1. 緒言
- 化学・石油化学分野では、安全の確保にとって重要な 設備寿命の予測が非常に難しいという問題がある。ここで設備の寿命というのは、定期整備の後、設備が 安全安定に機能を発揮し続け得る期間のことである。安全については多くの規制が出されているが、それら は所轄官庁毎に分断して制定されているため、規制領域 の間に過不足が生ずると共に、プラント全体を有機的に 捉える思考を阻み、結果として安全確保のために配備さ れた各種の補完対策は評価の対象から外され、専ら設備 のハード的な健全性のみを重視した保全運営を助長して きたように思われる。またその一方では、経時的な劣化傾向が充分に定量把 握されないまま、確率論的に設備の安全を論じようとす る主張もなされてきた。この様な状況の中で生産現場はこれ迄、寿命予測技術 の不足を安全側に充分な余裕を残して定期点検、整備を 実施することで補ってきたが、現今の事業環境は最早そ のような無駄を許さなくなり、その事情は化学・石油化 学分野に限らず原子力分野においても同様の状況になっ ている。 設備の故障とは、それを設置した利用目的に反して発生する社会にとっての不都合のことである。そしてこの故障を確実に予防しようとする時には、ど うしても設備の寿命を知ることが必要になってくるが、 その寿命は相当数の実績データを積み重ねても、設計や 製作の出来栄え、整備や運転操作面などに含まれる影響 因子が明確にされていない現状では、なかなか汎用化さ れたデータとして纏めることが出来ないでいる。 ・ポンプを例にとっても - この様な単純な設備におい てさえも - 故障はポンプを構成する色々な部位(要素 単位)に色々な形で現れ、それらの事象1つ1つには寿命 というものがあって、それらの寿命の全てが集積されて 初めて保全の管理単位であるポンプ(要素設備)の故障が 評価されることになるが、現実には使用流体の種類や圧 力、温度、設備の構造、整備レベル・・など、仮定した 影響因子に従って条件を整合させると、故障物理などの 知恵で不足を補強してもなお予測ができる程のデータは 中々集積が難しい。配管の破孔ですら、一箇所が破孔してもその直近部に は何の予兆も認められないという事例は多々あるし、同 じ海水でもその腐食性は東京湾と瀬戸内海では明らかに 異なっている。 * 換言すれば設備の寿命予測は、要求精度で予測するた めに必要な影響因子が予め特定されていれば、データの 蓄積も可能であろうが、それが出来ていないところにこ の予測技術の開発を困難にしている原因があると言って よい。
このような状況の中で生産現場に高い信頼性を経済的 に実現するためには、機器、配管、計器などプラントを 構成する全ての設備について、「機能低下(喪失を含む)」 と「設備損傷(破壊を含む)」の2つの視点から故障が 発生した時の被害を評価し、その大きさに応じて整備の 内容や間隔を体系的に決定する「最適化保全」の考え方 の適用が極めて有効になる。 以下にその考え方を紹介する。 なお「機能低下」と「設備損傷」とは、不都合を次の ような認識により2つに分類したものである。機能低下機能低下:設備が課せられた役割を果たさないために発生する不都合例えば性能不良、不調、誤作動、不作動など 設備損傷:設備が劣化、損耗することによって発生する不都合例えば破孔、破裂、設備損傷に よる危険物等の漏出、設備的・人的損害の 発生など2.寿命予測に関する現状(1) 基礎認識 Fig-1 は設備が故障に至る迄の運転時間の様子を、バラ ツキが正規分布を示すものと仮定して、横軸に整備を終 えた設備が再び故障を起こす迄の総運転時間を、縦軸に 故障発生密度を置いて概念的に示したものである。Fig. 1 Schematic frequency distribution of failureEquipment E Equipment that does not break readily and operates stablyEquipment P Equipment that has many unstable factors and breaks readily( Failure density)( Operating time )u : Regular inspection cycle of cquipment when used for important usage To Regular inspection cycle of equipinent when used for unimportant usage設備の故障が構成部位のどこかに不都合が発生して起 こるとすれば、同じ原因による同じ不都合は例えばこの 様な概念で整理されるであろうと想像したものである。勿論、化学工業等で用いられている多数の部品で構成 された諸種の設備が、多様な条件下で全てこの様に整理 できると確認されたものでも、まして具体値としてや oが取得された例もない。-321ForcedObsolete deterioration Natural deterioration deterioration> Early| Wear-out failure Chance failure failure< Life Cycle of element and component >>-K( Failure rate )Fig-2 Equipment Failure curve(Bathtub curve)・ また Fig-2 はバスタブ曲線と呼ばれるものであるが、こ の図が示す様に工業化された生産設備は初期故障、即ち初歩的な設計不良 や取扱いの不慣れ 等による故障発生 の段階を過ぎると 偶発故障の段階に入り、故障率があ (Operating time ) る種の許容レベル内に落着くと想定されている。 