設備管理と生産性向上
設備保全の体系、TPM、OEE、MTBF・MTTR、生産性指標を整理する
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運営管理では、設備を「止めない」と「効率よく動かす」ことが生産性の根幹です。設備保全、故障対応、効率測定をまとめて理解することで、現場改善の全体像が見えます。
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設備が故障すれば稼働率が落ち、動いていても速度が遅かったり不良が出たりすれば、全体の効率は一気に低下します。OEE（設備総合効率）はこの3つのロスをまとめて測る指標です。計算問題として頻出するため、単なる暗記ではなく、各指標が「何のロスに対応するか」を理解することが合格の鍵です。
設備保全の体系と使い分け
保全方式を選ぶ背景
設備は必ず劣化します。その劣化にどう対応するか（いつ、誰が、どのように整備するか）で、故障率、保全コスト、生産性が大きく変わります。試験では「どの状況でどの保全方式が適切か」を判断する問題が多くあります。
4つの保全方式の比較
| 保全方式 | 実施タイミング | コスト特性 | 適用場面 | リスク | 対応する状況 |
|---|---|---|---|---|---|
| 事後保全（BM） | 故障してから修理 | 低い（待つ） | 非重要設備、消耗品 | 大（突然停止、波及） | 偶発故障期 |
| 予防保全（PM） | 定期的に整備、または状態監視で整備 | 中程度 | 汎用旋盤、ポンプ、ベルト | 小（計画停止） | 摩耗故障期 |
| 改良保全（CM） | 故障パターンに基づき設計改良 | 中～大 | ボトルネック設備、頻繁に同じ部品が故障する箇所 | 小（根本解決） | 重要設備の反復故障 |
| 保全予防（MP） | 新設備導入時に保全性を設計に組み込む | 初期投資は高い | 新規投資の設備 | 最小（最初から堅牢） | 新規導入時 |
各方式の適切な運用には、故障率曲線（バスタブカーブ）の理解が欠かせません。初期故障期は不良品の出荷防止に注力し、偶発故障期は簡便な事後保全で対応し、摩耗故障期に入る前に更新や予防保全強化を判断するという段階的な考え方が実務的です。
TPM（全員参加の生産保全）
TPMは、設備のライフサイクル全体を通じて、あらゆるロスをゼロに近づける全員参加の活動です。設備部門だけでなく、オペレーターが行う「自主保全」が特徴であり、組織全体で設備の信頼性と効率を高めます。
TPMの8本柱
| TPMの柱 | 内容 | 推進者 | ねらい |
|---|---|---|---|
| 自主保全 | オペレーターが日常点検・給油・増し締めを行う | オペレーター | 設備への理解と愛着 |
| 計画保全 | 劣化予測に基づく定期的な保全実施 | 保全技術者 | 計画的な故障防止 |
| 個別改善 | 6大ロスの分析と改善実施 | 全部門 | ボトルネック解消 |
| 教育・訓練 | 運転・保全・改善の知識スキル習得 | 全員 | 人材育成 |
| 設備初期管理 | 新設備導入時に保全のしやすさを組み込む | 企画・設計 | 後付け改造コスト削減 |
| 品質保全 | 設備劣化と品質の関係を把握し不良ゼロを実現 | 品質・生産 | 品質トラブル防止 |
| 管理・間接 | 事務・営業など全部門の効率向上 | 全部門 | 総合的な生産性向上 |
| 安全・衛生・環境 | 設備の安全性と作業環境を向上 | 全員 | ゼロ災害・快適職場 |
OEE（設備総合効率）とロス構造
OEEの本質
OEEは3つの率の積です。稼働率が80%でも、速度が遅かったり不良が出たりすれば、全体効率は大きく下がります。「何が最も効率を損なっているか」を特定することが改善の第一歩です。
OEE計算式と各率の対応
設備総合効率 = 時間稼働率 × 性能稼働率 × 良品率
| 指標 | 計算式 | 対応するロス | 改善時の効果 |
|---|---|---|---|
| 時間稼働率 | (負荷時間 - 停止時間) ÷ 負荷時間 | 故障ロス、段取り・調整ロス | OEE × 他の率（最大効果） |
| 性能稼働率 | (基準サイクルタイム × 加工数量) ÷ 稼働時間 | 速度低下ロス、チョコ停・空転ロス | OEE × 他の率 |
| 良品率 | (加工数量 - 不良数量) ÷ 加工数量 | 不良・手直しロス、立上りロス | OEE × 他の率 |
設備の6大ロスと改善優先度
| ロス種類 | 発生段階 | 内容 | 時間的インパクト | 推奨改善対策 |
