オープニングと夏の雑談
どうも、しぶちょーです。今回もものづくりのラジオをやっていきたいと思います。 このラジオは産業機械の技術者である私が、ものづくりに関するトピックを主観を交えながら、ザックバランに紹介するラジオです。
小難しい技術の話はしないので、何か作業しながら聞いていただければ幸いです。
雑談から入るんですけどね。暑いっすね。暑い。毎年言ってるけどね。夏は暑いんですね。
あのね、私、このラジオ初めて、初めて迎える夏なんですけど、本当に寂しそう。自分の家に自分の書斎あるんですよ。
その書斎2畳半でめちゃくちゃ狭いんだけど、この2畳半に閉じこもって、私はですね、在宅の仕事もしてるし、ブログとかね、ラジオの収録なんかここで全部やってるんですね。
やっぱね、狭い。2畳半狭いんだけど、めちゃくちゃ落ち着くというか、やっぱ狭いなりの良さがありますね。
ただ1個問題があってですね、狭すぎてエアコンつかなかったんですよ。なんで、さすがにエアコンないと死んじゃうんで、後付けの工事不要のポータブルエアコンっていうのがあって、それを買ってきてですね、部屋に置いてあるんですけど、これがね、マジででかいのとマジでうるさいんですよ。
結局ね、エアコンと室外機が一体になってるような物体なんで、それが部屋の中にあると。そこからダクトをピューって通して窓の方に排熱を持ってってるって感じなんですけど、
まあうるさいですよね、それはもちろん。なんで、こいつクソうるさいんで、ラジオの収録とかの時はですね、基本的に切るんですね。おかげでね、今の室温がですね、36度となってます。もう外ですね、本当に。脱水に気をつけてですね、ちょっと頑張っていきたいなと思ってます。
規模の限界とは？失敗学シリーズの紹介
さてさて、ここから本題ですけど、今回のラジオ、おなじみ失敗学シリーズです。このラジオのですね、人気シリーズでございます。
失敗から学べることは多くあります。たとえそれが自分の失敗でなくても、失敗を考察することで教訓を得ることができます。
そこでね、今回はですね、失敗事例を紹介しまして、そこから学べることを考察していきたいと思います。ドイツの政治家のオッド・ビスマルク氏はですね、こう言ってます。
愚者は経験に学び、賢者は歴史に学ぶと。それほどですね、過去の失敗というのは財産なんですね。
このラジオで過去の失敗事例、歴史的なですね、失敗事例から教訓を学んで、あなたの技術ノウハウとして生かしましょうと。そして今回のテーマはですね、こちら。
技術者が知っておくべき規模の限界の話です。例えば機械をもう一回り大きくしようとか、そんなことよくあるんですね。
既存の機種ですね、これを機種展開として2倍の大きさにしましょうとか、そういう指示があります。そういう指示があったときにですね、あなたは既存の機械の寸法をそっくりそのまま全て2倍にすれば設計は成り立つと思いますか?
これが成り立たないっていうのは、皆さんなんとなくわかっていると思うんですね。じゃあ、なんでその単純なスケールアップの設計って成り立たないのか?これを説明することってできますか?
これね、意外とね直感に反するんですよ。ちっちゃいもので成功してるんだし、そのまま大きくすれば同じように成り立つだろうと。
やっぱり人間直感ではそう思うんですね。しかしその現実と大きなギャップがあるわけです。そのギャップにより様々な失敗が起きているんですね。
今日はですね、この規模の限界、つまり単純なスケールアップでの失敗例を知りつつ、その理由を説明することができるようになりましょう、という話です。
すごくね、シンプルな話なんです。そんな難しいことじゃないです。みんな意外とふわっと理解してたりするので、ちゃんと理屈出せてっていうレベルでもないですけど、ちゃんと説明できるようになりましょうということですね。
歴史的失敗事例：ロドスの回転機銃機
まずですね、規模の限界によって大きな失敗をした歴史的な事例を見ていきましょう。時代はですね、遡ること、ローマ時代です。
古代ギリシャの設計家にディオグニティスという男がいるんですよ。もうめちゃくちゃ呼びにくいですね。この古代ローマ人って名前が複雑すぎてちょっと読みにくいんですけど、ディオグニティスなんで意語をディオと呼びますね。
ディオブランドではないですからね。そこは誤解なきゃいけないように。ディオちゃんね。ディオちゃんじゃないな。おじさんなんでディオくん。ディオさん。まあいいけど。
さておきですね、彼はロドスという町に住んでまして、その都市を戦争から守る、防衛をするための兵器や策略を考えることを成り割りとしてました。
ディオの防衛の手段というのはですね、特に目新しいものじゃなくて非常に古典的な手法ではあるんですけど、その手法で長きに渡り都市を守り続けて、その実績によってですね、民衆から強い支持を得てたんですね。
