機能安全(注1)コンサルティングを提供するFSマイクロ株式会社(本社：名古屋市)代表取締役社長 桜井 厚の論文が、2022年10月22日、IEEE(注2)主催の信頼性に関する国際学会であるRAMS 2023(注3)に正式採択されました。同著者の論文がRAMSに採択されるのは4年連続となります。また同著者は、2017年にIEEE主催の国際学会である第14回ISPCE 2017(注4)において、最優秀論文賞を受賞しています。

RAMS 2023は、2023年1月23日から26日まで米国フロリダ州オーランドのフロリダホテルアンドカンファレンスセンターにて開催される予定です。

2018年に車載電子機器における機能安全の国際規格であるISO 26262(注5)第2版が発行され、併せてPMHF(注6)式も改訂されました。同著者はRAMS 2020において、このPMHF式の数学的な背景を明らかにし、最適値が算出可能な新しいPMHF式を提案しました。

本論文は、新提案の確率的構成要素を用いることで、同著者の提唱するPMHF式を再度証明したものです。具体的には主機能と安全機構の合体エレメントを考えることで、ISO26262第1版におけるPMHF式を確率的構成要素に分解し、主機能と安全機構が修復可能な場合におけるPMHF式となることを証明しました。そのため、従来見られたPMHFの過剰見積りを防止することが可能となります。これにより、自動運転システムに代表される耐故障システム(注7)の設計工数の削減と市場投入期間の短縮が期待されます。

【お問い合わせ先】
商号　　　　　 FSマイクロ株式会社
代表者　　　　 桜井 厚
設立年月日　　 2013年8月21日
資本金　　　　 3,200万円
事業内容　　　 ISO 26262車載電子機器の機能安全のコンサルティング及びセミナー
本店所在地　　 〒460-0011
　　　　　　　 愛知県名古屋市中区大須4-1-57
電話　　　　　 052-263-3099
メールアドレス info@fs-micro.com
URL　　　　　 http://fs-micro.com/

【注釈】
注1：機能安全は、様々な安全方策を講じることにより、システムレベルでの安全性を高める考え方
注2：IEEE(アイトリプルイー)はInstitute of Electrical and Electronics Engineersの略称。電気工学・電子工学技術に関する、参加人数、参加国とも世界最大規模の学会 http://ieee.org/
注3：RAMS(ラムズ)2023はThe 69th Annual Reliability & Maintainability Symposiumの略称。IEEE信頼性部会が主催する、信頼性工学に関する国際学会 http://rams.org/
注4：ISPCE(アイスパイス)はIEEE Symposium on Product Compliance Engineeringの略称。IEEE製品安全部会が主催する、製品安全に関する国際学会 http://2017.psessymposium.org/
注5：ISO 26262とは車載電気・電子システムに関する機能安全規格であり、自動車の運行中に車載電気・電子システムの故障により危険な事象が起きる可能性を、許容できる範囲にまで減少させることを目的とした国際規格
注6：PMHF(ピーエムエイチエフ)はProbabilistic Metric for Random Hardware Failuresの略称。車載電気・電子システムにおいて、車両寿命間にシステムが不稼働となる確率を時間平均した、ISO 26262のハードウェアに関する設計目標値のひとつ
注7：耐故障システムとは、故障した場合に直ちに機能を失うことなく、本来の機能を代替可能な安全性向上のためのシステム

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10/22に最終論文を提出するようにRAMS委員会から返答がありました。10/25に最終論文及びプレゼン資料を登録し、これで正式採択となります。

RAMS 2023は2023年1月にフロリダ州オーランドで開催予定ですが、CDCによる入国制限が今だ継続しており、米国入国が可能かどうかは現段階では不透明です。なお、入国できない場合は録画等で発表予定です。

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レビュー結果に対する応答を行いました。RAMS 2023は2023年1月にフロリダ州オーランドで開催予定ですが、CDCによる入国制限が継続しており、実際に米国入国が可能かどうかは現段階では不透明です。なお、入国できない場合は録画等で発表予定です。

表525.1はRAMS 2023正式採択までのマイルストーンであり、今後適宜更新します。

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表519.1に弊社代表の投稿した論文の実績と予定を示します。

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本日(2022/9/27)レビュー結果を受領しました。

表518.1はRAMS 2023正式採択までのマイルストーンであり、今後適宜更新します。

今年のRAMSはレビューが遅れ、当初9/1までにレビュー結果を受領する予定が、途中で確認したところ9/Mとのことでした。実際にはさらに遅れ、本日9/27に受領しました。ところが改訂版の締め切りは10/9と延期していないようです。

ただし、レビュー結果のコメントは2件とも非常に評価が高く、それは良かった点です。レビュー#1はコメントが無いようです。

Review # 2
Comments for the AUTHOR:
Paper is well written and acceptable.
(以下省略)

Review # 3
Comments for the AUTHOR:
The paper is very well-written, synthetic and interesting. It provides new developments concerning the probabilistic metric for random hardware failures formula present in the first two editions of the standard ISO 26262 on functional safety of electrical and/or electronic systems within road vehicles.
(以下省略)

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記事#482の続きです。

RAMS 2023のプログラムが発表されました。弊社の投稿した論文の枠は、E01(Reliability Modeling 1, グリーンで表示), 2023/1/23の10:15からとのことです。

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表493.1はRAMS 2023正式採択までのマイルストーンであり、今後適宜更新します。

