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第9回：信頼性中心保全(RCM)とCMMS/EAMの関係

第9回：信頼性中心保全(RCM)とCMMS/EAMの関係

第８回のメルマガでは、設備階層について説明しました。 CMMSやEAMを用いる時、 メンテナンス業務の管理・改善および効率化を目的とする場合と 設備の信頼性やアベーラビリティの向上を目的として導入する場合が考えられます。
第９回から３回にわたって、CMMSやEAM導入の目的の一つである、 ｢設備の信頼性やアベーラビリティ向上を目的とした導入｣について検討します。
信頼性やアベーラビリティを向上する方法のひとつとして、 信頼性中心保全（RCM：Reliability Centered Maintenance）をメンテナンス業務へ適用することが考えられます。
本シリーズでは、RCMを実現するために、
  • RCMとCMMSやEAMの関係
  • RCMを支援するためにシステムは、どうあるべきか
をRCMの実施時の問題点や留意点を考慮しながら検討します。

第９回　：　信頼性中心保全(RCM)とCMMS/EAMの関係
第１０回：　システム（系）の評価とCMMS/EAMによる管理
第１１回：　RCMを支援するためのシステムは、どうあるべきか
2010-09-27

１．信頼性中心保全（RCM：Reliability Centered Maintenance）

1960年代から70年初頭にかけて、航空業界では、 航空機の大型化と複雑化、それに伴う整備コストの増大に悩まされ、 ｢その、メンテナンスは、本当に必要なのか｣、 ｢信頼性の確保は大丈夫か｣という観点から、 新しいメンテナンス方式の確立に迫られていました。

このことを受け、航空輸送協会(ATA)は、 1968年に新しいメンテナンス方式を発表しました。 これは、後にMSG-1と呼ばれています。MSG-1は、1970年にMSG-2へ、 更に1980年にMSG-3として見直しが行われました。

1970年代半ばには、米国国防総省（DoD）においても、 航空業界でのメンテナンス方式を参考に、 検討が進められ、1978年に｢RELIABILITY-CENTERD MAINTENANCE｣を冠した レポートが発表されました（※１）。

80年代には、原子力の分野でも、米国電力研究所（EPRI）を 中心に発電所への適用が検討され始めました。

※１　本レポートは、ユナイテッドエアラインの Stanley NowlanとHoward Heapによってまとめられ、 航空機以外の分野への適用についても言及しています。

２．故障特性

Nowlan&Heapの報告書では、故障特性に関する記述が盛込まれました。 本故障特性は、これ以後、機器の故障特性の説明やRCMの有効性の説明に、 色々な分野で参照されています。 また、後続のRCM関連レポートでは、本故障特性ごとに分布を求めたものが いくつか存在します。以下に、本故障特性を示します。

６つの故障特性 クリックして拡大表示

図１  ６つの故障特性


上図は、条件付き故障確率ごとにアイテム（機器や部品など）数をまとめたものです。 上図で共通しているのは、故障特性がバスタブ曲線を示すアイテムのように、 利用可能年数に制限を儲け、磨耗故障に至る前にメンテナンスや交換を実施し、 寿命を延長できるアイテムが少ないことです（３０％以下）（※２）。 すなわち、時間基準保全（TBM）が有効なアイテム数が少ないことを示しています。

また、初期不良が発生するアイテムの数も多いため、 過剰なメンテナンスに対する留意が必要であることを示しています。

他は、ランダム故障の特性を示します。 ランダム故障を示すアイテムに対しては、状態監視による状態基準保全（CBM）や 検査結果に基づく寿命予測などによる計画が重要になります（※２）。

※２　年次制限が有効なものには、システムの構成が簡単、 寿命の予測が可能な場合が多く、複雑になると色々な故障モードが重なり、 全体としては、ランダム故障の特性を示すと考えられます。

３．実施内容

RCMは、信頼性や保全に対する戦略の立て方に対する指針を示したものであり、 対象設備や装置、システムに対する検査の方法や維持管理の手法を 示すものではありません。 よって、アイテムの故障モードやシステムへの影響を検討するためには、 対象設備の専門化、ベンダー、オペレータなどが参画する必要があります。