そしてこの想定は経験的にも妥当性が認められていて、 実用に供される設備はこの偶発故障領域での運用を前提 に、通常は摩耗故障領域に対してどれ程の時間的余裕を 残すかは別にして、故障率の低い偶発故障領域から摩耗 故障領域を臨みながら定期的に整備を行い運用に供され ている。ただ厳密にはこの偶発故障領域も通念として認識され ているもので、全ての場合に対して即断的に適用できる ものではなく、またこの段階の故障は予め原因や発生部 位が特定できない、ランダムに発生する故障であること から、この領域の運営では常時的な監視が不可欠の条件 になってくる。(2) 寿命予知対応の限界 設備には夫々与えられた役割があり、その役割が大き ければ大きい程故障に備えて、その機能を補完する方策 が2重、3重に対策されるのが普通である。「機能低下」は、このようなプラントを構成する設備 が負っている役割の大きさを評価する指標であり、原子 力発電プラントなどでは各設備相互の協調関係が FT や ET 解析などとして評価され、役割の大きさの確認が行な われている。そしてその役割の大きさは、その設備が機能を喪失し た時に発生する被害の大きさとして定量化され、その評 価にはその設備の設置環境や壊れ方によって発生する火 災や爆発、有害物質の流出など、「設備損傷」による被害 も加味される。 問題はその時の設備寿命の評価である。 それは例えば確率論的リスク評価の表現で云うと、あ る設備について新設時の故障発生確率が分かったとして、( Failure rate)UPOFig-3 Failure distribution chartその故障発生確率が例えば 100 年後にはどのようになっ ているか、同じか、違うとすればどの様な値になってい るのか、許容値を超えるとすれば何年経った時点で超え るのかと云った問題である。 * Fig-3 は Fig-1 の故障 発生密度を時間の経 過に伴う故障発生率 の変化として示した 故障発生分布図であ(Operating time) るが、言い換えれば この問題は、この図で見た場合にその設備の運用状態が 今どの位置にあるかを見定める問題である。しかし、現段階では Fig-3 のような故障発生分布図は、 それ自体が全く同じ設備や部品を同一条件で多用するよ うな特殊な場合を除き、次のような事情から作成は事実 上殆ど不可能な状態にあると云ってよい。 11. 設備寿命を決定付ける影響因子が明確にされていない現状では、仮定した多数の影響因子と共に寿命実績を大量に集積することが困難なこと -- 故障自体が破滅に繋がり兼ねない装置産業では、高い信頼性を持つ設備寿命の統計値が得られる程に 故障実績のデータ蓄積ができないことそしてこのことは、設備の安全確保の対策はここ当面、 設備寿命の正確な予測は期待出来ないと云うことを前提 に対応しなければならないことを意味している。(3) 信頼性確保の工夫件で多数の運用実績があるような特殊な例を除き、“ このような事情の中で、これ迄安全・安価・安心を確に耐える程の精度で故障発生の度数分布が描けない' 保するために、保全領域では様々な工夫が凝らされてき とに端を発する対応であると云うことである。 た。Fig-4 に各方面、各時点で採られてきた各種の努力を、 3.安全・安価・安心を実現する設備保全 また Table-1 にはそれらの努力の流れを概念的に示す。Fig.4Measures to earn higher reliabilityUpgrading the accuracy.of equipment life predictionI woning lile of eqalpntent longerFailure densityDevelopment of | dingmastic techniquesto predict Tailure. deterioratiou of equipment.Reliability improvement of equipmentOperating tineTable-1Management Technique Map for Equipment MaintenanceMeisureMansgenient based on failureMTangelagement based on anpirical compromise of humanAnd natural sciencephysicsElTerts to reduce damage in preparation for an Emergency (monitoring of changes in the circumstances - patrol, etc)Monitoring of an unexpected failure due to the poor quality of maintenance or improper operationSupplement of the lack of reliability arising from the utilization of trend managementMonitonng of an unexpected failure due to empirical sensuous managementMonitoring of the end of equipnient life to reduce repair costsEfforts to ensure thesoundness of rqui?riEfforts to Ettity the soundness of equipmentala low costEstablishment of performance restoration procedures to cuisure the life estimated by failure physicsShort-term life monitoring