ある日のこと、そのね、ロドスの町にカリアスという男がやってきます。カリアスはね、民衆に対して自分が設計した新型兵器の模型を披露します。そしてこういうわけです。
これは敵のどんな兵器でも捕まえることができる無敵の回転機銃機だとカリアスは豪語したわけです。
回転機銃機というのは今でいうとこのクレーンみたいなものですね。このカリアスの回転機銃機の模型というのは非常に精巧に作られていて、動きまで厳密に再現しています。
こうやって敵の兵器をやっつけるんだと、それをね実際に見せるわけですね。とても非常に高いクオリティで見せます。
ロドスの人はその素晴らしい設計に感銘を受けました。
カリアスはですね当然機体をすごく集めて逆に旧来のやり方しか知らないディオ君はですね徐々に信頼を失っていくわけです。
そしてついにディオに与えられた権利や実験というのはすべて剥奪されてそれ代わりに全部カリアスに与えられることになってしまったわけです。
そしてですね時は流れいよいよ金国との戦争が始まりました。
近日中にですね敵の超巨大兵器攻め込んでくるぞという段階に差し掛かります。
しかしですねロドスの人々心に余裕があるわけですね。
なぜならね我々にはあのカリアスの作った無敵の回転機銃機あるじゃないということですよ。
とうとうカリアスがですね国からよしお前あの回転機銃機もう使うからね。
模型じゃなくて実際のサイトで作ってみろ。戦争に導入するぞと言われるわけですね。
しかしですねカリアスから衝撃の一言は放たれます。
すいません模型はうまく動いたんですけど実際の大きさ作れませんでした。
と、というわけです。
模型ではあれだけ素晴らしかった設計であったにもかかわらずカリアスは実際の寸法でその回転機銃機を作り出すことが不可能だと言い放ったわけですね。
ロドスの人々はカリアスの間違った推論に欺かれていたわけです。
え?機銃機ないの?どうしようと困り勝手だロドスの人々はですね再びディオに泣きついて助けを求めました。
これはね手の平返しもいいとこですね。
実際に実験を白雑されたことでディオっていうのは深く傷ついてまして一度は彼らの頼みを断るんですね。
しかしロドスの人々を守るために再び立ち上がってですね最終的にディオはですね見事にロドスの都市を防衛することに成功します。
敵を撃退してディオグニティスは再び栄光を授かれました。
カリアスがその後どうなったかは知る余地もないですが想像には絶やすいですね。
というのがこの規模の限界を語る時によく言われる歴史的エピソードです。
もうね映画化決定ですね非常にこの逆転劇素晴らしいと思います。
でこれの中でですねカリアスがですね最初から自分の模型がスケールアップできないことを知ってて
実験だけ欲しくて騙してたのかそれとも途中で気がついたのかこれはね定かではないです。
今日はですねそこではなくて模型を実際の寸法にスケールアップできなかった理由これを考察していきたいと思います。
規模の限界の理由（1）：強度上の問題
実はねこれも答え出てるんですね主な理由は2つですけども一つ目の理由がかなり主たる理由です。
これがですね強度上の問題です。規模の限界っていうのはこの強度の問題が一番大きいです。
既に成り立っている機械をそのままの形でスケールアップしていくとどこかのタイミングで必ず強度不足に陥ります。
これが規模の限界というものです。形状を無限に大きくしていくことは不可能であって必ずどこかに限界があるということです。
じゃあそれはなぜなのか今日はねこれだけ覚えて帰っていただければ ok です。
これもね非常に単純な話ですよ大きくすれば当然強度も強くなりますがそれ以上に重くなるからです。
これだけです。強度の増加幅よりも負荷の増加幅の方が大きいので必ずどこかのタイミングで限界を迎えます。
例えば大きさを2番にすると強度は4倍になり重さは8倍になるんですね。
大きさが3倍なら強度は9倍大きさ重さは16倍です。
これだけはねちょっと図がないと説明しづらいんだけど断面積と体積の関係で簡単に説明することができます。
これね応力を考えれば非常にわかりやすいんですね。応力ってなんじゃのほいっていう人のためにですねちょっと丁寧に説明してきますけど
応力っていうのは部品内部にかかる力を示す物理量で荷重割る断面積で表すことができます。
応力にはですね許容応力という材料ごとに決められた値があって設計者はこの許容応力をもとにですね部品の形状やサイズを決定します。
スケールアップを成り立たせるのはあればスケールアップ後も部品にかかる応力は同じでなければならないわけです。
つまりですね荷重割る断面積の値が同じじゃなきゃダメなんですね。
