生産管理講座

設備管理とTPM


設備管理とは


 作業の機械化、自働化や作業環境の整備が進むにつれて、それらの生産手段の管理の重要度が増大してきます。 それらによって作業の容易化、省力化、労働条件の好適化などの効果があがりますが、設備投資資金や維持経費の増加という問題が発生してきています。 機械化によって作業が容易化する他に、生産量の増加、品質の向上、原価の引下げ、労働力の削減などのネライがあり、さらに安全や環境改善の目標も持っています。

 設備管理の主体は機械設備の管理にあるが、管理の方法は単なる事後保全(故障の修理)から、事前対策としての予防保全や生産保全へと進み、管理の領域も導入計画や設備配置にまで拡大しています。 機械設備に関連して冶具、工具や測定器の管理も重要視されています。
 設備管理の合理化を進めるにあたり、その成果の判定が問題となっています。 これは生産管理の第二次管理に共通した事項であるが、これには生産性(設備管理によるサービスの効果として)と経済性(設備管理に要する費用の節減)という相互に反対傾向を持つ目標の間の調整が必要とされています。 一般に、生産活動に直接関係する設備を生産設備(production facilities)と呼び、機械・装置類、治工具類、運搬・貯蔵施設などが含まれる。 ここではこれらのうち、要素工程としての加工を遂行する設備を、加工設備(manufacturing equipment)と呼びます。 加工設備には、原材料加工、処理加工を行なう装置類、部品加工および組合せ加工を行なう加工機械、並びにそれらの仕事を補助するための付属の機械・装置類などがあり、普通は、一般の除去加工を行なうための加工機械を、特に工作機械(machine tool /mother machine)と呼んで区別しています。

 トヨタ生産方式に、在庫が多いと問題を隠してしまうという湖と岩の例があります。 在庫の量を減らすと、設備故障の問題が最初に登場します。 真夜中に設備故障で呼び出された経験のある人もいらっしゃると思います。 かつては設備保全を計画し行っていた人が、夜間に設備が故障した時に呼び出されていました。 夜間に呼び出されるのが嫌で、設備が故障しないように設備保全に取り組んでいました。

 現在、組織が細分化して設備保全を計画する人と、夜間呼び出される人が異なってきました。 このことによって、かつては有効に機能していたトヨタ生産方式が機能しなくなったのです。


運用性能


 企業経営にとって、運用性能を正しく評価することが重要である。 運用性能は本来、周囲の状況に依存して変化する相対的尺度であるため、設備の設計・導入時点での予測は難しい。 運用性能は下図の設備総合効率として表される。 なお、運用性能について多品種少量生産の要望が多く、段取りの切替え性能の良い機械の使用に移っている。 ある場合には、機械化するよりも簡易な治具を使用し、手作業で行った方が生産性が良いケースすらある。
運用性能は次の3つからなる。 設備管理の7大ロス
 一般に設備管理の七大ロスと呼ばれているものがある。
  1. 故障ロス
  2. 段取り・調整ロス
  3. 刃具ロス
  4. 立上がりロス
  5. チョコ停・空転ロス
  6. 速度低下ロス
  7. 不良・手直しロス
 前述の有効稼動効率では、不良ロスを不良ロス、手直しロス、歩留まりロスとの3つに分けている。 なお、立ち上がりロスは設備を導入したときに、本来設備の持っている性能をすぐに引き出せない時のロスである。 これと反対に導入時から設備の能力を十分に引き出すことを垂直立上げと呼ぶ。 また、設備導入時の管理を初期流動管理(initial production control)と呼ぶ。


故障の定義


 故障の定義はJIS Z 8115(信頼性用語)では、「アイテムが規定の機能を失うこと」を故障(failure)と呼んでいる。 ここで、アイテムは(item)は、信頼性の対象全てをいい、具体的には、部品(part)、構成品(component)、装置(device)、サブシステム(subsystem)、機能的ユニット(functional unit)、機器(equipment)およびシステム(system)などに分けられる。 このJISには、欠点(defect)という用語も規定されており、「アイテムの中に存在する異常(規格外れ)など、故障の原因となる状態または場所」と定義している。 一方、国際規格では、アイテム自身の“failure”などで起こる「機能が果たせない状態」に対して“fault”と区分している。故障の原因と観測される故障形態を表すのには、それぞれ“failure cause”(故障原因)と“fault mode”(故障モード)の用語が用いられる。 このように、単に“故障”といっても、その意味するところは必ずしも明確ではなく、必要に応じて様々な視点から分類がなされる。