and prediction of causes of a failure by failure physicsIntroduction of a gradient allocation of managem't resources based on a concept of risk managementEfforts to entily the soundness of equipmentTotal coordination of equipment -related work by establishnient or systematic equipment operating standards Efforts to make reliability evaluation easy by introducing systeinatic equip manage.proceduresExcessive maintenance (ensure the soundness of equipment by an increase in maintenance costs)Efforts to ensure the soundness of equipmentBreakdown maintenance (a kind of gradient allocation concept)Establishment of life estimation techniques by failure physicsElTurts to estimate equipment lifeEfforts to acquire know how to eliminate failure factors by data analysis Factorization of equipment into elemental parts, subdivision of attributes and data accumulationElforts to ensure reliability in life estimationElfort to enhance reliability based on the evaluation of the actual performance of operation and the results of corrective maintenanceEforts to understand and evaluate cund'ns of the soundness of equipmentEtforts to understand conditions exactly based on dataEnforts to understand conditions sensuously based on experiencesLeave things to chanceそしてその様な信頼性確保の対策では、例えば「安全・ 安価」に対しては設備寿命の予測精度の向上(予測技術の向上) 設備性能の安定化(整備技術の向上)設備の長寿命化(設備仕様の改良) - 余命診断技術の向上(信頼性の確認) 等の対応が挙げられ、更に「安心」については未だ殆ど 緒についていない段階ではあるが、設備管理業務の透明化(設備の運用実態などの 情報を、専門家ではない市民や関係者が容易に理解できる形で定量的に表現する方法の開発) 等の方法が取り上げられている。ただ再度ここで認識しておくべきは、これらの努力は “設備の寿命が正確に予測出来ない”ことへの補完とし て実施されていること、確率論的なアプローチで言えば プラントを構成する個々の設備に対して、同一仕様・条 件で多数の運用実績があるような特殊な例を除き、“実用 に耐える程の精度で故障発生の度数分布が描けない”こ とに端を発する対応であると云うことである。(1) 安全の確保「設備の持つ信頼性」の度合いは「設備の段れ易さ」 と補数の関係にあるが、その値は定期整備で初期値に復 元された後、故障発生率が低位で落着く偶発故障の段階 を経て一定の目標故障予防信頼率が確保出来なくなる限 界で次の定期整備が行われ、再び初期値に復元されると 生産現場は考えている。 そして生産現場はこの様な想定のもとに、次回の定期次回の定期322整備に至る操業期間中の故障発生率を所期の低位安定レ ベルに保つべく、プラントを構成する各設備の整備計画 を立案し実行している。このことは言い換えれば設備の運用とは、設備に完全 無欠の性能保証を求めるのではなく、完全無欠ではない 設備から如何にして有用な機能だけを引き出し、有害な 事象の発生を抑えるかという活動であると云うことがで きる。そしてこのような認識を保全業務に当て嵌めて考える と、設備の運用は「設備を壊れなくする」「設備寿命を予 知する」と云う発想だけではなく、“壊れても有害な事態 を発生させない”ということにも着眼して対応すべきこ とを示唆している。勿論、原子力発電所の炉心溶融のような飛び切り有害 な事態の発生に対しては、“事実上絶対に”起こさないた めの対策が何重にも設計段階で施されているが、当然の ことながらそのように対策された設備であっても、経時 劣化に対しては同様の認識が必要になってくる。(2) 有害な事態を発生させない保全“壊れても有害な事態を発生させない”ことを主旨と した保全は、故障したら重大な被害が発生する設備には 点検整備をより短い間隔、より精緻な内容で行い、逆に 被害の発生が少ない設備に対しては点検整備の周期をよ り長くする等の措置を採ることにより行われる。これは設備が現在バスタブ曲線のどの位置で運用され ているかが特定できない状況の中で、確保すべき安全は 確実に確保しつつ、可能な設備には保全費の削減を狙っ て整備内容の簡易化や改造を試み、得られた知見は積極 的に他に展開していくことを主旨としたものである。