試作プロセスにおける機能安全試験の重要性

はじめに

製品開発における試作プロセスは、製品の質を決定づける極めて重要なステップです。
この中で、特に注目すべきポイントの一つが「機能安全試験」です。
機能安全試験は、製品が人命や財産に対する危険を回避するために必要な機能を確実に満たすかどうかを確認する重要なプロセスです。
本記事では、製造業の現場に根づく機能安全試験の重要性を詳しく解説します。

試作プロセスとは

試作プロセスは、アイデアが具現化し、実際の製品として市場に出るまでの中間段階を示しています。
このプロセスを通じて、製品の設計が最適化され、予期せぬ問題を発見・改善します。
例えば、ユーザーインターフェースや操作性、耐久性、その他の製造上の課題に対する理解が深まります。
また、試作段階での失敗は、製品リリース後に起こる可能性のある大きな問題を未然に防ぐ役割を果たします。

機能安全試験の意義

機能安全試験は、製品が危険な動作をしないように設計されているかを確認するためのテストです。
これは単に製品が動作するかを確認するに留まりません。
製品が故障したり、誤った操作を受けた場合でも、人や環境に危害を及ぼさないことを保証することが求められます。
特に、産業機械や医療機器、自動車部品など、命に関わる領域では、その重要性が極めて高くなります。

機能安全基準と規格

機能安全試験を取り巻く規格としては、国際的にIEC 61508が代表的です。
この規格は、電気/電子/プログラマブル電子安全関連システムの開発に関わる基本的な要求事項を規定しています。
例えば、自動車業界ではISO 26262、機械安全ではISO 13849-1といった関連規格が存在し、それぞれの業界標準に従って安全を確保します。

試作段階における機能安全の取り組み

試作段階での機能安全試験は、製品の設計開始段階から考慮すべきです。
開発初期にリスク評価を行い、潜在的なリスクを特定します。
その後の工程では、特定したリスクに対して具体的な安全機能や対策が適用されているかを確かめ、試作段階で実施するテスト計画を組み立てます。

具体的な試験の方法と課題

機能安全試験には、シミュレーション試験、モデルベース開発、試作機を使った実地試験などが含まれます。
それぞれの試験手法は、製品の性質や業界の特性に応じて最適なものが選択されます。

シミュレーション試験

シミュレーション試験は、コンピュータ上で製品モデルを使い、仮想的に機能と安全性を検証します。
この方法は、コストを掛けずに多角的なシナリオを試すことができるため、試作の初期段階で特に有効です。
しかしながら、現実の物理的環境を完全に再現することはできないため、あくまで補助的な手法にとどまります。

モデルベース開発

モデルベース開発は、開発プロセス全体を通じて継続的にモデルを活用し、設計の検証を行うアプローチです。
これにより、設計変更の影響を早期に確認し、より高い信頼性を実現します。
ただし、モデルベースの導入には、組織内のプロセスや文化の変革も必要であり、初期投資が欠かせない点が課題です。

試作機を使った実地試験

実地試験は、実機を使用して機能安全性を確認します。
試作機を用いた実地試験はシミュレーションの限界を補い、現実の運用環境での挙動を直接確認することができます。
これは多大なコストと労力を伴いますが、製品の最終的な安全性を保証するためには欠かせないプロセスです。

アナログ業界への課題と対応

製造業の中でも、特にアナログな手法に依存している業界では、機能安全試験の導入においていくつかの課題が生じます。

アナログ業界の現状

多くの製造業は未だに昭和的なアナログ方法による管理や試験を行っています。
紙ベースの作業指示書や手作業による試験が主流となっている場合も少なくありません。
これにより、情報の共有や試験結果の解析が困難となり、ミスが発生するリスクも高まります。

デジタル化の促進

アナログ業界が抱える課題を解決するためには、デジタル化が不可欠です。
試験結果のデジタル管理や、IoT技術を活用したリアルタイムモニタリングの導入は、機能安全試験の質を大きく向上させます。
さらに、デジタルツイン技術を用いることで、試作をデジタル空間で再現し、様々なシナリオでの安全性を確かめることも可能です。

まとめ

試作プロセスにおける機能安全試験は、製品が安全に使用されるための必須ステップです。
特に命に関わる業界では、その信頼性は絶対不可欠です。
アナログ業界も含め、試験のデジタル化や効率化を図りつつ、常に高い水準を追求し続けることが求められます。
今後も試作プロセスにおける機能安全試験の重要性を認識し、適切な実施ができるよう努めていきましょう。