[[Site Reliability Engineering - Google|srebook]]で引用されている信頼性工学の書籍。 [Amazon | Practical Reliability Engineering (English Edition) [Kindle edition] by O'Connor, Patrick, Kleyner, Andre | Engineering | Kindleストア](https://www.amazon.co.jp/dp/B006FLW1T6/) > 信頼性の理論と応用をバランスよく盛り込んだこのベストセラーは、エンジニアリングの実践的な側面に重点を置き、信頼性の教科書として世界中で高い評価を得ています。この第5版では、信頼性の理論と応用をバランスよく盛り込んだ独自の構成を踏襲しつつ、業界の最新のベストプラクティスを盛り込んでいます。 > 「Practical Reliability Engineering」は、American Society for Quality (ASQ)のCertified Reliability Engineerカリキュラムの要件を満たしています。各章には練習問題が用意されており、解答マニュアルはウェブサイト上で受講者に提供されています。 > 信頼性の数学、故障の物理学、故障データ分析のグラフィックおよびソフトウェア手法、信頼性の予測とモデリング、信頼性と安全性のための設計、信頼性プログラムの管理と経済性などを強化したことで、品質保証および信頼性に関するすべてのコースとの関連性が保たれています。 特筆すべき追加事項は以下の通りです。 - モンテカルロ・シミュレーション手法の応用と信頼性実証手法に関する章を新たに追加しました。 - 確率プロットや一般的なソフトウェアツールの使用を含む、統計手法のソフトウェアアプリケーション。 - 信頼性予測法をより詳しく解説。 - 加速試験データの解析と保証データの解析を包括的に扱いました。 - 実践的な知識を深めるために、章末のチュートリアルセクションを改訂・拡充しました。 - この第5版は、信頼性の高い製品やシステムの設計、開発、製造、メンテナンスに携わる大学生から熟練したエンジニアまで、幅広い読者を対象としています。 ## 1.1 What is Reliability Engineering? エンジニアが開発した製品に信頼性が求められることに異論はない。一般の消費者は、テレビや自動車などの国産製品の信頼性が完全ではないという問題を痛感しています。また、航空会社、軍隊、公共施設などの組織は、信頼性が低いことによるコストを認識しています。また、メーカーでは、保証期間中の故障による高いコストに悩まされています。信頼性の価値を数値化しようとしたり、信頼性のレベルに金銭的あるいはその他のコストや利益の価値を割り当てようとすると、議論や誤解が生じます。 最も単純な、純粋に生産者志向の、あるいは検査員の品質に対する考え方は、製品が仕様または一連の属性に照らして評価され、合格した場合には顧客に引き渡されるというものです。お客様は、製品を受け取った時点で、その製品が将来的に故障する可能性があることを受け入れます。この単純なアプローチは、しばしば保証と組み合わされます。あるいは、お客様は、定められた、あるいは合理的な時間内に発生した故障に対して救済を求めることができるように、法律上の何らかの保護を受けることができます。しかし、この方法では、一定期間の品質、特に保証期間外の品質を測ることはできません。保証期間内であっても、製品が1回、2回、あるいは数回故障しても、メーカーがその都度約束通りに修理してくれれば、顧客は通常、それ以上の行動を起こす理由はない。頻繁に故障すると、メーカーは高額な保証費用を負担し、お客様は不便を強いられることになります。保証期間外は、お客様だけが苦しむことになります。いずれにしても、メーカーは評判を落とすことになり、将来のビジネスに影響を与える可能性があります。 そこで、時間を基準にした品質の概念が必要になってきます。検査員の概念は時間に依存しない。製品は与えられたテストに合格するか、不合格になるかのどちらかである。**一方、信頼性は、通常、時間領域での故障に関係している。この違いが従来の品質管理と信頼性工学の違いである。** 故障が発生するかどうか、発生するまでの時間を正確に予測することはほとんどできません。したがって、信頼性は工学的な不確実性の一面を持っています。あるアイテムが特定の期間、動作するかどうかは、確率として答えられる問題です。そのため、信頼性の定義は以下のようになります。 > The probability that an item will perform a required function without failure under stated conditions for a stated period of time. > 決められた期間、決められた条件の下で、あるアイテムが故障することなく要求された機能を果たす確率のこと。 信頼性は、ある期間における故障の数としても表すことができます。 耐久性は、信頼性の特定の側面であり、疲労、摩耗、腐食、電気的パラメータの変化など、時間（または移動距離、動作サイクルなど）に依存するメカニズムの影響に耐える能力に関連しています。耐久性は通常、消耗品の不具合が発生するまでの最短時間で表されます。修理可能なシステムでは、修理後に製品が機能する能力を表すことが多い。 