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信頼性工学  Reliability Engineering  8章 信頼性設計とデザインレビュー

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信頼性工学  Reliability Engineering  8章 信頼性設計とデザインレビュー. 2005 年度後期 工学院大学 信頼性工学  教科書:信頼性工学入門、真壁肇著、日本規格協会 第 9 刷  2003 年 授業内容: http://datamining-statistics.blog.ocn.ne.jp/yamashita/ の中のカテゴリ「信頼性工学」. 1   8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書 10 章と 13 章. 1)機械設計法の基礎:強度設計、精度設計、信頼性設計という 3 つの観点がある。 2) 信頼性設計とは?

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信頼性工学 Reliability Engineering 8章 信頼性設計とデザインレビュー

2005年度後期

工学院大学 信頼性工学 

教科書:信頼性工学入門、真壁肇著、日本規格協会 第9刷 2003年

授業内容:http://datamining-statistics.blog.ocn.ne.jp/yamashita/の中のカテゴリ「信頼性工学」

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1  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

1)機械設計法の基礎:強度設計、精度設計、信頼性設計という3つの観点がある。

2)信頼性設計とは?

システムが使用開始から寿命を迎えるまでの期間(任務時間)を通して、予め期待した機能(任務)を果たせるように、すなわち故障(や性能の劣化)が発生しないように考慮して設計する手法のこと。

3)信頼性設計の基礎:任務プロフィール作成と環境条件の決定

A)任務プロフィール、システムや機器の任務:

消費者や使用者のニーズをよく把握して、システムの任務(ミッション・仕様)を明確にする。信頼性設計を行うためには、開発の対象となるシステムや機器の任務を明らかにしておかなければならない。

例題:勤務用自動車とレジャー用自動車では、自動車の仕様は大分異なる。

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2  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

任務プロフィール:

①任務の種類(使用回数による種類)

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3  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

任務プロフィール:

②任務の時間:一般にワーストケース(worst case)に近いものを想定して任務時間を決める。

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4  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

任務プロフィール:

③機器やコンポーネント・部品の任務

システムや機器は多くの機能の役割を有するコンポーネントや部品によって構成され、それらの任務を総合してシステム任務が形成される。例題:

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5  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

品質表によって、システムの機能とサブシステムの任務を対応付けることが大切である。このとき、システム任務からそれぞれのコンポーネントや部品の任務を十分にするために必要な機能を確認し、全体としてコスト、強度、寿命などのバランスをとり、各サブシステムとシステムの任務の達成について、十分な信頼性設計上の役割分担が考慮されていること。

信頼性設計に先立って、任務プロフィールを得るために、システムの使用状況を調査し、任務プロフィール表にまとめる。ようするに、

任務の分析⇒任務プロフィール決定⇒任務時間検討⇒任務プロフィール表作成

B)環境条件の決定:システムや機器が置かれる環境や稼動時の環境をとらえる。そのためには、システム使用の範囲を知り、これについて検討すべき項目をあげて、一つ一つ検討する。またシステムや機器の工場出荷後について、輸送、貯蔵(ちょぞう)、運用、廃却にまで検討する。特に運用環境問題(温度、湿度など)を考慮する。

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6  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

4)設計の段階別管理 PPP:

・システムや機器の任務プロフィールや環境条件を考慮しながら、信頼性設計を考える。

・設計の品質(性能・機能、信頼性・安全性、保全性・サービス性)を実現するために、品質保証という機能別管理活動を幾つかの段階に分けて行う。ここでは開発を中心とした設計の効果的な進め方を考える(次のスライドを参照)。

・最近、消費者ニーズの多様化、高品質、高信頼性が要求されている中、コスト低減とサービス性の向上が強くなっているため、品質保証の管理体制を強化する必要がある。

・効果的な開発の段階別管理の代表的なものを図10.1(次のスライド)をで示し、これはPPP(Phased Program/Project Planning)システムという管理システムである。

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7  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

PPPシステムの例:

信頼性工学入門、真壁肇著、日本規格協会 第9刷 2003年

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PPPシステムの例:

www.mext.go.jp/b_menu/shingi/uchuu/reports/03062401/009.pdf

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9  8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

PPPシステム(教科書の内容):

①構想段階(開発仕様書作成、構想を固める):

・目標を達成するため、幾つか(3-5程度)の構想を作り、品質を評価・比較検討して、幾つかの候補を1つに絞り・調整し、開発仕様書又は商品企画書又は設計仕様書の形にまとめる。評価・比較検討には、レダーチャートを用いて各構想とコントロール(現状)の品質を見える化すると良い。例:

http://www.lsken.gr.jp/opn/act/ron/97/bun14.html

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10 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

・またネットワークを作って開発スケジュールとクリティカルパス(それぞれの部分の開発期間と流れを示し、全体を考慮した上での最小の開発期間)を明示する。

例:

PERT

ガントチャート

http://www.geocities.jp/hideohara777/kr/kr9.html

・さらに技術的問題点を摘出し、事前対策を考える。フィージビリティの高くない技術課題には代行技術を考えておく。

例題:携帯端末のセキュリティ機能を代行するモバイルサービス代行技術

・原価企画を立てて検討する(コスト問題)

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11 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

②決定段階(基本設計)

・①の段階で作られた開発説明書や企画書に基づいて、基本設計に入る。システム開発プロセスにおける「基本設計」あるいは「外部設計」フェーズを指す。

・このとき、できるだけ既存のサブシステムやコンポーネントを活用し、新規に設計するコンポーネントはできるだけ少なく、過去の知見に有しているものに限ること及びサービス部品は過去のものと変更しないよう互換性をよくすることなどが重要である。これはトラブルの未然防止、開発費を少なく、開発期間を短く、サービス性をよくするために必要である。