(1) 発生の仕方による分類
  1. 劣化故障(gradual failure/drift failure)
     特性が次第に劣化し、事前の検査または監視によって予知できる故障
  2. 突発故障(sudden failure)
     事前の検査や監視によって予知することができない、使用中に生じる故障
  3. 間欠故障(intermittent fault)
     ある期間故障状態となるが、自然に元の機能を回復し、それを繰り返す故障。また反対に、機能が自然には回復しない(保全を要する)故障を“permanent fault”という。

(2) 故障の程度による分類
  1. 部分故障(partial failure)  アイテムの機能が完全に失われていない部分的な故障
  2. 完全故障(complete failure)  アイテムの機能が完全に失われる故障

(3) 故障の起こり方と程度の組合せによる分類
  1. 劣化/部分故障(degradation failure)
  2. 突発/完全故障(catastrophic failure)

(4) バスタブ曲線
 故障率(failure rate)は、「ある時点まで動作してきたアイテムが、引き続く単位期間内に故障を起こす割合」と定義されており、しばしば人間の死亡率と対比されている。 この曲線は、その形状から、バスタブ曲線(bathtub curve)と呼ばれる。 一般に多くのアイテムの故障率もこれと同様な変化をたどるため、次の3種類の期間にわけて扱われることが多い。 それぞれの期間に発生する故障に対して、次の故障名称が付けられている。
  1. 初期故障(initial failure;early failure)
     使用開始後の比較的早い時期に、設計・製造上の欠点、使用環境との不適合などによって起こる故障。
  2. 偶発故障(random failure/constant rate failure)
     初期故障期間を過ぎ、摩耗故障期間に至る以前の時期に、偶発的に起こる故障。多くの構成部品からなる製品の安定期にみられる故障。
  3. 摩耗故障(wear-out failure/aging failure)
     疲労・摩耗・老化現象などによって時間と共に故障率が大きくなる故障。
(5)故障の影響度による分類
 影響度による分類としては、主システムまたは上位のアイテムおよび環境に対する影響(effect)の程度として3段階ある。
  1. 軽故障(minor fault)
     軽微な故障で、重故障にならない故障。
  2. 重故障(major fault)
     規定の機能遂行するため、上位のアイテムの能力を減少させる可能性がある故障。
  3. 致命故障(critical fault/failure)
     身心に障害を与えたり、資材に重大な損傷を与える可能性がある故障。また、致命故障でないものを、非致命故障(non-critical fault/failure)と呼ぶ。
(6) 故障原因による分類
  1. 一次故障(primary failure)
     あるアイテムの故障で他のアイテムの故障によって引き起こされないもの。
  2. 二次故障(secondary failure)
     他のアイテムの故障が原因となって生じる故障
  3. コマンド故障(command failure)
     二次故障のうち、故障動作が事前にまたは設計されたものである故障をコマンド故障ということがある。コマンド故障は、誤った命令や制御信号によっても起こり、普通は正常な状態に戻すのに修復を要しないものをいう。
(7) 故障の従属性による分類
 故障の従属性による分類としては、独立形故障(independent failure)と従属形故障(dependent failure)の2つに分けられる。一次故障は、独立形故障である場合と、従属形故障である場合の2とおりある。 二次故障およびコマンド故障は全て従属形故障に分類できる。 従属形故障には、環境要因(environmental hazards)、設計のエラー、製造のエラーおよび作業のエラーなどの共通原因(=一般原因:generic cause)によって故障が並列的によって故障が並列的に発生する共通原因故障(common-cause failure)と、故障の発生に時系列的順序を持つカスケード故障(cascade failure)がある。


