🏠 🔋C1 Laboratory
令和7年8月13日 (水)

工業製品の設計開発-ハイスペックとハイクオリティは違う-

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 📛 立花和宏

🔚 品質管理 🏫 Web Class syllabus 53225 📆 🌸 🕤 時間割 🕐 13:00~14:30 🕝 ( 中示BFiles C1
一方、9カテゴリー中で最も不具合指摘が多かったのは、21年に続き、「インフォテインメント」だった。「車載ナビゲーションシステム」「タッチスクリーン」「車載音声認識」において、分かりにくい、使いにくいといった不具合指摘が多かった。  また、最も多かった不具合指摘項目は「車線逸脱ワーニング/レーンキープアシスト」の「警告がわずらわしい」であり、2年連続で最多不具合指摘項目であった。 自動車初期品質調査、トヨタやホンダを抜いてブランド総合1位となったのは?

工場のしくみ」より

  1 工業製品
分類 項目 説明
金属工業 鉄鋼 鉄道レール、鉄骨
非鉄金属 銅線、サッシ
金属製品 ボルト、ナット
化学工業 化学製品 洗剤、 🚂 医薬品🚂 肥料
プラスチック製品
🚂 石油製品 🚂 灯油
ゴム製品 タイヤ
機械工業 機械 産業用ロボット
電化製品 🚂 冷蔵庫 、 🚂 テレビ
情報通信機器 📱 スマホ 、 💻 パソコン
電子部品 🚂 液晶パネル
輸送用機械 🚂 自動車
食品工業 🚂 加工食品、飲料 🚂 ビール カップラーメン
繊維工業 繊維🚂 衣服 🚂 シャツ 🚂 下着 🚂 靴下
その他の工業 窯業 ビン、 ガラス🚂 食器 レンガ
🏞 木材 椅子、 🚂 (テーブル) 🏞🚂 箪笥(たんす)
🚂 家具
パルプ トイレットペーパー
印刷業 マンガ本 🚂 🏞、 チラシ
🚂 かばん 革靴、皮財布
楽器・ 🚂 日用品 (JIS.S) 🚂 ピアノ 、ギター、 電池
建設・そのほか 住宅、ビル、塔、橋、 ダム

いかなる工業製品も サプライチェーンをさかのぼってゆけば、 最後は地球上の資源にたどり着く。 どこかの鉱山で掘られた石か、農業あるいは狩猟採取によって殺した生き物か、そんな 天然資源 から工業原料は出発する。

化学工業 で生産される工業製品は、計数できる物体ではなく、 計量できる 物質と言っていいだろう。


  2 間接部門と直接部門 *
分類 部門 説明
間接部門 研究・開発 新商品の 研究開発 1 )
知財・法務 特許 戦略を立てる。 係争になりそうな案件はイヤ!
人事 人件費がかかりそうな案件はイヤ!
総務 給与計算、勤怠管理、評価など。働き方改革に逆行する案件はイヤ!
直接部門 営業 受注、クレーム対応。利幅の取れないのはイヤ!
技術 メンテナンスに手間のかかる設備の導入はイヤ!
生産技術 工程の設計。作業標準の作成。 十分な試作データのない新製品はイヤ!
生産管理 生産量の管理、納期の管理、資材と製品の在庫管理。 仕掛品が多いのはイヤ!
購買 コスト(固定費、変動費) 2 ) 、安定供給元の確保、納期の確認。 入手しづらい資材を使うのはイヤ!
製造 無理、無駄、ムラをなくす。タクトタイムを短く。シフト管理。 手間が増えて複雑なのはイヤ!
品質管理 検査基準の作成。 許容誤差の指定がなく、良否の判断ができないのはイヤ!
👨‍🏫 職種

モノの品質とサービスの品質

  3 測定が活用される場面
場面
公正な 商取引のための測定 3 ) 計量法 4 )
安全・安心のための測定 5 ) 環境計量、サンプリング、標準物質
科学・技術のための測定 6 ) 論文や発表の客観性、特許の請求の範囲 新規測定法・ 評価法の研究開発
生産活動 のための測定 7 ) 検査 8 ) 制御 9 ) 10 ) 、 スマートメーター

測定 が活用される場面 11 )


