【技術士二次試験：機械設計】製品のライフサイクルを通じて信頼性を確保するには？

　昨今、持続可能な社会の実現に向けて世界で様々な取り組みが行われています。このような中、製品設計においてはライフサイクルを考慮した設計が大切であると考えます。

　私は機械技術者として25年以上働いており技術士一次試験にも合格しておりますが、ライフサイクルを考慮した設計は安全・安心な社会を構築する上で重要であると考えます。　

　そこでこの記事では、設計の初心者でも分かりやすいようここでは製品の故障発生を防止するために検討すべき項目を挙げその技術的課題の抽出し解決策について解説します。

　この記事を読めば製品の故障発生を防止するために検討すべき項目が理解でき、機械設計に活かすことができます。

1.設計段階で故障が発生しないようにするための検討項目

• ①製品の単純化・標準化
  　部品の単純化・標準化を検討する必要がある。具体的には使用部品数の低減、構造の簡素化、実績のある標準品の採用などである。
• ②製品の冗長化
  　冗長化を検討する必要がある。具体的には予備機の設置、機能の多重化、組合せ論理回路を設ける等である。
• ③余裕を持たせた設計
  　ある程度の余裕を持たせた設計を検討する必要がる。具体的には経年劣化に対する余裕率、過渡変化に対する安全率、低負荷使用による劣化防止である。

2.検討項目に対して予想される技術的課題

• ①製品の単純化・標準化の技術的課題
  　高機能な製品の場合、使用部品数が多く、構造が複雑になり、特別仕様の部品を使用しなければならい可能性がある。よって、高機能を維持しつつ部品の単純化・標準化をすることが技術的課題である。
• ②製品の冗長化の技術的課題
  　予備機の設置や機能の多重化を行うことにより、部品点数が多くなってしまう。よって、冗長性を持たせながら製品の単純化、標準化を行うことが技術的課題である。
• ③余裕を持たせた設計の技術的課題
  　製品設計に経年劣化に対する余裕率、過渡変化に対する安全率、低負荷使用による劣化防止を考慮するには材料や部品の強度を上げるため製品重量が重くなる可能性がある。よって、余裕を持たせた設計をしつつも製品重量が重くならないようにすることが技術的課題である。

3. 課題解決のための対応手段

• ①製品の単純化・標準化の技術的課題の対応手段
  　高機能性をソフトウエア技術で代替し、ハードウエアの単純化・標準化を維持する。
• ②製品の冗長化の技術的課題の対応手段
  　損傷・劣化により製品の動作停止に陥るリスクのある重要な部品のみ２重化する。
• ③余裕を持たせた設計の技術的課題の対応手段
  　信頼性設計により、不確実性を取り入れた設計を行うことで過度な余裕率や安全率の設定を防ぐことができる。

以上

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