化学プラント大全 
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HAZOPが見ているのはラインです。「このノードで流れが止まったら」と考えます。
FMEAが見ているのはモノです。「このポンプは、どういう壊れ方をするのか」から始めます。
そして実務でFMEAが失敗するとき、原因はほぼ1つに絞られます。故障モードの書き方です。
この記事の要点
- FMEAは構成要素から積み上げるボトムアップの手法
- 「壊れる」は故障モードではない。機能の裏返しで書く
- RPN＝S×O×D。ただし順序尺度の掛け算だという弱点がある
- Sが大きい項目は、RPNが低くても別枠で扱う
- FMECA・FMEDAへの拡張が、保全計画とSIL検証につながる
1. FMEAは、どういう手法か
FMEA（Failure Mode and Effects Analysis／故障モード影響解析）は、機器を構成要素に分解し、それぞれの壊れ方と、その影響を追う手法です。
| HAZOP | FMEA | |
| 対象 | プロセス（ライン、ノード） | 機器、構成要素 |
| 起点 | パラメータのずれ | 部品の故障モード |
| 方向 | ずれ → 原因・結果 | 故障 → 上位への影響 |
| 得意 | プロセス条件のずれ | 機器の信頼性、保全計画 |
| 苦手 | 個々の部品の壊れ方 | 複数機器がからむシナリオ |
この「苦手」は重要です。FMEAは基本的に、単一故障を1つずつ見る手法です。2つ同時に壊れたら、という話は扱えません。
そこはFTAの担当になります。使い分けの境目は、ここです。
2. ワークシートが、そのまま手順になる
FMEAの実体は1枚の表です。列を左から埋めていけば、それが手順になります。
| 列 | 書くこと |
| ① 構成要素 | 軸受、メカニカルシール、インペラ、カップリング… |
| ② 機能 | その要素が果たすべきこと（ここを飛ばすと③が書けない） |
| ③ 故障モード | 機能が果たされない状態 |
| ④ 故障の原因 | なぜその故障モードになるか |
| ⑤ 局所影響 | その機器の中で何が起きるか |
| ⑥ 上位影響 | プラント・人・環境に何が起きるか |
| ⑦ 検知手段 | いま、どうやって気づけるか |
| ⑧ 現状の対策 | すでに打たれている手 |
| ⑨ S・O・D | 影響度・発生度・検知度の評点 |
| ⑩ 対策 | 誰が、いつまでに |
②の「機能」を飛ばすチームが、とても多いです。いきなり故障モードを書こうとすると「壊れる」「劣化する」しか出てきません。機能を先に書けば、故障モードはその裏返しとして自動的に出ます。
3. 故障モードの書き方 ― ここが本体
機能が決まれば、故障モードは5つの型で機械的に出せます。
| 型 | 意味 | 例（遮断弁：「信号で閉まる」） |
| 機能喪失 | まったく果たされない | 閉まらない |
| 部分喪失 | 不十分 | 途中までしか閉まらない、内漏れする |
| 過剰 | 行き過ぎる | ―（弁では出にくい） |
| 意図しない作動 | 要求がないのに動く | 勝手に閉まる（生産停止） |
| 断続・遅延 | 時間的にずれる | 閉まるのが遅い |
お気づきかもしれませんが、これはHAZOPのガイドワードとほぼ同じ発想です。No / Less / More / Reverse / Other than。
違うのは当てる相手だけ。HAZOPはプロセスパラメータに当て、FMEAは部品の機能に当てます。
遠心ポンプで書いてみる
| 構成要素 | 機能 | 故障モード | 上位影響 |
| インペラ | 液に圧力を与える | 吐出圧が出ない／低下する | 後段への供給停止 |
| メカニカルシール | 軸貫通部から漏らさない | 外部漏えい | 可燃性液体の漏えい火災 |
| 軸受 | 軸を支持する | 焼付き、異常振動 | 停止、軸損傷 |
| カップリング | 動力を伝える | 破損、スリップ | 回転せず、供給停止 |
| 逆止弁 | 逆流を防ぐ | 閉まらない | 逆流、他系統の汚染 |
この表で注目してほしいのは2行目です。
「ポンプが止まる」という故障モードばかり並ぶ中で、メカニカルシールだけは、止まらずに漏らします。生産影響はゼロなのに、安全影響は最大です。
FMEAをやる価値は、こういう行を見つけることにあります。
4. RPN ― 使えるが、鵜呑みにできない
優先順位をつけるために、3つの評点を掛けます。
| 記号 | 意味 | 下げる手段 |
| S（Severity） | 影響の大きさ | 設計を変えるしかない（本質安全設計） |
| O（Occurrence） | 起こりやすさ | 材質、運転条件、予防保全 |
| D（Detection） | 見つけにくさ | 計装、点検、状態監視 |
RPN ＝ S × O × D（それぞれ1〜10なら、最大1000）。
Dは「検知度」ですが、数字が大きいほど見つけにくいという向きに注意してください。逆に取ると、優先順位が丸ごと反転します。
RPNの弱点
| 項目 | S | O | D | RPN |
| A：シール漏えい→火災 | 8 | 2 | 2 | 32 |
| B：計器のドリフト | 2 | 8 | 2 | 32 |
RPNは同じ32です。でも、この2つを同じ扱いにしてよいはずがありません。
S・O・Dは順序尺度です。「8は2の4倍ひどい」という意味を持っていません。
順序尺度どうしを掛けた値には、本来比としての意味がありません。RPNは「並べ替えの目安」であって、点数ではないのです。
