構造解析とは？仕事内容・種類・必要なスキル・年収をわかりやすく解説

「構造解析とは何をする仕事なのか」「設計の仕事とどう違うのか」と気になって検索した方も多いのではないでしょうか。設計の中で解析に触れる機会が増え、専門職として関心を持つ方も少なくありません。

構造解析とは、製品に力や熱が加わったときの変形や応力（部材の内部に生じる力の強さ）をコンピューター上で計算し、強度や安全性を確かめる技術です。 試作の前に壊れやすい箇所を見つけられるため、開発期間の短縮やコスト削減に欠かせない工程になっています。

この記事では、IT・機電エンジニア専門の転職エージェントである私たちが、構造解析の基礎から仕事内容、解析の種類、必要なスキル、年収の考え方、構造解析エンジニアになる方法までを解説します。

構造解析とは

構造解析とは、製品や部品が「どれくらいの力に耐えられるか」「どれくらい変形するか」を、計算によって予測する技術です。CAE（コンピューター上で製品の性能を検証する技術）の中で、最も幅広く使われている分野です。

計算の多くは、有限要素法（製品の形状を細かな要素に分けて計算する手法）をもとにした専用ソフトで行います。細かく分けた要素ごとに力のつり合いを計算し、全体の変形や応力の分布を求めます。

構造解析で主に確認するのは、次のような項目です。

・応力：部材の内部に生じる力の強さ。材料の強さと比べて壊れないかを判断する
・ひずみ：部材がどれくらい伸び縮みしたかの割合
・変位：部材がどれくらい動いたか、たわんだか
・固有振動数：製品が揺れやすい周期。共振による破損を防ぐために確認する

なお、「構造解析」という言葉は、建築物の構造計算や、物質の分子構造を調べる分析を指すこともあります。本記事では、機械製品や部品を対象としたCAEの構造解析を扱います。

機械設計・解析オペレーターとの違い

構造解析エンジニアは、設計者と協力しながら、解析を通じて設計の妥当性を確かめる役割を担います。関連する職種との違いは次のとおりです。

職種	主な役割	構造解析との関わり
機械設計	製品の形状や構造を決め、図面を作る	解析結果をもとに形状や材料を見直す
構造解析エンジニア	解析で強度や変形を予測し、改善を提案する	解析の計画から結果の考察までを担う
解析オペレーター	指示された条件で解析を実行する	モデル作成や計算の実務を担う
実験・評価	試作品で強度試験や測定を行う	解析の精度を確かめるための比較データを提供する

企業によっては、設計者が自ら構造解析を行う「設計者CAE」の体制をとっている場合もあります。求人票の職種名だけでなく、実際にどこまで担当するのかを確認することが大切です。

構造解析の仕事内容【工程別】

構造解析の仕事は、「解析計画→前処理（モデル作成）→計算→後処理（結果の評価）→設計への提案」の流れで進みます。 計算そのものはソフトが行いますが、その前後の判断にこそ専門性が求められます。

工程	主な役割	主に関わる相手
解析計画	何を確かめるか、どの条件で解析するかを決める	設計者
前処理	形状を簡略化し、メッシュ（細かな要素）や条件を設定する	設計者
計算	専用ソフトで解析を実行する	解析チーム内
後処理	応力や変形の分布を確認し、妥当性を判断する	解析チーム内
設計への提案	結果をもとに形状や材料の改善案を伝える	設計者、実験・評価

解析計画

最初に、設計者と「何を確かめたいのか」をすり合わせます。強度の確認なのか、軽量化の検討なのかによって、解析の方法や必要な精度が変わります。

前処理

設計者から受け取った立体の形状データを、計算しやすいように簡略化します。そのうえで、メッシュを作成し、材料の性質や固定する位置、加わる力などの条件を設定します。この工程の判断が、解析の精度を大きく左右します。

計算

設定した条件で、専用ソフトを使って計算を実行します。複雑なモデルや非線形の解析では、計算に長い時間がかかることもあります。

後処理

計算結果を色分けした図やグラフで確認し、応力が集中している箇所や大きく変形している箇所を探します。結果が物理的に妥当かどうかを見極めることが、最も重要な役割です。

