DFMEA:システム障害を防ぐためのプロアクティブなリスク特定
障害モードとは何ですか?
故障モードとは、製品またはプロセスが予期されたパラメーターを超えて動作する原因となるものです。ほとんど気付かれず、パフォーマンスにまったく影響を及ぼさない非常に小さなエラーから、製品のリコールや生産ラインの停止につながる重大な障害に至るまで、その範囲はさまざまです。最も深刻なケースでは、障害モードによりエンドユーザーが負傷したり、訴訟につながる可能性もあります。
故障モード影響分析 (FMEA) の説明
故障モードを特定することは重要ですが、それは故障モードの影響分析の最初のステップにすぎません。
FMEA の目的は、障害が発生した理由、障害を修正することがどれほど重要であるかを判断し、将来障害が繰り返されないように措置を講じることです。プロセス、設計、システム全体のいずれを対象としても、FMEA は最大の稼働時間、安全性、エンドユーザーの満足度を確保するための重要なコンポーネントです。
FMEA の 5 つの重要なステップ
最も単純なアプリケーションでは、FMEA を実施するには 5 つの基本的な手順があります。
<オル>DFMEA の目的は何ですか?
DFMEA の目的は、生産効率、品質、安全性に対するあらゆる脅威を特定し、解決することです。そうすることで、プロセスを合理化し、プラントの安全性を向上させ、費用対効果を高め、製品の品質を維持し、顧客満足度を向上させることができます。
このため、DFMEA プロセスは、製造、医療、公益事業、建設などの幅広い業界にとって不可欠なリスク評価およびリスク軽減ツールです。
製品開発における DFMEA の利点
DFMEA は、製品設計を改善し、長期的なコストを削減するための実用的なツールです。主な利点は次のとおりです。
- 製造前に設計上の欠陥を発見し、後から修正するよりも大幅に費用がかからないオプション
- 設計リスクに体系的に対処し、より耐久性と一貫性のある製品を保証する
- エンジニア、メンテナンス、品質チーム間のコラボレーションを促進する
- DFMEA が作成した設計ロジックと緩和戦略の記録による、将来の監査と反復のサポート
設計関連の問題が軽減され、ユーザー エクスペリエンスが向上し、保証請求が減少します。DFMEA を使用する業界
DFMEA は航空宇宙産業または自動車産業に限定されているという考えが根強くありますが、実際にはその範囲ははるかに広いです。複雑な製品やシステムを設計するあらゆる業界は、DFMEA を実装することで恩恵を受けることができます。たとえば、製造では、生産を開始する前に機械コンポーネント、電気システム、サブアセンブリを評価するために一般的に使用されます。エレクトロニクス分野では、チームが回路レイアウトの欠陥を発見するのに役立ちます。医療機器業界は定期的に DFMEA を適用して、安全上の危険につながる可能性のある特定の設計上の問題を特定し、将来の規制審査を回避しています。
エネルギーおよび公益事業部門では、DFMEA はタービン、変圧器、その他のインフラストラクチャーの設計をサポートしています。消費者製品企業は、製品の信頼性を向上させ、保証請求を減らすためにこれを利用しています。農業、防衛、建設機械などの分野でも、故障リスクを軽減し、長期的な資産パフォーマンスを確保するために DFMEA 原則が適用されています。
DFMEA はどのように機能しますか?