設備管理方法の変遷


(1) 事後保全
 次に、日本の設備管理の進化には次のような5段階あるとされている。 まず、第1段階は1950年以前に行われていた事後保全(BM:breakdown maintenance)の考え方である。 これは壊れたら直すという考えである。 現在でも、事後保全は生産設備の休止損失が無視できる場合などに、故障してから修理を行う方策である。 修理作業の発生は突発的で事前に計画を立て難く、要員・材料・機材手配などが効率面で不利になりがちであるが、生産性の見地から総合的にみて、事後保全が有利であると判断される場合に採用する。 つまり、平均故障間隔(MTBF)が一定でなく、平均修復期間(MTTR)が短く、定期的に部品を交換するには部品費用が高価である場合に採用される。

(2) 予防保全
 第2段階は、1951年に東亜燃料工業でアメリカから導入されたという、予防保全(PM:prevention maintenance)の時代である。 これは設備が生まれてから、故障する前に保全する考え方である。 予防保全は設備が突発的に故障停止するのを防ぐ目的で、経済的な時間間隔で部品やユニットの交換などを行う保全である。 予防保全の間隔には設備の規模や寿命などにより、年ごと、半年ごと、月ごと、週ごとなどに定期点検修理やオーバーホールを行なう。 予防保全は慎重になりすぎて、過剰に行なうと、過剰性能になり経済的でなくなる。事後保全の費用や、大局的な検知でみた生産性と生産目標達成を比較してみた稼働率との総合的検討によって予防保全の計画が設定される。

(3) 生産保全
 第3段階は、1960年代の生産保全(PM:productive maintenance)の時代である。 これは設備の生産性を高める最も経済性の優れた保全であり、その目的は一生涯にわたって設備自体のコスト(LCC:life cycle cost)や設備の運転維持にかかる一切の費用と設備の劣化損失との合計を引き下げることによって、企業の生産性を高めることである。 これには2つの考え方を含んでいる。
 一つが改良保全(CM:correct maintenance)であり、設備を保全や修正がしやすいように、また保全をしなくてもすむように設備改良を展開する。 さらに、一歩進んで設備そのものの生産性が上がるように改良を加えることも含む。
 もうひとつが、保全予防(MP:maintenance prevention)の考え方である。設備の保全費用を根本から引き下げるには、保全の方法を考えるより、保全することが不要な設備を作り、また調達することのほうが先である。 この考えで設備を調達し整備することを、可能な限り行なうことを保全予防という。

(4) TPM
 そして第4段階は1970年代の生産保全の作業者の自主的な小集団活動を含めた全社的な生産保全(TPM:total productive maintenance)である。 日本電装が1971年にJIPE(現在の(社)日本プラントメインテナス協会:JIPMの全身)が主催するPM賞を受賞した時、現場審査の委員が同社が展開していた「全員参加の生産保全(TPM)」に目をみはり、日本のPM発展史ではこの日本電装のPM賞受賞をTPMの誕生とした。 従来の生産保全が事業所全体をカバーせず、参加者もスタッフと保全マンが中心であって、トップや現場のオペレータ全員が組み込まれているものではないというのが実情でしたから、トータル(T)という点では画期的なものだった。 トップがプロジェクトと生産保全推進の責任者となり、オペレーター全員が情熱的な意欲を持って活動に取組むということは、例え未熟であろうと、革新的なTPMの誕生であった。



(5) 予知保全
 最後の第5段階が1980年代に普及し始めた予知保全(PM:predictive maintenance)の概念である。 この予知保全は設備の劣化状況や性能状況を診断し、その診断状況をもとに保全活動を展開する概念である。 そのためには設備の劣化状態をできるだけ正確に精度よく把握することが要求される。 このように劣化状態を観測し、真に保全の必要な時に保全を施す概念に、状態基準(監視)保全(CBM:condition-based maintenance)である。 設備の状態を定量的に把握する設備診断技術の発達により、最近では時間を基準とした点検・検査と修理から、上記のような設備の状態を基準にしたものに移っている。 時間を基準としたものは、時間基準(計画)保全(TBM:time-based maintenance)と呼ばれている。