設計への提案

解析で見つかった課題をもとに、形状の変更や材料の見直しを設計者に提案します。実験の結果と解析を比べ、解析の精度を高める取り組みも行います。

構造解析の種類

構造解析にはさまざまな種類があり、確かめたい内容によって使い分けます。代表的なものは次のとおりです。

静的解析

一定の力がゆっくり加わったときの変形や応力を求める、最も基本的な解析です。部品の強度確認など、構造解析の多くはここから始まります。

振動解析

製品の固有振動数や、揺れが加わったときの応答を求める解析です。共振による破損や、騒音の原因を防ぐために使われます。

非線形解析

材料が大きく変形したり、部品同士が接触したりするなど、力と変形の関係が単純な比例にならない現象を扱う解析です。ゴムや樹脂の部品、ボルトの締結部などで使われ、高度な知識が求められます。

疲労解析

繰り返し力が加わることで、部品が徐々に傷んで壊れる現象を予測する解析です。自動車や建設機械など、長期間使われる製品で重要になります。

座屈解析・熱応力解析・衝突解析

このほか、細長い部材が急に折れ曲がる現象を調べる座屈解析、温度変化による変形や応力を調べる熱応力解析、自動車の衝突安全性などを調べる衝突解析もあります。衝突解析は、特に専門性が高い分野です。

構造解析エンジニアの1日の流れ（例）

構造解析エンジニアの1日は、モデル作成や結果の評価といった作業と、設計者との打ち合わせを組み合わせて進むのが一般的です。メーカーで建設機械の開発に携わる場合の一例を紹介します。

・9:00　メール確認と、夜間に流した計算結果のチェック
・10:00　設計者と打ち合わせし、新しい部品の解析条件をすり合わせる
・11:00　形状データを簡略化し、メッシュを作成
・13:00　計算を実行し、その間に別の解析の結果を評価
・15:00　実験担当者と、強度試験の結果と解析結果を比較
・17:00　解析結果と改善案を報告資料にまとめる

計算に時間がかかる解析は、夜間や休日に流しておくことも多くあります。働き方は企業や担当製品によって異なります。

構造解析に必要なスキル・知識

構造解析で特に重視されるのは、ソフトの操作よりも、解析結果が正しいかを判断できる力学の知識です。 計算結果は、条件の設定を誤っていてもそれらしく表示されるため、見抜く力が欠かせません。

・材料力学・機械力学・弾性力学などの基礎知識
・有限要素法の考え方と、メッシュや条件設定の判断力
・材料の性質（強さ、伸びやすさ、疲労など）に関する知識
・立体の形状データを扱うスキル
・解析結果を設計者にわかりやすく伝える説明力

すぐに使えるものとして、解析結果を報告する前に確認したいチェックリストを紹介します。

・単位の設定が統一されているか
・固定する位置や力の加え方が、実際の使われ方と合っているか
・材料の性質の値が、使用する材料と合っているか
・メッシュを細かくしても、結果が大きく変わらないか
・簡単なモデルの手計算や理論値と比べて、桁が合っているか
・反力（固定部分が受ける力）が、加えた力とつり合っているか

相談の現場では、「設計の片手間で構造解析をしているが、結果が正しいか自信が持てない」という声をよく聞きます。こうしたチェックを習慣にし、理論の裏付けを持って結果を説明できるようになると、解析の専門職としての評価が高まりやすくなります。

構造解析の経験をどう活かせるか、一緒に整理してみませんか

経験豊富なアドバイザーが、これまでのキャリアを丁寧にヒアリングします。まずは情報収集の一環として話を聞いてみたいという方も歓迎です。

構造解析に役立つ資格

構造解析の仕事に、必須の資格はありません。ただし、知識を客観的に示す手段として、次の資格が役立つ場面があります。

・計算力学技術者（固体力学分野）：日本機械学会が認定し、構造解析の理論と実務能力を示せる
・機械設計技術者試験：日本機械設計工業会が実施し、材料力学など機械設計の基礎知識を証明できる
・技術士（機械部門）：技術系の国家資格で、上級の技術者としての実力を示せる

