制御設計の流れやコスト・業者選びを解説
- inoテック
- 5月22日
- 読了時間: 13分
1.制御設計を知っておきたいポイント
1.1 制御設計とは？
制御設計とは、機械やシステムを自動制御するための電気回路の設計・制御盤製作・プログラム設計することを指します。工場設備や生産ライン、各種インフラ設備などにおいて、安定した運用と効率的な制御を実現するために重要な役割を果たします。
制御盤の主な役割
制御盤は、機械や装置の動作を管理・制御するための装置で、以下のような役割を持っています。
電気の制御：スイッチやリレーを用いて、機械の動作を管理
安全管理：事故を防ぐ保護装置の搭載
自動運転：プログラムによる自動制御の実現
制御設計の流れ
制御設計は、以下の手順で進められます。
要求仕様の確認：制御する対象の要件や動作条件を整理
回路設計：必要な電気部品を選定し、回路図を作成
制御盤の構築：部品の配置や配線を設計し、組み立てを行う
試運転・調整：制御の動作を確認し、必要に応じて調整
近年の制御の進化
近年では、IoT技術やデジタル制御の導入により、機能も高度化しています。遠隔監視やデータ解析機能を持つものも増えており、より効率的で高精度な制御が求められるようになっています。
1.2 制御設計の重要性
制御設計は、機械や設備の安定した運用を支える重要な基盤となります。適切な設計がされていないと、誤作動や機械の停止、最悪の場合は事故につながる可能性もあるため、慎重に設計することが求められます。
制御設計が重要な理由
制御設計が重視されるのは、以下のような理由があるからです。
安全性の確保：事故を未然に防ぐ
生産効率の向上：機械の動作を最適化し、スムーズな運用を実現
メンテナンスの容易化：トラブル発生時に迅速な対応が可能
省エネルギー化：適切な制御で電力消費を抑える
制御設計の質が影響するポイント
制御の設計が適切であるかどうかは、以下のような点に影響を与えます。
機械の安定稼働：設計のミスがあると誤作動や停止の原因になる
トラブル発生時の対応速度：分かりやすい回路設計がされていれば、復旧作業がスムーズになる
長期的なコスト削減：適切な設計により、無駄な修理や交換を減らせる
1.3 制御設計の現状
日本の製造業の、多くの工場や企業が自動化システムを導入しています。特に、自動車産業や精密機械産業では、高い技術力を持つ制御設計の需要が非常に高いのが特徴です。
制御設計の課題
制御設計には以下のような課題もあります。
人材不足：専門的な知識と技術を持つ技術者が不足している
コスト管理の難しさ：高度な技術が求められる分、開発コストが上昇傾向
カスタマイズ需要の増加：企業ごとに異なる仕様に対応する必要があり、柔軟な設計が求められる
今後の展望
製造業の自動化が加速しており、今後も制御設計の需要は拡大すると考えられます。特に、省エネルギー化やリモート監視機能の強化が重要視され、より高度な技術が求められるでしょう。
2.制御設計を進める方法
2.1 制御盤設計の基本的な流れ
制御設計は、機械やシステムを安全かつ効率的に動作させるために、細かい計画と設計が必要になります。一般的な設計の流れは以下のとおりです。
1. 要求仕様の確認
制御盤を設計する際、最初に行うのが要求仕様の確認です。ここでは、以下のようなポイントを明確にします。
制御対象：機械仕様・システムを制御するのか
制御方法：リレー制御・PLC制御・PC制御など、どの方式を採用するか
安全要件：安全カテゴリーの有無
この段階で仕様が曖昧だと、後の工程で大きな手戻りが発生する可能性があるため、詳細な打ち合わせが重要です。
2. 回路設計
要求仕様が決まったら、制御盤内部の回路設計を行います。主な作業内容は以下のとおりです。
電源回路の設計：安定した電源供給を確保