自主保全


 設備保全の専門部署の確立とともに、設備の保全と運転は機能分化(分業化)する傾向を生み、保全は保全マンの仕事であり、作業者は設備の運転だけに責任を持てばよいと考えられるようになった。 この結果、作業者は設備に対する関心をなくし、ちょっとした故障でもその都度保全マンを呼ぶようになった。 しかし、考えてみると設備の状態を最もよく把握できるのは、設備の最も近くにいる作業者自身にほかならない。 作業者が設備の基礎的な知識を身につけ、正しい運転操作と設備の日常的な手入れ(清掃、給油、増締めなど)を行なったならば、故障の早期発見や予防などに大きな効果が期待できる。 このことをTPMは実践したわけである。このように、設備の運転部門が分担する保全活動を自主保全という。

 自主保全を導入するには、最初に設備を隅々まで清掃し、長年堆積したゴミや汚れを除去する。 ただし、清掃は設備の見た目をきれいにすることではない。“清掃は点検なり”といわれるように、清掃によって設備の潜在的な欠陥(摩耗、詰り、ゆるみ、亀裂、油切れなど)を発見し、処理することに本当の狙いがある。 具体的には、発見した欠陥部位にエフをつける。そして、その欠陥を処理することを“エフ取り”と称して活動を進めるまた、これらの活動によって作業者の設備に対する関心と愛着心が高められる効果も大きい。 設備の清掃が行届くようになると、清掃しても切粉や油ですぐに汚れる箇所が明確になる。汚れの発生源がわかるので、その対策を施す。 例えば、旋盤などの飛散防止対策としては、切粉や油の発生箇所を閉じ込める局所カバーが考えられた。 また、日常の清掃や給油の困難な箇所を改善して、点検作業の時間短縮や保全性向上を図る。 例えば、設備のカバーを部分的に透明にして、のぞき窓を付けるだけで、点検作業はかなり容易になる。 設備をかさ上げして清掃作業を容易にしたり、点検箇所を集中化することもよく実施される。

 この段階になると、設備の信頼性や保全性も高まり、効果を実感できるようになる。 また、同時に、設備の構造、機能などに関する理解を深め、設備を点検できる技能を身につけるようにする。 ここまで、自主保全が推進されるようになれば、これまでの経験と教育から、自分たちで清掃・点検基準を作成し、自分たちで確実に守るようにする。 また、作業標準化を進め、目で見る管理によって設備などの状態を把握・管理し、各種の基準も臨機応変に改定する。 自分で作成した基準を自分で守り、基準の改定もまた自分で行なうことは自主管理を意味する。

 また、段階を追って推進してきた自主保全の活動を、全体的な観点から当初の目的とおりに正しく理解し、実行されているかを診断し、活動の進め方や問題点などについて指導・援助することも必要である。 このような活動を経て保全活動における作業者の役割を確認し、設備中心から周辺の業務にまで視点を拡大し、仕事の不都合な点の改善活動を展開する。

 また、目で見る管理(visual management)の中に、定点写真撮影という手法があり、ある特定の設備の自主保全を行った場合、時間を経た設備の状況を比較して見ることができ、自主管理の向上の過程をみることができ、作業者のモラール向上にも役にたつと考える。


MP活動


 保全部門の技術データが、設計の信頼性・保全性設計に生かされていないことが少なくない。 それは保全部門自らが設計・製作時点で考慮すべき信頼性や保全性に関する技術データを、設計者に役立つように整理・提供することを怠っているからである。 一方、設計部門も技術データの標準化、保全情報の収集や活用についての努力を怠っているからである。 こうした両部門の技術的断絶を防ぐのに役立つのがMP情報である。 MP情報は、新設備の導入段階で、故障しない、保全のしやすい、安全で使いやすく、不良の発生しないような設備を設計する。 つまり、現状の設備の弱点を研究し、それらを設計にフィードバックして、設備の信頼性を高める活動である。 新設備の場合、設計・製作・据付けは順調に進んでいるように見えても、実際に試運転、初期流動管理段階に入ると不具合が続出し、なかなか正常運転に入ることができず、運転・保全の両技術者の苦労の末、改良に改良を重ねて、やっと正常運転に入るといったケースがみられる。 また、正常運転に入ったが、劣化や故障を防止するための点検・注油・清掃や、段取り調整・修理の作業性が悪く、点検・注油などの手入れを怠ったり、段取り・調整に時間がかかったりして、ちょっとした故障修理でさえ、いたずらに設備停止時間が長引いてしまうことがある。 そこで大切なことは、事前に設計技術者として新しい加工条件や操作条件を、確実に設計条件に折り込んでいたかどうか、または設備の信頼性や保全性・操作性・安全性などについて、他人まかせの購入でなく、自社の生産技術者や設計・保全技術者の、過去のにがい経験や苦労から生み出され、蓄積された自社技術を駆使して、どれだけ突っ込んだ検討がなされたかによって、その後の保全活動の大半が決定されてしまうものである。 このようなPM情報の他、設備故障報告、保全部門が行なった保全報告等のデータを蓄積整備した設備保全情報システムの構築することが、設備の導入や保全計画策定に対し設備管理業務の効率化のための不可欠な存在となっている。


