開発・設計段階でコストダウンを追求していくためには、図表１に示すように、各ステップに対応したコストダウン手法を適用する。
図表１
製品企画、製品システム設計の段階では製品の編成・機能を、製品パラメータ設計の段階では製品構造を、製品許容差設計の段階では部品材料を中心に材料費のコストダウンを考える。
(1) 製品設計とコストダウン手法
開発・設計部門の大きなテーマは、新製品に対し、日頃研究開発された技術やマーケティングの情報を生かして、製品という具体化された“もの”にすることである。
開発・設計段階でコストダウンを追求していくためには、図表１に示すように、各ステップに対応したコストダウン手法を適用する。
製品企画、製品システム設計の段階では製品の編成・機能を、製品パラメータ設計の段階では製品構造を、製品許容差設計の段階では部品材料を中心に材料費のコストダウンを考える。
(2) ＱＦＤ（品質機能展開）
ＱＦＤは、製品の機能と目標とする品質の関係を明確に表現するツールである。ＱＦＤを開発・設計の初期段階に行う目的は、開発する製品が“顧客ニーズを満たす要求性能・特性をいかに作り込むか”を明確にするためである。
■ 品質表の作成
図表２の左欄は、要求品質展開表といわれ健康機器製品の顧客要求をできるだけ顧客の言葉で表現し、それを統計的にまとめたものでこれが真の品質にあたる。
図表２
これだけでは現実の製品を技術的に構成していくことができないため、計測可能な品質特性に変換する必要がある。
品質特性を体系的にまとめたものが、品質特性展開表で図表３の上欄である。
図表３
図表３（品質表）で強い関係、関係、弱い関係のあるところに、それぞれ3、2、1をつけてある。このようにして、要求品質を代用特性に変換して設計品質を決めることができる。
■ 要求機能展開表の作成
ＱＦＤの次のステップは、品質表をもとに対象システムの機能構造やそのシステムと係わる関連システムの機能構造をつかみ、目的とするシステムなどの対象機能を定義し設定することである。
図表４は、健康機器の要求品質のシステム機能への割当過程である。要求品質に対して，「要求品質をどの機能へ折り込むことがシステム仕様として望ましいか」を検討し、その結果を機能と要求品質の交点のマス目に割当てる。このとき、強い関係、関係、弱い関係のあるところに、それぞれ3、2、1をつける。
図表４
■ 要求仕様の記述
次に、個別の機能に割当てられた要求品質群を「機能＋品質」の要求仕様としてまとめる。
図表５
図表５は、負荷を発生させる機能に対する要求品質から品質特性としての負荷、回転数を整理している過程を示している。これを全ての機能に対して実施すれば、要求仕様書が完成する。
(3) ＶＥ（バリュー・エンジニアリング：価値工学）
ＱＦＤにより顧客要求を機能、品質特性に変換したので、次はＶＥによる機能とコスト（構造）の追求である。
ＶＥでは、価値（Ｖ）を機能（Ｆ）の達成とコスト（Ｃ）との関係で「Ｖ＝Ｆ／Ｃ」としている。
■ ＶＥの展開手順
ＶＥの特徴の１つは進め方が手順化されている点にあり、図表６に展開手順の一例を示す。
図表６
ＶＥは製品の機能とコストを分析し、より価値の高いものを設計したり改善する手法であり、この面で最も特徴的なステップが“Step3 価値分析”である。その内容は機能整理と機能評価とがある。
■ 機能整理：機能系統図の作成
機能整理は、製品の機能を明らかにするために行うが、一般には図表７のように断層的に把握する（これを機能系統図と呼ぶ）とわかり易く、改善案も出し易い。
図表７
機能系統図は製品の基本機能、上位機能と下位機能の関係、末端機能などを明らかにするために作成する。機能は名詞と動を用いて簡潔に表示することに留意する。
■ 機能評価：機能係数の決定
機能評価は、機能系統図で明らかにした機能それぞれを一対ずつ取り出し、「どちらの機能がどれだけ重要か」を検討する。
図表７では、健康機器の機能を100%としたとき、“Ｆ1：運動する”は31%、“F2：運動を管理する”は34%が相対評価の結果として割当てられている。
■ ユニット、部品の攻めどころの追求
すでに設定してある目標原価を機能係数で細分化したものが機能別目標原価であり、これをＦCとする。また、対象製品の見積原価をＣ、理想目標原価（基本機能＋補助機能×1/2）をＣBとする。
現在把握している部品別コストを機能系統図で明確になった機能とを対応させることで、ＦC、Ｃ、ＣBの関係を図表８のT、U、Vの３つのパターンに分類できる。
図表８
以上の手順によりＶ＝Ｆ／Ｃ の分析が完了し、パターンT、U、Vにより改善の方向性が明確になる。
次は具体的なアイデア発想であり、ＴＲＩＺが有効なツールとなる。
(4) ＴＲＩＺ（発明的問題解決の理論）
ＴＲＩＺは｢トゥリーズ｣と発音し、Ｔ・Ｒ・Ｉ・Ｚの文字は｢発明的問題の解決理論（Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ Ｓｏｌｖｉｎｇ）｣という意味のロシア語の頭文字を取った造語である。