設計の故障モードと影響の分析は、分析対象の設計全体にわたる専門知識を持つ人々のグループを集めることで機能します。これらの人々は一緒に、デザインが失敗する可能性のあるあらゆる方法についてブレインストーミングを行います。
チームメンバーは過去の経験を思い出し、その知識を使って失敗がどのように起こるのか、その失敗の結果がどうなるのかを考えることができます。既存の設計の場合、DFMEA は過去のデータを使用して、障害とその影響を判断できます。
次に、チームは問題に対する積極的な解決策を協力して決定します。これには、設計、部品、材料、または設計および製造プロセスのその他の要素への変更が含まれる場合があります。コンピュータ保守管理システム (CMMS) などのツールは、過去の故障データと資産パフォーマンスの傾向を一元管理することでこのプロセスをサポートし、チームがより適切な情報に基づいて設計上の決定を下せるように支援します。
大規模チームがこの方法をどのように使用するかについての技術的なガイダンスについては、FMEA に関する NASA のシステム エンジニアリング ハンドブックを参照してください。
DFMEA の例
エンジニアが最終製品のパッケージ化に使用する資産を開発するとします。プロトタイプのテスト中に、DFMEA はテープ ディスペンサー メカニズムの故障を特定します。これは約 100 時間の使用後に発生し、テープが必要に応じて供給されなくなります。さらに、パッケージの約 50% が間違って密封されており、場合によっては製品がパッケージからこぼれて使用できなくなることもあります。
これは大きな問題です。 DFMEA 中に、チームは発生率を 7、重大度を 10、検出を 2 にランク付けします。その結果、RPN は 140 となり、チームは問題に対処する必要があると判断しました。
調査の結果、チームはディスペンサーが自由に回転できるようにするベアリングの故障が問題の原因であることを発見しました。チームは、資産のエンド ユーザーがこの障害に遭遇する可能性を減らすために、定期的な潤滑とメンテナンスの推奨、ディスペンサーで使用される材料の変更、またはその他の変更を行うことで、この問題に対処することを選択できます。DFMEA の範囲設定:含めるべき内容
リスク スコアの割り当てを開始する前に、DFMEA の範囲を定義する必要があります。デザインのどの部分を分析していますか?あなたが制御できる障害モードはどれですか?
適切な範囲の DFMEA は、無駄な労力を回避し、リスクに焦点を当て続けます。 PFMEA またはシステムレベルの分析ですでにカバーされている作業と重複していないことを確認します。まず、設計の境界、目的の機能、および顧客固有の要件を定義します。次に、障害が発生する可能性が最も高いインターフェイスを特定します。
スコープ設定は、結果の品質と関連性に直接影響します。範囲が広すぎると、チームは優先度の低い問題で迷ってしまう可能性があります。範囲が狭すぎると、パーツ間の重要な相互作用を見逃してしまう可能性があります。
DFMEA を実施するのは誰ですか?
DFMEA は、さまざまな角度から設計を理解する専門家が集まるときに最も効果を発揮します。これは通常、設計エンジニア、生産リーダー、品質スペシャリスト、そして場合によってはメンテナンス スタッフやフィールド サービス スタッフを意味します。
避けるべき DFMEA の一般的な間違い
DFMEA は、プロセスが一貫している場合に最も効果的に機能します。しかし、いくつかのよくある間違いによって、その価値が損なわれる可能性があります。 DFMEA を実行するには待ち時間が長すぎます。運用が開始されてからリスク分析を開始すると、影響力のある変更を加える機会を逃してしまいます。部門横断的なチームが関与していないことも落とし穴です。エンジニアが単独で作業していると、メンテナンス、運用、品質チームが提供できる実践的な洞察を見逃してしまう可能性があります。
一部のチームは、明確な定義なしに重大度、発生率、および検出スコアを割り当てるという罠に陥ることもあります。評価が事前に合意されていない場合、RPN の信頼性は低くなります。推奨されるアクションの文書化を省略したり、実装後のフォローアップを怠ったりする人もいます。また、DFMEA が再検討されないと、すぐに古くなってしまう可能性があります。この査読済みの研究では、200 を超える雑誌記事を引用し、検出を強化し、ばらつきを減らし、設計の信頼性をサポートするテクニックを使用して改善点を強調しています。
DFMEA をいつ使用する必要がありますか?