そしてこの設備保全の方法では、対象設備に関する最 も信頼できる情報は、その設備がそれまで運用されてき た対応の帰結である現時点の設備の実態であるとして、 その状況を起点として安全と安価の両立を目指す対応が 体系的に展開される。そのためこの保全法を導入する場合には、先ず現状の 信頼性のレベルが満足か否かに拘らず、その信頼性が再 現できる情報を集約整理するところから始められる。そしてその上で故障すれば大きな被害が発生する重要 な設備には点検整備の頻度、内容、状況監視等を強化した “手厚い対応”が、逆に被害の少ない設備にはより簡略- - 323化した対応が計画的に適用されることになる。またこの種の保全法を採用する際に、特に重要なこと は網羅的にこれを行なうこと、気が付いたことを気が付 いた範囲で実施するのではなく、プラントを構成する全 ての設備を同じ尺度で体系的に評価して遺漏無く対応策 を決めることである。(3) 最適化保全前項に示す保全方式を採用する場合には、次のような 運営基準の制定が必要になる。 ? 設備が「機能低下」や「設備損傷」を起こした時に発生する影響度を定量的に評価する評価基準 設備の「壊れ易さ」を定量的に評価する評価基準 設備が故障した時の影響を許容限度内に抑えるための「管理の手厚さ」を決める設備管理基準 ? 設備が保有する現在の信頼性を確実に再現するための「設備管理処方」の制定基準1「設備損傷」の影響度に関する定量評価 「プロセス特性」と呼ぶ指標により評価されるもので、 その設備が設置された「場」(使用条件)の厳しさを、 例えば取扱物質や取扱条件の過酷さが含む危険性で 評価 2「機能低下」の影響度に関する定量評価 「機能特性」と呼ぶ指標により評価されるもので、設 備が持つ機能の大きさを設備が機能を喪失した時に 発生する波及被害の大きさで評価 3 「壊れ易さ」の定量評価 「設備特性」と呼ぶ指標で評価されるもので、設備が 確保している信頼性の大きさを、設備が故障するま での安定運転時間の長さで評価 @「管理の手厚さ」を決める設備管理規定 保全対応を「設備の壊れ易さ」と設備が故障した時 の影響大きさの両面から評価し、その大きさに応じ て手厚さのレベルを決定する規定 5「設備管理処方」の整備 現有の設備信頼性を再現するために必要な、定期整 備や偶発故障を抑止の為の日々の手入れ、監視、OSI 等に関する処方を網羅して規定この様な設備保全の手順を体系的に整理して実施するのが、以下に概要を述べる「最適化保全」であり、この 様な体系的な保全運営法を導入することによって、生産 現場では次の様なメリットも同時に享受することが可能 になる。所轄官庁毎にバラバラに規制されてきた安全確保の 対応を、プラントを1つの有機体として捉えた上で、 特性に応じて無駄のない、しかも評価や対策に継目 の無い確実で合理的な計画として立案、実行できる 体制に強化することができること - 設備運用の有りのままが専門家ではない一般の人達にも容易に理解できる形で提供可能となり、一般市 民のみならず企業の経営者にも「安心」を醸成する 素地を提供することが可能になること4. システム化プラントを構成する各設備の健康状態は、経時劣化や 操業、整備実績等によってダイナミックに変遷するので、 「最適化保全」を遺漏無く展開するためには、その運用 状態や対応実績を体系的に整理蓄積し、必要に応じてレ ビューし改定し活用する運営基盤としてシステム化を進 めることが重要な要件になってくる。保全に係る各業務は、例えば Fig-5 の様に相互に関連 を持って運営されるために、各業務との間で情報のやりFig 5 Work Flow of Plant Managementfounder Sintent.comententryat colarinchBeautries&HABAL imativatal ngsstagitatic planguit meater 「 け んけんさんAnd remiasLetronditionstweetArroners いきめOceavesTweenpetbordKTndedneyamat adphow WAT1516さん!AftesweiNagatootperedia Skews 22:00 de fastronginemiesてね.shi 中学Cookshedass.HIRTSyasaoo tound skusami saminear wing Sested pareemannaAudiot awaCONS TRUCTIONEONTRATOfarmornhuwowttw14usertair wantrandow取りや蓄積、検索、修正、経緯の保存などの作業が発生 し、これらの業務を確実かつ効果的に遂行するためには、 システム化が不可欠になるからである。そしてそのシステム化では例えば Table-2 の様な諸種 のデータが必要になるが、その中で単純な体系に整理さ れた「最適化保全」の指標は、必要なシステムの構造計 画や構築を容易にする上で極めて有用な資料となる。