Articles / 1月 20, 2022

FMEA解説。

FMEAは、設計段階において、プロセス中のリスクや不具合を軽減するために使用される分析ツールです。以下では、FMEA の主な種類と、メンテナンスプロセスへの導入方法について説明します。

FMEA

FMEA: What Is It?

故障モード影響解析 (FMEA) は、設計、製造および組み立てプロセスで起こりうるすべての故障を特定し、設計段階で失敗する可能性を予測するステップバイステップなプロセスです。言い換えれば、工程が失敗する可能性のある方法（失敗）と、その失敗が無駄や欠陥、危険な結果につながる方法（影響）を発見するための構造化されたアプローチである。 FMEAは、根本原因分析プロセスの一環として、これらの失敗を最小限に抑え、制限するのに役立ちます。

失敗モード：何かが失敗する可能性のある方法。故障とは、顧客や全体的な結果に影響を与えるプロセスや製品におけるあらゆるエラーや欠陥のことを指す。これらのエラーは潜在的なものであることも、実際のものであることもあります。
影響分析：発見された故障の結果を研究するプロセスです。

FMEAは、かなり大きく2つのカテゴリーに分類されます。設計FMEAとプロセスFMEAです。

Design FMEA

その名が示すように、Design FMEAは製品またはサービスの新規設計または変更設計における潜在的なリスクに着目します。設計FMEAは、設計機能、故障モード、およびそれらの故障が顧客に与えうる影響に対して、重大性または危険性のランクを割り当てる。故障モードと重要度ランクが特定されると、故障の原因が追求され、特定され、予防保守のスケジュールに役立てられます。例えば、後述する設計FMEAのプロセスにおける発生ランクは、高確率で発生する原因を特定し、故障の発生を防止するための対策を開始するのに役立ちます。では、どのような場合に設計FMEAを使えばよいのでしょうか。

新しいプロセスや新しいコンテンツを含む新しい設計がある場合
現在の設計に変更があった場合（過去の失敗からの変更も含む）
現在の設計を新しい環境で使用する場合（物理設計の変更はない）

デザイン FMEA はプログラムのリスクをできるだけ早く特定し、できるだけ積極的に障害を軽減するのに素晴らしい方法である。

Process FMEA

Process FMEAは、ヒューマンエラー、使用材料や機械、環境要因などによる製品品質、プロセスの信頼性の低下、顧客の不満、環境の安全性や危険性に影響を与える潜在的故障に着目しています。潜在的な故障が特定されると、それぞれに重大度のランク付けが行われます。プロセスFMEAは、現在のプロセスのすべてのステップを分解し、個別に分析して、リスクと起こりうるエラーを特定します。

新しい技術やプロセスを導入する場合
現在のプロセスが、プロセスの更新や継続的改善により変更された場合
現在のプロセスを新しい環境や場所で使用する場合（プロセス自体には物理的な変更はない）

新しい技術やプロセスのリスクを特定することは、予防保守スケジュールを立てて障害を事前に防ぐのに有効である。

When to Use FMEA

リスクが軽減され、業務が円滑、安全、最大限の能力を発揮できるようにするために、FMEAを実施するとよい事例や状況がいくつかある。ほとんどの人は、以下のような場合に設計およびプロセスFMEAを使用します。

プロセス、製品、またはサービスが新しく設計されている、または古い製品やサービスが再設計されている
現在のプロセスが新しい方法で使用されている
新しいプロセスまたは修正プロセスのためのコントロールプランの作成を準備している
既存のプロセスに対して改善目標を実施しようとしている
。
既存のプロセス、製品、またはサービスの障害を調べている場合

プロセスの寿命を通じて定期的にFMEAを行うことも良いアイデアです。

FMEA 分析の基準

FMEA が何であるかわかったところで、潜在的な故障モードの分析に使用する 3 つの基準について見てみましょう。 FMEAでは、重大性、発生、検出の3つの基準で潜在的な問題を探します。

重大性。重大性のランキングは、業務にとって最も重要なものを決定し、ランク付けするのに役立ちます。安全基準、環境、法律、生産の一貫性、廃棄物、さらには評判の低下といったものを考慮することができます。重大性を評価する場合、1～10のスケールで障害の重大性をランク付けし、1が「低影響」、10が「高影響」となります。影響には、顧客および/または製造工程に対するリスクが含まれます。発生：発生ランキングは、プロセス、製品、またはサービスのライフタイム中に故障が発生する確率を示します。発生確率を1～10のスケールでランク付けし、1が「発生しない」、10が「不可避」であることを示します。問題が発生する前に検出できる可能性はどの程度ですか。検出ランキングは、障害が早期に発見され、その発生を全面的に防止するための措置が取られる確率を定量化するのに役立つ。チームは検出ランキングを1から10のスケールで決定します。1は「検出される可能性が非常に高い」、10は「検出される可能性が低い」です。