  4 データ 通信 /伝送 の 品質管理
区分項目説明
デジタル通信/伝送 符号化 数字、文字、誤り訂正
パケットロス
遅延時間
パケットの到達間隔の揺らぎが小さい 動画や音楽の視聴や、ネットゲームでは、影響が大きい。
アナログ通信/伝送 媒体 空気圧(ゲージ圧、20~100kPa)、電流(4~20mA)、電圧(1~5V)など。 0の値を最小としないのは、信号系の断線検出のため。
SN比 信号に対してのノイズの割合
ダイナミックレンジ
02 情報処理概論 02 品質管理

デジタル伝送には、直流信号(ベースバンド信号)と変調信号がある。また直列伝送(シリアル伝送)と並列伝送(パラレル伝送)がある。また伝送路は減衰特性を有する。 光ファイバの減衰特性(伝送損失)は、0.2~0.3dB/km程度である。

12 )

設計と仕様

ハイスペックとハイクォリティ

  5 ハイスペックとハイクォリティ
区分 表現
機能 function ある、ない
性能 performance データ数量 燃費10km/L
仕様 specification 設計、公差、 図面 寸法、 、重量
品質 quality ばらつきが少ない、仕様にウソがない。 検査 で適合、不適合を判定 機能、仕様を含む場合も。

製品の適合、不適合に関する性能を、品質特性と言います。 品質特性を 数量として表現した データ を品質特性値と言います 13 )

品質特性は、情報として、データに記録され、設計者、製造者、顧客で共有されます。 たとえば品質表示法は、顧客への品質特性の表示のルールです。 もし、ルールが守られないと、お互いに損失を被る恐れがあります。


伊達政宗の品質検査

  1 伊達政宗の品質検査
© 2009 K.Tachibana * , C1 Lab.

伊達政宗が設計した「黒漆五枚胴具足」は、「鉄砲玉を通さない」という 機能がありました。

「鉄砲玉を通す」という品質特性(スペック)に対して、「鉄砲玉を通さない」というスペックは、ハイスペックと言えます。 また、通す、通さないは、量ではないので、名義尺度のデータということになります。

黒漆五枚胴具足は、量産されました。「鉄砲玉を通さない」と銘打って 製造されたたくさんの黒漆五枚胴具足の中に、「鉄砲玉を通す」モノが混ざっていたら、命にかかわります。 これは不適合品(不良品)です。 このような不良品が混じる黒漆五枚胴具足は、品質が悪いことになります。

伊達政宗は、すべての黒漆五枚胴具足を、至近距離から火縄銃で打ち、孔が空かないことを確かめました。 全数検査です。 その証拠が、胴部の鉄板の銃弾の痕跡です。

伊達政宗は、このようにして、黒漆五枚胴具足の品質を保ちました。 スペックを守った黒漆五枚胴具足は、ハイクォリティと言えます。

*

  6 消費者への品質表示 * *
法律 対象 細目 具体例 要項
景品表示法 あらゆる
商品・ サービス
携帯電話の端末やデータ通信
家庭用品品質表示法 * 繊維製品 🚂 シャツ 🚂 下着 🚂 靴下
合成樹脂加工品
電気機械器具 エアコンディショナー *
雑貨工業品 ティシュペーパー及び 🚂 トイレットペーパー *
合成洗剤 * 並びに洗濯用又は台所用の石けん * 及び住宅用又は家具用の洗浄剤 *
食品表示法 * 生鮮食品 農産物 米穀、麦類、雑穀、野菜、果実、そのほか
畜産物
水産物
玄米および精米
🚂 加工食品 食用油脂 即席カップめん
添加物
住宅品質確保法 * ** 住宅
揮発油等の品質の確保等に関する法律 石油、ガソリン
医薬品、医療機器等の品質、有効性及び安全性の確保等に関する法律 * **
薬機法(やっきほう、旧薬事法)
医薬品
医薬部外品
化粧品 * ** 化粧品 * 口紅、アイライン、アイブロウ、チーク 全成分表示義務
薬用化粧品
医療機器
エネルギー の使用の合理化等に関する法律 * * * 🚂 自動車

設計開発プロセス

  7 設計開発プロセス
段階 関連部署 アクション 情報の表現
構想 営業 市場調査・企画・原価計算 調査書・企画書・原価計算書
研究開発
設計試作(プロトタイプ) 研究開発 知財・法務 特許調査、意匠調査 ラボテスト、ベンチテスト、スケールアップ 仕様書・設計図
量産設計
量産設計 生産技術 パイロットプラント、試作、テスト 作業標準
量産
量産 技術、製造、品質管理 QC7つ道具( チェックシートなど)

寸法や形状は設計どおりですか? 色は仕様通りですか?


