設計FMEAのやり方と手順・リスク評価の基本

設計FMEAのやり方と手順・リスク優先度の評価

FMEAを「とりあえず表を埋める作業」だと思っているなら、あなたの設計は今すぐリコールリスクにさらされています。

設計FMEAとは何か：FMEAの目的と金属加工品への適用

設計FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）とは、製品の設計段階で起こりうる故障モードを事前に洗い出し、その影響と原因を分析して対策を講じる手法です。日本語では「故障モード影響解析」と呼ばれます。

もともとはアメリカの軍事規格（MIL-STD-1629）で使われ始め、その後自動車産業のQS-9000やIATF 16949を通じて製造業全体に広まりました。金属加工業においても、プレス部品・切削部品・溶接構造物など多岐にわたる製品に適用されています。

設計FMEAが重要な理由は明快です。設計段階で1件の不具合を是正するコストは、量産後に市場クレームとして表面化した場合の修正コストの約100倍以上になるという試算が存在します。これはトヨタやボッシュなど複数の自動車Tier1サプライヤーが自社内の品質コスト分析で繰り返し報告しているデータです。

つまり、前工程での予防が原則です。

金属加工品に特有のリスクとして、寸法公差の積み上がり（スタックアップ）による組付け不良、表面処理後のはく離・腐食、熱処理後の変形・クラックなどが挙げられます。これらは加工工程では発見しにくく、設計段階で評価しておくことが唯一の現実的な防衛手段です。

設計FMEAは「完成した図面を審査するもの」ではありません。設計プロセスと並行して実施し、設計変更が容易なうちに問題を摘み取ることが本来の目的です。この点を誤解しているチームは少なくありません。

適用場面	主な対象製品例（金属加工）	特に注意する故障モード
プレス部品設計	ブラケット・ステー・プレート	割れ・スプリングバック・穴位置ずれ
切削部品設計	シャフト・フランジ・ハウジング	寸法超過・面粗さ不良・ねじ不良
溶接構造物設計	フレーム・ブラケット・タンク	溶け込み不足・ひずみ・強度不足
表面処理品設計	めっき部品・塗装部品	はく離・腐食・膜厚不均一

設計FMEAのやり方：7つのステップと手順の全体像

設計FMEAは「一度書いて終わり」の書類ではありません。正しく機能させるには、定められた順序で丁寧に進めることが条件です。

以下に、実務で使われる7ステップを示します。

ステップ1：対象製品・機能の定義
分析対象とする部品・アセンブリを明確にします。同時に、その部品が果たすべき機能（強度保持、寸法精度確保、防水性確保など）をリストアップします。機能が不明確だと、後の故障モード洗い出しが曖昧になります。

ステップ2：故障モードの洗い出し
「各機能が達成されない状態」を故障モードとして列挙します。たとえば「穴位置がずれる」「表面にクラックが入る」「規定トルクで締結できない」などが該当します。1つの機能に対して複数の故障モードが存在することが一般的です。

ステップ3：故障の影響分析
各故障モードが発生したとき、エンドユーザーや後工程にどんな影響を与えるかを記述します。「製品が機能しない」「異音が発生する」「部品が脱落して人身事故を引き起こす可能性がある」など、影響の深刻度を正確に表現します。

ステップ4：故障の原因推定
故障モードを引き起こす設計上の原因を掘り下げます。材料選定ミス・公差設定の誤り・形状による応力集中・締結設計の不備などが典型例です。設計段階で制御できる原因に絞ることがポイントです。

ステップ5：現行設計管理（検出方法）の確認
現状の設計検証・試験・計算によって、その故障を検出できるかどうかを評価します。「設計計算でカバーできる」「試作試験で検出可能」「CAE解析で確認する」などを記録します。

ステップ6：RPN（リスク優先数）の算出
後述する重大度（S）・発生度（O）・検出度（D）の3指標を1〜10で評価し、RPN = S × O × D を計算します。RPNが高い項目ほど優先的に対策が必要です。

