田口メソッドの真髄を語る「閉じられた世界」から「開かれた世界」へ

品質工学会名誉会員
原和彦
URL http://kaz7227.art.coocan.jp
Email bzh02554@nifty.com

ST  S   S NS  / S N の最大化を図る

「研究開発の生産性」を高める（研究開発の生産性）＝（アイディアの生産性）×（評価の生産性）

田口メソッドの真髄は、ダメなモノはダメを教えてくれる。
アイディアの生産性は、個人の能力で決まるが、たくさんのアイディアを創造できるかが問題。

評価の生産性は、機能性評価とパラメータ設計
１．機能性評価では、スペックはダメで、機能性を評価せよ。
２．直交表はダメなアイディアに早くダメ出しをするリトマス試験
紙で、ダメ出しされたら、自分のアイディアに固執せず特性値・制御因子・ノイズの見直しで無駄なあがきを避ける
３．制御因子の交互作用がある場合は下流では再現しない。
４．これまで解けなかった問題を試行錯誤で解けるようになるかが問題で、田口メソッドはアブダクションの方法論である。

品質工学はアブダクション方法論－「閉じた世界」から「開いた世界」へ－
科学的方法論は、「演繹法と帰納法」など理論的に説明できる範囲で考える。（レスポンスの研究）
PDCAは確認（Chek）管理の方法論。

技術的方法論は、効率的な試行錯誤で、理論的に説明できない範囲まで考えるアブダクション思考法である。
「ひらめき」が大切である。
統計学者は「手法に理論的根拠がない」と反論したが、田口先生はモノ作りは統計学と関係ないと相手にしなかった。西堀栄三郎
初代南極越冬隊長の（忍術でもええで！）は有名である。
PDSAは観察研究（Study）の方法論。（デミング博士）

13568＝3 35280=3 48920=4 86938=6 56821=3 56390=?
上式の?はいくつか。

科学的思考から技術的思考へ
科学的思考は、自然現象を解明して、一つの正しい答え（１＋２＝３）を求める。実験計画法では、レスポンスの研究が目的で、ばらつきは等分散で、平均値（収率などのスペック）で答えを求める。

技術的思考は、自然にない人工的なものづくりが目的で、たくさんの答えの中から、ノイズに強い最適解をSN比で求める。低コスト・並精度の部品で、ばらつきは不等分散で、市場ばらつき優先で、顧客が満足する低価格製品を作る。

寿命試験から機能性の評価へ－機能性の評価で寿命を推定－
スリップ機構の品質問題と機能性の評価
自動止水栓を開発したとき、１億回の寿命試験で、止水機能を確認して、出荷しましたが、市場では半年足らず（約 200 回）で故障してしまいました。

品質工学では下記のような評価を行います
問題を起こしたスリップ機構の「理想機能」を決める
理想機能は、「締め付け量 M と回転力 y との比例関係」

y = βM である.
信号因子：締め付け量 M（皿ばねの撓み量 mm）
出力特性：回転力 y（トルク計で測るkg・cm）

誤差因子：N1（ 25℃の水で 0 時間）
N2（100℃温水で 24,48,72 時間放置）
回転つまみ

不良品 72 時間後回転力機能限界y

良品 72 時間後初期

主軸
皿ばね摩擦板

締め付け量 M感

歯車度変化率

不良品

機能限界

良品

Δβ
スリップ摩擦機構

722001000 時間●1億回の寿命試験で出荷したが，市場では半年以内（約200回）で故障してしまった。
●最も厳しい24時間以内の温水試験の機能性の評価に切り替えたロバスト設計で問題を解決した。
99レスポンスの研究から機能性評価へ“Dynamic Characteristic”

S-H変換によるシステム選択
マッサージ椅子の開発プロセス（1980年）

エンジンの機能性の評価（1）－目的機能の評価－
１．

目的機能（Objective Function）で評価する場合エンジンの機能は，ガソリンの燃焼エネルギーをピストンを利用してクランクシャフトを回転させる機械的トルクに変換することである．
図示
平
均
有効
圧力
ｙy=βM（理想機能）

