2018年04月14日

キーワード解説:品質不良ゼロ達成の設計手法

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 ★攻めの設計システム【
 ★想定外の市場トラブルはなぜ発生するのか【
 ★評価テスト依存の設計では品質に限界がある【
 ★守りの設計システム【】【】【
 ★自動車の市場トラブルの現状【
 ★ 認定(Validation)から査定(assessment)へ【


キーワード解説:品質不良ゼロ達成の設計手法
従来、日本の品質管理の考え方は、小さなカイゼンを繰り返すボトムアップ活動で
優れた製品を生み出して顧客満足を得てきました。その製造工程のカイゼンと同様
に、設計工程においても、問題が発生すると小カイゼンを繰り返し、不良を外に
流出させないという流出防止の考え方が基本になっています。

自動車産業向け品質マネジメントシステム規格であるIATF16949(ISO/TS16949)
では、不具合発生前にリスクを削減、低減させるため、潜在的故障モードの想定
妥当性確認などを実施し、市場クレームなどを減少させていく仕組みの構築を
求めています。これは、自動車のみならず、あらゆる製品の設計に共通した課題
であると考えられます。

設計品質作り込みのための重要なポイントは以下の5項目であり低価格で、
タイムリーに顧客の要求に応える付加価値の高い設計の製品をアウトプットする
ことにあります。
 ①顧客の要求事項を確実に設計にインプットさせる
 ②市場あるいは顧客の暗黙の要求事項、法的な制約を確実に設計にインプットさせる
 ③顧客のあらゆる使用環境を考慮した製品をアウトプットする
 ④顧客のあらゆる使用方法を考慮した設計の製品をアウトプットする
 ⑤部品ばらつき、製造ばらつきを考慮し、製造しやすい設計結果をアウトプットする

イグニッションスイッチ発煙対策事例:FMEA解析とリスク評価

FMEAは、故障モードをすべて抽出し、その発生頻度はどれくらいか、設計
工程で検出可能か、発生が予される故障が、市場でどのような影響(リスク)
を与えるのかの3項目について評価し、その程度によって、対策の方法を決定
するものです。

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下図は、設計者が行ったFMEA評価表と、リスクアセスメントによるリスクを
考慮した総合判定表を示しています。

FMEA評価表.jpg

総合判定表.jpg


イグニッションスイッチ発煙対策事例:故障モードの蓄積と想定外の事故の予測

事例のイグニッションスイッチ部の発煙事故は、可動接点部に使用するグリス
の選定が不適切で、耐熱性の低いグリスを選定したために、炭化して導通による
発熱、発煙に至ったものです。

これは、設計時において、事前にこのような発煙事故を予測できなかった、また
短期間の評価テストでは、グリスが炭化しなかったために不具合現象は発生せず
設計ミスは発見できなかったものと考えられます。  

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結果的に、市場において不具合が発生し、リコールを余儀なくされましが、では
守りから攻めの設計手法に改善するには、どのように進めれば良いでしょうか?

事故や災害につながる起こしてはならない不具合、想定外の不具合を未然に防止する
設計フローを示します。ここでは、予測できない不具合をすべて洗い出し、市場では
絶対に事故や災害を起こさない設計プロセスを確立します。
設計プロセス.jpg
この設計プロセスで重要なポイントは、設計技術者が、設計ミスによって市場で
どのような問題の発生が予想され、どのような経済的損失(リスク)が生じる
だろうか?と考えることです。(顧客志向)

ここで使われる設計手法は、FTA/FMEA/リスクアセスメントです。
まず、過去トラブル集を参考に過去発生した不具合はすべて対策済みかどうか
をFTA解析手法で確認します。次に想定外の不具合を洗い出す方法として
FMEA手法を使います。手法は、単独で使用しても効果は上がりません。

目的に応じた使い分け、組み合わせで効果を発揮するのです。
あらかじめ想定できる不具合は、FMEAを用いず、従来の原因解析、対策型の
改善手法を用います。

では、発煙事故発生までのプロセスと、グリスの選定・評価手順を具体的に説明
します。
発煙事故は、高温環境下でグリス成分が炭化し、絶縁不良となって接点間が導通し
発熱し、その発熱によって発煙に至ったものです。

