DR-1(開発試作品設計・検証および基本設計段階)の取組み法と現状実態・事例(3-0-3)

iyoblog (3-0-3)「設計の働き方改革とDR(設計審査)の具体的取り組み法」設計力向上研究会(伊豫部将三)編

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iyoblog (3-0-3)  第2章・DR-1(開発試作品設計・検証および基本設計段階)の取組み法と現状実態

「 1・開発品試作設計・検証とDR」

 第 1 章の図 3-3 で示す手戻り・後処理実態例 ④ で示す商品・製品出荷後発生させている「手戻り・後処理 45 %」を節減・予防するには、現実に多くの製造業でクレーム対策費の 70 %が開発・設計原因で占める各社の共通実態がある。

機械製品類では、①・振動・衝撃劣化、②・疲労劣化、③腐食劣化、④・摩擦・摩耗劣化、⑤・揺動・ねじり劣化、⑥・熱 衝撃劣化の6項目で不具合原因の 80 %を占める現実がある。

また機械装置類に組込まれる制御用計装・実装系では、⑦・落雷・高圧サージ電圧損傷、⑧・水滴付着繰返し絶縁劣化短絡、⑨・静電気放電発火・引火、⑩・電磁ノイズ誘導誤作動、⑪・過負荷発熱焼損、⑫・部品ワイヤ断線、⑬・膨張収縮半田剥離で機能停止の7原因で不具合原因の約 90 %を占める現実がある。

実際の寿命年数値確認などの検証試験実施に当たっては、前述計 13 のテーマ項目を先ず劣化耐久試験で確認把握する必要がある。

 本来不具合となる発生原因は、開発・新規設計時に試作品または新規採用予定購入部品による劣化寿命値と信頼度値確認耐久試験を採用決定前にそれぞれ試験確認必要な項目毎にキチンと実施していない結果として発生する。

使用する部品類の劣化寿命値と経過期間毎に信頼度値が事前に把握されていれば、メーカとしてエンドユーザーへ不具合発生前の適切な時期に交換必要な部品を特定してアナウンスできる。

メーカー側は、これを把握していないと交換が必要な時期を適切且つ事前にアナウンスできない。

エンドユーザー側に取って何の予告も無しに稼働中不意の故障停止を受け、メーカーへクレームとして持込む結果となる。

メーカーがクレームの節減・予防を真に図りたいと望む場合には、DR-1 の場で開発品試作設計担当者へ検証実施時に目標寿命値と信頼度値達成確認有無の把握をキチンと義務付けた DR 時の事前または途中指導が必要である。

ここで一般消費者向けに多くの商品類で設定している 10 年耐久寿命値を、10 年掛けて検証する訳には行かない。

この場合には、加速試験で期間短縮して実施すれば良い。

10倍へ加速すれば、試験期間を 10 分の 1 へ短縮が可能になる。

100 倍へ加速すれば、試験期間を 100 分の 1 へ短縮が可能となる。

これは 1 年を(閏年を含め)366 日と見做せば、10 倍に加速すれば、1 年を 37 日へ短縮して劣化による不具合発生の可能性有無を把握できる。

また 100 倍に加速すれば、1 年を 4 日へ短縮して劣化による不具合可能性有無を把握できる。

10 年寿命値であれば、3,660 日分を 100 倍へ加速し 100 分の 1 へ短縮すれば 37 日間で、この間に劣化による不具合発生可能性有無の確認把握が可能となる。

開発商品が通常一般消費者向けの耐久消費財(例えば、家電商品、自家用車、OA機器類、…など)であれば 10 年寿命値を前提に耐久試験を先ず実施し、10 年経過時点に於ける信頼度値を確認する。

ここで 10 年経過時点に於ける信頼度値とは、例えば自家用乗用車の例で説明すると「10 年使用時点で目標信頼度値 90 %以上確保」とする場合の意味は、100 台出荷した場合には 10 年後 90 台以上が使い続けられる残存寿命を保持している事を言う。

この数値は凡そ 100 年前(第一次大戦後の 1920 年代後半)にアメリカで制定した数値として一般に知られている。

約 30 年以前から日本の工業製品は、欧米先進国の消費者間で品質が良いとして知られている。

これは日本の主要メーカ製乗用車の場合では、10 年後の信頼度値は 99.5 %以上で管理されており、200 台の出荷に対し 199台以上が引続き走り続けられる残存寿命を保持している事が欧米先進国間では広く知られている。