制御回路の設計：スイッチやセンサーの信号処理を設計
安全回路の設計：非常停止ボタンや異常検知機能を組み込む
この段階で、CADソフトを使用して回路図を作成することが一般的です。
3. 部品選定
設計した回路に基づき、必要な電気部品を選定します。主に以下のような部品を使用します。
ブレーカー・リレー：電源のオン・オフを制御
PLC（プログラマブルロジックコントローラ）：自動制御を行う
センサー・アクチュエータ：外部信号を検知・動作を実行
適切な部品を選定することで、制御盤の寿命やメンテナンスのしやすさが変わってきます。
4. 制御盤の組み立て
部品が揃ったら、実際の制御盤の組み立てを行います。主な作業内容は以下のとおりです。
筐体（ケース）への部品取り付け
各部品の配線作業
接続部分の絶縁・保護処理
この段階で、配線の整理を適切に行うことが、メンテナンス性向上のポイントになります。
5. 試運転・動作確認
最後に、制御盤の動作確認を行い、正常に制御できるかテストします。
回路の電圧・電流チェック
スイッチやセンサーの動作確認
異常時の安全装置の作動チェック
この工程で問題がなければ、制御盤の設計・製造が完了し、現場へ設置されます。
このように、制御設計にはいくつもの工程があり、それぞれの段階で慎重な設計と確認が必要になります。
2.2 制御設計会社の選び方
制御設計を手がける企業は数多く存在します。自社のニーズに合った設計会社を選ぶことで、より高品質で効率的な制御システムを導入することができます。
制御設計会社を選ぶ際のポイント
制御設計会社を選ぶ際には、以下のポイントを確認すると安心です。
対応できる制御方式
リレー制御、PLC制御、PC制御など、求める技術に対応しているかを確認しましょう。
最新のIoT技術や遠隔監視システムに対応している企業も増えています。
業界での実績
過去の導入事例や、自社の業界と親和性が高いかを見極めましょう。
製造業向けの実績が豊富な会社が有利です。
対応力
企業ごとに異なる仕様に柔軟に対応できるかが重要です。
事前に相談し、技術力や対応の丁寧さを確認
設計から施工・メンテナンスまで対応可能か
設計のみを行う会社もあれば、施工やメンテナンスまで一貫対応できる会社もあります。
一貫対応のほうが、設計者と施工者の意思疎通がスムーズで、トラブルを防ぎやすいです。
2.3 地元企業との連携のメリット
制御設計を依頼する際、地元の企業と連携することには多くのメリットがあります。特に、迅速な対応やコスト削減、長期的なサポート体制などが期待できます。
地元企業に依頼するメリット
迅速な対応が可能
設計や製造、トラブル発生時の対応がスピーディー
訪問サポートや現場対応がしやすく、ダウンタイムの短縮につながる
輸送コストの削減
制御盤の輸送距離が短く、輸送コストや時間を削減できる
特に大型の制御盤の場合、輸送コストの差が大きくなる
コミュニケーションが可能
直接打ち合わせがしやすく、細かい仕様変更にも柔軟に対応できる
設計者とエンジニアが連携しやすく、スムーズなプロジェクト進行が可能
アフターサポートが充実
近隣であれば、メンテナンスや修理対応が迅速
長期的な関係を築きやすく、定期点検や技術相談もしやすい
連携を強化する方法
過去の実績や導入事例を確認し、技術力を見極める
将来的なメンテナンスやアップデートの対応力を確認する
3.制御設計いくらかかる？
3.1 制御盤設計の一般的にかかる費用
制御盤設計には、設計費用や部品コスト、製造費用など、さまざまなコストが発生します。特に、制御する機械の種類や求める機能によって、費用の幅が大きく変わるのが特徴です。
制御盤設計にかかる主な費用項目
設計費用
構想設計・電気回路の設計、などにかかる費用
シンプルな制御盤と複雑なシステムでは、必要な工数が大きく異なる
部品費用
