試作品を評価してはじめて「この樹脂部品は高温で変形する」と分かる。
量産後に「繰り返し荷重でブラケットが割れる」というクレームが届く。
こうした不具合の多くは、図面を描いた時点ですでに分析・予測することができるものです。
こうした「設計に潜むリスク」を、試作の前に洗い出しておく手法が設計FMEA（DFMEA）です。工程FMEAと名前が似ていますが、分析の対象も、前提にする条件も、担当する部門も異なります。
この記事では、設計FMEAの基本的な考え方、工程FMEAとの違い、6ステップの進め方と記入例、そして「表を埋めただけ」で終わらせないためのポイントを整理します。
設計FMEA（DFMEA）とは
設計FMEAとは、製品の設計を対象に、部品の寸法・材質・形状・強度などに潜む故障モード（不具合の現れ方）とその影響を分析し、優先度の高いものから対策する手法です。英語では Design FMEA、略してDFMEAと呼ばれます。
FMEA（Failure Mode and Effects Analysis＝故障モード影響解析）のうち、分析の視点を「設計」に置いたものが設計FMEAです。「この部品のこの仕様が想定どおりに働かないと、製品に何が起きるか」を部品や機能ごとに洗い出し、図面の段階で弱点を潰します。
FMEAそのものの考え方や、工程FMEA・機能FMEAを含めた種類の全体像、S・O・Dの評価基準については、以下の記事で詳しく解説しています。
なぜ設計FMEAが必要なのか
設計の不具合は、見つかるのが遅いほど直すコストが大きくなります。図面の段階なら線を引き直すだけで済みますが、試作後は型や治具の作り直し、量産後は回収や補修にまで広がります。
設計FMEAの役割は、この「見つかるのが遅い不具合」を、試作より前に机上で洗い出すことです。設計者の頭の中にある「たぶん大丈夫」を、表に書き出して第三者と検証できる形にする、と言い換えてもかまいません。
実施するタイミング
設計FMEAは、構想設計から詳細設計にかけて、試作図を出す前に実施するのが基本です。主な実施のきっかけは次の3つです。
- 新規に製品や部品を設計するとき
- 既存の設計を、新しい使用環境や用途に展開するとき
- 材料・形状・公差など、設計を変更するとき（変更点に絞るならDRBFMが向いています）
一度つくった表は、試作評価や市場不具合の結果を反映して更新し続けます。設計FMEAは「一度出して終わり」の書類ではなく、その製品の設計知見を蓄えていく台帳です。
工程FMEAとの違い
設計FMEAと工程FMEAの最大の違いは、互いに相手の領域を「正しいもの」として扱うことです。設計FMEAは「製造は仕様どおり行われる」ことを前提に、設計そのものの弱点を探します。
| 比較軸 | 設計FMEA（DFMEA） | 工程FMEA（PFMEA） |
|---|---|---|
| 分析の対象 | 製品の設計（部品・機能・構造） | 製造・組立の工程 |
| 着目する不具合 | 設計起因の不具合（強度不足、材質選定ミス、公差設定の不備など） | 工程起因の不具合（加工不良、組付けミス、部品誤投入など） |
| 主な担当部門 | 設計部門（品質保証・生産技術がレビューに参加） | 生産技術・製造・品質部門 |
| 実施タイミング | 設計段階（構想〜詳細設計、試作図の前） | 生産準備段階（工程設計〜量産試作） |
| 故障モードの例 | 破断する／変形する／絶縁不良になる／緩む | 圧入が浅い／ネジが締まっていない／異品を組み付ける |
| 対策の方向性 | 設計変更（材質・形状・公差の見直し）、設計検証・試験の追加 | 工程条件の変更、治具・設備の改善、ポカヨケの追加 |
| 「検出」が指すもの | 設計段階の検証（解析、試作評価、耐久試験）で見つけられるか | 工程内の検査・確認で見つけられるか |
| 前提とする条件 | 製造は仕様どおり行われるものとする | 設計は妥当であるものとする |