この事から先進国の一般消費者は、品質の良し悪しを目標寿命値経過後の信頼度値の高さで評価している事が判る。

つまり品質とは、目標寿命値経過後の信頼度値の高さと考えて商品開発と検証に取組む事が大切となる。

また業務用であれば業種・製品により目標とすべき寿命年数値と信頼度値は個々の業種および商品毎にそれぞれ異なるが、通常一般消費者向け商品に対し 5 ~ 10 倍の寿命管理単位値で設定される場合が多い。

ここで寿命管理単位値とは、①・時間寿命値で管理する場合、②・回数寿命値で管理する場合、③・距離寿命値で管理する場合の 3 通りが多く使われている。

一般消費者が使う乗用車の例ではアメリカ基準が 10 年寿命で走行距離は 20 万マイル( = 32 万KM 相当 )とされ、これを時速 100 KM( 凡そ 60 Mile 強/H )で走行すれば寿命 3,200 時間相当となる。

但し搭載するエンジン等では、市街地等の交差点信号等による停止時間比率が凡そ 40 %を占めるため目標寿命 5,000 時間で設定している場合が多い。

回数寿命では、例えば、ドアの開閉を 10 年間 10 万回等と設定している。

但し業務用では、10 年間 50 万回等に置き代わる商品実態例もある。

一般消費者向け乗用車をタクシーで使用すると、3 年間程度まで実寿命が短縮すると言われている。

この事から商品が一般消費者向けで目標寿命値と信頼度値設定で開発した積りで上市しながら、実際には業務用で使われたりすると、忽ち劣化が進みクレームに継がる可能性が高い。

従って開発時には、事前にモニタリングを行い見込みユーザによる実際の使われ方を注意深く観察してから目標寿命値と信頼度値設定の DR 指導を行う事が大切となる。

望ましい事は、万一業務用に転用して使われても 1 年以内に寿命劣化で回収・交換せずに済む保証すべき目標寿命値と信頼度値設定で DR 指導して開発へ着手する事を薦めたい。

また公共機関(港湾・空港・道路・橋梁・鉄道・建造物と設備や関連装置類…など)向けでは、保証すべき目標寿命値は 40 年以上が要求されている実態がある。

(注・一般消費者向けでも居住用住宅については、日本国内の場合では国土交通省(元建設省)指導の許に主としてプレハブ住宅メーカーと関連する機器メーカーが加盟する工業化住宅協会規格の技術基準で躯体部分は 40 年寿命値で実施されている実態例がある。)

参考までに図 3-5 へ「出荷後経過期間別クレームによる手戻り・後処理時間発生率実態例」を示す。

なお図 3-5 から出荷後経過期間別市場クレームの発生時期が判る。

図 3-5 中の ① ・出荷後 1 ケ月以内 25 %、② ・同 3 ケ月以内 13 %、③ ・同 6 ケ月以内 11 %、④ ・同 1 年以内 21 %、つまり出荷後 3 ケ月以内計 38 %(累計約 40 %)、同 6 ケ月以内計 49 %(累計約 50 %)、同1年以内に累計 70 %の共通したクレーム発生実態と言う現実がある。 

品質工学のバスタブカーブで表現される初期は、不具合期間内にクレームの70 %が発生している現実と置換えて見做すことができる。

また不具合発生前に適切交換する上で実寿命確認把握試験と同時に故障前兆候把握を行う場合には、機能停止(時には破壊)に至るまで試験する事が必要である。

どの様な兆候が見えたら直ちに稼働停止の上、部品交換しなければならないか? をユーザーへ同時にアナウンスして置く事が必要である。

これは、ユーザーに対しメーカーがこの部品は 1 年または 1 万時間経過毎に交換して下さいとアナウンスしても、実際に壊れる迄使い続けるユーザーが出てくるためである。

これはエンドユーザーに対し故障前兆候が出た場合には、直ちに装置稼働を停止させ部品交換措置を実施しないと周囲を巻込む大きな事故に至る可能性がある事を知って貰う必要を理解して頂く上で大切である。

部品破損に至るまで商品を稼働させた場合には、破損部品の交換だけでは済まない周辺機器と装置全体の損傷・破壊に至り、破損部品が飛散り周囲に被害を及ぼす可能性も有り得る事を安全確保上でエンドユーザーへ事前に知らせて置く必要がある。