これらの基準（およびそのランキング番号）は、各故障モードに対するリスク優先番号（RPN）を算出する方程式を構成します。 RPNの計算は次のようになります。

FMEA RPN計算

RPNの計算方法を見るために、簡単な例を見てみましょう。喫茶店の新しいエスプレッソマシンについてFMEAを実施しました。経営陣とスタッフは、エスプレッソマシンが故障した場合、コーヒーが生産されないことでビジネスに大きな影響を与え、売上の損失、顧客の怒り、ひいてはその怒った顧客からのビジネスの損失につながると判断しました。

彼らはエスプレッソマシンの重要度評価を 10 としました。最後に、チームは、毎日エスプレッソマシンを適切に清掃し、メンテナンスし、異音に耳を傾け、または品質生産を監視することによって、潜在的な故障をかなり容易に検出することができると判断しています。これにより、RPN は 80 (10 (s) x 4 (o) x 2 (d) = 80) となります。

ほとんどの場合、重大性を減らすことはできないので、発生率を減らし、検出率を上げることに集中します。 RPNスコアの高いものだけに注目したくなるかもしれませんが、RPNの合計に関係なく、重大度スコアの高いものには必ず対処してください。例えば、次のような式が考えられます。

10 (s) x 2 (o) x 2 (d) = 40

全体のRPNがかなり低くても、重大性は最大であり評価する必要がある。

FMEA Process

FMEAプロセスはステップバイステップで行われます。なぜなら、それぞれのステップが分析プロセスを通して前のものをベースにしているためです。 FMEAは7つのステップで行われ、それぞれが分析を迅速かつ効果的に行うために慎重に設計されています。

Step 1: FMEAチームの編成とプロセスのレビュー

FMEA はチームワークであり、チームアプローチはその成功に不可欠です。 FMEAチームは、責任ある製造エンジニアまたは主任技術者が率いる必要があります。チームのメンバーには、設計やプロセスエンジニア、材料供給者、さらには顧客も含まれる。すなわち、過去の失敗に関する情報や事前準備のための文書など、重要な文書を収集し、作成することである。準備文書には、

過去の失敗に関する情報が含まれている必要があります。
境界図(設計FMEAに有用)。バウンダリーダイアグラムとは、サブシステム、アセンブリ、コンポーネント間の関係や、それらが他のシステムや環境とどのように作用するかを図式化したものである。 J.M.ジュランは著書『品質計画と分析』の中で、パラメータダイアグラムとは、システム/顧客からの入力を取り込み、それらの入力をエンジニアが作成中の設計の望ましい出力に関連付けることであり、制御不能なものや外部の影響を考慮することであるとしている
Process flow diagram (helpful for Process FMEA): プロセスフロー図は、プロセスエンジニアリングにおいて、工場のプロセスや設備の一般的な流れを示すために使用される。プラント内の主要機器間の関係のみを示し、配管や配線のような細かい機器や詳細は示さない。
特性マトリックス（プロセスFMEAに役立つ）。

また、エンジニアリングコンサルタントのクオリティワンインターナショナルは、FMEAの効率を最大化するために、作業前のチェックリストをまとめることを推奨しています。チェックリストには、次のようなものを含めることができます。

Requirements
Preliminary bill of materials/components
Baseline FMEA (過去の FMEA)
Previous tests and control methods used on similar products
Known causes from surrogate product

以下の項目をチェックリストとして含めることができます。

インターフェースに起因する潜在的な原因
設計上の選択に起因する潜在的な原因
ノイズや環境に起因する潜在的な原因

ステップ 1 は、各コンポーネントの故障の可能性をすべて検討するのにうってつけのタイミングと言えます。既存のドキュメントやデータをレビューすることで、問題のある各コンポーネントについて、いくつかの潜在的な障害が明らかになる可能性があります。最初に徹底的なリストをブレーンストーミングし、その後、元のリストで生成されたアイテムを縮小または組み合わせます。マーフィーの法則によれば、「間違う可能性のあるものはすべて間違う」のだそうです。ステップ1のブレーンストーミングセッションでは、故障する可能性のある機能、プロセス、システム、コンポーネントを特定する際に、このことを念頭に置いてください。

ステップ2：重大度ランキングの決定

FMEAテンプレートまたはアウトラインを用いて、機能、故障モード、影響を追加し、重大度ランキングを決定する段階となります。機能をリストアップする際、それぞれが何らかの方法で測定可能であることを確認する。機能には、

設計仕様
政府規制
プログラム要件
分析対象の部品または製品の特性

自動車製造の組立ラインで運転席側エアバッグを取り付ける場合を例に挙げてみましょう。このシナリオでは、機能は、エアバッグを適切に方向付けして組立治具に配置することです。

次に、各機能について考えられる障害をリストアップします。失敗を「反機能」と考え、次のようなことを考えます。

Total failure of the function
partial failure of the function
Intermittent failure of the function
Over failure
Unintended failure of the function