燃料消費量

Ｍ

2ＳＮ比   10 log
22
感 度 S  10 log この研究では，騒音や振動を減らしただけではなく，車の燃費を８%減らすことに成功した．
（Ford Motor Company の事例）

この目的機能の研究では，弊害項目のNOxに対する対策が抜けていたのである．
目的機能の研究では「一石全鳥(One stone kills all birds)」というわけにはいかなかったのである．

エンジンの機能性の評価（2）－基本機能の評価合－
２．

基本機能（Generic Function）で評価する場合エンジンの基本機能は「化学反応」である。エンジンに燃料，空気などを入れて，圧縮した上で点火すると爆発が起こり，ピストンを動かすのであるが，これは化学反応を用いているシステムである。

1.0

酸素量y

基本機能（理想機能）を次のように定義する。

p  e  1T

副反応物（ＮＯｘ）
1-p-q

p  q  e   2T
反応速度β1，β2を求める．

目的物（CO2,H2O）qＳＮ比0未反応物（O2,CO）
反応時間p

ｻｲｸﾙﾀｲﾑT
酸素の行方感度1  1 T ln 1 q  2  1 T ln 1  p  q   10 log 12  2 22S  10 log 1

ＳＮ比と感度が大きい方が効率がよいと評価される。

購入部品の評価
CdS素子の機能性の評価（１）
1． CdS素子の目的機能と基本機能
CdS素子は電気回路の開閉を周囲の明るさによって，自動的に制御するために開発されたものである。設計者の要求する品質特性としては，式（1）のようなγ率（抵抗比の対数／光量比の対数）などが考えられる。
100
 10
 {ln(R10 / R100 )} /{ln(L100 / L10 )}(1)
品質の安定性を確保するためには、開発設計段階に於いて、回路素子の基本機能について下記のような評価を行うことが大切である。
CdS素子の目的機能は「光量の変化で抵抗値が変わること」であるから，式(2)のような指数関数が成り立つことが予測される。
R  R0 e  ( L L )(2)
そこで、CdS素子の基本機能，「光量によって変化する抵抗の機能である電圧と電流の比例関係（オームの法則）」を式(3)のように考える。
I  (1 / R)V  {e  ( L L ) / R0 }V(3)
ここで、
I  y,1 / R   , V  M とおくと
理想機能はy  M
(4)00で表わされる。
光量 100Lx
光量 10Lx

抵抗I

電流

I=(1/R1)V
V

Ｒ

I

I=(1/R100)V
I=(1/R10)V

Ｉ

I=(1/R10)V

光量 1LxVI

I=(1/R1)V

I=(1/R100)VV110100

光量 L

光量と抵抗の関係（製品の目的機能）

図１

電圧 V
電圧と電流の比例関係（技術手段の基本機能）

購入部品の評価では顧客の欲しい機能について，品質特性の規格に対する合否の判定ではなく，機能性の評価に変えることで短時間で市場における品質を評価できる

ＣｄＳ素子の機能説明図

21

CdS素子の機能性の評価（2）２．基本機能の評価実験
基本機能の計測特性について、入力信号を電圧、出力特性を電流として、光量や劣化ノイズ別に表１のように計測する。
この実験においては、光量と電流の物理的な関係が分からなかったので、光量は信号因子として扱わず使用条件（標示因子）と考えた。
この実験の調合ノイズは下記のとおりである。
N1：初期状態（常温、常湿）
N2：劣化状態（高温、高湿）
表１のデータは表２に示す品種６の製品について実験したものである。
Ｍ1（2Ｖ）
Ａ1（Ｎ1(初1lx） ｙ11（Ｍ2（8Ｖ）

Ｍ3（14Ｖ）

2.5）ｙ12（ 11.0）ｙ13（20.0）

Ａ2（ 10lx） ｙ21（ 20.0）ｙ22（ 93.0）ｙ23（ 170.0）

期)

線形式
Ｌ1=373.0

Ｌ2= 3164.0

Ａ3（100lx） ｙ31（184.0）ｙ32（820.0）ｙ33（1480.0） Ｌ3=27648.0
Ａ1（1lx） ｙ41（2.5）ｙ42（ 10.2）ｙ43（18.2）