DFMEA は、プロトタイプが完成する前、またはツールが試運転される前の、設計段階の初期段階で最も価値があります。ただし、これも便利です。
- 既存の設計に大きな変更を加える場合
- 重大な失敗または現場での問題が発生した後
- 材料やコンポーネントに影響を与えるコスト削減プロジェクト中
- 継続的な品質向上プログラムの一環として
目標は、設計関連の問題が生産上の問題、リコール、または安全上の問題に連鎖するのを防ぐことです。
DFMEA 対 PFMEA
プロセス故障モードおよび影響分析 (PFMEA) と DFMEA はどちらも、より広範な故障モードおよび影響分析 (FMEA) の一分野です。
PFMEA はプロセス全体を調査し、システム内の潜在的な障害を特定します。たとえば、製造では、PFMEA は製品の塗装、組み立て、出荷などのプロセスでの障害を探すことがあります。
ただし、設計の故障モードと影響の分析では、設計の特定の領域での故障に焦点を当てます。製品開発面では、DFMEA は製品が特定の方法で使用された場合や特定の温度にさらされた場合など、製品がどのように故障する可能性があるかを調査します。これらの製品の製造に使用される資産は、資産が期待どおりに機能することを確認するために DFMEA を受けることもできます。
DFMEA の実行方法
DFMEA の実行は非常に詳細で時間のかかるプロセスになる可能性がありますが、大きな問題が発生する前に設計エラーを見つけて修正することは非常に重要です。開始方法は次のとおりです。
1.分析するデザインを選択します。
DFMEA プロセスを製品ライフサイクルに完全に統合したら、あらゆる設計で DFMEA プロセスを使用することになります。ただし、現時点では、製品開発プロセスのどの段階でも、開発初期、新規設計、またはすでに生産段階にあるデザインを選択してください。
2.設計のさまざまな分野に精通した専門家からなる部門横断的なチームを編成します。
バランスの取れた多様なチームが最も包括的な結果を生み出します。 DFMEA 分析チームには、生産、サービス、物流のチームに加えて、品質エンジニア (製品品質、試験分析、材料エンジニア) が含まれることが理想的です。
各チーム メンバーは、自分の特定の重点分野で潜在的な障害モードを特定できます。他のチームが発見した障害モードをレビューすることもできます。チーム全体が各障害モードの原因と結果を評価し、重大度ランキング、発生ランキング、検出ランキングを評価する必要があります。
3.考えられるすべての故障モードを特定します。
潜在的な障害モードを特定するときは、「障害」が必ずしも完全な障害を意味するわけではないことを理解することが重要です。潜在的な障害には次のようなものがあります。
- 断続的な障害: 不規則、断続的、またはその他の予測不可能な障害モード
- 機能障害: 資産の主要な機能を阻害する可能性はあるものの、完全には損なわれない障害モード
- 完全な失敗: 運用を停止する壊滅的なシステム障害モード
さまざまな問題がこれらの障害のいずれかにつながる可能性があります。そのため、次のステップは、すべての潜在的な障害モードの根本原因を特定することです。
4.各障害モードの根本原因を特定します。
解決策に飛びつく前に、またチームが発見したさまざまな障害モードに優先順位を付ける前に、障害の原因を理解する必要があります。根本原因には次のようなものがあります。
- 計算失敗: 設計プロセス中の計算が間違っていると、本番環境全体で連鎖的な障害が発生する可能性があります。
- 環境障害: 温度、湿度、その他の環境条件の変化は、設計上の決定に影響を与える可能性があります。
- 重大な欠陥: 材料の選択が不適切だと、製造および組み立てプロセスのどの段階でも潜在的なリスクや損傷につながる可能性があります。
- テストの失敗: 設計段階でのテストが不十分だと、製品の安全性や信頼性に関する問題など、製品ライフサイクルのあらゆる段階で問題が発生する可能性があります。
- 劣化した障害: 継続的に使用すると資産の劣化が生じ、その結果、障害モードが悪化する可能性があります。
- 意図しない失敗: 別の部品または資産の障害が原因で資産に障害が発生した場合、それは意図しない障害とみなされます。
1 つの障害に複数の根本原因がある場合があります。そのため、潜在的なすべての障害モードのレビューと評価に、部門横断的なチーム全体を参加させることが重要です。
