品質工学の考え方
Concept of quality engineering

時代小説で大泥棒は法律違反であるが富者から貧者への富の移動する義賊として描かれている。泥棒は破壊がなければ社会としての損失は小さい。一方 機能の不具合を生じる製品を市場に出荷すると、製品の修理又は交換品の再生産、不具合品の廃棄、使用機会の損失などの社会的損失を生じる。不具合によるリコール費用と使用機会の損失により多大な負担を生じた事例が報道されている。
品質を保証するための検査と言われるが検査で合格した製品の出荷後の不具合を防止することはできない。また、合格品は検査の実施に関わらす合格品であり効果がない。検査は不合格品を出荷しないことで、社会的損失の予防効果である。検査の最適化は検査に要するコストと不合格品の出荷後の損失の防止効果のバランスによる。ただし、検査が契約事項、法規制の場合は対象製品の品質管理に関係なく実施しなければならない。

品質工学の考え方 計量士 阿知波正之
(計量計測データバンク編集部)

品質工学の考え方 計量士 阿知波正之
計量計測のエッセー 
品質工学の考え方 計量士 阿知波正之


長野県川上村の玉ねぎの選別のようす。大・中・小に分けられるが動作はらせん状をした金属を通過するだけ。

品質工学の考え方 計量士 阿知波正之

(本文)

1、はじめに

 品質工学は難しいと言われ、その理論、計算式を見ても難しいのではなく、そこで使われる言葉が独特で、その言葉の理解が難しいように思われる。そこで田口玄一博士、矢野宏博士が使われた言葉を通して、品質工学の考え方を紹介したい。

2、技術開発・設計

①品質を欲するなら品質を計るな・・機能を計る

 製品の開発を急ぎ、要求される品質の特性を計り評価することがあるが、要求品質に不十分とか、製品の基本的な働きが低下し犠牲になることがあり、その改善に多大な時間とコストを要することになる。製品を迅速かつ効率的に市場に供給するため、製品の具体化前に基本的となるシステムを開発し、第2段階で市場の要求に合わせた製品を設計する2段階設計が提唱されている。この技術開発の段階では品質特性を計るのではなく、システムの基本的働き又は理想的な働きを計って評価することが要求される。このシステムの機能(働き)を計測方法が示されているわけではなく、結果はその計測技術に影響される。またシステムの働きであり、入力・出力の動特性を計る。具体的な品質特性と対応する機能の計測の考察事例について表1に紹介する。

1 品質の計測と機能の計測

目的の開発課題

品質の計測

機能の計測事例

考え方

歯車の最適な切削条件の設定

歯形形状、ピッチ、

測定し易い方形ブロックの積み重ねの長さ測定

熱処理後の硬い金属材料の最適な加工(切削)条件の設定

金属材料の開発

テストピースの破断強度測定

テストピースの変位―力の動特性

ストレスに強い材料の開発

破断測定のばらつき

植物の生育条件の最適化

収穫時の質量、長さ測定

生育は指数関数y=XβT 

時間Tに対するY(長さ又は質量)測定

生育の初期段階の時間経過と生育量を測定し、評価

電動の冷却能力の改善

冷却装置の温度を測定

冷却システムのモータ駆動電圧に対する風量を測定し、評価

冷却空気経路の最適化により、温度上昇を改善

接点構造の最適化

接点抵抗の測定

 

接点部の電流と電圧降下の評価

接点部の使用時の電圧降下、電力損失も改善

エンジンの排出ガスの低減

有害な排出ガスの濃度測定

エンジンの燃焼を化学反応として、時間経過後の清浄反応(CO2,未反応成分、副反応成分を測定)

正常反応速度を最適化し副反応を低減する条件最適化により燃費と有害ガス低減可能


技術には無数の解がある

 
製品の設計において、その結果を求めるとき、定められる条件への適合・不適合を考え易いが、その答えは無数にある。技術のレベルにより、標準条件では合格として差が無くても、使用条件の変化、劣化、製造のばらつきなどに対する頑強性(ロバストネス)を評価すると差が生じて、経済性(コスト)にも関係し、無数の答えがあり、その中から最適と思われる答えを探る活動になる。品質工学ではその評価は現状又は標準状態を基準として比較効果の利得の数値を求めて評価する。技術評価のSN比は「改善の利得」の尺度を用い、相対的な改善効果により評価している。〇×の評価ではない。したがって、技術手段を数多く考え、その方法毎のロバスト性と経済性を評価し、最適な方法を選定することになる。計量管理も同様で、測定器を選定するとき、規定の条件に適合していても、現実の使用条件および劣化条件での不確かさ(ばらつき)の大きさに違いが生じる。そのコストとロバスト性の評価が重要になる

