自動車において、製品の信頼性を高めるために信頼性工学が活用されています。
信頼性工学は、製品が設計・製造・保守においてどの程度正確であるか、機能するか、信頼できるかを評価することにより、製品の信頼性を高めるための技術です。
このページでは、自動車業界での信頼性工学の基本的な考え方や、信頼性工学がどのように製品開発に役立っているのか、また信頼性工学が自動車業界においてどのような役割を果たしているのかについて解説します。
基本的な信頼性工学の概要を理解することで、自動車の製品開発や品質改善に貢献できる知識を身につけることができます。
①信頼性工学の定義
信頼性工学とは、製品やシステムなどの信頼性を高めるための技術や手法を研究する工学分野であり、「信頼性とは？」製品やシステムが期待される機能を常に適切に実行する能力であり、不具合や故障が発生しない状態を指します。
つまり信頼性工学は、製品やシステムの設計、製造、評価、保守、改善などの各段階において、信頼性を高めるための技術や手法を研究し、実践することを目的としています。
信頼性工学は、品質管理や安全性確保など、製品やシステムの適切な機能を維持するために欠かせない分野であり、様々な業種や分野で活用されています。
例えば、自動車や航空機などの交通機関、医療機器、産業機械、通信システム、電力システムなど、多くの分野で信頼性工学が重要な役割を果たしています。
信頼性工学には、信頼性の定量的な評価を行う手法や、信頼性の向上に向けた設計手法などが含まれます。
信頼性の定量的な評価には、故障モード・影響・重み付け・解析（FMEA）、故障木解析（FTA）、信頼性予測、信頼性成長モデルなどの手法があり、信頼性の向上に向けた設計手法には、信頼性設計、信頼性物性試験、信頼性検証試験、信頼性予備対策などがあります。
信頼性工学による信頼性の向上により、製品やシステムの品質や安全性が向上し、不具合や故障が発生するリスクが低減されますし、故障や不具合が発生した場合には、それらの原因を特定し、再発防止策を講じることができます。
信頼性工学は、製品やシステムの信頼性を高めることで、社会全体の利益に貢献する分野であり、今後ますます重要性が高まっていくことが予想されます。
②信頼性工学の手法
信頼性工学の手法には多くの種類がありますが、その中でも代表的な「FMEA・FTA・DFMEA」を紹介します。
・FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）
一つ目は、FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）で、製品やシステムの故障モードとその影響を事前に分析し、故障の発生を予測し、その原因を特定する手法であり、FMEAは、製品やシステムの設計段階から導入され、故障を未然に防止することが目的としています。
具体的には、FMEAでは、製品やシステムの各部品やプロセスの故障モードを特定し、その原因や影響を分析、その情報をもとに、故障を防止するための対策を打ち出します。
・FTA（Fault Tree Analysis）
二つ目は、FTA（Fault Tree Analysis）で、あるイベントが発生するための原因とその影響を分析する手法です。
FTAは、故障が発生した場合に、その原因を特定し、その影響を予測することが可能です。
具体的には、FTAでは、故障の発生原因を樹形図にして表現しますが、その樹形図には、故障が発生するための複数の要因が含まれていて、それぞれの要因に対して、その発生確率や影響を分析し、故障を未然に防止するための対策を打ち出します。
・DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis）
三つ目は、DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis）で、製品の設計段階で、故障モードとその影響を分析し、故障を未然に防止するための手法です。
DFMEAでは、設計段階で製品の各部品やプロセスの故障モードを特定し、その原因や影響を分析、その情報をもとに、製品の設計を改善することで、故障を未然に防止するための対策を打ち出します。
以上のように、信頼性工学には、FMEA、FTA、DFMEAなど、多くの手法があります。これらの手法を導入することで、製品やシステムの信頼性を高めることができます。
③信頼性工学の重要性
信頼性工学は、製品やシステムの信頼性を高め、故障や不具合を未然に防止することで、安全性や品質の向上につながる点で必要な工学となります。
例えば、医療機器や航空機、自動車などのような高い信頼性が求められる製品では、故障や不具合が起こることは致命的な結果を引き起こす可能性がありますので、信頼性工学の手法を使用して、故障の発生要因を事前に特定し、そのリスクを低減するための対策を講じることが必要です。
・【品質の定量評価】：品質を定量的に評価し、製品やシステムの設計や製造の品質改善につながる情報を提供することができます。
