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故障解析とは、故障の原因を特定するためにデータを収集・分析するプロセスであり、多くの場合、是正措置や責任の所在を明らかにすることを目的としています。BlochとGeitnerによれば、「機械の故障は、原因と結果の連鎖反応を示し、通常は症状と呼ばれる欠陥である…」[ 1 ] 。故障解析は、正しく実施され、それに基づいて行動すれば、費用、人命、資源を節約できます。これは、電子機器産業など、製造業の多くの分野で重要な分野であり、新製品の開発や既存製品の改良に不可欠なツールとして使用されています。故障解析プロセスは、故障した部品を収集し、顕微鏡や分光法など、さまざまな方法を使用して故障の原因を調査することに依存しています。非破壊検査（NDT）法（工業用コンピュータ断層撮影スキャンなど）は、故障した製品が分析の影響を受けないため、有用であり、検査はこれらの方法から開始されることがあります。
故障解析の出発点は、故障したプロセスまたは製品に対するフォレンジック調査です。このような調査は、電気的および機械的測定などの科学的分析方法、または製品不良報告書や同種の過去の故障例などの故障データを分析することによって行われます。フォレンジックエンジニアリングの手法は、製品の欠陥や不具合を追跡するのに特に有効です。例えば、疲労亀裂、応力腐食割れや環境応力割れによって生じる脆性亀裂などが挙げられます。目撃者の証言は、起こりうる一連の出来事、ひいては原因と結果の連鎖を再構築する上で貴重な情報となります。故障の原因が特定された際には、人的要因も評価できます。製品の故障を未然に防ぐための有効な手法はいくつかあり、故障モード影響解析（FMEA）やフォールトツリー解析（FTA）などが挙げられます。これらの手法は、製品を市場に出す前に、プロトタイプ作成段階で故障を分析するために使用できます。
故障解析で使用されるいくつかの手法は、故障が見つからない場合（NFF）の解析にも使用されます。NFFとは、保守の分野で使用される用語で、最初に報告された故障モードを評価技術者が再現できず、したがって潜在的な欠陥を修復できない状況を指します。
NFF（故障）の原因としては、酸化、電気部品の接続不良、回路の一時的な短絡や断線、ソフトウェアのバグ、一時的な環境要因、さらにはオペレーターの操作ミスなどが挙げられます。最初のトラブルシューティングでNFFと報告されたデバイスの多くは、同じNFF症状や恒久的な故障モードのまま、故障解析ラボに持ち込まれることがよくあります。
故障解析という用語は、経営管理や軍事戦略といった他の分野にも適用される。
故障解析エンジニアは、部品や製品が使用中に故障した場合、または製造中や生産工程中に故障が発生した場合など、故障解析において主導的な役割を果たすことが多い。いずれの場合も、将来の故障を防ぐため、および/またはデバイス、部品、構造の性能を向上させるために、故障の原因を特定する必要がある。構造エンジニアや機械エンジニアは、この仕事に就くのに非常に一般的である。材料エンジニアなど、より専門的な専攻の人もこの職に就くことができる。冶金学や化学の専門知識は、材料の特性や強度とともに常に役立つ。さらなる予防や責任問題など、さまざまな理由で採用される可能性がある。この分野での経験を持つ故障解析エンジニアの平均年収は81,647ドルである。[ 2 ]故障解析エンジニアには、十分なコミュニケーション能力と他者と協力する能力が求められる。通常、採用される人は工学の学士号を取得しているが、取得できる資格もある。[ 2 ]
様々な製品の故障解析には、以下のツールと技術が用いられます。
目視観察は非破壊検査である。これにより、破壊前に永久塑性変形のない脆性の兆候が明らかになった。せん断キーロッドの最終的な破壊点である亀裂が示された。技術者たちは、水素が亀裂の発生に関与していると疑った。[ 3 ]
走査型電子顕微鏡は、亀裂面を高倍率で走査して破壊をよりよく理解するためのものです。完全な破壊は、亀裂が臨界サイズに達したときにロッドが荷重に耐えられなくなった後に発生しました。[ 3 ]
微細構造検査では、金属の相互結合に関するより詳細な情報を明らかにするために断面が検査された。[ 3 ]
ロックウェルC硬度とヌープ微小硬度の2つの方法を用いた硬度試験により、熱処理が正しく行われていなかったことが明らかになった。 [ 3 ]
引張試験により、エンジニアは降伏強度、引張強度、伸びが要件を満たすのに十分であったことを知ります。複数のサンプルが採取され、Anamet Inc.によって実施されました。[ 3 ]
シャルピーVノッチ衝撃試験は、棒のさまざまなサンプルを使用して鋼の靭性を示し、Anamet Inc.によって実施されました[ 3 ]。
化学分析は、Anamet Inc.によって行われた最終試験であり、その鋼材の要件を満たしていました。[ 3 ]
ロッドは、高引張荷重による水素と材料中に既に存在する水素によって水素脆化を起こし、破損した。ロッドが強度要件を満たしていなかったために破損したわけではない。要件は満たしていたものの、構造が不均一であったため、強度にばらつきが生じ、靭性が低下した。[ 3 ]
この研究は、故障解析を行う多くの方法のうちのいくつかを示しています。それは常に、犯罪現場のような非破壊的な観察から始まります。次に、元の部品から材料の断片が採取され、さまざまな観察に使用されます。その後、破壊試験が行われ、材料の靭性と特性が調べられ、何が問題だったのかが正確に特定されます。[ 3 ]
オークランド・ニミッツ・フリーウェイは、橋の強化プログラムが実施された後も地震で崩落した橋である。さまざまな技術者にこの状況について意見を求めた。ジェームズ・ロジャースのように、プログラムや当局を非難しない者もおり、ロジャースは地震では「エンバカデロもニミッツと同じことが起こる可能性が高い」と述べた。[ 4 ]他の者は、もっと予防策を講じることができたはずだと述べた。プリーストリーは、「道路を強化するための当局の2つのプロジェクトはいずれも、橋の継ぎ目の弱さの問題に対処していなかった」と述べた。一部の専門家は、この災害を防ぐためにもっとできることがあったことに同意した。このプログラムは「崩壊をより深刻にした」として批判されている。[ 4 ]
製品は、最も過酷な状況下でも機能する必要があります。これは、建物や航空機などの高価な建造物に使用される製品にとって非常に重要です。これらの部品が故障すると、深刻な損傷や安全上の問題を引き起こす可能性があります。製品は、「この「最悪のシナリオ」に伴う危険を最小限に抑える」ように設計されます。最悪のシナリオを判断するには、製品、その負荷、および使用環境を完全に理解する必要があります。製品が運用開始される前に、多くの場合、プロトタイプは実験室試験を受け、製品が想定どおり最悪のシナリオに耐えられることが証明されます。[ 6 ]現在、ジェットエンジンに対して行われている試験の中には、エンジンが耐えられるかどうかを確認する非常に集中的なものがあります。
これらのテストは、製品が実際に使用される際の負荷よりも厳しくなければなりません。エンジンは、どのような状況下でも製品が適切に機能することを保証するため、最大限の負荷をかけられます。双方における故障解析は、損傷の防止と安全性の維持を目的としています。