|---|---|---|---|---|
| 故障ロス | 停止 | 突発的な設備故障による停止 | 最大 | 予防保全強化、信頼性向上 |
| 段取り・調整ロス | 停止 | 品種切替え、セットアップ | 大 | 段取り替え時間短縮 |
| チョコ停・空転ロス | 部分停止 | 供給遅れ、部分的な停止 | 中 | 供給管理、制御改善 |
| 速度低下ロス | 低速稼働 | 設計速度と実際速度の乖離 | 中 | 設備調整、保全性改善 |
| 不良・手直しロス | 品質低下 | 工程内不良、再加工 | 大 | 品質保全、工程管理 |
| 立上りロス | 初期段階 | 始動時の不安定 | 小～中 | 初期調整の最適化 |
OEE計算の手順と数値例
【データ】
負荷時間: 480分
停止時間: 60分（故障30分 + 段取り30分）
基準サイクルタイム: 0.5分/個
加工数量: 760個
不良数量: 20個
手順1: 稼働時間 = 480 - 60 = 420分
手順2: 時間稼働率
= (480 - 60) ÷ 480
= 420 ÷ 480
= 0.875（87.5%）
手順3: 性能稼働率
= (0.5 × 760) ÷ 420
= 380 ÷ 420
≒ 0.905（90.5%）
手順4: 良品率
= (760 - 20) ÷ 760
= 740 ÷ 760
≒ 0.974（97.4%）
手順5: OEE
= 0.875 × 0.905 × 0.974
≒ 0.771（77.1%）
解釈: 世界クラス水準はOEE 85%以上。
この例では時間稼働率の改善（故障・段取り削減）が最優先。MTBF・MTTR・可用率
信頼度指標の定義と使い分け
| 指標 | 計算式 | 意味 | 大きいほど |
|---|---|---|---|
| MTBF | 総稼働時間 ÷ 故障回数 | 平均故障間隔 | 信頼性が高い（壊れにくい） |
| MTTR | 総修復時間 ÷ 故障回数 | 平均修復時間 | 保全性が低い（直しづらい） |
| 可用率 | MTBF ÷ (MTBF + MTTR) | 使える時間の割合 | 稼働率が高い |
MTBF と MTTR を逆に覚えない
MTBF は「Between」→ 間隔 → 大きい=壊れにくい。 MTTR は「To Repair」→ 修復時間 → 小さい=直しやすい。 この区別が試験でよく問われます。
MTBF・MTTR計算の手順
【データ】
総運用時間: 1,000時間
故障回数: 4回
総修復時間: 40時間
手順1: 総稼働時間 = 1,000 - 40 = 960時間
手順2: MTBF = 960 ÷ 4 = 240時間
（平均すると240時間ごとに故障）
手順3: MTTR = 40 ÷ 4 = 10時間
（1回の故障あたり平均10時間で修復）
手順4: 可用率 = 240 ÷ (240 + 10) = 240 ÷ 250 = 0.96（96%）
（設備は平均して96%の時間使える）
改善検討: MTTR を10時間から8時間に短縮した場合
新可用率 = 240 ÷ (240 + 8) = 240 ÷ 248 ≒ 0.968（96.8%）
MTBF を200時間に伸ばすより、MTTR を短縮する方が効率的な場合も多い。システム信頼度（直列と並列）
設備や工程が複数の要素で構成されるとき、全体の信頼度は配置方法（直列か並列か）で大きく異なります。試験では直列・並列・混合の計算が頻出です。
直列システムと並列システム
| システム構成 | 条件 | 計算式 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 直列 | 全て動いて初めてシステムが動く | R = R₁ × R₂ × ... × Rₙ | 信頼度は要素を増やすと低下 |
| 並列 | 1つでも動いていればシステムが動く | R = 1 - (1-R₁)(1-R₂)...(1-Rₙ) | 冗長構成で信頼度向上 |
| 混合 | 直列と並列が組み合わさる | 段階的に計算 | 実務的な構成 |
直列・並列計算の例
【例1：直列】
装置A（信頼度0.9）と装置B（信頼度0.8）が直列
R = 0.9 × 0.8 = 0.72（72%）
→ 2つの装置が両方動く確率
【例2：並列】
装置A（信頼度0.9）と装置B（信頼度0.8）が並列
R = 1 - (1-0.9)(1-0.8)
= 1 - 0.1 × 0.2
= 1 - 0.02
= 0.98（98%）
→ AかBのどちらかが動く確率
【例3：混合】
AとB が並列、その結果とC が直列（C: 信頼度0.95）
並列部分: 1 - (1-0.9)(1-0.8) = 0.98
