも言えます。