性能・品質の高い製品を支える品質管理・信頼性管理・保全性管理

保全点検マガジンでは、これまで設備のライフサイクルにおける保全性管理や設備点検DX・点検アプリの導入効果を中心に解説してきました。
しかし、性能・品質の高い製品を実現するためには、品質管理や信頼性管理も欠かせません。

ここでは、品質管理、信頼性管理、保全性管理の役割と相互関係について、学んでいきましょう。

1. 固有技術と管理技術の融合による製品づくり

図1に、固有技術と管理技術の融合による製品づくりの考え方を示します。性能が高く、品質（Q：Quality）、コスト（C：Cost）、納期（D：Delivery）を満足する製品を実現するためには、機械工学、電気・電子工学、応用物理、材料工学などの固有技術が不可欠です。一方で、固有技術と横断的に関係する管理技術の品質管理、信頼性・保全性管理、データサイエンス、人工知能（AI）なども重要な役割を担います¹⁾。

優れた製品を生み出すためには、固有技術と管理技術を相互に活用し、その相乗効果を最大化することが重要です。製品や設備のライフサイクルにおいては、保全性管理だけでなく、品質管理や信頼性管理も密接に関係しており、これらを一体的に運用することで、故障しにくく修復しやすい製品を実現できます。

2. 品質保証における「品質」とは

品質管理は、企業経営を支える管理技術として発展し、総合的品質管理（TQM：Total Quality Management）へと体系化されました。その後、品質保証の概念が整備される中で、信頼性との関係も強くなっています²⁾。

図 2に、品質保証における「品質」の構成を示します。品質は、「狭義の品質」と「信頼性という品質（広義の信頼性）」から構成されます²⁾。
さらに広義の信頼性は、「狭義の信頼性」と「保全性」に分類されます³⁾。JISでは品質を、「対象に本来備わっている特性の集まりが要求事項を満たす程度」と定義しています⁴⁾。対象には製品、サービス、プロセスなどが含まれ、品質指標としては不適合品率などが用いられます⁵⁾。

一方、狭義の信頼性は、「アイテムが与えられた条件の下で、与えられた期間、故障せずに要求機能を遂行できる能力」と定義されています⁶⁾。アイテムとは部品、装置、機器、機能ユニットなどを指します。信頼性の指標としては、故障率、平均故障寿命（MTTF: mean operating time to failure）、平均故障間動作時間（MTBF: mean operating time between failures）が用いられます⁵⁾。

また、保全性は、「与えられた運用および保全条件の下で、アイテムを要求機能が遂行できる状態に保持、または修復する能力」と定義されています⁶⁾。
すなわち、故障時に迅速かつ容易に復旧できる性質を意味します。代表的な指標には修復率や平均修復時間（MTTR: mean time to restoration）があります⁷⁾。

3. 理想的な製品づくりと故障対応

図 3に、製品ライフサイクルと故障発生時の対応を示します。企業はまず市場ニーズを把握し、製品開発を企画します。事業性が認められれば研究開発が行われ、その成果を基に設計・製造が進められます。完成した製品は検査を経て市場へ出荷され、顧客によって使用されます。

しかし、製品は使用を続ける中で劣化し、やがて故障が発生します。故障時には保全部門が応急対策として修理を実施しますが、巡回点検システムや設備監視（状態監視）を併用することで故障の未然防止が可能になります。

故障対応に多くの時間を費やす状態が続くと、上流工程の技術者は本来取り組むべき新製品開発に十分な時間を確保できなくなります。その結果、品質や信頼性の向上が進まず、同様の故障が繰り返されるという悪循環に陥る可能性があります。

この悪循環を防ぐためには、故障情報を単なる応急対策で終わらせず、研究、設計、製造へフィードバックする「恒久対策」が重要です。故障原因を設計や製造工程に反映することで、再発防止につながり、より高品質で信頼性の高い製品を実現できます。

また、この改善サイクルを継続することで、企業のものづくり技術そのものも向上します。さらに、品質管理、信頼性・保全性管理、データサイエンス、AIなどの管理技術を活用することで、改善活動をより効果的に進めることができます。

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4. 管理技術の役割と適用範囲

図 4に、性能・品質の高い製品を実現するための管理技術の役割を示します。
故障は主に市場や運用現場などの下流工程で発生しますが、その多くは上流工程である研究、設計、製造段階で未然に防ぐことが可能です。

品質管理の役割は、不適合品を発生させない製品や工程を実現することです。
一方、信頼性管理は、使用中の故障発生を抑制するための設計・製造活動を担います。さらに、保全性管理は故障発生後の復旧を容易にし、停止時間を最小限に抑えることを目的とします。

このように、品質管理、信頼性管理、保全性管理はそれぞれ異なる役割を持ちながらも、製品の品質保証を支える重要な管理技術として相互に補完し合っています。

5. 品質・信頼性・保全性を満足させる方策

図 5に、製品の広義の品質を確保するための考え方をバスタブカーブ上に示します⁸⁾。品質保証の観点では、不適合品率と故障率を規定値以下に抑え、製品を規定の寿命まで安定して稼働させることが求められます。

上流工程では、品質管理によって不適合品率を低減し、信頼性管理によって初期故障を防止するとともに、偶発故障率を規定値以下に抑えた製品を設計・製造します。
一方、市場では保全活動を通じて製品寿命を維持します。近年はAIやデータ解析技術を活用した予知保全が普及しており、摩耗故障が増加する前に適切な保全を実施することで、製品を規定の寿命まで安定稼働させることが可能になっています。

このように、品質管理、信頼性管理、保全性管理が連携し、理想的なバスタブカーブを実現することで、広義の品質を確保できます。
さらに、これらの管理技術を固有技術と融合することで、性能と品質を両立した製品の開発・製造・販売が可能になります。

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参考文献

1) 真壁肇 編： 新版信頼性工学入門, (日本規格協会, 東京, 2010) p. 16.
2) 真壁肇 編： 新版信頼性工学入門, (日本規格協会, 東京, 2010) p. 213.
3) 塩見弘： トラブルフリーをめざす信頼性・保全性の考え方と進め方, （技術評論社, 東京, 1979）p. 10.
4) JIS Q 9000: 2015.
5) 塩見弘： 信頼性入門, (日科技連出版社, 東京, 1968) p. 41.
6) JIS Z 8115: 2019.
7) 塩見弘： 信頼性入門, (日科技連出版社, 東京, 1968) p. 69.
8) 石田雄二： 機械設計, 第67巻, 第7号, (日刊工業新聞社, 2023) p. 13.