信頼性工学の目的は、優先順位の高い順に以下の通りである。 1. 故障の発生を防止したり、その可能性や頻度を低減するために、工学的知識や専門技術を適用する。 2. 予防に努めたにもかかわらず発生した故障の原因を特定し、修正する。 3. 原因が修正されていないにもかかわらず発生した故障に対処する方法を決定する。 4. 新しい設計の信頼性を推定し、信頼性データを分析するための方法を適用する。 優先順位を重視する理由は、コストを最小限に抑え、信頼性の高い製品を生み出すという点で、圧倒的に効果的な仕事のやり方だからです。 コストを最小限に抑え、信頼性の高い製品を生み出すという意味で、最も効果的な作業方法だからです。 そのため、必要とされる主なスキルは、故障の原因を理解して予測する能力と、故障を防止する方法に関する知識です。また、設計やデータを分析するための手法に関する知識も必要となります。つまり、信頼性工学とは、何よりもまず、設計、開発、製造、サービスの各段階で、最も広い意味での優れた工学を応用することなのです。 信頼性の定量化（予測、測定）や信頼性データの解析には、数学的、統計的手法を用います。基本的な手法は第2章で説明していますが、これは後述する応用例を紹介するためでもあります。しかし、不確かさのレベルが高いため、エンジニアが他の問題を扱うときに慣れ親しんでいるような精度と信頼性で適用できることはほとんどありません。実際には、不確実性は桁違いであることが多いのです。そのため、信頼性工学における数学的・統計的手法の役割は限られており、不適切な分析を行ったり、誤解を招くような結果を生み出す可能性を最小限に抑えるためには、不確実性を理解することが重要です。数学的・統計的手法は、適切な状況下では貴重な貢献をすることができますが、問題の原因とその解決策を決定するには、実践的な工学が優先されなければなりません。残念ながら、すべての信頼性トレーニング、文献、実践がこの現実を反映しているわけではありません。 しかし、これらのすべての側面に優先するのは、信頼性エンジニアリングの取り組みの管理です。信頼性（そして多くの場合、安全性も）は、現代のほとんどのエンジニアリング製品の重要なパラメータであり、故障は主に関係者（設計者、テストエンジニア、製造者、サプライヤー、保守者、ユーザー）によって発生するため、トレーニング、チームワーク、規律、そして最も適切な方法の適用を含む統合された努力によってのみ、信頼性を最大限に高めることができます。 信頼性工学の「専門家」は、これを実現することはできません。サポート、トレーニング、ツールを提供することはできますが、リソースを組織し、モチベーションを高め、リードし、提供できるのはマネージャーだけです。信頼性エンジニアリングとは、究極的にはエンジニアリングの効果的なマネジメントなのです。 ## 1.2 Why Teach Reliability Engineering? 工学教育は伝統的に、製造された製品がどのように機能するかを教えることを目的としています。製品が故障する方法、故障の影響、故障の可能性に影響を与える設計、製造、保守、使用の側面については、通常は教えられません1。多くの製品では、故障の状態に近づく傾向はエントロピーに似ています。エンジニアの仕事は、故障状態を回避するために製品を設計・保守することです。これらの作業において、エンジニアは、工学材料、プロセス、およびアプリケーションの多様性に固有の問題に直面します。工学教育は基本的に決定論的であり、通常、変動性に十分な注意を払っていません。しかし、変動性や偶然性は、ほとんどの製品の信頼性を決定する上で重要な役割を果たしています。質量、寸法、摩擦係数、強度、応力などの基本的なパラメータは決して絶対的なものではなく、実際にはプロセスや材料のばらつき、人的要因、アプリケーションなどによって変動します。また、パラメータの中には時間とともに変化するものもあります。そのため、偶然性の法則や変動性の原因と影響を理解することは、信頼性の高い製品を作るためにも、信頼性の低い問題を解決するためにも必要です。 しかし、統計的な知識を工学的な問題に適用するには、現実的な問題があります。これまでの信頼性工学や数学の教科書では、理論的な側面ばかりが強調され、実践的な応用の指針が示されていなかったのは、このような問題があったからでしょう。保険数理人や市場調査員、農業実験者には有効な統計手法も、エンジニアには通用しないかもしれません。これは、理論が間違っているからではなく、エンジニアは通常、主に生産や使用における人的要因による、より大きな不確実性に対処しなければならないからである。 信頼性の高い製品の中には、経験に頼り、高品質を維持するという伝統的な美徳を実践している設計・製造チームによって作られたものもあります。彼らは、信頼性工学を専門的な検討を必要とするテーマとは考えておらず、このような本は、彼らが信頼性の高い製品を作る際にすでに実践していないことをほとんど教えてくれません。そのため、エンジニアやマネージャーは、信頼性に関する専門分野を懐疑的に見ているかもしれません。しかし、多くのプレッシャーが従来のアプローチの有効性に疑問を投げかけています。競争、スケジュールと期限のプレッシャー、故障のコスト、新しい材料や方法、複雑なシステムの急速な進化、製品コスト削減の必要性、安全性への配慮など、すべてが製品開発のリスクを高めています。図1.1は、全体的なリスクの認識につながるプレッシャーを示しています。