故障前兆候把握・実寿命値と信頼度値把握試験は、クレーム節減・予防上の DR 指導では担当者の手抜き行為を決して許してはならない。

また故障前兆候把握・実寿命値と信頼度値把握取組み時に必要な試験方法を決めるには、事前に故障予測した上で着手する事を薦めたい。

参考までに表 3-4 へ「自転車の故障予測と前兆候把握の検証法設定例(部分)」を示す。

「 2・基本設計とDR」

最終的に開発仕様書へ目標設定した実寿命値と信頼度値の確保が確認された試作品検証を済ませた開発品部分と既存設計品部分を組合せて行う基本設計案作成段階では、結合部・取合い部・組合せが伴う接合部の検証が残る。

これは、量産試作段階で必ず開発品試験と同じ様に実施して置く必要がある。

また基本設計では、機能面から総合性能確認・工法・製造法確認と達成すべき目標コスト(製造原価)確認がDR指導上の重要課題テーマとなる。

新規開発品部分がユニット化、モジュール化、単品部品化の形態で取組みができれば、既存設計品部分と組合せは非常に簡便化できる。

ユニット化、モジュール化、部品化の形態であれば、単体での検証も行い易い。

またエンドユーザーに引渡し後の保全・保守面からもそのまま現地で単体部品単位での交換対応が容易になるのでアフターサービス面からも短時間対応で済み望ましい。

これができない場合には、現地で故障または不具合個所の診断・確認作業と装置・機器類の分解・再組立・調整が発生し、その工数も多くなり対策費用も嵩む実態がある。

そのため多くの製造企業でクレーム対策費が、年売上の2 %を超える現実となる実態がある。

多くの場合クレーム対策費用の内訳は、現地で不具合を起し交換を必要とした部品費は 10 %以下の現実がある。

これは、メーカーから派遣されたサービスマンの現地への出張旅費と分解・部品交換・再組立・調整に要した工数に対する人件費が合計で 90 %以上を占める現実がある。

従ってクレーム対策費 2 %の意味は、交換部品不具合発生率へ置換えると 0.2 %以下へ置換わる実態がある。

従ってクレーム節減・予防には、交換部品不具合発生率を更に一桁以上引下げる必要がある。

つまり部品の不具合発生確率(即ち部品寿命経過時点の目標信頼度値)は、0.02 %以下へ是非早急に引下げが必要となる。

参考までに図 3-6 へ「正規分布 ±7 σまでの面積分布確率値例」を示す。

              図 3-6 ・「 ± 7 σ ( シグマ ) 値までの正規分布図」

筆者は、金型の様な一品生産品の場合でも ± 4 σ(分布確率 = 99.994 %)値から目標寿命 10 万回経過時の発生確率-4 σ(強度上で弱い側となるマイナス側の確率値 = 0.003 % = 3/10 万 = 1/3 万 3300 )以下の信頼度値確保を最低の必須条件として設定する様に薦めている。

この数値の意味は、平均動作回数 3 万 3300 回毎に1回の不具合動作が生ずる確率となり、1 分に 1 回の動作サイクルでは555 時間の連続動作ができる。

つまり生産設備などへ当て嵌めた場合では 555 時間毎に 1 回の製品不良か、または何らかの不具合停止が発生する確率を持つ。

1 日 8 時間稼働であれば、69 日毎に 1 回の製品不良発生か、または不具合停止する確率を持つ。

仮に 1 秒に 1 回の連続動作であれば、平均 555 分( 9.25 時間)毎に1回ずつ不具合停止の確率がある。

従って-4 σより-5 σ( マイナス側確率値 = 0.000057 % = 2/1000万 = 1/500万 )、または-6 σ(マイナス側確率値 = 0.000 000 2 % = 2/10 億 = 1/5 億 )と設定する方が望ましい。

従って動作回数には、製品不良発生数と一緒に注意して管理する事が望ましい。

この管理値を例えば ± 3 σ( 分布確率値 = 99.73 % )値で設定した場合には、-3 σ( マイナス側確率値 = 0.135 % = 1/741 )と成り平均動作数 741 回毎に1回の製品不良発生か、または不具合動が生ずる結果となり、1 分に1 回の動作サイクルでは 12 時間 21 分しか連続動作ができない。