・【製品やシステムの保守改善】：製品やシステムの保守や改善にも効果的で、製品やシステムの運用中に不具合が発生した場合、信頼性工学の手法を使用して、原因を特定し、再発防止策を講じることができます。
・【企業の競争力強化】：企業の競争力を高めるためにも重要で、顧客に対する信頼感を高め、ブランドイメージの向上につながります。また、製品の寿命が長くなることで、顧客からのリピート購入や口コミによる新規顧客獲得につながる可能性があります。
以上のように、信頼性工学は、製品やシステムの信頼性を高め、品質の向上やコスト削減、寿命延長、安全性確保など、様々な面で重要な役割を果たしています。
④信頼性工学の具体的な取り組み例
一般的な例ですが、例えば、自動車メーカーにおいて、信頼性工学の取り組みは以下のようなものがあります。
①：製品開発の初期段階から信頼性を考慮した設計
車両の各部品やシステムの信頼性を高めるために、開発初期段階から信頼性試験や信頼性予測を行い、信頼性を考慮した設計を行っています。
例えば、エンジンの耐久性を確認するために、高速道路での長時間走行や極寒の地での走行テストなどが行われます。
②：製品の信頼性試験
車両の振動や温度、塩害などの環境要因を考慮した信頼性試験を行うことで、製品の信頼性を高めます。
例えば、走行中の振動や衝撃に耐えるための耐久試験、高温多湿の環境下での信頼性試験、塩害試験などが行われます。
③：製品の信頼性向上に向けた設計改善
製品の不具合や故障が発生した場合には、その原因を特定し、再発防止策を講じることで、信頼性の向上に取り組んでいます。
例えば、過去の事故や不具合を調査し、その原因を特定した上で、製品の設計改善や品質管理の強化などが行われます。
これらの取り組みにより、自動車メーカーは高品質な製品を提供することができ、顧客の信頼を得ています。
また、信頼性工学の取り組みは、自動車メーカーだけでなく、他の産業においても重要な取り組みであり、製品やシステムの信頼性向上に寄与しています。
製品の信頼性を高めるためには、製品の機能や仕様を明確に定義し、それに基づいた信頼性評価を行う必要がありますので、製品の設計段階では、信頼性に関する評価指標を設定し、それを基に信頼性解析を行うことが必要です。
製品の信頼性を高めるためには、これらの手法を用いて、設計段階から信頼性評価を行い、問題点を事前に特定し、改善策を検討することが重要であり、製品の開発や生産の過程で品質管理を徹底することも、製品の信頼性を高める上で欠かせません。
⑤信頼性工学の今後の展望
信頼性工学は、製品やシステムの信頼性を高めるための技術や手法を研究する工学分野であり、近年の高度化・複雑化する製品やシステムに対して、より高度な信頼性工学の手法が求められるようになっています。
具体的な例として、現在自動車メーカーでは、自動運転車の信頼性に関する研究が進められており、自動運転車では、センサーやカメラなどの装置によって周囲の状況を認識し、自動的に走行するため、高い信頼性が求められます。
AI・IoT・量子コンピューターの進歩により、自動車業界においても信頼性工学に関する新たな取り組みが行われています。
①AIによる信頼性設計の最適化
AI（人工知能）の活用が期待されます。AIは、膨大なデータを処理することができるため、故障や不具合の発生要因を事前に特定することができ、AIを活用することで、製品やシステムの保守や点検の効率化が可能となります。
具体的には、AIを活用することで、大量のデータから信頼性に関する要素を分析し、製品設計の最適化を行うことができます。
例えば、信頼性予測モデルを構築することで、製品の故障予測を高精度で行い、その結果を設計に反映することができます。
②IoTによるリアルタイムな監視
IoT（モノのインターネット）の普及により、製品やシステムの運用状況をリアルタイムに把握が可能となり、故障や不具合の発生を早期に発見することができ、製品やシステムの信頼性を高めることができます。
具体的には、IoTを活用することで、自動車の状態や稼働状況をリアルタイムに監視し、早期に不具合を検知することができます。
例えば、車両のセンサーデータをクラウド上に蓄積し、機械学習による解析を行うことで、車両の不具合や故障を予測し、メンテナンスの計画を立てることができます。
③量子コンピュータによる信頼性解析の高速化
さらに、量子コンピュータの開発が進んでいることも、信頼性工学の展望に大きく関わっています。
量子コンピュータは、従来のコンピュータよりも高速に計算を行うことができます。そのため、より高度な信頼性工学の手法を開発することが可能となります。
量子コンピュータを活用することで、信頼性解析の高速化が期待されています。従来のコンピュータでは、膨大なデータ量に対して解析に時間がかかることがありますが、量子コンピュータを使うことで高速かつ正確な解析が可能になるとされています。
これらの技術進歩により、自動車業界においてもより高度な信頼性工学が求められ、製品の安全性や信頼性の向上に向けた研究が進んでいくことが期待されています。そして、製品やシステムの信頼性を高めることにより、人々の安全や生活の質を向上させることができます。
