1.5 制御因子の「強すぎる」水準が絡む場合
効果をはっきり見たいから、水準差を大きく取ろう。良くなる方向に大きく振ってみよう。
上げれば性能が良くなるはずだから、高水準はかなり強めにしよう。
この考え方自体は、実験の感度を上げるという意味では一理ある。
しかし、水準を強くしすぎると、制御因子が本来の設計領域を超えて、飽和・制限・破綻・副作用の領域に入ってしまう。たとえば次のようなケースである。
分野 強すぎる水準の例 起こり得る問題
締結 締付トルクを高くしすぎる ねじ破断、座面陥没、軸力ばらつき増大
電気 電流を上げすぎる 発熱、電流制限、磁気飽和、絶縁劣化
成形 射出圧力・速度を上げすぎる バリ、焼け、残留応力、設備上限到達
加熱 温度を上げすぎる 熱劣化、副反応、変色、軟化、寸法変化
接着 塗布量を増やしすぎる はみ出し、硬化不良、収縮、内部応力
制御 ゲインを上げすぎる 発振、オーバーシュート、アクチュエータ飽和
センサー 入力を大きくしすぎる 出力飽和、分解能低下、応答遅れ
これは、1.1の「レジーム切替」とかなり近い。ただし、少し焦点が違う。
パターン 主な問題
レジーム切替 メカニズム領域をまたいでしまう
強すぎる水準 設計限界、設備上限、飽和、破綻領域に入ってしまう
後者は、それに加えて、
- 制御上限に当たる
- 出力が飽和する
- 安全余裕がなくなる 等
という、設計空間の端を踏む問題が中心である。
一言でいえば、前者は「別の現象になってしまう」問題であり、後者は「そこまで強くすると使えない」問題である。
対策の基本方針は、制御因子の水準は、効果が見える範囲で、かつ現実の設計余裕内に置く。
ここで大事なのは、単に「安全側に狭くする」ことではない。水準差が小さすぎると、因子効果が見えなくなる。
したがって、望ましい水準は次のような範囲である。
水準設定 評価
狭すぎる 効果が見えない
適正 効果が見えるが、破綻領域には入らない
広すぎる 飽和・制約・異常モードに入る
つまり、目的は「大きく振る」ことではなく、機能改善の勾配が見える範囲に置くことである。
強すぎる水準を避けるには、絶対値だけでなく、設計限界に対する余裕率で水準を見るとよい。
たとえば締付トルクなら、
- 低水準：標準の80%
- 中水準：標準
- 高水準：標準の120%
という置き方だけでは不十分である。その120%が、ねじ破断トルクや座面陥没トルクに対してどれくらい余裕があるかを技術的に見ておく必要がある。
他の例として以下を挙げておく。
因子 余裕率として見るもの
電流 定格電流、発熱限界、電源容量
圧力 耐圧、シール限界、安全弁作動圧
温度 Tg、融点、劣化開始温度、接着剤耐熱
荷重 降伏応力、座屈荷重、疲労限度
速度 発熱限界、制御追従限界、潤滑限界
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