・新規に開発するコンポーネントについては特許問題をさけ、なるべく既開発の材料・部品と既存の技術を活用する。もし、新しい技術が導入されたときには、エンジニアリングモデル(部品等の品質と信頼性を除いてほぼ同一仕様を持つ評価試験用の小型モデル ) によって機能試験を行い、データを累積し、基本設計に反映しなければならない。

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12 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

・この段階で品質表(品質表A)を作成してよい。例:

・この段階でFMEAを実施してよい。

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13 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

③獲得(取得)段階(詳細設計と生産):

・この段階では詳細設計と生産が行われる。内部構造を定義する詳細設計や内部設計を示す。

・②の基本設計のアウトプットが細部にわたり展開され、②のエンジニアリングモデルの機能・性能試験データが利用される。詳細設計が進めば、モックアップ(Mockup、設計通り動作するか否かを調べる為の回路ブロック)を作ってあらゆる検討を行う。

・基本設計の品質表があれば、それに基づいてさらに細目の仕様に関する品質表(品質表B)が作られる。

・基本設計のFMEAがあれば、そこで指摘されている等級の高い故障モードについて技術検討、改善策が考慮される。FMEAは詳細設計で作られることもある。

・試作品作成後、生産性を検討するために詳細設計の設計審査を行う。

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14 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

④運用段階(ユーザーによる運用):

・運用中の不具合や、保全性の問題点、環境条件・使用条件の多様化のために予測できなかったトラブルは、直ちに設計にフィードバックするという信頼性設計上の重要な活動がある。

・必要に応じて開発部門が直接、現地に行くことがある。

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15 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

5)部品と材料の選定:

・信頼性設計に当たっては、部品や材料の選定が必要である。既存の部品や材料で品質を確保できない場合があり、新部品や新材料の長所と短所を十分に理解し、デザインレビューで問題点を調査して設計に当たることが大切である。

・信頼性設計においては、単に部品を選定するのみではなく、要求精度、工程能力、加工の最適化、部品の寿命予測、信頼度計算、メーカーから信頼性情報を得るなどがある。

・材料は強度・材料特性、加工法・生産性、環境条件との適合性・耐久性、コストをよく検討して選定する。

・FMEAやFTAを作って、各部品の問題点検討を行ったり、過去のFMEAを利用する。

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16 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

デザインレビュー(DR):

・システムの設計段階で、性能・機能・信頼性などをコスト・納期・安全性などを考慮しながら、設計審査し、改善をはかることである(源流管理)。

・設計開発の各段階で、各専門分野技術の総合化をはかるデザインレビューの役割が重要となる。

・開発段階のステップごとにデザインレビューを行う場合もある。例えば、企画審査(DR0 )、技術審査(DR1 )、量産移行審査(DR2 )、量産開始審査(DR3 )、および 量産安定性審査(DR4 )の5ステップで構成れる。

・また3つのデザインレビューのタイプがある。

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18 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

http://jp.fujitsu.com/microelectronics/quality/ad00-00003/index_p4.html

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19 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

PPPシステムの例:

信頼性工学入門、真壁肇著、日本規格協会 第9刷 2003年

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20 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

デザインレビューの効果:

①品質の向上(Qの品質)

設計の評価により、過去のクレームの原因が除去され、設計の弱点が把握され改善され、加工しやすい設計がまとまられ、任務時間、環境条件の厳しさを考慮したバランスのとれた設計がまとめられる。信頼性ある設計をまとめることができる。

②コスト低減(Cの品質)

設計のムダを取り除き、性能・機能を満足させて信頼性とコストのバランスを考慮し、製品原価をさげることができる。このために材料費、部品費を下げることを検討し、コンポーネントの新規開発はできるだけ行わずに、既存のコンポーネントを活用する。また加工しやすい構造とし、既存の設備で製造できる設計とする。1人の設計者の能力には限界があり、多くの分野の専門家の意見をレビューして設計をまとめると、原価低減に効果がある。

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21 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

③サービス性の向上(Sの品質)

サービス部品(開発を容易にする部品群、メンテナンス用のサービス部品)は少ないことが望ましい。標準化を進めて、現在のサービス部品一覧表を作成し、それを優先的に活用する。モジュールの統一を行い、工具等の種類を増加させないなどの配慮を行うことができる。サービス部品の種類は増加しやすいので、デザインレビューにおいて十分にチェックし、増加しないよう努力することが大切である。

④開発期間の短縮(Dの品質)

開発スケジュールのネットワーク又はPERTを作り、事前に問題となるクリティカルパスを検討したり、ネック技術の対応も討議されるので、開発期間の短縮をはかることができる。また

基本設計のデザインレビューを終了後、生産に関する製造・試験に必要な特定な整備の手配、加工時間の長い材料の手配、認定試験や特殊な環境試験の必要な部品を手配でき、実際の開発をかなり短縮できる。

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22 8章 信頼性設計とデザインレビュー  教科書10章と13章

⑤ユーザーのニーズに合った製品開発が可能

モックアップにより、外観、居住性の確認を行い、さらに、色、外装、音、振動など仕上げに関してユーザーの好みを考え、ニーズに合致した製品開発ができる。設計者とサービス部門や販売部門の管理者を比較すると、後者はユーザーの情報をよく把握しているから、それを設計に活用することが大切である。

⑥設計資料の文章化

デザインレビューのための資料作り(データパケージ)が企業の重要な技術資産となる。この資料は類似の製品開発に役立つほか、トラブルの原因追求やPL(製造物責任)問題の証拠文書としても役に立つ。