■ ＴＲＩＺの歴史
ＴＲＩＺ理論を考え出した、Ｇｅｎｒｉｃｈ Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ は1926年にロシアで生まれた。14歳にして初めての発明を行い、のちに教育を受けてメカニカルエンジニアとなった。1946年にＴＲＩＺを手がけ始めた当時、彼はソビエト海軍の特許部で働いて、発明家が出す特許の整理をする手伝いをしていた。
そして、彼は発明が起こるしくみに興味を持ち、何千という特許を調べ、共通点・パターン・発明的考えの主幹となることがらを研究し文章にまとめあげた。
■ ＴＲＩＺの問題解決方法
Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ は、特許を整理・解析することで問題解決の抽象化した世界を作り上げた。それが特定の問題を抽象化する「39の技術特性」と抽象化した解決策の「40の発明原理」である。
図表９にそれらの一部抜粋を示す。
図表９
特定問題を抽象化するには、39の技術特性を「改善する特性」と「悪化する特性」の組合せで表現する。この組合せは39×39個あるので、これを対立マトリックスにまとめた。
図表10は39×39個のマトリックス表の一部抜粋である。
図表10
この表は、改善する特性（行）と悪化する特性（列）の組合せを選択し、その交点を求めることにより、発明原理に結びつく形になっている。
たとえば、改善する特性として“7.動く物体の体積”、悪化する特性として“3.物体の長さ”を選択すると、発明原理として「01.分割原理」、「07.入れ子原理」、「35. 凝集状態変更原理」、「04.非対称原理」が示される。
これらが抽象化した解決案である。そして、この抽象化した解決案をヒントにして、特定問題の解決策を検討するのである。
この対立マトリックスは、ＴＲＩＺのしくみの一部であるが、問題定義と問題解決の二つの部分を持っている有効なツールである。
(5) 品質工学
ＶＥ、ＴＲＩＺにより顧客要求をどのような機能、構造で実現するかのアイデアは創出された。次に必要なことは、機能の安定性により、アイデアの評価を実施することである。ここで、品質工学が登場する。
■ 品質工学とは
品質工学は、田口玄一博士が提唱する「品質を金額で評価し、品質レベルの経済的評価」を行う手法であり、米国ではタグチ・メソッドの俗称でよばれている。品質工学では、品質を製品が出荷後に社会に与える損失であるとして、つぎのように定義している。
品質＝（機能のばらつきによる損失）＋（使用コスト）＋（機能に関係のない弊害項目による損失）
上記算式における機能を品質工学ではエネルギーの入出力関係（エネルギーの変換）として表している。図表11のようにエネルギーの入出力関係は、そこに無駄がなければ、入力が 2倍になれば、出力も 2倍になるという足し算の関係になる。このような入出力関係は、技術の働きの根本を示しているので、ここで評価した結果がよければ、その結果はそう簡単には変わらないことが期待できる。
図表11
しかしながら、実際にはこうした考え方はほとんど用いられることがなく、故障とか振動現象、あるいは摩耗のような顧客の要求を示す、消費者品質を用 いることが多い。しかし、実際には入力されたエネルギーが、本来の機能のためにうまく使われず、余剰エネルギーが副作用として消費されてしまうことから、その結果として発生してくる不具合現象なのである。
その結果、不具合現象を押さえるために過剰機能や過剰品質の製品が生まれてくるのである。
さて、品質工学はコストを上げずに、これらの損失やコストを引き下げるべく製品設計や生産設計を行うが、そのために２つのアプローチがとられる。それがパラメータ設計と許容差設計である。
■ パラメータ設計
これは、品質をばらつかせるノイズ（誤差因子）そのものを減衰させ、ノイズに強い安定設計を行う方法である。すなわち、製品や部品が製造上の諸変数の影響を受けることなく、製品を容易にかつ低コストで設計し、出荷後の製品の性能が、環境条件や劣化によって左右されないように改善するアプローチである。
このパラメータ設計は、要素技術の開発段階で特に有効であり、実施手順を図表12に示す。
図表12
■ 許容差設計
パラメータ設計により安定設計水準が決まったあとで、使用部品のばらつきが結果に機能に影響を与えている場合は、使用部品のグレードを検討したり、選別したりして、ばらつきを減らすことができる。しかし、これにはコストがかかるから、ばらつきの減少による損失の減少とのかねあいが問題になる。
これを考えるのが許容差設計である。つまり、グレードの異なる部品や材料について品質とコストのトレードオフ評価を行い、どのレベルを目指して設計していくかを選択するものである。
以上が品質工学の概要であるが、現在日本で品質工学を国際的に貢献可能なＩＳＯとして提案すべき活動が展開されている。