Table-4Mechanism for Evaluating Equipment Function言カEvaluation of potential tossmema Eval. it cins Detailed itemMethod of evaluation classification ? Evaluate whether the functional loss orelemental equipment may lead to breakage of related equipment, with a {wo-grade classification Grade A(Bieakage) andGrade B No breakage) ? Evaluate the Detailed items 1 to 3 byapplying the evaluation criteria for the 1. Waste waterenvironmental danger of the Process 2. Emissionproperty 3.Noise.odor.etc. ? Evaluate the Detailed item 4 by classifying 4. Ilealthit into grades, from a level that exerts an iniluence on outside of works to a level that exerts no influence on these.Breakage danger.disturbance Production Environinental disturbance1. Continuationof operation 12. Product quality3. Resources 4.Energy1. Evaluate these items by applying theevaluation criteria for the production disturbance of the Process propertyEvaluation criterionCor Equipment(HighestEvaluation of urgencygrade)Potential loss ABCDJA A 800Grudel Evaluation classification AFunctional loss causes an immediate loss Minimum time to take measures for functional loss is aequired Ordinary measures can be taken for functional loss Functional loss exerts no immediate influenceaBBCDciccom DDDDDMASARA2「設備特性」の評価基準 通常、定期点検整備の周期の長短を現時点での設備 寿命(初期値)と見做して、Table-5 の様に A-D の 4段階で評価 なお定期整備の周期を設備寿命と見做すのは、寿命 予測技術が未熟な現状では、その判断が生産現場の ポテンシャルの総力であり、更には現場の先進性や 後進性に左右されず、どの現場でも容易に入手可能 な値であることによるTable-5Grade Evaluation measureExample of Evaluation Criterionfor ““Equipment property““ A | B | c | DLInspection cycle (year) FragileOne | 2 | 3 or more4 「保全管理密度」 横軸に「プロセス特性」と「設備特性」の総合評価 である「使用上の重要度」、縦軸に「設備特性」を置 いた Fig-6 に例示するマトリクス上で、保全担当役員 が自ら安全性と経済性を両立させる費用配分方針と して4段階で規定Importance in Use参考文献ー[1] 玉木悠二“設備保全の最適化とその手法”、オートメーション、Vol.46, No. 11 (2001.11) [2] 玉木悠二“設備運用のトータル最適化(10回連載)”、オートメーション、日刊工業出版プロダクション、Vol.47, No.5~Vol.48, No. 2 (2002.5~2003.2) [3] 玉木悠二“ビルメンテナンスの最適化を考える(3回連載)”、設備と管理、オーム社、第 38 巻第9 号~第 11 号(2004.9~11)って4段階で規定Importance in UseFig-6 Matrix for establishingmaintenance management densityA 2A ABB |AislcEquipment Property[DB「使用上の重要度(Importance in Use)」 = 「プロセス特性」と「設備特性」に含まれる評価の中の最高評点」 に 最高評点- - 3255「設備管理処方」のベータベース設備管理に関する全ての業務を、例えば次の4つの カテゴリに分けて整理 * ? 作動中の設備の偶発異常を早期に発見し対策に繋ぐため運転部門が実施する設備管理 ? 保全部門が専門知識、技能を用いて偶発故障の発生を予知予防する設備管理 * ・ 定期点検整備の補完として実施する中間整備、日常整備、故障診断等の設備管理 * 設備の経時劣化を初期状態に復元し、次回の定期点検時期迄、所定の性能を維持することを主旨 として実施する設備管理「最適化保全」のシステム化に際して配慮すべき事項 としては、例えば次の様な点が挙げられる。 - 設備データや運用実績データを目的に応じて抽出し再加工できること - 日々発生する各種の実績データが簡便に整理、蓄積できること - 最初から多くを望まず現場の進展に合せて逐次的にシステムの充実化が図れること - 既存システムとリンクが容易にとれる構造を持つ のこと [1] 玉木悠二“設備保全の最適化とその手法”、オートメーション、Vol.46, No. 11 (2001.11) [2] 玉木悠二“設備運用のトータル最適化(10回連載)”、オートメーション、日刊工業出版プロダクション、 Vol.47, No.5~Vol.48, No. 2 (2002.5~2003.2) [3] 玉木悠二“ビルメンテナンスの最適化を考える(3回連載)”、設備と管理、オーム社、第 38 巻第9 号~第 11 号(2004.9~11)“ “高信頼性を経済的に実現する保全計画法“

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