スケールアッププロセスプロセス

  8 スケールアッププロセス
段階 標本数 容積 質量 アクション 備考
構想 シミュレーション
ラボスケール 3~5 5~500mL 1g~100g フラスコ ビーカーセル ハルセル C1ラボ 共同研究
ベンチスケール 10~100 5~50L 1kg~10kg ポリタンク 共同研究
パイロットスケール 100~1000 50~250L(ドラム缶レベル) 機械
量産 100000~ 500~数千L(工場レベル) 機械 反応器、電解槽 ばらつきがあるので サンプリング 検査が必要。

  9 取引の場面 14 )
名称 概要
BtoB 団体同士の取引 製品や部品、材料の納入、購入の取引など
BtoC 団体と個人の取引 商店における売買、工業製品の購入など
個人と個人の取引 個人間の私的な売買、約束事など。メルカリ

機械製図(第三角法)

図面番号
  2 機械製図(第三角法)

中心線、外形線、かくれ線 の順に正確な線の太さで描く。寸法線、寸法補助線、引き出し線、参照線を描く。 寸法、寸法補助記号などを記入する。 輪郭線、中心マーク、部品欄、表題欄を描く。 15 )

創作された設計図は、 図形著作物です * 。 工業上利用することができる工業製品の意匠は、意匠権として 知的財産権に含まれます。著作権は、著作物の成立で発生しますが、 意匠権は、特許権と同じく、特許庁に申請しなければ発生しません。


仕様書

測定対象量の例

製品特性は、情報として、 データとして記録され、 設計者、製造者、顧客で共有されます。


栄養成分表示の例

  10 栄養成分表示の例(カップヌードル1食=78g当たり)
項目 数値 単位 備考
熱量: 351 kcal 必要エネルギー量計算BMI22を目指そう。
たんぱく質 10.5 g ケルダール法など *
脂質 13.6 g
炭水化物 14.6 g
食塩相当量 4.9 g 一日1日の摂取基準量5g以下を目指そう
ビタミンB1 0.19 mg
ビタミンB2 0.32 mg
カルシウム 105 mg

食品表示法 では、内容量又は固形量及び内容総量の表示が義務付けられていいます。 内容重量はグラム又はキログラム単位で、内容体積はミリリットル又はリットル単位で、内容数量は個数等の単位で、単位を明記しなければなりません。 計量については、計量法に従ってください。 また、加工食品の栄養成分の量および熱量の表示が義務付けられています。 一定の値又は下限値及び上限値を示されなればいけません。 表示された一定の値を基準として、許容差の範囲に入っていなければいけませんが、 栄養成分表示の近接した場所に、「推定値」又は「この表示値は、目安です。」のいずれかの文言を含む表示をした場合、 合理的な 推定により得られた値を表示値として使うことができます。

熱量は、成分の熱量から推定します。 *


回路計のスペック例

  11 回路計のスペック例 ( Linkman LDM81B )
項目
測定方法 重積分AD変換
寸法 145×75×36(D×W×H)
重量 約185g(電池含む)
直流電圧(DCV)
入力抵抗、 10MΩ 、40MΩ
交流電圧(ACV)
入力抵抗、 10MΩ 、40MΩ
直流電流(DCA)
測定最大電圧降下、 1.2V、100mV
交流電流(ACA)
測定最大電圧降下、 1.2V 、100mV
抵抗(Ω)
解放回路電圧 200mV以下 あらかじめ測定コードを短絡させ、down-lead時の抵抗を測ってください。 測定時には、表示される値からdown-lead時の抵抗を引いて計算してください。 それが正しい値になります。

工業製品の仕様を調べてみよう。


計測、計量、測定

計量 測定
  3 計測、計量、測定
© K.Tachibana * , C1 Lab.

計量は測定を包含します。 計量と計測はほぼ同義です。 16 )

物質や物体の 特徴を比較する情報を と言います。 量には、物理量や工業量があります。 長さなどの 物理量は、数値と単位の積です。単位が定義されれば数値データにできます。 単位が定義できない表面粗さなどの工業量も、測定方法が定義されれば数値データにできます。

測定値は、測定者が責任を持ちます。 機器が表示した 指示値ではありません。

測定は 誤差を伴います。

数値は データとして記録されます。


量の表し方

とは何だろうか。 「長さ」、「 温度」、「化学成分の 濃度」は、すべて量である。

……中略……

「量」という用語は、具体性のレベルが異なるいくつかの概念を表すことがある。例えば (1)長さ(2)円の直径(3)ある金属シリンダの直径は、すべて長さの次元を持つ量であるが、具体性のレベルが異なる。 実際の測定の対象となるのは、(3)のように具体化され特定の値を持つ量である。