5.それぞれの故障モードの結果を判断します。
効果的なリスク管理のためには、障害による影響を完全に評価することが不可欠です。重要な問題だけでなく小さな問題も理解する必要があります。これにより、包括的なリスク軽減戦略を立てることができます。
潜在的な結果の例には、部品、資産、製品、梱包、設備、または作業者の安全への損害が含まれます。これらの影響は、軽微なもの（安価な修理や交換など）から重篤なもの（壊滅的な物的損害、重傷、人命の損失など）まで多岐にわたります。
その情報を使用して障害モードをランク付けし、解決策に優先順位を付けるため、潜在的なすべての結果を包括的に分析する必要があります。
6.各障害に重大度、発生、検出のランキングを割り当てます。
まずは重大度のランキングから始めます。この障害モードが発生した場合、その結果はどの程度深刻になりますか?機器の損傷、物的損害、経済的損失、安全上の懸念などの要因を考慮してください。通常、これを 1 ～ 10 のスケールで評価します。重大度スコア 1 は軽微な問題を示し、10 は最も重大な問題を示します。
次に、発生率を割り当てます。これにより、通常の状況下で各故障モードが発生する可能性が測定されます。 1 ～ 10 のスケールで、1 は障害が発生する可能性が非常に低いことを意味し、10 は障害がほぼ確実に発生することを意味します。
最後に、検出評価を決定します。この障害が発生した場合、検出するのは簡単ですか?障害の検出が簡単な場合は 1、検出が非常に難しい場合は 10、またはその中間の検出評価を割り当てます。
最も正確な結果を得るには、チーム全体をランキング プロセスに参加させることを忘れないでください。たとえば、製品マネージャーは、機器の故障を検出することが容易であることをおそらく理解していないでしょう。同様に、倉庫管理者は梱包不良を観察しても、発生率を評価するための材料や設計の専門知識を持っていない可能性があります。
7.リスク優先番号 (RPN) を特定します。
27 個の製品にわたって 100 個の潜在的な故障モードがある場合、どこから始めればよいかを知るのは困難です。どのソリューションが最も重要ですか? 重要性の順序はどのように決定しますか?
答えはリスク優先番号 (RPN) です。各勤務日の開始時に重大度、発生、検出の適切なバランスを計算するために慌てて計算するのではなく、潜在的な障害モードごとに 1 つの RPN を割り当てます。
ありがたいことに、重大度、発生、検出の評価を割り当てたら、それらの評価を RPN に簡単に変換できます。
RPN =重大度評価 x 発生評価 x 検出評価
高リスクの障害の RPN は最も高くなりますが、低リスクの障害の RPN は低くなります。このリスク評価戦略を使用すると、設計チームは最も高い RPN から始めて、徐々に下降していきます。
8.失敗のリスクを軽減または排除するための行動計画を備えた体系的なアプローチを導入します。
潜在的な障害モードごとに、具体的で測定可能な修正措置を含む適切なアクション プランを特定します。 RPN を改善するための新しいアクション ステップと設計プロセスとともに、既存の予防コントロール (障害を防止する手段) と検出コントロール (障害を検出する手段) の変更を検討してください。
新しいリスク軽減や是正措置の手順のために、追加のツールやリソースが必要になる場合があります。予算のニーズ、調達プロセス、行動計画の成功に不可欠なその他の要素を評価します。
9.導入後はRPNを再評価し、 DFMEA に対する継続的改善アプローチを採用します。
DFMEA プロセスは 1 回限りの解決策ではありません。定期的な故障分析を設計および製造プロセスに組み込むことで、最適な効率、業界標準への法規制順守、品質管理、製品の安全性、顧客満足度を確保することができます。
障害モードを定期的に特定し、問題に対処するための体系的なプロセスを実装することで、コストのかかる障害を軽減および防止できます。 DFMEA を反復プロセスとしてアプローチすると、事後対応的なトラブルシューティングからプロアクティブな継続的な改善へとアプローチが変わります。
コンピュータによる保守管理プログラム（CMMS）は、信頼性を高め、RPN スコアを向上させる鍵となります。資産を追跡し、パフォーマンス データを収集することで、チームは徹底的な機器分析を実行し、的を絞ったメンテナンスでパフォーマンスを向上させるための十分な準備が整います。
機器のメンテナンスと修理