ステップ7：対策立案と再評価
高RPNの項目に対して設計改善・追加試験・管理強化などの対策を立案し、対策後の想定RPNを再評価します。この再評価こそがFMEAを「形骸化した書類」ではなく「生きたツール」にする鍵です。

これで全体の流れがわかります。

各ステップは独立しているように見えて、実際は前後に強く依存しています。特にステップ2の故障モード洗い出しの質が、その後すべての分析精度を決定するため、チーム全員で行う「ブレインストーミング方式」が推奨されています。

設計FMEAの評価基準：重大度・発生度・検出度のスコアリング方法

RPNの計算に使う3つの指標について、正しく理解しておくことが重要です。この3指標のスコアリングを「なんとなく感覚で決める」チームは多いですが、それが最大の落とし穴です。

重大度（Severity：S）は、故障が発生した場合にエンドユーザーや後工程に与える影響の深刻さを評価します。スコア10は「安全上の問題を引き起こし、警告なしに発生する」場合です。スコア9は「安全上の問題があるが事前に警告がある」、スコア7〜8は「製品の主要機能が喪失する」、スコア5〜6は「機能が低下するが動作は継続」、スコア1〜2は「ほぼ影響なし」という水準感です。

発生度（Occurrence：O）は、故障原因が設計通りに量産した場合に発生する頻度を評価します。自動車業界の標準では、スコア10が「100件に1件以上の発生」、スコア5〜6が「約1,000件に1件」、スコア3〜4が「10,000件に1件程度」、スコア1が「ほぼ発生しない（100万件に1件以下）」を示します。

これは定量的な基準です。

検出度（Detection：D）は、現行の設計管理によってその故障原因または故障モードを設計段階で検出できる可能性を評価します。スコア10が「検出手段がない」、スコア7〜9が「偶発的にしか検出できない」、スコア4〜6が「一定の検出可能性がある」、スコア1〜2が「ほぼ確実に検出できる」となります。

注意点として、検出度のスコアは「低いほど良い（検出しやすい）」という逆スケールになっています。スコアの意味を取り違えるミスが実務では頻発するため、チーム内でスコア基準表を共有することが推奨されます。

スコア	重大度（S）の目安	発生度（O）の目安	検出度（D）の目安
10	安全問題・警告なし	100件に1件以上	検出手段なし
7〜9	主要機能喪失	1,000件に1件程度	偶発的検出のみ
4〜6	機能低下・動作継続	10,000件に1件程度	一定の検出可能性
1〜3	ほぼ影響なし	100万件に1件以下	ほぼ確実に検出可能

RPNの閾値については、多くの企業が「RPN ≥ 100」または「S ≥ 9」を対策必須の基準として設定しています。ただし、重大度が10のアイテムはRPNにかかわらず必ず対策を要する、という運用ルールを設ける組織も少なくありません。重大度が高い項目は要注意です。

設計FMEAの記入例：プレス部品の穴位置精度を題材にした具体的な書き方

実際の記入イメージを掴むため、金属加工現場でよく扱われるプレス部品（取付けブラケット）を例に解説します。

この部品の機能を「規定の穴位置精度を維持し、相手部品との組付けを可能にすること」と定義します。

故障モード：「穴位置ずれ（位置度超過）」

影響分析では、穴位置がずれた場合の影響として「相手部品との組付け不可（製品ライン停止リスク）」が挙げられます。重大度は7（主要機能を喪失するが安全上のリスクは低い）と評価します。

原因は「型設計における曲げ後スプリングバック量の計算不足」と特定します。発生度は4（量産ロットで10,000件に1件程度の発生頻度を想定）です。現行の設計管理として「試作品での三次元測定機（CMM）による確認」が実施される予定ですが、スプリングバックは材料ロット差で変動するため検出度は5と評価します。

結果として RPN = 7 × 4 × 5 = 140 となり、対策基準を超えます。

対策として「スプリングバック補正値のFEM解析を追加し、材料ロット差を考慮した公差検討を実施する」を立案します。対策後の発生度を2に改善できると見込むと、改善後 RPN = 7 × 2 × 5 = 70 となり、対策効果を定量的に確認できます。

