Skip to Main Content

  

Ansysブログ

July 29, 2019

信頼性設計(DfR)とは?

エンジニアの間では、信頼性設計(Design for Reliability: DfR)の重要性と、それが製品の全体的な効率と成功に与える影響についてよく語られます。ここでは、DfRの基本的な考え方と、企業がどのようにDfRを活用しているのかをご紹介します。

DFRとは?

基本的にDfRとは、製品やシステムが期待される寿命の間、与えられた環境の中で特定の機能を確実に果たすためのプロセスです。


信頼性設計とは、製品やシステムが期待されるライフサイクルにおいて、与えられた環境下で所定の機能を果たすことを保証するものです。

DfRは多くの場合、物理的なプロトタイプを作成する前の設計段階で行われ、デザイン・フォー・エクセレンス(DfX)戦略全体の一部として行われます。しかし、すぐにお分かりになると思いますが、DfRの用途は拡大できますし、拡大すべきです。

なぜDFRが重要なのか?

今日のテクノロジーの複雑さは、DfRをこれまで以上に重要かつ価値あるものにしています。その理由としては、以下のようなものが挙げられます。

  1. 製品の差別化:電子技術が成熟してくると、価格や性能などの従来の評価基準で製品を差別化する機会が少なくなってきます。
  2. 信頼性の確保:回路の高度化、必要な電力の高度化、新しい部品、新しい材料技術、堅牢性の低い部品などにより、信頼性の確保はますます難しくなっています。
  3. コストコントロール:プロジェクト予算の70%が設計に割り当てられる。
  4. 利益の確保:製品の早期市場投入により、売上や市場シェアの低下を防ぐことができる。

DFRはどんなときに使われるのか?

多くの企業は、プロジェクトの開発サイクルのうち、設計、開発段階でDfRを適用します。しかし、この常識は、開発プロセスの中では遅すぎます。

DfR を成功させるためには、製品設計とプロセスプランニングを統合し、コンカレントエンジニアリングとして知られる一貫したインタラクティブな活動を行う必要があります。信頼性テストを行うよりも、信頼性設計を行う方がコストがかからないことを覚えておいてください。コンセプトの実現可能性の段階で信頼性を考慮しているということは、その後のすべての意思決定において信頼性を考慮しているということです。したがって、DfRはコンセプト・フィージビリティーの段階で最も効果を発揮します。


製品開発時に包括的な設計レビューを行うことは、信頼性の高い製品を確保するための実証済みの手法です。


DFRに関わるべき人は?

設計の最適化を同時に行うことを目的とした場合、典型的なエンジニアリングのサイロ化は逆効果になります。コンカレントエンジニアリングを実現するには、プロジェクトチームのメンバー全員の協力が不可欠です。その結果、DfRに含まれる必要があるのは以下の通りです。

  • コンポーネントライブラリを管理するコンポーネントエンジニア
  • アセンブリのシステム制約条件を設定するシステムエンジニア
  • CAD(コンピュータ支援設計)を担当するレイアウトエンジニア
  • 製造性を考慮した設計(DFM)や組立・箱詰めの接続を担当する製造エンジニア
  • 電力要件に基づいて基板を開発するサーマルエンジニア
  • ESS(環境ストレススクリーニング)やICT(インサーキットテスト)のパラメータを設定するテストエンジニア
  • 統計的手法や環境試験に重点を置く信頼性エンジニアは、通常、設計段階の後にDfRの一部となります。


製品や
システムの信頼性を確保するために完了しなければならないプロセスは長いですが、それだけの価値があります。製品をよりよく理解し、
信頼することができるのです。

DFR ベストプラクティス

ここでは、ほぼすべてのプロジェクトの開発に適用できる、DfRのベストプラクティスを紹介します。これらのベストプラクティスは、プロセスを導くものでもあります。

  • 生存可能性に基づいて信頼性の目標を設定する。例えば、15年間で95%の信頼性、90%の信頼性というように、信頼度で縛ることが多い。
  • MTTF (mean time to failure) や MTBF (mean time between failures) は、信頼性を測るものではないため、避けた方がよいでしょう。歴史的に、MTBF は経験的な予測ハンドブックを使用して計算されてきましたが、これは常に正しいとは限らない一定の故障率を仮定しています。


DfRを成功させるには、製品設計とプロセス
計画を、
コンカレントエンジニアリングとして知られる一貫したインタラクティブな活動に統合する必要があります。

  • 故障の物理学(PoF)を用いて、望ましい寿命や環境が設計にどのように影響するかを深く理解します。これには多大な労力が必要ですが、その分価値のある見返りがあります。
  • 平均的で現実的なワーストケースのシナリオを決定する
  • 故障の原因となるすべての負荷を特定する
  • 温度
  • 湿度
  • 腐食
  • パワーサイクリング
  • 電気的負荷とノイズ
  • 機械的曲げ加工
  • ランダム振動とハーモニック振動
  • ショック
  • すべての環境を含む
  • 製造業
  • 輸送
  • ストレージ
  • フィールド
  • この段階では寸法を緩めておきます。多くのハードウェアのミスは、任意のサイズ制約に起因しています。

自動設計解析ソフトウェアAnsys Sherlock は、製品開発プロセスの可能な限り早い段階で信頼性に関する知見を提供することで、DfRを強化します。これにより、製品の信頼性、開発期間、コスト削減を最適化することができます。DfR を開発プロセスに導入する方法について詳しく知りたい方は、ウェビナーをご覧ください:Implementing Reliability Physics into the Design Process:What Every Manager and Engineer Needs to Know.

または、こちらのウェビナーをご覧ください:Introduction to Reliability Physics Analysis.

Ansysができること

お問い合わせ

* = 必須項目

お問い合わせいただき、ありがとうございます。

We’re here to answer your questions and look forward to speaking with you. A member of our Ansys sales team will contact you shortly.

フッター画像