Ａ2（ 10lx） ｙ51（ 21.0）ｙ52（ 90.0）ｙ53（ 164.0）

Ｎ2(劣化後)

Ｌ4=

341.4

Ｌ5= 3058.0

Ａ3（100lx） ｙ61（178.0）ｙ62（800.0）ｙ63（1400.0） Ｌ6=26356.0

表 １ 電圧と電流の入出力関係

３．実験データの解析
抵抗の機能の安定性（SN 比）1

  10 log 6 r( S   Ve )VN

1

 10 log 6264(2344528 140)324

 6.60db

抵抗値の大きさ(感度)S  10 log• 光量に関係なく，抵抗値が安定していることが望ましいので，各光量におけるオームの法則（電圧と電流の比例関係）を満足していることを評価すればよい。
• ノイズの影響は使用環境や耐久試験の前後を考える。

11(S   Ve )  10 log(2344528 140)  31.70db
6r
6  264

22

CdS素子の機能性の評価（3）４．評価の結果と考察
市場における３社の９品種について、上記の評価実験を行い、初期と劣化後の SN 比を求めた結果と総コスト（製品コスト＋品質損失）の比較を表２に示す。
品種
１２③４５６７８⑨

初期値 24 時間後 損失コスト 製品コスト
総コスト
１０．２９ １２．０８９．４円
８０円
８９．４円
１０．２１ １１．４９１０．６円
１００円１１０．６円
１３．１２ １５．１９
４．５円
８０円
８４．５円
８．２１
０．５１ １３３．９円
５０円
１８３．９円
５．６４
４．４２５４．１円
４０円
９４．１円
８．１２
６．６０３２．８円
６０円
９２．８円
７．７４
４．６２
５１．９円
４０円
９１．９円
１４．３４ １３．２４
７．１円
９０円
９７．１円
－１１．７０ －９．０５ １２５０．５円
３０円 １２８０．５円

表 ２ メーカー別の機能性のＳＮ比評価（db）とコスト比較
損失コストは下記の「損失関数」で求めた値である。比例乗数を１５０円に設定した。

L円 A0112

150

02

0SN比の評 価 では品種の差が25dbもあり，損失関数で評価する と 1200 円 以 上 の差があり，製品コストと品質コストのバランスで購入品を決めることが大切である。

品質とコストの両面から評価すると，品種３の製品が最も良くて，品種９の製品が最も悪いことがわかる。実際に購入するときには，品質・コストの両面から判断して決めることになる。
23

一石三鳥（QCD）の品質工学－コストがすべてに優先する－
クレームの撲滅
Quality

コスト半減
Cost

開発期間の短縮
Delivery

市場品質の改善

ばらつきの半減機能性の評価

２段階設計

生産性の向上SN比による改善① 品質損失の改善による製品コスト削減② 開発期間の短縮による開発コスト削減① 品質が欲しければ，品質を測るな② CAEとの融合で試作レス・試験レスの実現① ロバスト設計② チューニング設計③ 規格値の決定“失敗”を早く見つける

品質を上げれば、コストは下げられる24

不良率から損失関数へ－生産者損失と消費者損失－
品質工学の考え方

品質管理の考え方－消費者の立場－－生産者の立場－不良品－⊿良 品m不良品⊿⊿：出荷規格 m：目標値｢不良率や故障率」で合否の判定を表す
不良率 p＝（r/N）×100%
故障率 λ＝[r/（N⊿t）]×100%

良品には損失はないと判断する損失L（円）
A0満 足

不満足

（目標値）

A

－⊿0 －⊿m

不満足⊿ ⊿0⊿：出荷規格 ⊿0：機能限界
m：目標値
A：生産者損失
A0：消費者損失 「損失関数」で製品の品質損失を表す
Ｌ（円）＝（A0/⊿02）×（1/η）
2 2
η＝m /σ （ＳＮ比）
26