数値× 単位 」で表現できる量は、一般に 物理量といわれる。すべての量をこのように表現できると都合が良いのだが、有用な量の中には必ずしも、それが可能でない量もある。例えば、 金属材料の「硬さ」や 固体表面の「表面粗さ」は、そのような例である。このような量に対しては、それを測定する方法を十分に厳密に定義することによって、数値を使って表現できるようにしている。このように、測定方法の規約によって定義される量を工業量という。

計量管理の基礎と応用 .より 17 )
👨‍🏫 量の表現(物理量、工業量、単位)

物理量の記号

物理量記号 は, ラテン文字 または ギリシャ文字 の 1文字を用い,イタリック体(斜体)で印刷する。その内容を さらに明確にしたいときには,上つき添字または下つき添字(あるいは両方)に固有の意味をもたせて用い,さらに 場合に応じて,記号の直後に説明をカッコに入れて加える。 単位 の記号はローマン体(立体)で印刷する。物理量の 記号にも 単位 の記号にも,終わりにはピリオドをつけない 18 ) 19 ) *

化学で使われる量・単位・記号 20 )

IUPACで定められた ルール です。


SI基本単位

  12 基本単位 物理量
基本量SI基本単位
名称記号定義
📏 長さ メートル m 真空中の光の速さc を単位 m s-1で表したときに、 その数値を299 792 458と定めることによって定義される。 ここで、秒は セシウム 周波数∆νCsによって定義される
💪 質量 キログラム kg プランク定数 hを単位J s(kg m2 s−1 に等しい)で表したときに、その数値を6.626 070 15 × 10−34 と定めることによって定義される。ここで、メートルおよび秒は光の速さc および セシウム周波数∆νCs に関連して定義される。
時間 s 秒は、 セシウム 133 の原子の基底状態の二つの超微細構造準位の間の遷移に対応する放射の周期の9 192 631 770 倍の継続時間である
電流 アンペア A 電気素量 e を単位 C(A s に等しい)で表したときに、 その数値を 1.602 176 634×10-19と定めることによって定義される。ここで、秒は ∆νCs によって定義される。
🔥 🌡 温度 ケルビン K ボルツマン定数 kを単位J K-1(kg m2 s-2 K-1に等しい)で表わしたときに、その数値を1.380 649×10-23と定めることによって定義される
🌟 光度 カンデラ cd 周波数540 × 1012 Hzの単色放射の視感効果度Kcdを683 lm W -1と定めることにより定義される。
🧪 物質量 モル mol モル(記号は mol)は、物質量のSI単位であり、1モルには、厳密に6.022 140 76 × 1023 の要素粒子が含まれる。 この数は、アボガドロ定数 NA を単位 mol–1 で表したときの数値であり、アボガドロ数と呼ばれる。系の物質量(記号は n)は、特定された要素粒子の数の尺度である。要素粒子は、 原子分子、イオン、電子、その他の粒子、あるいは、粒子の集合体のいずれであってもよい。

物理量は、長さ 21 ) 、 電流 22 ) などの 基本単位で組み立てられます 23 )

ISQの7つの基本量に対応して、SIには7つの基本単位が定められています 24 ) 25 ) 26 )

標準物質や実量器で校正されます。

👨‍🏫 宇宙・物質・法則-単位-

SIの7つの定義定数と基本単位

  13 SIの7つの定義定数と基本単位
対応する基本単位 定義定数の説明 記号 定義値
(s) セシウム 133 原子の摂動を受けない基底状態の 超微細構造遷移 周波数 ΔνCs 9192631770 Hz
メートル (m) 真空中の光の速さ c 299792458 m/s
キログラム (kg) プランク定数 h 6.626 070 15 × 10−34 J s
アンペア (A) 電気素量 e 1.602 176 634 × 10−19 C
ケルビン (K) ボルツマン定数 k 1.380 649 × 10−23 J/K
モル (mol) アボガドロ定数 NA 6.022 140 76 × 1023 /mol
カンデラ (cd) 周波数 540×1012Hz単色放射の視感効果度 Kcd 683 lm/W

化学で使われる量・ 単位・記号 27 ) 28 )

1960年、 国際度量衡総会で国際単位系(略称SI)が制定されました 29 ) 30 ) 31 ) 32 )