システムは複雑な方が良い

 
コストからシステムはシンプルが良いとの考えがあるが、外乱・内乱に対する強さを確保するためにはシステムが複雑のほうが有利となる。例えば電気抵抗線式はかりについてみると、力を電気量に変換するシステムに使用される抵抗体(ストレンゲージ)は単独ではなく、4個の抵抗体でブリッジ回路が構成され、ノイズである温度変化への耐性と出力のSN比の改善が期待できる。機械的な構造についても1軸のロードセルに比べ複雑な形状のロードセルが開発されており、外乱、内乱のノイズに対する強さ(ロバストネス)がある。システムが複雑なほど、変えられる要素が多くなり、パラメータ設計により最適な組み合わせが得られる。

機能がだめになったときの損失を小さくする安全設計

 
電気回路のブレーカのように接続されている電気機器に故障が起きたとき、大電量が流れたときに火災の発生、感電による死亡事故のような大きな損失を生じないよう、保護装置の追加費用と電気の遮断による損失の方が小さくなるような安全設計が行われる。過去、ガス機器の不完全燃焼による死亡事故が発生したとき、不完全燃焼を検出しガスを遮断する安全装置が作動するとその復帰の対応作業必要になるため、安全装置が作動しないよう措置していたため、不完全燃焼による有害ガスによる死亡事故が発生したとの報道があったが、安全設計による想定した損失に比べ大きな損失を生じた事例であった。

3、品質管理


①品質管理は経済学


 田口博士は著書「品質の管理」のまえがきでW.A.Shewhart博士の品質管理の最初の研究結果“Economic control of quality of manufactured product” (1931)について、品質管理の研究グループ(QCRG)での品質問題の討論の結果及びシューハート博士のEconomic controlの解釈と青山学院大学での研究結果からまとめたと述べられており、経済学が基本になっている。

 品質管理は品質の悪さを表す損失関数と品質管理に要するコストのバランスから最適化を求める経済活動になる。

②使用者が好まない品質を社会的損失として表す

 品質には製品のデザイン、機能(働き)、仕様など使用者の好む品質と故障、消費エネルギー、排出ガスなど使用者が好まない品質があり、品質工学では後者の品質を対象としており、この品質を社会的な損失として表す。この損失には故障に関わる危害、修理、廃棄、更新、使用機会損失などに加え使用に関わる消費エネルギー、排出物処理などすべての経費を含みその平均値で表す。

③機能の不具合品を出荷することは泥棒より悪い

 時代小説で大泥棒は法律違反であるが富者から貧者への富の移動する義賊として描かれている。泥棒は破壊がなければ社会としての損失は小さい。一方、機能の不具合を生じる製品を市場に出荷すると、製品の修理又は交換品の再生産、不具合品の廃棄、使用機会の損失などの社会的損失を生じる。不具合によるリコール費用と使用機会の損失により多大な負担を生じた事例が報道されている。

④検査は合格品には無力

 品質を保証するための検査と言われるが検査で合格した製品の出荷後の不具合を防止することはできない。また、合格品は検査の実施に関わらず合格品であり効果がない。検査は不合格品を出荷しないことで、社会的損失の予防効果である。検査の最適化は検査に要するコストと不合格品の出荷後の損失の防止効果のバランスによる。ただし、検査が契約事項、法規制の場合は対象製品の品質管理に関係なく実施しなければならない。

⑤検査員が規格(許容差)を変更することは越権行為

 あるとき検査の管理者が「設計者が加工法知らず、厳しい規格(許容差)を図示しており、規格を外れても、過去の経験から問題ないので、許容差を拡げ「特採」として出荷する」との発言があったとき、田口玄一博士から「それは越権行為で検査部門に規格の変更権限は無い」と厳しく指導された。製品規格の変更権限は設計者にあり、特採権限も設計者にある。検査者が規格を変更、省略することは不正検査となる。計量器の検査において、検査者が使用状態を予測して検査点とか許容差を変更することを聞くことがあるが、変更の権限は検査者になく不正検査となる。