市場クレームの94%は設計責任L(円)安全率＝Δ0/Δ＝４の場合

A0 製品品質（顧客の損失）（Δ0/Δ）2=A0/Aであるから
製造品質＝A＝（1/16）A0

顧客の不満足領域＝0.625A0

設計品質（94%）

製品品質＝A0

設計品質＝

A 製造品質- Δ0-Δ
損失関数L(円)=A/Δ2×(y-m)2myΔ

Δ0

出荷規格

機能限界

（製造の限界）（顧客の限界）製品品質－製造品質

A0－A＝（15/16）A0＝0.937A027

開発プロセスの体質を改善するための設計審査の要点（設計の空洞化を防ぐ先行技術開発）③品質目標と規格の要点②評価技術のあるべき姿①要素技術の蓄積と活用（品質のあるべき姿が明確になっているか）（良品のレベルを評価しているか）（技術開発が商品企画に先行しているか（１）消費者の満足する「品質目標」を決めたか（生産者の都合で決めてはならない）（１）「目的機能」と「基本機能」を決めているか（商品や技術の理想機能を決める）（２）「品質目標設定書」が明確になっているか。
（「QFD」による有効な機能分析を活用する）（２）「何を測るか」が明確になっているか。
（機能を満足する「計測特性」を選ぶ（３）「ベンチマーク」の調査はできているか（機能。性能、価格など他社の実力を知る）（３）「必然誤差」で機能性を評価しているか（使用環境劣化の「ノイズ」で誤差をつぶす（４）「規格」は「機能限界」から決められているか（規格は工程能力から決めてはならない）（４）機能性評価を「SN比」で行っているか（「多次元情報」を1個の解析特性に集約）（５）部品規格は商品規格から「個別」に決める（商品特性に対する部品特性の影響で決める）（５）「品質を改善するときには、品質を測るな」（管理は品質特性で、改善は機能性で）（１）機能を満足する「システム選択」ができている（独創的なシステムやサブシステムを決める）（１）加工機械の「加工精度」が分かっているか（実物を加工して「SN比誤差」を求める）（２）「技術の編集設計」を行っているか（蓄積された技術を寄せ集めて商品設計を行う）（２）「形状誤差（反りや円周度）」は測れない（加工機械の機能性評価は「SN比」で求める（３）「パラメータ設計」を省略できないか（「目標値へ調整」だけで設計できないか（３）半田つけの評価は汎用技術になっているか（半田つけの評価は「電圧－電流」で評価（４）「許容差設計」でコスト改善を図ったか（品質とコストのトレードオフでコスト改善）（４）図面やスペックは製造技術で保障されているか（製造できない図面は絵に描いた餅である）（５）「図面やスペック」の設計根拠は明確か（技術開発の「ノウハウ」を設計根拠にする（５）「工程条件の最適化」で部品の精度は決まる（製造工程の「パラメータ設計」を行う）（１）「新技術」は技術開発で従来技術になっているか（未経験の技術は「技術の限界」を明確にする）（２）将来の「品種」を考えた技術開発をやっているか（先行性・汎用性・再現性が技術の3条件）（３）「製造の技術開発」を商品設計の前に行っているか（商品の設計技術と製造技術の並行開発を実施）（４）電子部品など「購入品の評価」ができているか（部品や材料の機能性評価を実施）（５）技術開発で「開発期間の短縮」を図っているか（商品設計は従来技術の「編集設計」で実施）（１）「モノ」を作る前に「品質」を創っているか（「問題解決型」から「技術開発型」へ移行せよ）（２）「開発ステップの品質」が明確になっているか
源流品質＝技術開発用 上流品質＝商品開発用
中流品質＝製造管理用 下流品質＝マネジメント用（３）「技術開発」が「商品開発に先行しているか①先行性＝商品企画に先行している②汎用性＝たくさんの品種に適用できる③再現性＝市場に行っても再現する④商品設計の短縮化⑤製造技術で品質改善⑥新商品開発管理（設計で「品質とコスト」が達成しているか）（加工性の向上で品質改善を行っているか）（「開発プロセス」が源流管理になっているか