発煙事故は想定外としても、グリスの炭化に着目すると、高温に熱せられると成分
が炭化することは設計時点で予測することが可能です。

「グリスの炭化」、「可動接点の摩耗」は、性質の変化、構造の変化(摩耗、劣化・・)
で、これを「故障モード」と呼びます。そこで、故障モードリストを設計ノウハウ
として蓄積しておき、設計時点で参照することにより、その故障モードによる不具合
が発生した場合、どのような故障を引き起こし、更に事故や災害につながるリスク
がどの程度なのかを予測することが可能になります。(FMEA/リスクアセスメント)

故障モード発生から市場における故障・事故想定し、リスクに応じた対策を実施
する手法は、ボトムアップ型の設計といい、従来の原因解析・対策型の設計
(トップダウン型設計)と全く発想が異なります。
発熱プロセス.jpg
          <発煙事故発生プロセスと未然防止対策>

故障モード.jpg
             <故障モードの種類>

FMEAは、故障モードをすべて抽出し、その発生頻度はどれくらいか、設計
工程で検出可能か、発生が予される故障が、市場でどのような影響(リスク)を
与えるのかの3項目について評価し、その程度によって、対策の方法を決定する
ものです。

FMEAは、未知の想定外の故障(潜在している不具合)をすべて洗い出し、
リスクを予測することが可能な手法です。

攻めの設計システムとは:査定(assessment)による設計品質改善事例(6)

想定外の市場トラブルはなぜ発生するのか?

従来、日本の品質管理の考え方は、小さなカイゼンを繰り返すボトムアップ活動で
優れた製品を生み出して顧客満足を得てきました。その製造工程のカイゼンと同様
に、設計工程においても、問題が発生すると小カイゼンを繰り返し、不良を外に
流出させないという流出防止の考え方が基本になっています。 

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攻めの設計システム査定(assessment)の考え方に基づく設計システムの例を
下図に示します。
攻めのプロセス.jpg

守りの設計システム比較すると、左側の「インプット」⇒「設計の管理」⇒
「アウトプット」の設計プロセスは大きく変わりませんが、右側の設計技術は
新たにアセスメントの考え方を基本とする固有技術、汎用技術を導入し、設計
の上流工程で未然防止の対策を講じ、実機による評価テストによるフィード
バックを極力なくすようにします。

自動車産業向け品質マネジメントシステム規格であるIATF16949(ISO/TS16949)
では、不具合発生前にリスクを削減、低減させるため、潜在的故障モードの想定
妥当性確認などを実施し、市場クレームなどを減少させていく仕組みの構築を
求めています。これは、自動車のみならず、あらゆる製品の設計に共通した課題
であると考えられます。

設計品質作り込みのための重要なポイントは以下の5項目であり低価格で、
タイムリーに顧客の要求に応える付加価値の高い設計の製品をアウトプットする
ことにあります。
 ①顧客の要求事項を確実に設計にインプットさせる
 ②市場あるいは顧客の暗黙の要求事項、法的な制約を確実に設計にインプットさせる
 ③顧客のあらゆる使用環境を考慮した製品をアウトプットする
 ④顧客のあらゆる使用方法を考慮した設計の製品をアウトプットする
 ⑤部品ばらつき、製造ばらつきを考慮し、製造しやすい設計結果をアウトプットする

市場トラブル未然防止のためには、従来から採用されている原因究明・対策型
認定(validation)に基づく設計システムそのものを根本から見直し、査定
(assessment)の考え方に基づく設計システムを構築していくことが求められて
います。

想定外の市場トラブルはなぜ発生するのか?

想定外の市場トラブルはなぜ発生するのか?

従来、日本の品質管理の考え方は、小さなカイゼンを繰り返すボトムアップ活動で
優れた製品を生み出して顧客満足を得てきました。その製造工程のカイゼンと同様
に、設計工程においても、問題が発生すると小カイゼンを繰り返し、不良を外に
流出させないという流出防止の考え方が基本になっています。 

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この品質管理の手法は、発生した不具合に対する原因追求・対策型であり、また
あらかじめ設定した社内基準を合格すれば良しとする検査型、認定型の手法である
ため、工程で顕在化しない不具合は抽出することが困難となっています。

■ 認定(Validation)から査定(assessment)へ
そこで設計のやり方の発想を転換し、評価や検査での認定(Validation)ではなく
査定(assessment)の考え方に切り替え、設計開発のスピードアップと市場での
想定外のトラブルの未然防止を図って行くことが求められるようになってきました。