ドライバー側のエアバッグをインストールする例では、インストール用の正しいエアバッグを受け取らないことも考えられる障害モードの 1 つです。

次に、故障モードがもたらす可能性のある影響をリストアップし、各影響に重大度のランク（1～10）を付けることを確認する必要があります。この段階で重大度レベルが9または10であれば、対策を検討する必要があります。取り付けのために間違ったエアバッグを受け取った場合に考えられる影響は、正しいエアバッグの到着を待つ間に組み立てが遅れたり、間違ったエアバッグが取り付けられて、衝突時に展開の不具合を引き起こし、運転手の負傷につながったりすることでしょう。

ステップ3：発生ランキングの決定

FMEA ランキング

ステップ3では、発生ランキングを使用して潜在的原因と防止策を決定します。過去の故障データを使って原因をブレーンストーミングしたり、設計チームからアイデアや意見を聞いたりすることができます。たとえば、なぜ誤ったエアバッグが届くのでしょうか。 1つの原因として考えられるのは、人為的なミスです。運転席用と助手席用のエアバッグが混在していたとか、エアバッグの総注文数が違っていて助手席用のエアバッグが多く生産されたとか。

Step 4: 検出順位の決定

Step 4では、設計が要件を満たすための管理またはプロセス（設計FMEA）、あるいは故障が発生した場合に未検出の故障モードが顧客に到達する可能性について、ブレインストーミングと議論を行うことが要求されます。

私たちの例で言えば、現在行われている工程管理は、エアバッグの組み立て指示書のセットかもしれません。検出のための現在の工程管理は、オペレータが行うエアバッグの目視チェックであるかもしれません。

Step 5: アクションの優先順位付けとRPNの割り当て

前述のRPN方程式を覚えていますか? ここでは、ステップ2～4で確立した各アクションにRPN番号を割り当てます。 RPN番号は、フォローアップのアクションアイテムの優先順位付けと割り当てに役立ちます。前述したように、RPNは、考えられる故障、原因、管理の組み合わせごとに、重要度、発生率、検出率の順位を掛け合わせることで算出されます。

この例で割り当てられた順位に基づくと、RPNは240 (10 x 4 x 6) となる。

ステップ6: アクションを取り、設計をレビューする

FMEAを行う全体の目的はリスクの発見と軽減であるので、リスクをうまく軽減できると決定された時点でアクションは完了である。このステップでは、故障をRPNの降順でリストアップし、最も重要な部分に努力を集中することができるようにする必要があります。パレートの法則という言葉を聞いたことがあるかもしれませんが、これは「問題の80％は20％の原因から発生する」というものです。つまり、RPNは良い出発点ではありますが、どこに注意を向けるべきかの判断は、厳密にRPNだけに基づいてはいけないということです。 FMEAチームリーダーは、設計レビューが行えるように、あらかじめ決められた期日までにアクションが取られるようにする必要がある。

Step 7: Re-Ranking RPN

最後に、あなたの行動が本当にリスクを軽減させたかどうかを確認したい。すべてのリスク軽減措置が実施されたら、FMEAチームは会議を開き、各値（重大性、発生、検出）を再ランク付けし、新たなRPNを算出する必要がある。新旧のRPNを比較し、リスク要因が低くなっていれば、設計や工程の段階で新しいアクションを実施することができます。

FMEA テンプレート例

以下は、上記のエアバッグの例を使った FMEA テンプレートです。

項目：分析される項目を指し、機能として知られています。
障害の影響：何がうまくいかなかったかを説明します。
重大度（S）：これは、障害の潜在的な影響を説明します。このランキングは、この障害が顧客にどの程度深刻な影響を与えるかを示しています
原因:
発生(O): 故障がどのように発生するか、潜在的な原因をリストアップします。この順位は、障害が発生する可能性と発生する頻度を示しています。
コントロール。
コントロール：その障害が発生しないように、あるいは発生した場合にそれを検出するために、どのようなコントロールがすでに行われているか？この順位は、その障害がどの程度検出しやすいかを示しています
RPN。 RPN：RPNを計算し、参考までにこの欄に数字を記入します。
推奨されるアクション。
責任と期限：推奨されるアクションを誰が実行すべきかを指定し、期限を指定します。担当者が推奨行動を実行したら、ここにリストアップします。
新しいRPN。
新しい RPN: 新たに実施したアクションを考慮して新しい RPN を計算し、新しい RPN と古い RPN を比較する。

FMEA Template

多くの人は RPN 列の後に追加列をテンプレートに加え、アクション項目を追跡して改善を追跡するのに役立てています。エアバッグのシナリオの場合、追加の列は次のようになります:

推奨されるアクション。エアバッグ装着プロセスの最初のステップとして手動/目視検査を追加すること
責務と期限。エアバッグ取り付け技術者が責任を負う（2019/11/15）
行動を起こした。 Step added – manual and visual inspection on assembly line

Now, you can add new column for Severity, Occurrence, and Detection to see if the changes made a difference in the RPN.

この変更によって、RPNに違いが生じたかどうかを確認することができます。

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