ちょっとね本当に絵がなくて申し訳ないんですけど皆さん頭の中で想像してください。
シンプルな円柱も本当にね円の棒を思い浮かべてもらってそれが壁からニョキニョキと入ってますよと。
なんだこの棒って感じなんですけどそこは疑問を持たないでもらって壁から円柱が入っているよと。
この円柱の大きさを2倍にしてみてください。
で大きさを2倍にするとですね断面積っていうのは4倍になるんですね。
これ単純な話断面積は4分のπD自乗なんでねこの直径のDが自乗されてますから。
直径が2倍になれば断面積は4倍になりますと。
じゃあ荷重ここではこのニョキニョキと入っている円柱のですね重さとしますけどこれは8倍になるんですね。
重さって体積と密度の積なんですけど密度っていうのは基本的に一定なので体積だけ考えれば良しとします。
体積ってね断面積かける長さですよね。
これ小学校レベルの算数ですけど。
でさっき説明したように断面積っていうのはね大きさ2倍したら4倍になってるわけです。
そこに2倍になった長さをかけます。
つまり体積は8倍になるわけですね。
ゆえに重さは8倍なわけです。
わざわざ円柱を頭の中で思い浮かべる必要はないかもしれないですけどそういう話なんですよ。
この例でわかる通りですね断面積は4倍重さは8倍。
つまり大きさを2倍にすると応力部品にかかる負荷も2倍になるわけです。
だから大きくすればするほどですね部品にかかる負担っていうのは増えていっていつか必ず耐えきれずに破損します。
これこそが模型をそのままスケールアップできない理由です。
模型サイズでは応力的に問題がなく成り立っていても実寸法にすると容易く材料の許容応力を超えてしまうんです。
かの有名なですねガリレオガリレーもこの規模の限界を説明する上で骨に例えて説明します。
これはねまたね絵がないと説明しないしづらいんですけどガリレオ骨とでもね検索してみてくださいすぐ出てきます。
強度を保つための骨の太さのイメージがね示されているんですけど細い骨とすげーごく太の骨が並んでて
これは何を話しているかというともしもこの細い骨ですねこの骨の長さを3倍にするんだったら3倍にして同じ強度を保つんだったら
これぐらいの太さの骨になるんだよという図なんですね。
これね非常にわかりやすい図なんで規模の限界を説明するときね例えば新人に規模の限界説明しようかなって思うときにこの図を使ってもらうといいかなと思います。
骨じゃわかりにくいって話だったら実際の機械で例えるんだったらね僕は個人的にショベルカーの比較をお勧めしてます。
これねショベルカーの写真を見比べてみると非常にわかりやすいんですね。
巨大ショベルとミニショベルこれを同じ尺度で並べて比較するとめちゃくちゃわかりやすいです。
全然太さが違うんですよねアームとかの。
でガリレオの骨の話もそうですけどこれ僕のブログの方に比較した絵貼ってあるんでぜひとも時間がある人は見てください。
わかりやすいですよ。
リンクはですねポッドキャストの説明欄に貼ってありますんでそこからブログ飛んでもらえるとありがたいです。
規模の限界の理由（2）：製作上の問題
これがね規模の限界の強度の話なんですけど実は規模の限界って制作上の問題もあるんですね。
1個目が強度の問題でしたけど2つ目が制作上の問題。
単純にその制作上の問題でスケールアップが難しいということです。
模型ではいかにも作れそうな構造であったとしても実寸法としてそのものを作り出すことが物理的に難しいよということがあります。
例えばですけど今回の例でねカリアスが作った回転機銃機の模型ですね。
この部品の締結にM3のボルトが使われてたとしましょう。
で実寸法の機械を作るために20倍の大きさにしましょうと思ったときこの部品の締結ってM60になるんですよね。
それがすでに現実的な値でないっていうのは皆さんよくわかると思います。
M60でお化けサイズのネジですよね。
これはね極端な例なんですけど現実では今のサイズだから加工や組み立てすることができていたということも十分にあり得るんですね。
スケールアップする際にはですね必ず制作上の問題こういうふうにつきまとっていきます。
これに関してはですね設計者がスケールアップする際に形状を工夫すればいいじゃんと思うかもしれないんですけど
スケールアップする際にですね設計思想の根本に関わる部分を変更せざるを得ないというケースも多々ありますので
実はですねこの制作上の問題というのはねなかなか侮れない問題なんです。
まとめと現代における教訓
まとめるとですね単純なスケールアップが成り立たないのは規模の限界があるから
斧を大きくすると強度も上がるがそれ以上に負荷が大きくなる。
この2つを覚えましょう。私が伝えたかったのはですね