査定(アセスメント)とは、実際の製品を対象とした評価結果、検査結果などの
証拠に基づく合否判定を行うのではなく、製品を作る前の設計段階で、対象の実力
や価値を見極め、影響を定量化しようとするもので、この事により漏れなく不具合
を洗い出すことが可能となり設計開発のスピードアップと、市場における想定外の
重大事故の発生を防ぐことが可能なります。

市場の不具合を予測し、あらゆる条件を短期間で確認する効率的、効果的な手段
を用いて未然防止を行う方法論を採用しなければなりませんが、そこには多くの
誤解を生んでいるのも事実です。

未然防止策とは、再発防止策と考え方が全く異なります。
不具合事象から原因を追究して上流工程へフィードバックしていく方法は、次の
新しい製品で似たような不具合を防ぐことは可能です。しかし全く経験のない
未知の不具合は対応できません。

未知の不具合を見つけ、対策するには、設計システム全体および設計者自身も
原因追求型の「守り」の設計品質改善から未然防止型の「攻め」の設計品質改善
の考え方へ発想の転換が求められています。

評価テスト依存の設計では品質に限界がある

守りの設計品質改善を前提とした設計システムとはどのようなものでしょうか?
設計システムは、図で示すように、設計プロセスと設計技術から成り立っています。 

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万全と思われる評価テストや検査を行い、100%の合格品を出荷しても、市場
トラブルが発生するのですから、もはや今までのやり方で、評価項目を増やす
評価基準を厳しくするなどの管理を今以上に厳しくしても、対策効果は限られて
います。

更に、製品の多品種化、機能の複雑化などによって、設計部門の負担も増加して
いる中で、このような負担を増加させる対策は非現実的なものとなっています。

発生した問題を解析して、設計工程や製造工程を改善する原因解析・対策型の
品質管理の手法(守りの品質改善)は、工程の品質管理を強化して、出荷時の
製品品質を維持することが狙いです。

言い方を変えると、安定した製品を作るために、作業項目を決めて管理すること
つまり  設計手順とその作業項目のチェックリスト管理が目的です。作業項目
に漏れや不備があれば見直していく作業は必要なことです。しかし、市場の多様
な環境条件での、多様な使われ方をチェッ項目に追加していくことはできません。

守りの品質改善策は、スピーディーに問題を解決し、お客様に良品を届ける目的
のために現状の設計システムを大きく変えることなく、小カイゼンを繰り返し、
不備な点を修正、強化していくことに主眼を置いています。またそのことに
留まらざるを得ません。守りの品質向上策には、おのずと限界があるのです。

守りの設計品質改善を前提とした設計システムとは:攻めの設計品質改善(3)

守りの設計品質改善を前提とした設計システムとはどのようなものでしょうか?  
設計システムは、図で示すように、設計プロセスと設計技術から成り立っています。

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ISO9000が普及し、設計の要求事項を満たす設計プロセスは整備されつつあります。
ISO9000の2015年版では、設計に関する要求事項として以下の項目が規定されています。
 設計・開発の計画
 設計・開発へのインプット
 設計・開発の管理
 設計・開発のアウトプット および 設計・開発の変更
 設計・開発のレビュー、検証、妥当性確認

ものづくりの源流である設計・開発工程は、製品品質の大部分を決定づける重要な
工程であると言う考えから、品質管理のポイントとして、
 ①インプットで押さえる
 ②アウトプットで押さえる
 ③レビュー、検証、妥当性確認

この3段階の確認活動で押さえるという構成を取っています。言い換えれば
設計・開発工程を、入り口と出口と確認活動の規定に絞り、品質を確保する
と同時に新しい発想を制約しないという姿勢が貫かれています。

しかし、設計の中身である設計技術そのものについては、ISO9000では
特に規定されていませんが、設計技術者のスキル、独自に蓄積した固有技術、
汎用技術、検証技術など によって設計が進められます。
その中で、品質は一般的に設計技術者個人のスキル(ノウハウ、問題解決力)に
依存する度合いが高いと考えられます。

守りのシステム.jpg

        <守りの設計改善システム>

また、設計の最終段階で市場環境を想定した実機による信頼性評価テストが実施
され、発生した不具合を設計工程へフィードバックし改良を重ねます。設計の
前工程へフィードバックすること(手戻り)は、著しく設計期間の短縮化を阻害
することになります。しかも、評価テストで顕在化しなかった不具合は、市場に
流出し、最悪トラブル(故障や事故)へ発展し、市場クレームとなります。

