Life Cycle Cost Minimum｜プラントメンテナンスのバスタブ曲線

バスタブ曲線（bathtub curve）は、機械や装置が運用され始めてから、やがて寿命を迎えるまでの期間を「初期故障期（Infant Mortality）」「偶発故障期（Random Failure）」「摩耗故障期（Wearout）」の3区分に分け、横軸に経過時間tを、縦軸に故障率（Failure Rate）をとる概念図で、個々のデータではなく、機械や装置が生産される総数の故障率を統計的に描いたものです。

初期故障期

「初期故障期」（infant mortality period）は、機械や装置の使用開始から、最初の一年程度がこの期間とされ、材料の欠陥、設計時のミス、製造エラーや検品漏れなどが原因で、比較的故障率が高い傾向にあります。ある程度時間が経過すれば故障発生の確率も落ち着いてくるため、グラフが下降していく傾向にあります。

初期不良率を下げるため、機械や装置を実際に想定される仕様や方法（機械的や電気的なストレスを与えた状態）で一定期間放置させ、故障や機能的な不具合がないかなどを確認する、バーンイン試験（burn-in）などがあります。

偶発故障期

「偶発故障期」（intrinsic failure period、random failure periodなど）では、ある程度、使用開始まもなく発生・発覚する故障期を過ぎ、故障の発生する確率も安定する傾向にあるため、初期故障期に比べると、故障率が低い傾向にあります。

例えば、電子機器で用いられるアルミ電解コンデンサは、曝される温度が10℃上がるとコンデンサの寿命が1/2に、逆に10℃下がれば2倍になる10℃・2倍則という特徴があります。また潤滑油においても同じよう10℃・2倍則があり、摩耗故障期を迎えるまでの時間が、温度に強く影響を及ぼされる場合があります。機械や装置で使用される構成部品の中で、このような部品が影響を及ぼし、故障をもたらします。

そのためこの期間をより長い時間且つ、故障率も低い状態で保護するか信頼性設計や運用基準などの制定が非常に重要です。

摩耗故障期

「摩耗故障期」（wear-out failure period）は、摩耗や疲労などにより、機械や装置の潜在的な故障が表出する時期です。

転がり軸受の場合、疲労や潤滑剤の枯渇、異物介在で摩耗が進み、やがて故障します。はく離（フレーキング）が発生したり、潤滑剤が漏出したり劣化することで、摩耗故障期を迎えることがあります。はく離が発生するまでのおおよその時間を割り出し事前に新しい軸受に交換し、また潤滑剤の漏出や異物侵入、温度や通電の影響による潤滑の劣化への対策を施すことで、より機械・装置としての耐用期間（useful life）を延ばすことができます。

故障の発生抑制が重要であることは、機械や装置の製造者側にとっても、また利用者側にとっても、自明の理です。

生産労働人口が減りゆく日本において上図の通り、さまざまな手段を用いてメンテナンスや状態監視を行うとともに、故障と寿命の区別を理解することや、正しい取扱い方法を理解することなどがとても重要です。

過去の設備保全実績やそれらの情報から、故障や不具合の要因、交換頻度を予測して対策することでバスタブ曲線を緩やかにすることができます。故障してからの修繕する（Breakdown Maintenance）のではなく、例え、イニシャルコストが大きくなったとしても、リスクを下げる対策を導入することで、結果的に費用対効果が大きくなります。設備の新設・更新・メンテナンスを機会にこれらの対策を検討することが非常に有効です。