全体: 0.98 × 0.95 = 0.931（93.1%）
→ C が全体を左右する生産性の指標
生産性は「産出 ÷ 投入」で測ります。どの投入項目に注目するかで、見える改善課題が変わります。
生産性指標の種類と計算
| 指標 | 計算式 | 意味 | 活用場面 |
|---|---|---|---|
| 物的労働生産性 | 生産量 ÷ 労働投入量 | 物量ベースの効率 | 現場の作業効率改善 |
| 付加価値労働生産性 | 付加価値額 ÷ 従業員数 | 従業員1人当たりの付加価値 | 企業全体の収益性 |
| 資本生産性 | 付加価値額 ÷ 有形固定資産 | 設備投資の効率 | 設備更新判断 |
| 設備生産性 | 生産量 ÷ 設備投入量 | 設備の利用効率 | OEE改善とセット |
付加価値の計算には2つの方法があります。控除法は「売上 - 外部購入価値（材料費+外注費）」で、加算法は「経常利益+人件費+賃借料+金融費用+減価償却費+租税公課」を足します。試験では控除法が問われることが多いため、まずこちらを確実にしましょう。
5S活動（現場改善の基礎）
生産性向上の土台は、職場環境の整備です。5Sは、設備効率とも品質ともつながる基本活動です。
| 5S | 定義 | 具体的活動 | 生産性への影響 |
|---|---|---|---|
| 整理 | 必要なものと不要なものを分ける | 使わない工具・治具を処分 | 作業スペース確保 |
| 整頓 | 必要なものを使いやすく配置する | 工具の定位置管理、看板作成 | ピッキング時間短縮 |
| 清掃 | 職場をきれいに掃除し異常を発見 | 日常清掃、点検項目化 | 設備の異常早期発見 |
| 清潔 | 整理・整頓・清掃の状態を維持する | 習慣化、ルール化 | 継続的改善 |
| 躾 | 決められたルールを守る習慣 | 教育、自主的な実行 | 安定操業 |
確認問題
問1：OEE計算と改善優先度
負荷時間500分、停止時間50分、基準サイクルタイム0.4分/個、加工数量1,000個、不良数量50個。OEEを求め、3つの率のうち改善すべき優先順位を述べよ。
解答： 時間稼働率 = (500-50) ÷ 500 = 0.90（90%） 性能稼働率 = (0.4×1000) ÷ 450 = 400÷450 ≒ 0.889（88.9%） 良品率 = (1000-50) ÷ 1000 = 0.95（95%） OEE = 0.90 × 0.889 × 0.95 ≒ 0.760（76.0%）
優先順位：1位 性能稼働率（88.9%、最も低い）→ 速度低下・チョコ停削減。2位 時間稼働率（90%）→ 故障・段取り削減。3位 良品率（95%）→ 既に良好。
問2：可用率とMTBF・MTTR
MTBF = 200時間、MTTR = 8時間。可用率を求めよ。また、MTTR を4時間に短縮した場合、改善ポイントはいくつか。
解答： 可用率 = 200 ÷ (200 + 8) = 200 ÷ 208 ≒ 0.962（96.2%） MTTR短縮後 = 200 ÷ (200 + 4) = 200 ÷ 204 ≒ 0.980（98.0%） 改善 = 98.0% - 96.2% = 1.8ポイント
MTBF を大幅に伸ばす（設計改良）より、MTTR を小さく改善する（保全体制強化）方が、時間・コストで効率的な場合も多い。
問3：並列システムの信頼度
装置A（信頼度0.95）と装置B（信頼度0.90）が並列に接続され、その結果と装置C（信頼度0.85）が直列に接続されている。システム全体の信頼度を求めよ。
解答： 並列部分 = 1 - (1-0.95)(1-0.90) = 1 - 0.05 × 0.10 = 1 - 0.005 = 0.995 全体 = 0.995 × 0.85 ≒ 0.846（84.6%）
Cの信頼度が0.85と最も低いため、全体を大きく左右する。C の改善（信頼度0.90に向上）で、全体は0.995 × 0.90 = 0.896 に向上。
問4：設備投資の回収期間判定
旧設備のランニングコスト年600万円。新設備の初期投資3,000万円、年ランニングコスト150万円、耐用年数12年。投資回収期間は何年か。また経済的か判定せよ。
解答： 年間削減額 = 600 - 150 = 450万円 回収期間 = 3,000 ÷ 450 = 6.67年 ≒ 6.7年
判定：耐用年数12年 > 回収期間6.7年 のため、回収後5.3年間は純利益。経済的に導入を推奨。ただし故障頻度、環境規制、技術進化も合わせて検討。
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