RCMでは、アイテムの故障特性を考慮し、 どの様なメンテナンス方式を採用するかについてデシジョンツリー （考え方のテンプレート）を用いて判断します。 以下に例を示します。

デシジョンツリーの例 クリックして拡大表示

図２  デシジョンツリーの例


ここで、重要なことは、着目するアイテムに対して

を把握、整理し、

を検討することです。

システムへの影響がなく重要度も低いアイテムに対しては、 故障や劣化が発生してから対応（リアクティブメンテナンス）する ことも含め検討します。 更に、故障メカニズムが判っていても、これを制御できなければ、 再設計も含め検討する必要があります。

以上を体系的に実施することにより、

の組み合わせを最適化し、

ことを目指します。

検討に際しては、アイテムの潜在的故障やシステムへの影響を 体系的に検討するために、FMEA（故障モードおよび影響分析）や FMECA（故障モードと影響および致命度分析）を用います。

４．CMMS／EAMへの展開と連携

前置きが長くなりましたが、 本題のCMMS/EAMへRCMの検討過程や結果をどの様に反映していくかを検討します。 本節以降では、時間基準保全（以後、単に予防保全と記す）の有効性の検討を例に、 CMMS/EAM連携を説明します。

FMEAなどを実施し、 対象となるアイテムとその故障モードやシステムへの影響が判っている場合、 何れのメンテナンス方式を採用するかが次の課題となります。

この時、対象となるアイテムが、CMMS/EAM中の設備台帳に記載されており、 メンテナンス履歴の抽出が可能であれば、検討実施時の故障確率を用いた評価に役に立ちます。 また、既存設備の場合、対象アイテムに対する予防保全や 事後保全時の標準化された手続きが（CMMS/EAM中に）存在すれば、 重要な、参考資料になります。

以下に、検討手順例を示します。

各原因に対して、発生確率を抑えるまたはシステムへの影響を 許容できる範囲まで軽減することを検討します。

以上の情報から、それぞれのメンテナンス方式採用時の故障確率と 生涯コストを比較検討します。

目標とする信頼性の確保を前提に、コストが最小化されるメンテナンス方式を選択し、 その内容をCMMS/EAMに登録します。CMMS/EAMでは、予防保全や作業標準として活用されます。

５．具体例

次に、予防保全を例として、故障確率を評価しながら、 費用を最小化するための検討の例を示します（コストミニマムの検討）（※３）。

※３　本検討では、コストミニマムを目的関数としていますが、 稼働率（非稼働率）を目的関数とすることで、 稼働率（非稼働率）を最大化（最小化）する周期を 決定することができます。 稼働率を用いて評価する場合は、稼働率目標を設定し、 検討するのが現実的と考えられます。

ＲＣＭコストの例 クリックして拡大表示

図３  ＲＣＭコストの例


アイテムの特定の故障に対する履歴 （上図では、バスタブ曲線）がわかっている場合、ワイブル近似など（※４）を 用いて、経年による故障確率（条件付き故障確率とよぶ）を算出することができます。

経年による故障確率が判っている場合、 修理の発生確率や時間基準保全（上図では、予防保全と表記）の回数（周期）から アイテム維持のためのトータルコスト（生涯コスト）を計算することができます。

上図の例は、アイテム維持のためのトータルコストと予防保全周期の関係を 示したものです。

予防保全周期を長くしていくと、予防保全コストは、 減少していきますが、故障の確率が高くなるため、 修理コストが増大することを表しています。 予防保全コストと修理コストを足したトータルコストには、 ミニマムコストが存在することを示しています。

※４　故障履歴が存在する場合は、ワイブル近似などを用いて、 履歴から故障特性を求めることができます。 バスタブ曲線のように、初期、ランダム、磨耗故障と時期が分かれている場合は、 ３つのフェーズにわけ、ワイブル近似を適用します。 故障履歴が存在しない場合は、ワイベイズ関数や、ベイズ統計、または、信頼度予測モデルを 用いて故障確率分布や故障確率を推定します。