つまり 12 時間 21 分毎に 1 回の不具合停止が発生する。

1 日 8 時間稼働であれば、1 日半毎に 1 回不具合停止する確率を持つ。

仮に 1 秒に 1 回の連続動作であれば、平均 12 分 35 秒毎に1回ずつ不具合停止を免れない。

どちらにしても生産現場では、まともに使える装置や設備としての数値ではない。

DR 指導では、設計品の不具合発生確率値に十分に注意して管理したい。

以上から DR-1 の事前または途中指導効果は、図 3-3 で示す「手戻り・後処理のステージ別時間発生率実態例」中 ④ ・「納品・検収後の手戻り・後処理 45 %」の手戻り・後処理時間の殆どで時間節減・予防効果が期待できる。

また同時に製造業のクレーム対策費は多くの企業で売上げの 2 %を超える発生実態が有り、原因の 70 %が基本設計時の開発品検証不備と欠如などに伴う開発・設計時の責任が占める現実がある。

このため DR-1 の事前または途中指導実施による期待効果は、同時に売上の凡そ 1.4 %近いクレーム対策費節減・予防効果も期待できる内容を持つ。

なおこの現実に把握される数値は、製品の品質管理が ± 3 σ( 分布確率値 = 99.73 % )で行われる場合に略近い数値である事に注目し見直しする必要がある。

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「引用文献」

・本稿は筆者(伊豫部将三)が執筆し、日刊工業新聞社月刊「機械設計」誌2017年3月号臨時増刊号へ投稿掲載した「設計の品質保証に必須のDR実施法 50 事例」部分へ今回ブログ掲載に当りタイトルを「設計の働き方改革とDRの具体的取り組み法」へ変更し、加筆し不備部は訂正した。

なお原本入手ご希望の方は、出版元(日刊工業新聞社・出版局)へ直接お問い合わせを給わりたく、何分宜しくお願い申し上げます。

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「全体目次」

「総論 」

iyoblog (3-0-1)・(はじめに) 設計の品質保証を左右するDR(Design Review = 設計審査)

