故障モード、影響、および重要度分析

このステップでは、分析対象となる主要システムを定義し、システム、サブシステムまたは機器、ユニットまたはサブアセンブリ、および部品といった階層構造に分割します。システムの機能記述を作成し、サブシステムに割り当て、すべての運用モードとミッションフェーズを網羅します。

詳細な分析を行う前に、通常は基本ルールと前提条件が定義され、合意されます。これには、例えば以下のようなものが含まれます。

• 特定の固定期間のミッションフェーズを含む標準化されたミッションプロファイル
• 故障率および故障モードデータの情報源
• システムに組み込まれたテストによって実現される障害検出範囲
• 分析が機能的か部分的か
• 考慮すべき基準（ミッション中止、安全性、メンテナンスなど）
• 部品または機能を一意に識別するためのシステム
• 重症度カテゴリーの定義

次に、システムとサブシステムは機能ブロック図で示されます。信頼性ブロック図またはフォールトツリーは通常、同時に作成されます。これらの図は、システム階層のさまざまなレベルにおける情報フローを追跡し、クリティカルパスとインターフェースを特定し、下位レベルの障害が上位レベルに及ぼす影響を特定するために使用されます。

解析対象となる各部品または各機能について、故障モードの完全なリストが作成されます。機能的FMECAの場合、典型的な故障モードには以下が含まれます。

• 時期尚早な手術
• 必要な時に作動しない
• 出力低下
• 断続的な出力
• （現在の状況では）誤った出力です
• 無効な出力（どの条件でも）

部品FMECAの場合、故障モードデータはRAC FMD – 91 ^{[ 14 ]}やRAC FMD – 97 ^{[ 15 ]}などのデータベースから取得できます。これらのデータベースは、故障モードだけでなく、故障モード比も提供します。例：

次に、各機能または部品は、故障モードごとに1行ずつ、マトリックス形式で一覧表示されます。FMECAは通常、非常に大規模なデータセットを扱うため、各項目（機能または部品）および各項目の各故障モードに一意の識別子を割り当てる必要があります。

故障の影響は、基本ルールで特定された基準を考慮して、FMECAマトリックスの各行について決定され、入力されます。影響は、ローカルレベル、上位レベル、および最終（システム）レベルごとに個別に記述されます。システムレベルの影響には、以下が含まれる場合があります。

• システム障害
• 動作不良
• システムステータスエラー
• 即時の影響なし

様々な階層レベルで使用される故障影響カテゴリーは、分析者が工学的判断に基づいて調整する。

各固有アイテムの各故障モードに対して重大度分類が割り当てられ、システムレベルの影響に基づいてFMECAマトリックスに入力されます。通常、3～10の重大度レベルを持つ少数の分類が使用されます。たとえば、MIL - STD - 1629Aを使用して作成する場合、故障または事故の重大度分類は通常MIL - STD - 882に従います。^{[ 16 ]}

米国連邦航空局（FAA）、NASA、欧州宇宙機関の宇宙用途における現在のFMECAの深刻度カテゴリは、MIL - STD - 882から派生しています。 ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

各コンポーネントおよび故障モードごとに、システムが当該故障を検出および報告する能力が分析されます。FMECAマトリックスの各行には、以下のいずれかが入力されます。

• 正常：システムは乗組員に安全な状態を正しく示します
• 異常：システムが乗組員の対応を必要とする故障を正しく示しています
• 誤り：システムが故障時に誤って安全な状態を示す、または存在しない故障について乗組員に警告する（誤報）

故障モードの重要度評価は、定性的または定量的評価のいずれかで行うことができます。定性的評価では、事故発生確率コードまたは数値が割り当てられ、マトリックスに入力されます。例えば、MIL - STD - 882では5段階の確率レベルが用いられています。

故障モードは、重大度コードを一方の軸、確率レベルコードをもう一方の軸として、重要度マトリックス上に図示することができます。定量的評価の場合、モード重要度番号${\displaystyle C_{m}}$各アイテムの各故障モードごとに計算され、アイテムの重要度番号が算出されます。${\displaystyle C_{r}}$各項目について計算されます。重要度番号は、以下の値を使用して計算されます。

• 基本的な故障率$\displaystyle \lambda _{p}}$
• 故障モード比${\displaystyle \alpha }$
• 条件付き確率${\displaystyle \beta }$
• ミッションフェーズの期間${\displaystyle t}$

臨界数は次のように計算されます。${\displaystyle C_{m}=\lambda _{p}\alpha \beta t}$そして${\displaystyle C_{r}=\sum _{n=1}^{N}(C_{m})_{n}}$基本的な故障率$\displaystyle \lambda _{p}}$故障モード比は通常、MIL - HDBK - 217、PRISM、RIAC 217Plus、または類似のモデルに基づく故障率予測からFMECAに入力されます。故障モード比は、RAC FMD -  97などのデータベースソースから取得できます。機能レベルのFMECAでは、故障モード比を割り当てるためにエンジニアリング判断が必要になる場合があります。条件付き確率番号${\displaystyle \beta }$これは、故障モードが発生したという条件の下で、故障の影響が特定された深刻度分類につながる条件付き確率を表します。これは、損失が発生する可能性に関するアナリストの最善の判断を表します。グラフィカル分析では、重要度マトリックスを以下のいずれかの方法でグラフ化できます。${\displaystyle C_{m}}$または${\displaystyle C_{r}}$一方の軸に重症度コード、もう一方の軸に重症度コード。

各項目の各故障モードに対する重要度評価が完了すると、FMECAマトリックスは、深刻度と定性的な確率レベル、または定量的な重要度番号で並べ替えることができます。これにより、設計上の対策が必要な重要項目と重要な故障モードを特定することが可能になります。

FMECA（故障モード影響解析）を実施した後、重大な故障の影響を軽減するための設計に関する推奨事項が提示されます。これには、より信頼性の高い部品の選定、重要部品の動作時のストレスレベルの低減、システムへの冗長性や監視機能の追加などが含まれます。

FMECA は通常、保守性分析とロジスティクス サポート分析の両方に利用され、どちらも FMECA からのデータを必要とします。FMECA は、パフォーマンス向上のためのシステムの故障と重要度分析に最もよく使われるツールです。インダストリー 4.0の現代では、産業界は機械システムの予測保全戦略を実施しています。FMECA は、予測保全のために機械システムとそのサブシステムの故障モードの特定と優先順位付けに広く使用されています。^{[ 20 ]}

FMECAレポートは、システムの説明、基本ルールと前提条件、結論と推奨事項、追跡すべき是正措置、および添付のFMECAマトリックスで構成されます。FMECAマトリックスは、スプレッドシート、ワークシート、またはデータベース形式である場合があります。