次に、｢検査や状態監視を実施する場合でも、予防保全が必要か｣を検討するため 検査や状態監視の有効性を検討します。検査や状態監視を実施する場合は、 劣化曲線を考え、P-Fインターバル中に、故障の兆候を検知できるかを検討します。 以下に、回転機のベアリングの場合の劣化曲線の例を示します。

劣化曲線の例 クリックして拡大表示

図４  劣化曲線の例


検査の有効性を検討する場合は、

などを検討します。

モニター装置などで状態監視を実施する場合は、

などを検討します。

もし、モニター装置などによる状態監視により、 故障の予兆検出が100%可能とする場合、修理コストは、 発生せず、予防保全周期を大きくとるほど、トータルコストは、 低くなります。 すなわち、予防保全は、実施しなくても良いと判断できます（※５）。 モニター装置が対応できない故障モードが存在する場合、故障の予兆検出は、 100%では、なくなります。 この場合は、予防保全との組み合わせが必要になってきます。

※５　故障の予兆を検出した後、フォローアップ処置が 発生する場合、本費用を考慮する必要があります。 通常は、直近の計画作業が存在する場合、その中で一括して実施すると考えられます。

以上の検討を、CMMS/EAMの設備階層上で検討すると以下の とおりとなります。例を下図に示します。

設備階層とＲＣＭコスト クリックして拡大表示

図５  設備階層とＲＣＭコスト


上図は、FMEAを直感的に捉えるために、アイテムまでを設備階層で表しています。 階層末端は、部位や部品です。 末端の故障は、上位の故障を引き起こし、システムへ影響を与えます。 階層末端には、末端のアイテム（機能）、故障（故障モード）、故障時の影響、および、 その原因が示されています。 各故障について、対策を検討します。

検討の結果、採用されたメンテナンス方式は、CMMS/EAMの予防保全や作業標準として登録します。 CMMS/EAMの以下の情報を書き換えることになります。

上図の故障モードや原因は、CMMS/EAMの状況、処置、原因（要因）、対策などの 事後保全報告に使用する故障コード群として実装します（※６）。

※６　故障コードは、どのレベルまでを載せるかを十分検討しておく 必要があります。故障の原因には、物理的根本原因、 人的根本原因（ヒューマンエラー）、潜在的根本原因が含まれています。 FMEAによる評価結果から原因および要因をコード化して登録することで、 根本原因や恒久対策の精度を上げることができます。 下図に、根本原因の階層構造を示すために、RCA（根本原因分析）のコンセプトを示しておきます。

ＲＣＡのコンセプト クリックして拡大表示。

本資料は、故障テンプレート付きRCAツールPROACT(r)のコンセプトを示すものであり、Reliability Center Inc.社のご好意により掲載しています。

図６  ＲＣＡのコンセプト


６．　最後に

信頼性中心保全では、全体の評価を実施する中で、 重要なアイテムを絞りこみ実施することが必要ですが、 その時、利用するツールであるFMEAは、ボトムアップ方式の検討方法を提供します。 FMEAのみで、プラント全体を評価する場合、いつ終了するのか、 費用は、どれだけ必要なのか見積りが困難になります。 重箱の隅を突っつくようなものであるため、 検討漏れに対する不安や全体の把握困難が発生します。

現実的には、信頼性ブロック図分析のような全体の信頼度を見渡せるような評価方法や フォールトツリー分析のようなトップダウン方式の併用による信頼性評価の実施、 または、リスク評価を実施し、重要な機器を十分に絞り込んだ上での実施が 必要となります。

また、対象アイテムの各故障を評価し戦略を決定していく中で、同様の対策方法や、 周期の異なる同一タスクが多数出現します。 実際には、法令点検など、予め決まったタスクを考慮し、 検討していく必要があります。 更に、CMMS/EAMと連携して用いる場合は、これらをグループ化し、 計画作業や作業標準としてまとめる作業が必要になります （これをWork Packageと呼びます）。

次回以後のメルマガにて、トップダウン方式を用いたシステムの 信頼性評価とCMMS/EAMの関係、タスクのグループ化とCMMS/EAMの関係を検討します。