⑥品質を改善したら生産性を上げよ

 製造工程の管理に工程能力指数CP=1.33以上の管理がされているが、要求事項もあるが品質は良くてもコストが高ければ競争力を失う。品質を改善したら、その利得の1/2は生産速度の上昇により生産性を改善し、コストダウンを図る。品質工学では損失関数による品質と生産性を合理的に管理するオンライン品質工学に示されている。

4、計測管理

①安い時計でも日々校正すれば正確に時間が測れる・・・計測器の校正は経済問題

 安価で変化し易い時計で、正確に時間を測るには短い周期での時刻合わせが必要になる。一方高価で変化の少ない時計であれば時刻合わせの間隔は長くてもよく、時計の目標とする正確さを維持するため時計の購入価格に関わる費用(償却費)と時刻合わせの経費を合わせた最適解を求める経済問題とされた。測定の正確さを維持するための校正について、最適化するにはそのシステムの変化の実績と調整のためのコストから最適化する方法がオンライン品質工学に示されている。計測器の校正について、定型的な一定周期、内容で実施され、校正結果の活用も不十分で、経済的に無駄が多い状況がある。

②陰故障の診断と調節・・・計量器の定期検査は陰故障を発見する

 計量器の故障と言うと、誰でも気づく故障を考えるが、機能(働ぎ)が低下し使用者が気づかない不具合もある。品質工学では使用者が分かる前者の故障を”陽故障“、後者を”陰故障“としている。この陰故障を発見するためには診断が行われる。この陰故障とそれを発見するための診断ついて、経済問題として最適化する方法がオンライン品質工学に示されている。

 計量器の陰故障を考えてみると、器差不良が該当し、計量士が行う定期検査には陰故障を発見する診断の役割がある。例えばスーパーで使用される計量・値付計量器について考えてみると、定期検査により、器差不良が発見されたとき、前回の検査からの間に器差大となって、その誤差による損失を生じたことになり、その間の計量値付けされた商品全てに影響したことになる。その計量器が器差大不良として使用された期間の平均値は検査周期の1/2となる。

 この陰故障を発見する検査周期の最適化はこの陰故障による損失金額と検査コストのバランスをとることになる。この考え方から、計量に関わる商品の売上高の大きい計量器の検査間隔は小さくなり、売上高の大きい事業所の検査間隔は2年ではなく、1年又は6カ月と短縮しても合理性がある。筆者の経験から適正計量管理事業所の場合、管理に関わるコストも低減できることから、検査間隔を短くしても総損失を低減できる。この考え方は自動捕捉式はかりの計量値付け機の管理に適用できる。

 適正計量管理事業所は検査間隔が小さくデメリットとする意見があるが、陰故障発見の効果を含めた総損失を評価すべきと考えられる。

③多次元情報の評価は単位空間と信号が重要・・・計測器の校正も標準が重要

 品質工学で、多次元情報の評価としてMTS(マハラノビスタグチシステム)の適用が行われ、病気の診断に適用したとき、健常者の多次元データ(検診データ)と病気と診断された人の多次元データを信号として評価する方法で、この健常者を運動系の学生(非常に健康)として評価すると高齢者の病気でない人も病気と評価されることがあり、健常者を高齢者の病気でない人のデータも含めて評価したところ正しい評価となったという話があった。この単位空間と信号は計測器の校正における標準の役割であり、その定義が重要であることが示された。

 計測器の校正について、関係規格の要求事項に対応することで完了し、校正結果が十分活用されない事例も多々見受けられる。

 以上不十分ですが筆者の知識と経験から品質工学について計量に関わる内容を中心に紹介しました。筆者の思いつくまま述べており、真意と異なる内容もあるかと思われます。正しい理解と詳しい内容は田口玄一博士、矢野宏博士の執筆された品質工学の多くの文献を参照いただきたい。

参考文献
田口玄一著 品質の管理 日本規格協会 1969年5月。
田口玄一・横山巽子著 オンライン品質工学 日本規格協会 2009年9月。
田口玄一監修 タグチメソッドの源流を探る 田口玄一語録 日本規格協会 2010年6月。
矢野宏著 新版品質工学入門 日本規格協会 2011年4月。