ブレーカー、リレー、PLC（プログラマブルロジックコントローラ）などの部品代
高機能な部品を使用するほどコストが上がる
製造・組み立て費用
配線作業、筐体の製作、部品の取り付けにかかる費用
手作業の割合が多い場合、作業時間に比例してコストが増加
ソフトウェア・プログラミング費用
PLCやPCを使用する場合、動作プログラムの開発費用が発生
シンプルなプログラムと複雑な制御ロジックではコストが異なる
試運転・調整費用
制御盤が正しく動作するか確認し、必要に応じて調整を行う作業の費用
機械と制御盤の連携テストが必要な場合、追加コストがかかることも
アフターサポート・メンテナンス費用
導入後の定期点検や修理対応にかかる費用
長期的に安定運用を考えるなら、メンテナンス契約の有無も確認が必要
費用を抑えるためのポイント
仕様を明確にする：不要な機能を削減し、設計コストを抑える
地元企業と連携する：輸送コストやサポート費用を削減できる可能性がある
標準品の活用を検討する：オーダーメイドではなく、市販の制御機器を活用することでコストを抑える
3.2 コスト削減のポイント
制御設計にはさまざまなコストがかかりますが、適切な方法を取り入れることで、品質を維持しながらコストを抑えることが可能です。無駄を省き、効率的な設計を行うためのポイントを紹介します。
1. 設計段階での最適化
不要な機能を省く
必要以上に複雑な制御を盛り込むと、コストが増大する
目的に合ったシンプルな設計を心がける
標準化された部品を活用する
カスタム部品ではなく、市販の標準品を利用することでコストを抑えられる
互換性のある部品を選定し、調達コストを低減
2. 部品コストの見直し
複数の仕入れ先を比較する
同じ部品でも、メーカーや販売店によって価格が異なるため、価格を比較検討する
代替部品を検討する
同等の機能を持つ低コストの部品を探す
最新の技術を活用し、より効率的な部品に置き換える
3. 製造・組み立ての効率化
配線作業の簡素化
配線を最適化し、作業時間を短縮
自動化・モジュール化を検討する
既製のモジュールを活用し、手作業を減らすことで人件費を削減
将来的なメンテナンスを考慮し、交換しやすい設計にする
4. メンテナンスコストの削減
故障しにくい設計を採用する
熱対策や耐久性の高い部品を選び、頻繁な修理を防ぐ
過電流や過負荷を防ぐ安全設計を取り入れる
地元企業との連携を強化する
近隣の企業と協力することで、保守・点検のコストを抑える
迅速な対応が可能になり、機械のダウンタイムを短縮
4.制御設計をスムーズに進めるための流れと注意点
4.1 プロジェクト開始前の準備
制御盤設計をスムーズに進めるためには、プロジェクト開始前の準備がとても重要です。事前の計画が不十分だと、設計のやり直しや納期の遅れにつながる可能性があります。ここでは、プロジェクトを成功させるための準備ポイントを紹介します。
1. 要求仕様の明確化
制御する機械・システムの特性を整理
必要な機能と不要な機能を明確にする
将来的な拡張の可能性も考慮する
仕様が曖昧だと、後から修正が発生し、コストや納期が大幅に増える原因になります。
2. 予算とスケジュールの決定
プロジェクト全体の予算を決め、見積もりを複数比較
設計・製造・テストのスケジュールを事前に決める
突発的なトラブルに備えた予備日を確保する
スケジュールをしっかり立てることで、納期遅れのリスクを低減できます。
3. 設計会社との事前打ち合わせ
設計会社と要件のすり合わせをしっかり行う
どのような設計基準や部品を使用するかを確認
納品後のサポート体制も事前にチェック
打ち合わせ不足は、設計ミスや仕様の不一致を招く原因になります。
4. 使用する部品や規格の決定
標準品を使用するか、特注部品を使用するかを決める
国内規格（JIS）や国際規格（IEC）に適合するか確認