見落とされがちなのが「検出」の意味の違いです。設計FMEAの検出難易度（D）は、出荷前の検査ではなく「解析や試験など、設計段階の検証でその弱点に気づけるか」を評価します。工程の検査を前提に点数を下げると、設計の弱点がそのまま残ります。
工程FMEAへの引き継ぎ
設計FMEAで重大度が高いと判断した特性（安全・法規に関わる寸法や、機能に直結する公差など）は、重要特性として図面に明示し、工程FMEAに引き継ぎます。工程側はそれを管理項目として管理計画（コントロールプラン）に落とし込みます。
この受け渡しがないと、設計者が「ここは絶対に外せない」と考えた寸法も、現場では一般寸法と同じ扱いになります。工程FMEAについての詳しい解説や、工程FMEA側の分析の進め方などは別記事『工程FMEA（PFMEA）とは？』をご覧ください。
設計FMEAの進め方
設計FMEAは、一般に次の6ステップで進めます。設計者だけで閉じず、品質保証・生産技術・実験評価の担当者も加えたチームで行うのが基本です。
ステップ1：対象範囲と構成の明確化
まず、分析する製品の範囲を決め、構成を「製品→サブアセンブリ→部品」の階層で書き出します。あわせて、その製品がどんな環境で、何と接して使われるか（温度・振動・水・電源、つながる相手の部品など）をブロック図に整理します。
構成の洗い出しには、設計部品表（E-BOM）がそのまま使えます。部品表の階層とFMEAの分析単位をそろえておくと、あとで設計変更があったときに、どの行を見直せばよいかがすぐに分かります。
ステップ2：機能と要求の整理
各部品・サブアセンブリについて、「機能」と「要求」を分けて書きます。機能は「何をするか」、要求は「どの程度、どんな条件で」を表します。機能は「〜を〜する」の形で、要求はできるだけ数値や条件で書きます。
| 部品 | 機能（何をするか） | 要求（どの程度・どんな条件で） |
|---|---|---|
| ブラケット | モーターを保持する | 重さ 1.2kg のモーターを、装置の振動条件のもとで、耐用年数のあいだ破損せずに保持する |
| 取付ねじ | ブラケットを筐体に固定する | 振動を受けたあとも、締結力が設計で決めた値を下回らない |
要求の出どころは、顧客の仕様書、法規・規格、社内の設計基準などです。要求が書かれていると、次のステップで故障モードを「要求を満たさない状態」として具体的に書けます。たとえば「締結力が設計値を下回る＝緩む」です。要求がないと、「どこからが故障か」が人によって変わり、評価もばらつきます。設計FMEAの質は、この機能と要求の書き方でほぼ決まります。
ステップ3：故障モードの抽出
機能ごとに「その機能がどう失われるか」を洗い出します。次の4つの視点で考えると抜けが減ります。
- 機能しない（例：保持できず破断する）
- 機能が低下する（例：締結力が経年で落ちる）
- 機能が過剰になる（例：圧入がきつく、応力が集中する）
- 意図しない働きをする（例：共振して異音が出る）
ステップ4：影響と原因の整理
故障モードごとに、「起きたら上位の製品やお客さまに何が起きるか（影響）」と、「設計のどこに理由があるか（原因）」を書きます。
設計FMEAで書く原因は、「材料の選定」「板厚・寸法の設定」「公差の設定」「荷重・温度の想定」など、設計者が決めたことに限ります。「作業者が組み間違える」のような工程の原因は、工程FMEAの対象です。ただし、「誤組付けできてしまう形状」は設計の原因として扱います。
ステップ5：評価と優先順位づけ（S・O・D）
重大度（S）・発生頻度（O）・検出難易度（D）をそれぞれ1〜10で評価し、優先度を決めます。設計FMEAでは、OとDの意味が工程FMEAと少し違う点に注意します。
| 評価項目 | 設計FMEAでの見方 |
|---|---|
| 重大度 S | 故障が起きたときの製品・お客さまへの影響の大きさ。安全・法規に関わるものは9〜10 |