2024-09-22-concept-of-quality-engineering-

[資料]
品質工学や計量管理の技術を言葉で解き明かすことを課題とする(計量計測データバンク編集部)
○The News●米大統領選と日本/新幹線不通/能登/ジャニーズ/小林製薬… ハリス氏「女性初」なるか/自民裏金と、体操の喫煙【前川喜平、望月衣塑子、尾形聡彦】 (youtube.com)
2024年度国家総合職(春試験)の合格者を発表-2024年5月28日-(計量計測データバンク編集部)
計量計測データバンク ニュースの窓-217-計量標準総合センターなど産総研の採用基本情報
計量公務員への就職事情
産総研:採用情報 (aist.go.jp)
2024/2/19 2025年卒修士卒研究職の募集を開始しました。【終了しました】
2024/2/20 2025年卒総合職の募集を開始しました。【終了しました】
採用情報|採用|産総研 (aist.go.jp)


品質工学や計量管理の技術を言葉で解き明かす

品質工学の考え方 計量士 阿知波正之

行政の継続性の確保と地方計量行政の在り方

日本計量新報・社説 2017年01月01日3132号 (keiryou-keisoku.co.jp)

田中館愛橘の物理普及講演と寺田寅彦の物理学を元にした随筆

【計量士の資格認定コース】概略図(PDF形式:62KB)PDFファイル(経済産業省)

計量士の国家試験 (計量士 (METI/経済産業省))

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計測と計量管理の教養こそ計測技術者が身につけるべきこと

計測がねじ曲げられると白が黒になる(白いものを黒くしてしまう社会の掟の怖さ)

いつでも使える計量辞書としての国際単位系ページの利用

田中館愛橘の物理普及講演と寺田寅彦の物理学を元にした随筆

適正な計量の実施は国家と地方公共団体が共同して実現すべきもの

富士山より高かった八ヶ岳が崩壊すると泥流は甲府盆地の向こうまで流れた執筆 甲斐鐵太郞
韮崎と須玉に連なる丘の七里岩は八ヶ岳崩壊による岩屑(がんせつ)なだれの跡だ


計量計測のエッセー ( 2018年1月22日から日本計量新報の社説と同じ内容の論説です)

素直でない人は嘘をつく 素直とは正直者のことだ

法人とその構成員の意欲と能力を映し出しているwebサイト

数値や言葉を翻訳変換して診断する

大手情報媒体が低俗化しフェイク情報が充満する

人は他の人を映し鏡として生きる意義を成立されている

カメラの撮影枚数にみる技術開発とリチウムイオン電池


地が裂け山が崩れ洪水が人を襲う日本の自然(ハザードマップは人が住んではならない場所を示す地図だ

球速表示160kmは確かか(球速表示160kmは信ずるに値するものなのか)

内需依存型産業社会日本と人口減少社会の在り方

(タイトル)
控えめな計量法が適用されて実現する平和な社会
(サブタイトル)キログラムの単位記号はkgでありKGではない。メートルの単位記号はmでありMではない。

計量の教養こそ身に付けるべき課題だ

0.1%の計量器の検定・検査が世のなかに適正計量を実現をもたらす

地が裂け山が崩れ洪水が人を襲う日本の自然(ハザードマップは人が住んではならない場所を示す地図だ
見えないモノを見えるようにする計測技術
強い欲求をもっているとニーズは自ずと分かるものらしい
すべては丈夫な身体と丈夫な心あってこそ
消費は人口減少の度合いで減りGDPも同様に推移する
キログラムは新定義を満足させたうえ50 µgから10 µgに精度向上
質量と重量の違い及び質量の単位キログラムの定義変更
規則に照らせば不正でも総合性能としては問題ない事柄
バベルの塔とノアの箱舟の伝説と旧カヤバ工業の免震性能偽装
計量と計測は人の間にどのようにかかわるか
自動ハカリの検定実施は日本の計量制度に大きな転換をもたらす
2018年11月16日開催の国際度量衡総会で質量の単位キログラム(kg)を定義変更
日本人の頭骨の変化を計測値が示す副題(鎌倉時代の日本人の頭は前後に長い形をしていた)
優良事業所が適正計量管理事業所の指定を受ける社会的責任
計測の目的と求められる確かを考える
地方計量行政の模範県を躊躇なく真似たい
自動ハカリの指定検定機関制度と行政組織の関わり方
1%の検定で計量の安全を実現している日本の計量制度
自動ハカリの指定定期検査機関の動向を観察する
計測の在り方と計測値の表示をめぐる諸事情
計量協会webサイトから日本の計量行政の未来が見える
光波干渉測定システムはアインシュタインの理論を事実として確認した
収賄で終身刑になる中国要人と首相をかばい罪に問われる日本の官僚