信頼性工学は、これらのリスクをコントロールする必要性に対応して発展してきました。 後の章では、信頼性工学の手法を設計、開発、製造、保守に適用して、リスクのレベルをコントロールする方法を紹介します。信頼性工学の手法をどの程度適用するかは、プロジェクトごと、設計分野ごとに決定する必要があります。これらの手法は、周期的な負荷がかかる部品の安全設計や、電子部品のアプリケーション・ガイドラインなど、通常のグッドプラクティスに取って代わるものではありません。 これらは、優れた実践を補完するために使用されるべきものです。しかし、新たなリスクが発生し、通常の規則やガイドラインでは不十分であったり、適用できない場合もあります。現在の知識から安全に推定できると思い込んでいると、知らず知らずのうちにリスクを負うことがあります。デザイナーやマネージャーは、しばしば楽観的になりすぎたり、自信のないリスクを指摘したがらなかったりします。 このような理由から、信頼性工学の原理と方法を理解することは、現代のエンジニアリングに不可欠な要素となっているのです。 ## 1.3 Why Do Engineering Products Fail? ## 1.4 Probabilistic Reliability ## 1.5 Repairable and Non-Repairable Items ## 1.6 The Pattern of Failures with Time (Non-Repairable Items) ## 1.7 The Pattern of Failures with Time (Repairable Items) ## 1.8 The Development of Reliability Engineering ## 1.9 Courses, Conferences and Literature ## 1.10 Organizations Involved in Reliability Work ## 1.11 Reliability as an Effectiveness Parameter ## 1.12 Reliability Programme Activities ## 1.13 Reliability Economics and Management ## 17.19 Conclusions 1980年代以降、エンジニアリング製品やシステムの信頼性は、複雑さが増しているにもかかわらず、着実に向上してきました。これは，信頼性が競争市場における重要な要素であるという認識が広まってきたことと，（第 1 章で説明したように）従来の実績をはるかに上回る信頼性レベルであっても，高い信頼性を実現するためのコストは，故障コストの低減や製品の評価の向上によって十分に回収できるという認識が広まったことによるものです。エンジニアリングのあらゆる分野の企業がこの課題に取り組み、製品の信頼性を向上させるために説明したツールを適用しました。その結果、私たち全員が恩恵を受けています。 原子力発電や航空機など、政府機関が安全基準を定めて監視している分野では、公共の安全意識が品質と信頼性の向上に大きく貢献しています。また、製造物責任のリスクを最小限に抑えることは、さまざまな製品の設計・開発において重要な要素となっています。信頼性は明らかに安全性に不可欠な要素であり、本書で説明する分野は安全性保証プロセスの重要な部分を占めています。 また、軍用製品の高信頼性化は継続的に推進されており、設計の信頼性向上のための正式な手法のいくつかは、米国の軍で始まったものであり、信頼性分析および手法に関する米国の軍の基準は、多くの非軍用分野で使用されています。商用の世界では、軍が開発した技術の多くが採用されていますが、逆に軍のバイヤーが商用タイプの手法や保証を適用するようになっています。 コンピュータ支援エンジニアリングの大きな進歩により、設計者はより良い設計を作成し、分析することができるようになったため、エラーが減り、製造への移行が容易になり、トラブルも少なくなりました。また、信頼性の向上の多くは、製造工程の品質向上によるものです。これには、自動化が寄与しているほか、より精密な機械加工や計測・試験の進歩など、製造技術の進歩が寄与しています。 しかし、[[ドラッカー]]（Drucker, 1955）や[[デミング]]（Deming, 1987）などの指導者が説いた原則がより広く適用されるようになったことで、エンジニアリングに適用される人間のパフォーマンスの向上が最も貢献していると考えられます。最終的には、高信頼性への推進力はマネジメントからしか生まれない。ドラッカーはエンジニアリングには特に言及していませんが、彼の哲学はエンジニアリングの設計、開発、生産、サポートに非常に適しています。エンジニアリングへの「新しいマネジメント」の適用については、Clausing (1994) と O'Connor (2004) に記載されています。 現在、成功しているエンジニアリング企業や組織のほとんどは、この哲学を受け入れて適用していますが、時には、「科学的」な考えが再浮上するのを許してしまい、自由やイニシアチブを阻害する傾向があります。また、高信頼性の主なメリットは、製品のライフサイクルの下流で発生するため、設計解析やテストなどのDfR手法の労力を減らすことで、短期的な節約を求める誘惑に駆られることもあります。ここまで述べてきた方法と、それらを製品のライフサイクル全体に統合する方法は、今日のエンジニアリング業界で最も成功している企業のベスト・プラクティスです。