物理量記号 は, ラテン文字 または ギリシャ文字 の 1文字を用い,イタリック体(斜体)で印刷する。その内容を さらに明確にしたいときには,上つき添字または下つき添字(あるいは両方)に固有の意味をもたせて用い,さらに 場合に応じて,記号の直後に説明をカッコに入れて加える。 単位 の記号はローマン体(立体)で印刷する。物理量の 記号にも 単位 の記号にも,終わりにはピリオドをつけない 33 ) 34 ) *


測定方式

  14 測定方法
大分類 小分類 説明・特徴 応用・用途
直接・間接 直接測定
間接測定
相対・絶対 相対測定
絶対測定
測定方式 零位法(null method, zero method) 系統誤差 の要因が既知量と対象量に同様に作用するので、 精確さ が維持しやすい。 時間がかかるのでリアルタイムの測定には不向き。 質量:天秤
偏移法(deflection method) 精確さ が低下しやすい。 リアルタイムの測定。 質量:ばねばかり 電流:電流計(メーター)
補償法 (compensation method) 既知量と対象量を零位法で測定し、測定した量を偏移法で、読み取る 電位:電位差計
置換法(substitution method)
*

分率と濃度

  15 分率と濃度
物理量 単位 応用例
物質量 mol
質量分率 重量分率 重量百分率 質量% 、wt%、mass%、ppm 食塩相当量などは、重量百分率のほうがわかりやすいと思う。
体積分率 体積百分率 体積% 、vol%、ppm 気体では、 体積分率 モル分率 分圧 は同じ。 二酸化炭素濃度など。
モル分率 (濃度百分率) 相対湿度とか。
質量体積分率 (重量体積分率) 化学的酸素要求量 生物化学酸素要求量
体積モル濃度 mol/m3 mol/L 滴定とか。
重量モル濃度 mol/kg
質量/体積濃度 mol/kg
また,質量百分率(質量パーセント),体積百分率,物質量百分率のような用語は用いる べきではない(後述の計量法は例外) 35 )
溶媒蒸気圧は、ラウールの法則に従い、 ガスの溶解量はヘンリーの法則に従う。 このよう溶液の溶媒または、溶質の化学ポテンシャル μ( ミュー ) は、濃度表示法に対応して、各々次式で表される ただし、x,m,Cは、注目成分のモル分率、重量モル分率、容量モル分率を各々示す。 36 )

温度圧力流量液位 ( 液面)、 組成 (成分、濃度) は、プロセス変量(プロセス変数)と呼ばれます 37 ) 。 プロセス変量を計測したり、目標値を設定して、 制御したりします。 PID制御などが使われます。


人間の感覚とセンサーによる感知

  16 人間の感覚 センサー による感知 *
世界 感覚 物理量 方式 用途
認知世界 視覚(目) フォトダイオード 長さ、 角度、形状、寸法、面積、体積、 文字
聴覚(耳) マイク
触覚(皮膚) 温度 サーミスタ * 、熱電対 温度計
圧力 圧力センサー 圧力計
嗅覚(鼻) ガス ガスセンサー
味覚(舌) 化学物質 濃度 pHセンサー
固有受容覚(筋肉) 38 ) 重さ 電子天秤 39 ) 40 ) 重量、質量
前庭覚(三半規管) 加速度センサー
非認知世界 超音波 チタン酸バリウム振動子
電気 電流センサー 回路計
磁気 ホール素子
赤外線 焦電型赤外線センサ

センサー は、 エネルギーを情報に変換します。 41 )

具体的には、光や温度といった物理量を電気信号に変換します。 42 )

例えば、サーミスタの電気抵抗は温度によって変化するので、サーミスタにわずかな電流を流して、 その両端の電圧を ボルテージフォロアで出力すれば、 温度に比例した電圧が得られます。これを AD変換数値 にできます。

センサー センサーで 測定した は、 AD変換数値 データとしてコンピュータで 演算、記憶、記録できます。

プロセスオートメーションでは、センサーで計測し、 コントローラで 制御し、アクチュエータで操作します。


参考文献

🏫 品質管理
q71
品質管理
✍ 平常演習
工業製品の仕様(スペック)を調べてみよう

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管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

🏫 学問の自由 は、心の自由。 大学では、精神は自由であらねばならない。(松木健三)
📆 20250711 リチウムイオン二次電池 東京・きゅりあん
名称:C1ラボラトリー
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