備えあれば憂いなし：プロセス分析におけるエラーとリスクの最小化 - Part 3

2020/08/31

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こちらの記事は Part 3 のシリーズ

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生きていく中で、私たちは皆、危険だと思われる状況やリスクを避けるために、自分の直感や経験を信じることを学びます。文字通り、潜在的な危険を不安な感覚で察知します。熱いストーブの上に触るのは良くないと痛感したことのない人がいるでしょうか？　あるいは、竜巻の最中に自ら外に出る人はいるでしょうか？

人間は直感や学習したパターンに頼って危険を回避したり、保護戦略を用いることができますが、電子システムや機械の場合ははるかに複雑です。システムのすべてのコンポーネントは、恒久的に安全な状態である必要があります。個々のコンポーネントの故障や誤動作は、生産プロセスやオペレーターの安全に壊滅的な影響を及ぼす可能性があります。

その一例が1976年のセベソ事故です。この事故で反応プロセスが制御不能となり、猛毒のダイオキシンTCDDが流出し、周囲の動植物を持続的に汚染しました。このような重大な化学事故を防止する目的で、1982年に欧州セベソ指令が制定され、2012年に欧州セベソIII指令として改正されました。

エラーを認識し、マスターし、回避する

継続的に運転されるプロセス・エンジニアリング・システムには、そのライフサイクル中に磨耗したり故障したりする可能性のある部品が無数に含まれています。しかし、測定回路、制御回路、調整回路が影響を受けた場合、故障は甚大な損失を引き起こす可能性があります。いかなる場合においても、人間や環境を危険にさらすべきではありません。このため、コンポーネントの機能安全性は保証されなければならず、そのリスクとハザードの可能性は詳細に分析されなければなりません。

機械部品の耐用年数は、機械の摩耗を観察することで評価できます。しかし、電子部品の経年劣化は評価が困難です。リスク低減と機能安全を定量化できる測定単位は、いわゆる「安全度水準」(SIL:Safety Integrity Level) です。

安全度水準の評価は、次の手順で行います：

リスク分析
リスク削減の実現
実現されたリスク削減が少なくとも必要なリスク削減に相当していることを示す証拠の提示

プロセス分析システムの重要性

エラーはどこにでも起こりうるものであり、完全に排除することはできません。したがって、起こりうるエラーを最小限に抑えるためには、リスク分析の一環として、発生リスクとそれによって予想される損害を見積もる必要があります。ここで、”システム・エラー”と”ランダム・エラー”を区別する必要があります。

”システム・エラー”は潜在的に回避可能であり、たとえばソフトウェアエラーや構成の不備などによって発生します。したがって、”システム・エラー”は試運転中または試運転前にすでに存在しています。

対照的に、”ランダム・エラー” は任意に発生するため、潜在的に回避することが困難です。とはいえ、エラー率や故障確率は統計的、実験的に求めることができます。

通常、"ランダム・エラー" は、ハードウェアに起因し、動作中に発生します。最終的に問題のない機能を確保するには、”システム・エラー”を回避し、”ランダム・エラー”を抑制する必要があります。

プロセス分析計の概要

プロセス分析システムは、手作業によるラボ分析と製造プロセスをつなぐものです。重要なパラメータの連続的かつ完全自動モニタリングが必要なアプリケーションでは、プロセス分析装置は不可欠です。ラボとプロセスでは分析条件が異なるため、測定技術をラボからプロセスに移行する際にはいくつかの課題があります。決定的な要因は、プロセス分析装置がその設計、構造材料、コンポーネントの信頼性に関して満たさなければならない作業・環境条件（高温、腐食性雰囲気、湿気、粉塵、爆発の可能性のある環境など）です。プロセス分析装置は、予防措置によってハードウェアやソフトウェアのコンポーネントが故障するのを防ぐために、システムデータと診断データを自動的かつ継続的に送信します。これにより、"ランダム・エラー" が発生する可能性が大幅に減少します。

エラーの発生を未然に防ぐ

プロセスエンジニアリングプラントの安全度水準(SIL)の中で実施されるリスクアセスメントの手順は、最終的には数学的な計算に基づいています。しかし、プラントの24時間365日の運転では、”ランダム・エラー” を完全に排除することはできません。残留リスクは常に残っています。したがって、運転中のハードウェアやソフトウェアの故障を回避するために、予防保全活動の重要性が非常に高まっています。

プロセス分析装置とその診断データを定期的にチェックすることは、永続的にトラブルのない操作を行うための基本的な要件です。カスタマイズされたメンテナンスおよびサービスコンセプトにより、分析装置はライフサイクル全体にわたって認定サービスエンジニアによってサポートされます。定期的なメンテナンスプラン、アプリケーションサポート、校正、性能証明、修理、純正スペアパーツ、適切な試運転などは、ほんの一例です。

さらに、プロセス制御システムと分析装置間の透明性の高いコミュニケーションも、デジタル化の背景に関連しています。制御システムの状態を評価するための分析装置からの性能データの収集は、ひとつの要素に過ぎません。関連するシステムコンポーネントを継続的にモニターすることで、必要なメンテナンスに関する結論を導き出すことができます。収集されたデータをどのように解釈し、どの程度迅速に対処する必要があるかという問題が生じます。ソフトウェア・ケア・パッケージは、メーカーの仕様に従ってソフトウェアをテストし、データのバックアップとソフトウェアのメンテナンスを行うのに役立ちます。