品質保全


 製品の高級化・高精度化が進んできた今日、ユーザの製造メーカーに対する品質保証へのニーズは、今まで以上に高度化してきており、製品品質の維持向上、均質性の確保が生産活動の重要な課題となっている。 このような品質保証のレベルを上げるためには、製品の企画・設計段階、生産技術段階、さらには製造の各段階を通じて不良ゼロのための条件を設定し、各段階においてその条件を遵守することによって、初めてユーザーの要求品質を保証できることになる。 このような品質保証のための品質保証体制としては、各段階での結果としての品質を確保することに主体が置かれているのが一般的である。 しかし、このような結果だけの管理では、真に各段階での品質の造り込みを期待することはできない。 つまり、それらの結果に結びつくと考えられる源流の管理、すなわち原因での条件管理を行なうことが、これからは非常に大切になると考えられる。 さらに、こうした原因での条件管理を行なうためには、品質と設備精度、品質と型・治工具の精度、品質と製造条件、品質と作業方法などとの因果関係を明確にし、そうした原因での条件を維持管理する仕組みを造る必要がある。 製造現場において高精度の加工を行なう時、調整を当然の作業と考え、それを上手に行なうことが熟練と思い込んでいる場合が多いものである。 さらにその製造現場も、設備の自動化・無人化が進み、生産の中心が人手から設備そのものに移行しているのが現状である。 このような状況において「各工程で品質を造り込む」ためには、「設備で品質を造り込む」ことが、今まで以上に大切になってきた。つまり、品質の確保は、設備の状態によって大きく左右されるようになってきた、ということができる。 また、このような設備の状態によって品質が左右されるような場合、「不良の出ない設備や加工の条件を探り出し、その条件の変化の傾向を管理し、不良の発生する可能性を前もってつぶす」という、予防的な対策を打つことが必要になる。 このような予防的な対策を打つための設備保全が品質保全であり、次のように定義することができる。


 このような『不良ゼロ』の条件を設定する方法として“田口メソッド”が有名である。

なお、日産車体の京都工場は、TPM優秀事業所賞を幾度か獲得している。 また、同工場は多品種少量生産をうまくこなしているという評価も高かった。 しかし、日産車体京都工場は、日産自動車のリバイバル・プランで工場閉鎖が決定している。 TPM優秀事業所賞は自動車工場として生き残るための十分条件でないことを明らかにしている。


参考のホームページ



参考文献


Mail


生産管理概論, IE(industrialEngineering), トヨタ生産方式, VE/VA, セル生産方式, TOC(制約条件の理論), 品質管理 , QCサークルについて, 総合的品質管理(TQM), 統計的品質管理(SQC), ISO9000シリーズについて, ISO14000シリーズについて, シックスシグマ手法について, 自動車の品質問題の変遷について, 設備管理とTPM, レイアウト管理, 生産計画の立て方, 資材手配, 資材手配の実際, 在庫管理, 購買管理, 財務分析, 原価企画, 情報システム, インターネット, 人事管理概論, 人事考査, 人的資源管理, リーダーシップ論, 組織論, ナレッジ・マネジメント, コーチング, 安全管理, Q & A

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