■ 市場トラブルの原因究明と再発防止手順
「守り」の品質改善では、市場トラブルの原因となった①設計ミスがなぜ発生し
流出したのか、また次に、②なぜ未然に防止できなかったのか?の2段階でそれ
ぞれの原因究明を行い、対策を講じます。

原因究明は、様々な手法で行われますが、なぜなぜ分析や特性要因図は
使いません。
なぜなら、最終的に、しくみの改善にまでたどり着かないため、確実に
再発防止策を講ずる有効な手段とは言えないからです。
ここでは、①設計ミスがなぜ発生し、流出したのか(事実に基づく因果
関係の究明)と、②なぜ未然に防止できなかったのか(未然防止の仕組み
の不備の指摘)の2段階で確実に再発防止策を講ずる手順を以下に解説します。

①のなぜ発生し、流出したのかについては、不具合事象から物理的、論理的
に因果関係を究明します。
因果関係が正しく解明されれば、ではなぜこの材料や部品を選定したのだろう
か?設計時点で、なぜこの不具合に至るメカニズムが想定できなかったのか?
要因を探ることになります。図3で示す通り、設計ミスの要因は「人」
「方法・ツール」「材料」「情報」の4つに分類できます。設計者は、知識や
経験が不十分だったのか?それとも、確認実験を怠ったのか?実験の条件が
甘かったのか?材料の物性の情報が十分得られなかったのか?などを事実に
基づいて調査します。

「人」「方法・ツール」「材料」「情報」の4種類に分類する理由は、製造
工程の4M管理と同様、設計工程も、この4種類要因で管理されているからです。

2段階法.jpg
          <設計ミス原因解析2段階法フロー>

次に、②のなぜ不具合を未然に防止できなかったのかについては、設計のしくみ
上の不備を洗い出して対策します。設計のしくみは、固有技術、汎用技術、検証
技術、管理技術の中で、どこに不備があったのかを検証します。
この4種類に分類する理由は、図2の設計システムの仕組みすべてを網羅しており
設計システムのどこに欠陥があるのかを漏れなく指摘できるからです。

上記直接の原因が「設計者の知識不足」であれば、設計基本教育が不足している、
過去トラブルなどの設計ノウハウが共有されていない、など設計部門として管理技術、
固有技術上の不備が考えられます。

また、「確認実験が十分行われていない」ならば、信頼性評価手順・方法が不十分
であることも考えられます。

①のなぜ発生したのか(直接原因の究明)と、②なぜ未然に防止できなかった
のか(管理原因の究明)の比較マトリクスを図4に示します。

マトリクス.jpg
      <設計ミス原因解析2段階法マトリクス>

直接原因の究明は、なぜその不具合が発生したのか、三現主義に基づく事実を
起点として因果関係を究明し、速やかに原因を取り除きます。
一方、管理原因の究明は、その不具合発生を防止できなかった管理上の不備を
指摘しそ の不備を是正します。設計システムの見直し、人材の強化、コン
ピュータシステムの導入な ど、設計部門あるいは経営全体に影響する共通課題
に取り組む必要もあり、定着させるには、じっくり時間を掛けて取り組む必要が
あります。

自動車の市場トラブルの現状(リコール件数):攻めの設計品質改善

市場では、一体どのような製品のトラブル(故障や事故)が発生しているで
しょうか?下図は、自動車の設計に起因するリコール届出件数及びその割合
を示したものです。


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攻めの設計の仕組み1.jpg
(国土交通省「平成 27年度リコール届出内容の分析結果について」を参考に作成)

上記のうち事故につながった事例は以下のようなものがあります。
(原文のまま引用)

事例1(発煙 67件発生)
イグニッションスイッチにおいて、接点部に使用するグリスが不適切なため、
可動接点が固定接点から離れる際のアーク放電の熱によりグリスが炭化する
ことがある。そのため、そのまま使用を続けると、グリスの絶縁性の低下と
可動接点の摩耗による金属粉の堆積により接点間が導通し、発熱することで
グリスが発煙し、最悪の場合、火災に至るおそれがある。

事例2(火災13件発生)
イグニッションスイッチにおいて、スイッチ内部の接点に過剰な量のグリス
が塗布されたため、スイッチ操作時に発生するアーク放電の熱によりグリス
が 炭化して可動接点と固定接点間に堆積し、スイッチ内部の絶縁性が低下
することがある。そのため、そのまま使用を続けると接点間が導通して
スイッチが発熱、発煙し、最悪の場合、火災に至るおそれがある。

