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【SWS22-01】複数コントローラ設計に対するシーケンス分析によるコントロールループ分析支援手法の提案.pdf
- 3. 目次 背景 宇宙機システムの特徴 安全解析手法 STAMP/STPAによる分析 対象とするシステム 課題 提案手法の概要 提案手法の有効性確認 方法 結果 まとめ 3
- 4. 宇宙機システムの特徴 4 システム故障時の損失：大 環境や人命の喪失の可能性あり 損失するコスト：大 システム故障の対応や復帰の難易度：高 地球との通信は限られた期間のみ 部品交換不可 システム故障の対策の難易度：高 想定外が発生しやすい 動作環境が過酷 （放射線によるメモリ化け発生等） 過去の知見：少 5年以上の長い開発期間 少量多品種（研究実証向け） 想定内でも実環境の試験不可 宇宙機システムの例 ロケット 人工衛星 宇宙ステーション 地上管制局 宇宙機システムの特性に応じた安全解析による 設計検証や試験が重要
- 5. 安全解析手法の現在 5 システム構成要素の故障 ・トップダウンアプローチ FTA（事象から原因推定） ・ボトムアップアプローチ FMEA（構成要素の状態から影響分析） システム故障 の要因 手法 FTA、FMEA STAMP/STPA システム境界に対する 構成要素間の相互作用 故障要因として モデル化可能 な構成要素 ハードウェア ハードウェア、ソフトウェア、人など サブシステム サブシステム 総合システム システム STAMP/STPAは、システム思考に基づく、「相互作用」に着目した分析である
- 18. 提案手法による作成イメージ 18 コントローラB アクチュエータB 伸展動作の指示 伸展動作 伸展が終わるまで の制限時間 コントローラA [周期=1秒] センサによる 物理量取得 振動によるセンサの精度低下 伸展具合によるセンサへの視野干渉 姿勢維持の指示 アクチュエータA 制御指示 動作 フィードバック （動作量の計測） プロセスモデル の変更 [周期=1秒] センサによる 物理量取得 制御指示誤り （UCA） プロセスモデル の変更 コントローラBの UCAから1ループ前 のループ コントローラBの UCAを含むループ 【課題1】コントローラ間の相互作用 【課題2】アクチュエータの物理的作用 【課題3】順序や時間に関する制約 外部の構成要素 分析対象の構成要素 順序固定し状況を推定しやすく、時間制約等を表現することで、 ハザード要因分析を支援する
- 19. 19 参考：提案手法の支援ツール モデリングコストを削減し、分析による設計検討に注力できる簡易ツールで支援 要素 要素間作用 要素の特性 コンポA 情報A 条件 周期 時間制約 ツール で変換 【ポイント】 モデリングコストを削減 → 意味がある「モデル」が 作成できるまで繰り返す 【ポイント】 モデルで決めたいことに思考誘導する → システム特性を抽出できる ガイドを作成する。
- 21. 21 提案手法の有効性確認の流れ 従来手法 提案手法 効果計測 ハザードシナリオ（従来手法） 制約記述シーケンス図 ハザードシナリオ（提案手法） 制御構造図 コントロールループ図 アクシデント、ハザード、安全制約 非安全な操作（UCA） ハザード誘発要因（HCF） STAMP/STPAの成果物 評価ステップ 成果物 指標1： 提案手法によってハザードシナリオが増えたか？ － 見落としの検出による増加 － 詳細化による増加 指標2： 増加したシナリオは、各課題に該当するか？ 従来手法、提案手法の順でハザードシナリオを作成し計測
- 22. 有効性確認の適用対象 22 システムAの制御構造図 システムBの制御構造図 コントローラ間 の情報同期 アクチュエータ の物理的作用 順序・時間に 関する制約 各課題への有効性を確認するため、2つのシステムに対して実施 No 分析対象 製品特性 工程 1 システムA ・コントローラ間で情報を同期し、その値をもとに制御の目標値を計算す る ・異なる周期の処理があり、ある処理の事前条件に別処理での更新値 を用いる等の順序や時間に関する制約あり 設計段階 2 システムB 目的が異なる複数のアクチュエータを制御しており、物理的作用あり 試験段階
- 25. まとめ 結論 提案手法は、STAMP/STPAの「ハザード誘発要因（HCF）を特定する」 工程において、以下の分析を補強できる 1. 外部コントローラからの制御指示とコントロール対象の組み合せた分析 2. 外部コントローラが制御するアクチュエータの物理的作用の影響の分析 3. 制御指示や観測値取得の「順序」やアクチュエータの動作時間など「時間」 に関する制約に関する分析 提案手法の限界 シーケンス図に制約が記述できない場合、効果的ではない 今後の展開 適応対象（システムの特性）への依存性の評価を検討する 分析者（ドメイン知識、モデリング技術）への依存性の評価を検討する 25