| 発生頻度 O | その設計上の原因で故障が起きる可能性。実績のある設計基準・解析などの予防策があれば下げられる |
| 検出難易度 D | 量産前の設計検証（解析・試作評価・耐久試験）でその弱点に気づけるか。検証方法がなければ高くなる |
優先度を決める際、RPN（S×O×D）だけで判断すると、重大度が高いのに点数が低く出る項目を見逃します。Sが9以上の項目は、RPNにかかわらず対策の要否を検討する、といったルールを社内で決めておきます。
自動車業界で使われるAIAG-VDAのFMEAハンドブックでは、進め方を7ステップ（計画と準備、構造分析、機能分析、故障分析、リスク分析、最適化、結果の文書化）に整理し、優先度にはRPNの代わりにAP（処置優先度）を使います。取引先から指定がある場合はそちらに合わせます。
ステップ6：対策の立案・実施と効果確認
優先度の高い項目から、「誰が・いつまでに・何をするか」を決めます。対策は次の順に検討します。
- 設計を変えて原因そのものをなくす（材質・形状・公差の変更）
- 設計基準や解析で、原因が起きにくくする（Oを下げる）
- 試験・評価を追加して、弱点を確実に見つける（Dを下げる）
対策のあとは、再びS・O・Dを評価して、優先度が十分に下がったかを確認します。設計を変える対策は、図面・部品表の設計変更として正式に流します。変更の申請・承認・通知の流れは『設計変更でミスを防ぐためには？』で解説しています。
設計FMEAの記入例
ここでは「モーター固定ブラケット」を題材に、代表的な2つの故障モードを記入した例を示します。数値は説明のための例で、実際の評価は自社の評価基準に合わせてください。
| 項目 | 記入例1 | 記入例2 |
|---|---|---|
| 部品 | ブラケット（板金、板厚1.6mm） | 取付ねじ（M4） |
| 機能・要求 | モーター（1.2kg）を振動下で保持する | ブラケットを樹脂筐体に固定する |
| 故障モード | 繰り返しの振動で曲げ部に亀裂が入り、破断する | 振動でねじが緩む |
| 影響 | モーターが脱落し、装置が停止する。周辺部品を損傷する | 異音が出る。位置ずれで動作不良になる |
| 原因（設計） | 板厚不足と曲げRの小ささによる応力集中。振動条件の想定不足 | 樹脂の座面が経年でへたる。緩み止めの指定がない |
| 現在の予防管理 | 静荷重の強度計算のみ | 締付トルクの指定のみ |
| 現在の検出管理 | 試作品の静荷重試験 | 試作品の外観確認 |
| 重大度 S | 8 | 6 |
| 発生頻度 O | 5 | 4 |
| 検出難易度 D | 6 | 7 |
| RPN（S×O×D） | 240 | 168 |
| 推奨対策 | 板厚を2.0mmにし、曲げRを拡大。振動条件を構造解析で確認し、試作で振動耐久試験を追加 | 座面に金属インサートを採用し、緩み止めねじを指定。振動試験後の残存トルクを確認 |
| 対策後のS・O・D（RPN） | 8・2・3（48） | 6・2・3（36） |
この例では、ブラケットの破断（RPN＝240）が優先度の高いリスクです。影響が大きいうえに、静荷重の計算と試験しかなく、振動による疲労を検証する手段がないためです。対策では、設計を変えてOを下げ、振動試験を追加してDを下げています。重大度Sは、設計の考え方そのものを変えない限り下がりません。
よくある失敗と対策
設計FMEAが形だけになる原因の多くは、「いつ・誰が・何を前提に書くか」がそろっていないことにあります。現場でよく見る4つの失敗と対策をまとめます。
1. 図面が固まってから作る
試作図を出した後や、顧客への提出直前にまとめて作ると、弱点が見つかっても設計を変えられません。表は「作った証拠」になり、中身は現状追認になります。対策は、構想設計の段階で粗く作り始め、詳細設計に合わせて足していくことです。
2. 工程の原因と混ざる