「解説」

iyoblog (3-0-2)・第1章・DR-0(商品開発企画の仕様書と構想図作成段階)の取組み法と現状実態

iyoblog (3-0-3)・第2章・DR-1(開発試作品設計・検証および基本設計段階)の取組み法と現状実態

iyoblog (3-0-4)・第3章・DR-2(詳細組立図と部品設計・出図図書作成段階)の取組み法と現状実態

事例編・第一部「DR組織および事前準備関連取り組み法」

iyoblog (3-01)・市場クレームの手戻り予防では、DRの主要目的を点検会から事前指導会へ重点を転換する

iyoblog (3-02)・客先指摘仕様洩れ手戻り予防では、基本仕様項目の主要部はDR会が作成する

iyoblog (3-03)・事前市場ニーズ調査では、先行競合品と併せ、新規見込み購買層調査も義務付ける

iyoblog (3-04)・先行技術調査では、先行メーカー動向と併せ、新規参入見込みメーカー有無動向調査も義務付ける

iyoblog (3-05)・開発仕様書の要求機能設定では、市場ニーズ調査から従来品に無い特徴機能設定を義務付ける

iyoblog (3-06)・開発品の要求性能設定では、市場ニーズ調査から従来品に無い特徴性能設定を義務付ける

iyoblog (3-07)・開発品の要求特性設定では、従来品に無い特徴特性設定を義務付ける

iyoblog (3-08)・要求設計条件設定では、従来品に無い寿命値設定を義務付ける

iyoblog (3-09)・要求設計条件設定では、従来品に無い信頼度値設定を義務付ける

iyoblog (3-10)・開発品の構想図作成では、従来品に無い原理・方式・構造選択を義務付ける

事例編・第二部「DR-0 ・商品企画・関連仕様作成取り組み法」

iyoblog (3-11)・開発仕様書と構想図作成段階で確認すべき項目

iyoblog (3-12)・開発仕様書案で確認すべき項目

iyoblog (3-13)・構想図案で確認すべき項目

iyoblog (3-14)・メカ系構想設計部位案で確認すべき項目

iyoblog (3-15)・制御・実装系構想設計部位案で確認すべき項目

iyoblog (3-16)・計測器系構想設計部位案で確認すべき項目

iyoblog (3-17)・メカ系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目

iyoblog (3-18)・制御・実装系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目

iyoblog (3-19)・計測器系構想設計部位案で検証前に確認すべき項目

iyoblog (3-20)・構想設計案作成図書で確認すべき項目

「事例編・第三部・DR-1(1) ・ 商品企画・関連仕様作成実施取り組み法」

iyoblog (3-21)・試作品設計段階で事前確認すべき項目

iyoblog (3-22)・メカ系部位試作品設計案で事前確認すべき項目

iyoblog (3-23)・制御・実装系部位試作品設計案で事前確認すべき項目

iyoblog (3-24)・計測器系部位試作品設計案で事前確認すべき項目

iyoblog (3-25)・メカ系部位試作品案の検証で事前確認すべき項目

iyoblog (3-26)・制御・実装系部位試作品案の検証前に確認すべき項目

iyoblog (3-27)・計測器系部位試作品案の検証前に確認すべき項目

iyoblog (3-28)・メカ系部位試作品案の検証結果評価法で事前確認すべき項目

iyoblog (3-29)・制御・実装系部位試作品案の検証結果評価法で確認すべき項目

iyoblog (3-30)・計測器系部位試作品案の検証結果評価法で確認すべき項目

「事例編・第四部・DR-1(2) ・ 基本設計着手時の不具合予防取り組み法」

iyoblog (3-31)・基本設計で開発品と既存品組合せ部位の確認項目

iyoblog (3-32)・基本設計で環境条件の確認項目・その1

iyoblog (3-33)・基本設計で環境条件の確認項目・その2

iyoblog (3-34)・基本設計で環境条件の確認項目・その3

iyoblog (3-35)・基本設計で鉄系材料使用部位の確認項目・その1

iyoblog (3-36)・基本設計で鉄系材料使用部位の確認項目・その2

iyoblog (3-37)・基本設計で非鉄系材料使用部位の確認項目・その1

iyoblog (3-38)・基本設計で非鉄系材料使用部位の確認項目・その2

iyoblog (3-39)・基本設計で非金属系材料使用部位の確認項目・その1

iyoblog (3-40)・基本設計で非金属系材料使用部位の確認項目・その2

「事例編・第五部・DR-2 ・ 詳細設計着手時の不具合予防取り組み法」

iyoblog (3-41)・詳細設計で炭素鋼熱処理部品の確認項目

iyoblog (3-42)・詳細設計で部品形状の確認項目

iyoblog (3-43)・詳細設計で衝撃強さ確保の確認項目

iyoblog (3-44)・詳細設計で摩耗強さ確保の確認項目

iyoblog (3-45)・詳細設計でねじ締結部の確認項目

iyoblog (3-46)・詳細設計で部品素材選択の確認項目

iyoblog (3-47)・詳細設計でステンレス鋼選択の確認項目

iyoblog (3-48)・詳細設計で深絞り品置き割れ防止の確認項目

iyoblog (3-49)・詳細設計で溶接品質確保の確認項目

iyoblog (3-50)・詳細設計で異種金属接触による腐食防止の確認項目

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「筆者略歴」

 1957年4月~1974年3月の17年間・富士重工業㈱(注・現社名スバル)三鷹製作所(現・群馬県大泉町へ移転)生産技術部門に勤務。乗用車用エンジン・ミッション製造の工場自動化機器・専用機設計業務へ従事。1974年技術士(機械部門・第7916号)登録、伊豫部技術士事務所を開設。開発・設計および生産技術部門の技術コンサルタントとして現在に至る。この間、上場および中堅企業100社以上で社員教育や業務改善支援業務に従事。現在までに、社団法人日本技術士会理事、りそな中小企業振興財団「中小企業庁長官新技術・新製品賞」贈賞の専門審査委員、東大和市商工会理事、等を歴任。

 著書「設計の故障解析51(CD-ROM付)」、「設計の基本仕様51(CD-ROM付)」、「設計のマネジメント101」、「設計者の心得と実務101」、「設計の経験則101」、「設計の凡ミス退治101」、「設計のムダ退治101」、「ハンドリング簡易自動化201」、「設計審査(DR=Design Review)支援ツール集・Ⅰ(事前審査編)」以上日刊工業新聞社から刊行。月刊「機械設計」誌へ長期連載等あり。「品質機能展開50事例(CD-ROM付)」、「MC選定資料マニアル」、熊谷卓氏と共著「組立・ハンドリング自動化実例図集」、以上新技術開発センターから刊行などが有る。

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