ウィキペディアによる計量の世界の説明は1割ほど
時代の波と計量器産業の浮き沈み
世界でも範たる状態を築いている日本の計量行政
中国では日本以上の人口減少状態が出現している
ハカリの定期検査実施漏れは計量憲法である計量法違反だ
城下町の鍛冶屋が日本の産業の元になった
山口高志投手の球がベース通過時点で一番速かった
福島産の農産物と海産物と放射線測定器
通信と自己診断機能は計量器の法制度を変える
計れと人を管理したQC運動に対比される品質工学
モノの数量表現と性質表現の仕組みである国際単位系(SI)
計量法の実質の内容を変える政省令の理解と解釈
ハンドルで曲がらずブレーキで車は止まらない
計量計測のエッセー

学校は記憶容量とアプリケーションを確認するところ
計量検定所長の仕事は検査機関運営費をたっぷりと確保すること
社会の計量の安全の確保は住民サービスの基礎
神鋼素材は計測器性能に影響がない
田中舘愛橘の志賀潔と中村清二への教え方

自動ハカリの検定実施は日本の計量制度に大きな転換をもたらす
2018年11月16日開催の国際度量衡総会で質量の単位キログラム(kg)を定義変更
事実は小説よりも奇なり 二つの事件
計測システムがわかることが計測における教養だ
世の中は計測でできている
計測の目的と精密さの実現の整合
日本人の頭骨の変化を計測値が示す副題(鎌倉時代の日本人の頭は前後に長い形をしていた)
優良事業所が適正計量管理事業所の指定を受ける社会的責任
計測の目的と求められる確かを考える
地方計量行政の模範県を躊躇なく真似たい
自動ハカリの指定検定機関制度と行政組織の関わり方
1%の検定で計量の安全を実現している日本の計量制度

学校は記憶容量とアプリケーションを確認するところ
計量検定所長の仕事は検査機関運営費をたっぷりと確保すること
社会の計量の安全の確保は住民サービスの基礎
神鋼素材は計測器性能に影響がない
田中舘愛橘の志賀潔と中村清二への教え方

 
旅のエッセー集 essay and journey(essay of journey) 

滋賀県・草津市の宿で王将の餃子をたべた

京都三条の街は気詰まりで滅入る

神戸は港町だが山の街でもあり大都市だ


神戸は港町だが山の街でもあり大都市だ

霧ヶ峰 雪景色

秩父札所二十四番 光智山法泉寺

6月24日の霧ヶ峰高原道路だ。強清水から車山・肩駐車場に向かって走る

正月の下呂温泉は一夜にして白銀の世界になった

上高地 晩夏

風の子の子供たちですが人は風邪を引いてはなりません

川崎大師平間寺で願い事をする

霧ヶ峰高原の八島湿原の周りに出現する景色(2)
薄く積もった雪道を踏みしめる。クロカン四駆の世界だ。

霧ヶ峰高原の八島湿原の周りに出現する景色

霧ヶ峰高原 晩秋の八島湿原

霧ヶ峰高原 晩秋

和歌山市加太港の浜に立つ

山梨県牧丘村で秋の風景に出会った。今は新しい市になっているがその名は知らない。

ダイヤモンド富士

酉の市(おとりさま)

浅草の浅草寺界隈に足を向けた 外人がいて蜘蛛の巣の鉄塔が見えた

旧塩山の恵林寺界隈を見物した

仙台藩と青葉城

カラスウリが赤くなって秋です

スズランが赤い実を付ける秋の始まりです
 
 
 
旅のエッセー集 essay and journey(essay of journey) 

「計量計測データバンク」日替わり情報と週報デジタル版(過去のデータ)履歴