「作業者の組付けミス」「加工のばらつき」を原因に書くと、設計の弱点が表に残りません。設計FMEAには設計者が決めたことだけを書き、工程側の原因は工程FMEAに渡します。
3. 検出を出荷検査で評価する
「出荷前に全数検査するからDは低い」と評価すると、設計の弱点が見逃されます。疲労や経年劣化のように、出荷時点では現れない故障も多いためです。設計FMEAのDは、解析・試作評価・耐久試験など設計検証の手段で評価します。
4. 過去の不具合が反映されない
類似製品の設計FMEAや市場クレームを参照しないと、過去に起きた故障がまた表から漏れます。対策は、不具合の内容と対策を部品・製品にひも付けて残し、新しい設計FMEAのたたき台に使えるようにしておくことです。
FMEAが形だけになる原因と、仕組みで防ぐ方法は、以下の記事で詳しく解説しています。
過去の知見を活かす仕組み
設計FMEAの精度は、過去の設計不具合や試験結果をどれだけ参照できるかで大きく変わります。
ところが実際には、過去の設計FMEAは担当者のフォルダ、試験結果は実験部門の報告書、市場不具合は品質保証の台帳と、情報が部門ごとに分かれていることが少なくありません。この状態では、類似部品の不具合を探すだけで時間がかかり、結局、設計者の記憶だけで表を埋めることになります。
過去の知見を使える形にするには、不具合や試験の情報を「どの製品のどの部品の話か」とひも付けて残すことが出発点です。そのひも付けの土台になるのが部品表です。部品表の種類や役割は『BOM（部品表）とは』で解説しています。
製造業の未然防止を支援する「PRISM未然防止」は、FMEAやDRBFMの作成をAIで支援し、過去の技術情報を活用できる形にすることを支援します。
よくある質問（FAQ）
Q.設計FMEAと工程FMEAは、どちらを先に行いますか？
A．設計FMEAが先です。設計FMEAで決めた重要特性を、工程FMEAで工程の管理項目に落とし込むためです。実際には、詳細設計と工程設計を並行させ、両方の表を行き来しながら仕上げることも多くあります。
Q.設計FMEAとDRBFMはどう使い分けますか？
A．新しい設計を網羅的に確かめるなら設計FMEA、実績のある設計を一部変えるならDRBFMが向いています。DRBFMは変更点・変化点に絞って議論するため、少ない工数で深く検討できます。DRBFMについての詳細や進め方は『DRBFMとは？』で解説しています。
Q.設計FMEAは誰が作りますか？
A．設計者が中心になり、品質保証・生産技術・実験評価の担当者が加わって作ります。設計者が1人で作ると、自分の設計の弱点に気づきにくくなります。
Q.機能FMEAとは何が違いますか？
A．機能FMEAは、部品が決まる前の構想段階で、システムの機能を単位に分析します。設計FMEAは、部品や仕様が決まってから、部品ごとに寸法・材質の弱点を分析します。
まとめ
設計FMEA（DFMEA）は、製品の設計に潜む故障を、試作の前に洗い出して対策する手法です。工程FMEAとは前提とする条件が逆で、重要特性を引き継ぐことで両者がつながります。
進め方は、①対象範囲と構成の明確化 ②機能と要求の整理 ③故障モードの抽出 ④影響と原因の整理 ⑤S・O・Dによる評価 ⑥対策と効果確認の6ステップです。対策は「試験を足す」より「設計で原因をなくす」を上位に置きます。
そして、設計FMEAを一度きりの書類にしない鍵は、試作評価や市場不具合の結果を表に戻し、次の設計で参照できる状態にしておくことです。
Thingsからのご提案
ここまで見てきたとおり、設計FMEAの精度は「過去の設計不具合や試験結果をどれだけ参照できるか」に大きく左右されます。散らばった技術情報を組織の資産として活用できる状態にするには、それを支える仕組みが欠かせません。製造業向けの製品ナレッジ活用基盤「PRISM」は、こうした技術情報の蓄積・活用を支援するプラットフォームです。機能や活用イメージをまとめた資料を無料でご用意していますので、以下からご覧ください。