この流れが基本です。

実際のFMEAシートには、上記の情報を以下の列に整理して記録します。

機能	故障モード	影響	S	原因	O	現行管理	D	RPN	対策
穴位置精度確保	穴位置ずれ（位置度超過）	組付け不可・ライン停止リスク	7	スプリングバック計算不足	4	試作CMM確認	5	140	FEM解析追加・材料ロット差を公差検討に反映

このような形式でシートを埋めていくのが設計FMEAの実務です。1部品に対して10〜30行以上の故障モードが記載されることも珍しくありません。記入量が多いほど設計リスクの見える化が進んでいる証拠と言えます。

FMEAシートのテンプレートは、AIAG（米国自動車工業会）とVDA（ドイツ自動車工業会）が2019年に共同で発行した「AIAG-VDA FMEA Handbook」に準拠したフォームが業界標準として広まっています。日本語対応のテンプレートは各Tier1メーカーや品質コンサルタントが公開しており、自社フォーマットの参考として活用できます。

設計FMEAで金属加工現場が見落としやすい「機能ツリー」活用法（独自視点）

設計FMEAのやり方を調べた記事の多くは「FMEAシートの記入方法」を中心に解説しています。しかしベテランの品質エンジニアが実際に重視しているのは、シートを書く前の「機能ツリー（Function Tree）の構築」です。この工程を省いているチームが、慢性的に故障モードの洗い出し漏れに悩んでいます。

機能ツリーとは、製品・部品が持つ機能を階層的に整理した図です。たとえば「シャフト」という部品であれば、最上位機能「トルクを伝達する」の下に、「たわみを規定値内に収める」「相手ベアリングとのはめあいを維持する」「熱処理後の硬度を確保する」といったサブ機能が連なります。

これが抜けると漏れが生じます。

機能ツリーを先に描くことで、「どの機能が失われたら何が起きるか」という思考ルートが自然に整理されます。結果として、故障モードの洗い出し漏れが大幅に減ります。AIAG-VDA 2019版でも、機能ツリーの作成（Structure Analysis → Function Analysis）はFMEAの必須工程として明示されています。

金属加工品では特に「公差スタックアップ（寸法の積み上がり）」が見落とされやすい機能です。単品の寸法精度は合格範囲内でも、複数部品を組み合わせると公差が積み上がり、組付け不良が発生するケースがあります。この種の問題は、部品単体のFMEAだけを見ていては発見できません。

アセンブリ全体の機能ツリーに「組付け精度の確保」を盛り込み、その機能を阻害する故障モードとして「公差スタックアップによる寸法干渉」を明示することで、はじめてこのリスクがFMEAシートに登場します。

機能ツリーの作成には、ホワイトボードと設計図面・3Dデータがあれば十分です。設計担当・品質担当・製造技術担当の3者が30〜60分で議論するだけで、FMEAの質が大きく変わります。

公差スタックアップの定量計算については、専用ツール（例：PTC Creo Tolerance Analysis、またはExcelベースの簡易計算シート）を活用すると、発生度スコアを感覚ではなくデータで決定できるようになります。これは使えそうです。

設計FMEAをより体系的に学びたい場合、JUSE（日本科学技術連盟）が発行している品質管理関連テキストや、AIAG公式サイトのハンドブックが信頼性の高い参考資料として挙げられます。

参考：AIAG-VDA FMEA Handbook 概要（AIAG公式）
https://www.aiag.org/quality/automotive-core-tools/fmea

参考：日本科学技術連盟による品質管理・FMEAに関する技術情報
https://www.juse.or.jp/tqm/

設計FMEAは「書けばいい書類」ではなく、設計の思考プロセスを記録するツールです。機能ツリーから始め、RPN評価・対策立案・再評価まで一貫して実施することで、金属加工品の設計品質は確実に向上します。まずは次回の設計レビューで、機能ツリーの作成を1工程として組み込んでみることをお勧めします。