特に計算力学技術者の固体力学分野は、構造解析の知識に直結する資格です。資格の選び方や勉強法については、別の記事で詳しく解説しています。

構造解析エンジニアの年収

構造解析エンジニアの年収は、働く立場と、解析結果から設計の改善提案まで担えるかによって差が出やすい職種です。 構造解析に特化した公的な年収統計は限られているため、関連する職種も含めて確認することをおすすめします。

私たちが扱う求人を見ると、非線形解析や疲労解析、衝突解析など、専門性の高い解析の経験者には条件が高めに提示される傾向があります。静的解析から始め、扱える解析の種類を広げていくことが、待遇を高める近道になります。

構造解析に限らず、機電系の職種研究や資格選びに役立つ情報をLINEでも配信しています。気になったときに読める形なので、情報収集の段階でもお気軽にどうぞ。

構造解析のやりがいと大変さ

構造解析は、製品の安全性を支え、設計の質を高める達成感のある仕事です。一方で、結果の責任の重さや、地道な作業の多さといった大変さもあります。

やりがい

・自分の解析で壊れやすい箇所を見つけ、製品の安全性を高められる
・軽量化やコスト削減など、設計の改善に直接貢献できる
・解析と実験の結果が合ったときに、技術者としての成長を実感できる
・多くの製品分野で使われる技術のため、経験を幅広く活かせる

大変さ

・結果の判断を誤ると、製品の不具合につながる責任がある
・モデル作成や条件設定など、地道で時間のかかる作業が多い
・解析と実験の結果が合わない原因を突き止めるのに苦労する
・開発の日程に追われ、短い期間で結果を求められることがある

悩みの原因は職種か、環境か

「指示された解析を流すだけで、設計の判断に関われない」「解析の専門性が評価されない」という悩みは、構造解析という職種ではなく、組織の体制に原因があることも少なくありません。環境が理由であれば、解析の結果を設計判断に活かす体制の整った企業を選ぶ。解析の仕事そのものが合わないと感じるなら、設計や実験・評価など隣接する領域へ移る。 この切り分けが、後悔しない選択につながります。

構造解析エンジニアになるには

構造解析エンジニアを目指すルートは、主に次の4つです。

1. 機械系の学部や大学院で材料力学などを学び、メーカーに新卒で入社する
2. 機械設計の経験を活かし、社内異動や転職で解析の専門職に移る
3. 受託解析会社で、さまざまな業界の解析を経験する
4. 未経験の場合は、解析オペレーターや設計補助から入り、段階的に担当範囲を広げる

機械設計の経験者は、製品の使われ方や設計の意図を理解しているため、構造解析への転身で強みを活かしやすい傾向があります。設計の中で解析に触れた経験があれば、それを積極的にアピールしましょう。

転職を考える方は、職務経歴書で成果を数値で示すことが大切です。

・改善前：構造解析を担当
・改善後：建設機械のアーム部品の静的解析と疲労解析を担当。応力が集中する箇所を特定して形状変更を提案し、重さを約○％減らしつつ強度の基準を満たした。試作回数も○回から○回に削減した。

○の部分には、ご自身の実績の数値を入れてください。解析の種類、担当した部品の数、試作回数や期間の削減など、規模や成果がわかる数字を加えると説得力が増します。

構造解析の専門職を目指し始めたら

市場価値を客観的に評価したうえで、納得のいく選択肢を一緒に考えます。今の悩みの相談だけでもかまいません。

まとめ

・構造解析とは、製品に力や熱が加わったときの変形や応力を計算し、強度や安全性を確かめる技術
・仕事は「解析計画→前処理→計算→後処理→設計への提案」の流れで進む
・静的解析を基本に、振動・非線形・疲労・衝突など確かめたい内容で解析を使い分ける
・ソフトの操作よりも、結果の正しさを判断できる力学の知識が重視される
・悩みの原因が職種か組織の体制かを切り分けると、次のキャリアを選びやすくなる

よくある質問

構造解析や機電系のキャリアについて、もう少し情報を集めてから考えたい方もいるのではないでしょうか。職種研究に役立つ情報をLINEで配信しています。まずは情報を受け取るところから始めてみてください。