品質工学におけるFTA(故障の木解析)とは何か?FTAの原理とやり方

品質工学におけるFTA(故障の木解析)とは何か?FTAの原理とやり方

 

当サイトのメインテーマでもリチウムイオン電池では、不良品が世の中に出荷されると発火事故に至るケースもあり、大きな問題となる場合があります。

 

リチウムイオン電池を製造する企業だけではなく、製造業全般にいえることですが良い品質の製品を世の中に届けることは非常に重要であり、各企業で品質管理が適切に行われています。

 

たとえばリチウムイオン電池メーカーであったら、リチウムイオン電池の製造工程である電極作製工程エレメント作成工程ケース挿入・注液・封止工程化成充電(予備充電)・ガス抜き・本充電・エージング工程など各々の生産工程によって検査装置を用いて検査を行い、不良品をはじいています。

 

このように品質管理は重要ですが、製品の品質に問題がないか調査していく代表的な方法として、FTA(Fault Tree Analysis:故障の木)解析と呼ばれるものがあります。

 

ここでは「FTA(Fault Tree Analysis:故障の木)解析とは何か?」「FTAの具体的な方法(やり方)」について解説していきます。

 

・FTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)とは何か?

 

・JIS規格におけるFTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)の概要は?

 

・なぜ品質管理手法の中でもFTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)を使用するのか?

 

・FTAの具体的な方法 ゲート記号とは何か?

 

というテーマで解説していきます。

 

 

FTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)とは何か?

 

FTAとはFault Tree Analysisの略であり、別名故障の木解析ともよばれ、製品の品質・安全性に問題がないかどうかを確認するための解析方法です。

 

基本的には、ある製品において発生してほしくない現象・事故などを考え、思いつく事柄各々について考えていきます。

 

たとえば、リチウムイオン電池においては発火というような、発生してほしくない現象があり、このような現象をトップにし、発生してほしくない現象が起こる理由を深堀していきます。

 

つまり、トップが「リチウムイオン電池の発火(熱暴走)」という現象となり、その次の段階に位置する要因が「電解液と負極の発熱反応」「電解液分解に伴う発熱反応」「電解液と正極の発熱反応」・・・であり、これらの反応が起こる理由を次の段階に記載していく流れがFTAの作成方法といえます。

 

このように、ある現象を元にその現象がおこる原因を考え、さらにその原因の原因を考える・・・という一連の流れが、木における幹があって、そこから枝があって、さらに細かい枝に分かれていくという様子に似ていることから、故障の木解析(FTA)と名付けられています。

 

以下に、FTAのイメージ図を記載します。ただ、これはあくまでイメージ図であり、FTAにおいて原因について考えていく際は記号を用いて、その原因を分類することが基本です(後程解説していきます)。

 

※※図作成中※※

 

このようにFTA(故障の木解析)は行われていきます。またFTAは厳密に考える際はJIS規格に基づいて作成する方法があり、以下でJIS規格におけるFTAの方法について解説していきます。

 

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JIS規格におけるFTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)の概要は?

 

実際の設計現場ではJIS規格に基づいた厳密なFTAが行われていることがそこまで多くないです。ただ、最初は細かいところまで理解してから、オリジナルのFTAを行うという方法をとった方がミスがなくなるため、以下でJIS規格に基づくFTAのやり方を解説していきます。

 

FTAは英語における重要な質問項目の頭文字としても知られる5W1Hに基づいて考えていきます。

 

つまり、

 

Why:なぜFTAを使用するのか → 品質管理手法がFTAで良いのかどうか?
What:何に対してFTAを行うのか 
Who:誰がFTAを行うのか → どのようなメンバーでFTAを共有していくか?
Where:どこでFTAを使用するのか → どのようなメンバーがFTAを活用するのか?主に品質管理・製造・他社 電池メーカと最終製品使用メーカー
When:いつFTAを行うのか?
How:どのようにFTAを実施するのか?

 

という項目があります。

 

What、Who、Where、Whenの項目については比較的容易に想像がつくために、簡単に解説します。

 

つまり、出荷・販売したい製品に対して、製造メーカーの関係部署(例えば研究開発・生産技術・製造技術・製造・品質管理等々)やその製品を使用する最終製品メーカーの関係部署のメンバーが、生産技術や製造工程において改善できるような場所で、製品を出荷する前や各社内DRの前などにFTAを行います。

 

FTAにおいて判断が難しいことは主にWhyとHowの部分といえます。

 

 

 

以下で詳細を解説していきます。

 

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なぜ品質管理手法の中でもFTA(Fault Tree Analysis:故障の木解析)を使用するのか?

品質管理手法として、FTAの他にFMEAやQC工程7つの道具と呼ばれる手法などが挙げられます。基本的にはFTAやFMEAなどいくつかの信頼性評価手法を組み合わせることが多いです。

 

この中でもFTAを使用するべきケースとその理由については以下の通りです。

 

FTAは「ある現象をどうしても起きないようにしたい」ケースに使用するといいです。これはFTAがトップを考えてから、深堀していくというトップダウンの構造をとることが理由です。

 

たとえば、リチウムイオン電池であったらどうしても発火を起こしたくない場合などの安全性にかかわることをトップにすることなどが多いです。

 

これがFTAにおけるWhyの部分、つまりFTAを使用する理由にあたります。

 

 

 

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FTAにおける各記号の意味は?ゲート記号とは?

基本的にFTAではFT図をみれば、FT図がどのようなことを説明しているのかが直感的にわかります。

 

ただ、FT図を正しく理解するためには、FT図に含まれる記号であるゲート記号などの各々の意味をもつ記号を理解する必要があります。

 

以下でひとつずつ確認していきます。

 

ANDゲート

 

FT図において以下の記号があるとします。以下の記号はANDゲートと呼ばれ、BとCの両方がおこるとAという事象がおこることを意味しています。

 

ORゲートと似ているため、気を付けて覚えましょう。

 

 

ORゲート

 

FT図において以下の記号があるとします。以下の記号はORゲートと呼ばれ、BとCのどちらかがとAという事象がおこることを意味しています。

 

ANDゲートと似ていますが、若干丸みおぼていることが特徴です。
 
 

 

事象(頂上事象、中間事象)

 

以下の四角で囲まれている部分の記号を事象とよびます。FT図では頂上事象(トップの原因)と中間事象(間の原因)の両方にこと記号を使用し、中に内容を文字で記載します。
 
 

 

基本事象

 

以下の丸で囲まれている部分の記号を基本事象とよび、最下層の事象のことを指します。

 

この基本事象では私たちが行う作業内容等であるケースも多いです。

 

 

 

 

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