事例3(火災1件発生)
小型トラック・バスにおいて、戻り側燃料ホースの材質が不適切なため、
架装時、車両洗車時等に使用される化学物質により、燃料ホースが膨潤する
ものがある。そのため、そのままの状態で使用を続けると、燃料ホースの
接続部が外れて燃料が漏れ、最悪の場合、火災に至るおそれがある。

事例4(発煙3件発生)
農耕トラクタの消音器において、熱疲労に対する強度が不足しているため、
原動機の排気熱及び振動により消音器に亀裂が生じることがある。そのため、
亀裂部位から排出ガスが漏れ燃料タンクにあたり、そのままの状態で使用を
続けると、燃料タンクが損傷し燃料が漏れ、最悪の場合、漏れた燃料が消音器
に付着して、火災に至るおそれがある。

事例5(物損1件)
前方障害物衝突軽減制御装置(衝突軽減ブレーキシステム)装着車において、
ミリ波レーダーによる障害物検知プログラムが不適切なため、路肩や中央分離帯
に防護柵があり、先行車との車間距離が離れた際に、受信したミリ波情報を稀に
前方障害物と誤認識することがある。そのため、衝突の可能性がないのに、マルチ
インフォメーションディスプレイに警告表示がされるとともに警告音を発し、
予期せぬ急制動がかかるおそれがある。

このような不具合が流出する原因は一体何でしょうか。
また流出を防ぎ、二度と発生しない様にするにはどうすればいいでしょうか。

守りの設計手法では市場の要求品質に応えられない:攻めの設計品質改善(1)

設計品質の考え方には、「攻め」と「守り」があります。
攻めの設計品質改善とは?守りの設計品質改善とは?一体何でしょうか?
攻めの設計の仕組み2.jpg


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「守り」の設計品質改善とは、評価テストや製造工程、あるいは最悪、市場で
不具合が顕在化してから原因を究明し、設計システムを改善していく手法のこと
です。発生した不具合は速やかに原因の究明と対策を行い、二度とお客に迷惑を
掛けない様、再発防止の活動を確実に行うことが重要です。しかし、「守り」
の改善手法だけでは、真の再発防止(水平展開)が行われず、類似の不具合が
繰り返し発生するという事例がしばしば見受けられます。

「攻め」の設計品質改善とは開発段階において「製造からお客様の使用に至る
まで不具合をすべて予測し、対策することによって市場で発生させないように
設計を進める手法」のことであり、今までの設計の考え方を180度発想転換が

必要となります。

類似の不具合が繰り返し発生するということは、今までの「守り」の改善手法
だけでは、市場の要求に応えられなくなっていることを示しています。
「攻め」の設計手法を取り入れていくことが必要になってきますが、

同時に、「守り」の品質改善についても並行して実施して行くことが設計品質
向上につながると考えられます。

本解説では、「守り」の設計品質改善とは何か?また、「攻め」の設計品質改善
とは何か?どのように取り組むのか?を事例を交えて解説します。

7月東京 名古屋2.jpg
セ ミ ナ ー 予 定 表
テーマ(目的日時開催場所
主な項目
 多品種少量生産工場の現場改善力強化による
 付加価値生産性向上と利益率UP
未定
 
・生産活動の目的
・生産性向上・リードタイム短縮
・ムダ取り(直接・間接業務)
 若手・中堅社員の自立化と現場力の発揮
未定
・QCサークル活動
・個人目標管理(MBO)
・業務計画による改善活動
 ヒューマンエラー予防7つの対策
 ヒューマンエラー要因4分類と再発防止策
12月20日
(木)
9:30~12:30

12月20日
(木)
13:30~16:30
東京都北とぴあ
8F 807会議室
JR王子駅北口5分
AM/PM連続受講の場合割引特典あり
・再発防止対策と流出防止策
・是正と予防、水平展開
・顧客信頼の品質対策手法
 顧客から信頼を得る3つの品質対策手法
 ロジカルシンキングに沿った正しいなぜなぜ分析
・ヒューマンエラー要因
・ヒューマンエラー予防策
・IOT活用技術
 小規模チームで効果の上がるFMEA/FTA手法
未定 
・工程FMEA
・信頼性設計とFMEA/FTA
・リスクアセスメント
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スライド1.JPG