実務では、次のルールを併用しておくと大きな事故を取りこぼしません。
- Sが上位（人身・環境に至る）の項目は、RPNによらず必ず検討対象にする
- RPNのしきい値（例：100以上）だけで足切りしない
- Dを下げてRPNを稼がない。検知を増やしても、起きる確率は変わらない
3つ目はよくある逃げ道です。点検頻度を上げてDを下げれば、RPNは簡単に下がります。けれども漏れる確率は1ミリも変わっていません。
なお自動車業界では、この弱点を受けてRPNに代えて「AP（Action Priority）」という優先度の決め方が採用されています（AIAG・VDA共通の手引き、2019年）。Sを最優先に見る考え方で、プロセス産業でも参考になります。
5. FMECAとFMEDA ― 2つの拡張
| 手法 | 何を足すか | 何のため |
| FMEA | ― | 故障モードと影響の洗い出し |
| FMECA | 致命度（Criticality）＝故障率×影響度 | 保全計画・スペア戦略の優先順位づけ |
| FMEDA | 故障を「安全側／危険側」「検知可／不可」に分類 | 安全計装機器のSIL検証 |
FMEDAは少し特殊ですが、安全計装を扱うなら避けて通れません。
機器の故障を4つに仕分けます――安全側で検知できる／安全側で検知できない／危険側で検知できる／危険側で検知できない。この最後の「危険側・検知できない」が、そのままPFDに効いてきます。
安全計装機器のメーカーが公表している安全マニュアル（Safety Manual）には、このFMEDAの結果が載っています。SILを検証するときに使う数字は、ここから来ています。
6. FMEAをどこで使うか
| 場面 | 使い方 |
| 回転機・重要計器 | 故障モードごとに、検知手段と保全方式を割り付ける |
| 保全計画（RCM） | 故障モード別に時間基準／状態基準／事後を選ぶ |
| スペア戦略 | 致命度の高い故障モードの部品を優先して持つ |
| 新規機器の選定 | 候補機種の故障モードを並べて比較する |
| 老朽化設備の評価 | 経年で増える故障モードを洗い出す |
2行目が、FMEAの一番おいしい使い方だと思っています。「予防保全か状態監視か」は、故障モードごとに答えが違います。機器単位で決めているなら、粒度が粗すぎます。
7. 実務での落とし穴
| 落とし穴 | どうなるか |
| 「機能」を書かずに始める | 故障モードが「劣化する」「壊れる」だけになる |
| 分解の粒度がバラバラ | 細かく割った機器だけ項目数が増え、優先順位が歪む |
| 上位影響を書かない | Sが付けられず、RPNが意味を失う |
| 単一故障しか見ない | 重なって起きるシナリオが抜ける（FTAの出番） |
| DでRPNを稼ぐ | 点検を増やしただけで対策済みになる |
| 行数が多すぎて読まれない | 1機器で数百行。結論の一覧がないと使われない |
最後の行は、FMEAの宿命でもあります。網羅性を上げるほど表は膨れます。「Sが上位の行だけを抜き出した1枚」を必ず別に作ってください。読まれるのはそちらです。
8. 自分の職場で確かめる7つのこと
- FMEAシートに「機能」の列がありますか。
- 故障モードに「劣化」「壊れる」と書かれた行はありませんか。
- 止まらずに漏れる故障モードを、拾えていますか。
- Sが上位の行を、RPNと別枠で管理していますか。
- Dの向き（大きいほど見つけにくい）を、全員が同じに理解していますか。
- 保全方式を、機器単位ではなく故障モード単位で決めていますか。
- 結論を1枚にまとめた要約がありますか。
まとめ
- FMEAは部品から積み上げる。HAZOPとは対象が違う
- 機能を書けば、故障モードは5つの型で機械的に出せる
- 止まらずに漏れる故障モードを見つけるのが、この手法の価値
- RPNは順序尺度の掛け算。Sが大きい項目は別枠で扱う
- 単一故障しか見えない。重なるシナリオはFTAで補う
FTAで原因を掘り、ETAで結末を追い、FMEAで部品を洗う。この3つを1枚の絵にまとめて、関係者と共有するための道具が、次に扱うBow-Tieです。
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プロセス安全の全体地図
この記事は「プロセス安全・防災」カテゴリの1本です。約100本を6つの領域に整理した地図と、立場・目的別の読む順は、こちらにまとめています。
参考文献
- 安全工学会 監修、新井充・佐藤吉信・高木伸夫・野口和彦・若倉正英 編『実践・安全工学シリーズ2「プロセス安全の基礎」』化学工業日報社、2012年
Amazonで見る - IEC 60812「Failure modes and effects analysis (FMEA and FMECA)」（FMEA／FMECAの国際規格）
- MIL-STD-1629A「Procedures for Performing a FMECA」（1980年、PDF） FMECA・致命度解析の原典
- IEC 60812:2018「Failure modes and effects analysis (FMEA and FMECA)」／JIS C 5750-4-3:2021（対応JIS）
- 厚生労働省「化学プラントにかかるセーフティ・アセスメントに関する指針」別添
※本記事中のS・O・Dの評点は、考え方を説明するための例です。評点の定義は業界・企業ごとに異なります。自社の基準に読み替えてご活用ください。