安易に大きさを変えるのはリスクがあるから気をつけろよということです。
製品の設計とかに関わっている人だったら今回の話は非常に当たり前だと思うかもしれません。
そもそも模型からスケールアップすることはないし
既存の機種とか部品を利用するときも設計検証してるから大丈夫だと。
でもですね違うんですね。
私もねこのスケールアップのリスク分かっているつもりはいますが
それでも流用設計においては割と見落としたりするんですね。
スケールアップに潜む思わぬ落とし穴ってのあります。
サイズが変わればですね設計検証に必要な項目ももちろん変わるんですね。
ぜひともこれを肝に銘じておいてほしいと思います。
またですね最近は結構実物を作る前に模型を作って検証しようとか
そういう取り組みが増えてます。
それは何故かというと3Dプリンターが普及してきたからです。
一昔前はねわざわざ模型を作るなんてコストも時間もかかるって言って
現実的にはなかったんですけど
今となってはですね検証の一環として
ミニチュアの3Dモデルを作るなんてこと結構多くなってきました。
そしてですねそのミニチュアのモデルをわざわざ
重役が出席する会議まで持ってってですねこういうわけです。
部長これが次期機種の構想モデルです。
いかがでしょうかと見せるわけですねモデルを。
そういうわけですよ。
おおこれは剛性があってかっこいい機械じゃないかよし作ってみろと。
こういうやり取りがですね会議で行われているのかいないのか
さながらではないですけどまあそんな感じですね。
さながらロドスの人々とカリアスのような関係なわけですよ。
それがですね模型であったとしても
物というのは相手を納得させるために最も有効な手段の一つです。
やっぱり物の持つ説得力ってのはねすごいわけですよ。
このようにですね今後はねますます模型を作ってから
実物を作るという流れが結構普及するんじゃないかなと思います。
技術者である我々はですねこの圧倒的な説得力を持つ模型物
こういうものに惑わされてはいけません。
何も難しいことは必要ないです。
一つ視点を持つだけです。
模型を見たらただ一つ本当に実際の大きさでこれ作ることできるのかと
疑いの目を向けるそれだけでいいです。
それが大切なのだと思います。
エンディングと各種お知らせ
ということで今日の話はここまでです。
いつも通りここからお知らせです。
この度日刊工業新聞社さんと私支部長でコラボレーション企画を行うことになりました。
その名もですねマジで設計者必続賞
支部長ベストセレクションです。
今まで私がツイッターやブログで紹介してきた
日刊工業新聞社さんのオススメの技術書籍
これらが支部長ベストセレクションとして専門コーナーを設けられて
実店舗に並んでおります。
並んでます。
今後全国の書店で順次フェアを開催していきます。
どんどん増えてます。
開催店舗に関しては日刊工業新聞社さんのホームページに記載がありますので
ぜひとも立ち寄ってもらって支部長ベストセレクション見に行っていただければと思います。
リンクはポッドキャストの説明欄に貼っておきます。
開催店舗はどんどん増えていってますので
ぜひお近くの店舗にお立ち寄りください。
本を買ってもらうのは一番嬉しいんだけど
とにかくですね
見に行って僕に報告していただけるだけでもですね
非常に嬉しいです。
結構ね
あ行きました支部長さんって声かけてくれる人多いんで
ありがとうございます。嬉しい限りです。
これねまあ7月の中旬ぐらいから始まっているところは
お盆前に終わっちゃう店舗とか結構あるんで
そのあたりですね
ぜひとも日刊さんのホームページチェックしてですね
やってるかな終わっちゃったかなっていうのを見ながら
行ってもらえるといいかなと思います。
というわけで本日のラジオはここまでです。
私は支部長技術研究所という技術ブログを運営します。
週一更新を目標に更新してますので
そちらもぜひ覗いてみてください。
今回話した内容ブログ記事になってますので
文字で読みたい、絵が見たいという方
説明欄にリンク貼っておきますので
ぜひ読んでみてください。
またツイッターでも毎日役立つ技術情報の発信を行ってます。
ツイッターっていうかもうXだね。
Xでもやってますんで。
朝7時20分夕方18時20分に投稿してますので
そちらもチェックよかったらフォローしていただけると嬉しいです。
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つぶやいていただけると非常に嬉しいです。
ものづくりののはですね
小文字アルファベットでNOとなりますのでご注意ください。
ぜひともよろしくお願いします。
では今回のラジオはここまで。
以上、渋長でした。
ではでは。