互換性のある部品を選び、将来的な交換のしやすさも考慮
適切な部品選定をすることで、コストとメンテナンス性のバランスを取ることができます。
5. 事前にリスクを想定し対策を立てる
想定されるトラブルと対応策を整理する
バックアップの仕組みや予備の部品を用意する
緊急時の対応フローを決めておく
事前にリスクを把握し対策を考えておくことで、トラブル発生時の対応がスムーズになります。
4.2 設計から導入までのスケジュール管理
制御盤設計をスムーズに進めるためには、スケジュール管理が重要です。各工程を計画的に進めることで、納期遅延を防ぎ、無駄なコストを削減できます。ここでは、設計から導入までの一般的なスケジュール管理のポイントを紹介します。
1. スケジュールの全体像を把握する
制御盤設計のプロジェクトは、大きく以下の5つの工程に分けられます。
要件定義（1～2週間）
仕様の確定、設計要件の決定
必要な機能や制御方法を整理
基本設計・詳細設計（2～4週間）
回路図・制御ロジックの設計
使用部品の選定、配線レイアウト作成
製造・組み立て（4～6週間）
部品調達、制御盤の組み立て
配線作業、筐体の加工
試運転・テスト（1～3週間）
制御盤単体のテスト（電圧チェック、動作確認）
実際の設備に取り付け、総合試験
導入・引き渡し（1～2週間）
設置後の最終確認、操作マニュアルの作成
メンテナンス計画の策定
2. 各工程のスケジュール管理のポイント
事前に納期を決め、逆算してスケジュールを組む
進捗状況を定期的に確認し、遅延リスクを早めに把握する
部品の納期に注意し、余裕を持って発注する
テスト期間を短縮しすぎず、十分な試運転時間を確保する
3. トラブルを防ぐための対策
設計変更は早い段階で決定する（後半での変更はスケジュールに大きな影響を与える）
部品の欠品リスクを考慮し、代替品の選定も検討しておく
予備日を確保し、想定外のトラブルに対応できるようにする
スケジュール管理を徹底することで、納期遅れを防ぎ、スムーズな導入が可能になります。
4.3 トラブルを避けるための注意点
制御盤設計は、細かい仕様や工程が多いため、トラブルが発生しやすい分野です。納期遅延や動作不良を防ぐために、事前に注意すべきポイントを押さえておくことが重要です。
1. 仕様変更を最小限にする
設計途中や製造段階での仕様変更は、コスト増加や納期遅延の原因になります。
仕様を決める際は、将来的な拡張性も考慮し、最初に明確な要件定義を行うことが重要です。
2. 部品の納期リスクを考慮する
使用する部品が入手困難な場合、納期が遅れることがあります。
在庫が安定している標準品を優先して選ぶと、スムーズな調達が可能です。
主要な部品は、早めに発注し、代替品の選択肢も確保しておきましょう。
3. 配線ミスや設計ミスを防ぐ
配線の誤接続や回路設計のミスは、機械の動作不良につながります。
設計段階でのダブルチェックや、テスト工程を十分に確保することでミスを減らせます。
配線図を明確にし、誰が見ても分かるように整理することも大切です。
4. 試運転・テストを入念に行う
制御盤の動作確認は、単体テストと実機テストの両方を行いましょう。
負荷テストや異常時の動作確認を事前に実施し、現場でのトラブルを未然に防ぐことが重要です。
5. アフターサポートを確認しておく
万が一のトラブルに備え、サポート体制が整っている会社を選ぶことが大切です。
緊急時の対応窓口や、修理対応のスピードを事前に確認しておきましょう。
長期的な運用を考え、定期メンテナンスの計画も立てておくと安心です。
これらの注意点を押さえておくことで、トラブルを最小限に抑え、スムーズな導入と運用が可能になります。
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