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ストレートフォワード

そもそもIFとSM1のコンビネーションの確率全体を求め、以下の

　①IF⇒IF
　②IF⇒SM1
　③SM1⇒IF
　④SM1⇒SM1

①～④の和から①と④を引いたのですが、各々を求められるのであれば、DPFの対象は異なるエレメントのフォールトの組み合わせなので、②と③の和で良いはずです。

従って、②のPMHFは記事#489を参照して、 $$ M_\text{PMHF,DPF,IF⇒SM1} =\text{Pc}^\text{1R}\{\mathrm{(IF\cup SM)\ up/down}\} \cdot\frac{Q_\text{IF}(t)}{Q_{\text{IF}\cup\text{SM}}(t)}\cdot\text{Pc}^\text{2U}\{\text{SM down}\}\\ \approx\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{491.1} $$

また③のPMHFも同様に $$ M_\text{PMHF,DPF,SM1⇒IF} \approx\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{491.2} $$ 従って、PMHFのDPF部分は、(491.1)及び(491.2)を加えて $$ \require{cancel} \begin{eqnarray} M_\text{PMHF,DPF}&=&M_\text{PMHF,DPF,IF⇒SM1}+M_\text{PMHF,DPF,SM1⇒IF}\\ &＝&(\bcancel{2}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM})\frac{K_\text{IF,RF}}{\bcancel{2}}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau]\\ &＝&K_\text{IF,RF}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \end{eqnarray} \tag{491.3} $$ これは過去記事で求めた、(222.9)のPMHF値のDPF項と完全に一致します。

さらに、2021年論文のようにLFMと互換性のあるPMHFを考えるのであれば、IFのMPFフォールトはレイテントにならずに直ちに修理されると考えると、DPFのケースは③のみとなります。従って、PMHFは $$ \begin{eqnarray} M_\text{PMHF,DPF} &\approx&\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \end{eqnarray} \tag{491.4} $$

となります。ただし、非冗長系においてはIFのフォールトは即時修理され、レイテントとならないことから$K_\text{IF,MPF}=0$となるので、これを代入すれば、$K_\text{MPF}=K_\text{SM,MPF}$となり、(491.4)は、

$$ \begin{eqnarray} M_\text{PMHF,DPF} &\approx&\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{SM,DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{SM,DPF}\tau] \end{eqnarray} \tag{491.5} $$ となります。

なお、本稿はRAMS 2023に投稿中のため一部を秘匿していますが、論文公開後の2023年2月頃に開示予定です。RAMS 2023が終了したため、秘匿部分を開示します。

確率コントリビューションの稿 完■

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過剰確率の調整

しかしながら前稿の注※確率調整で示すように、ユニオンエレメントに関して解いて得られたPMHF(488.6)は余分な場合を2パターン含みます。余分な場合とはユニオンが2回フォールトする時、

　①IFのフォールトに引き続いてIFがフォールトする
　②SM1のフォールトに引き続いてSM1がフォールトする

となる場合が含まれるため、そのPMHFを差し引く必要があるからです。

すると、①のPMHFは(489.5)であり、 $$ M_\text{PMHF,DPF,IF⇒IF}＝ \frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}^2[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{490.1} $$ また②のPMHFも同様に(489.8)であるため、 $$ M_\text{PMHF,DPF,SM⇒SM}＝\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{SM}^2[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{490.2} $$ 従って、PMHFのDPF部分は、(488.6)から(490.1)及び(490.2)を差し引いて、 $$ \begin{eqnarray} M_\text{PMHF,DPF}&=&M_{\text{PMHF,DPF,IF}\cup\text{SM}}-M_\text{PMHF,DPF,IF⇒IF}-M_\text{PMHF,DPF,SM⇒SM}\\ &＝&[(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})^2-\lambda_\text{IF}^2-\lambda_\text{SM}^2]\frac{K_\text{IF,RF}}{2}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau]\\ &＝&K_\text{IF,RF}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \end{eqnarray} \tag{490.3} $$ これは過去記事で求めた、(222.9)のPMHF値のDPF項と完全に一致します。このように、得られた方程式に対して別の角度から整合性のある解釈ができることは、大変に面白いだけでなく方程式の妥当性を裏付けるものと考えます。

また、確率コントリビューションの考えから1st editionの式を出発点として、2nd editionの式ではなく、2020年論文の式が導出されることも大変興味深い事実です。

なお、本稿はRAMS 2023に投稿中のため一部を秘匿していますが、論文公開後の2023年2月頃に開示予定です。RAMS 2023が終了したため、秘匿部分を開示します。

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IFとSMのユニオンエレメント$\text{IF}\cup\text{SM}$を考えます。PMHFのDPFに関する第1確率コントリビューションは、 $$ \text{Pc}^\text{1R}\{\mathrm{(IF\cup SM)\ up/down}\}: \tag{489.1} $$ となり、第2確率コントリビューションは、 $$ \text{Pc}^\text{2U}\{\text{(IF}\cup\text{SM) down}\}:=K_\text{IF,RF}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})T_\text{lifetime} \tag{489.2} $$ と定義されます。これらの積からDPFのPMHFを作成したいのですが、問題は以下の2つのケースを除く必要があることです。

　①IFのフォールトに引き続いてIFのフォールト、及び、
　②SM1のフォールトに引き続いてSM1のフォールト

理由は、同じエレメントの引き続くフォールトではDPFとならないからです。それぞれの確率コントリビューションのマルコフ図は、

図489.1において、OPR⇒LAT⇒OPRを繰り返している間はIF$\cup$SM、すなわちIFかSMかのいずれかのフォールトが起きますが、LAT⇒DPFの遷移の場合のみ、IFがダウンしている場合にIFのフォールトが起きる事象です。

従って、合成エレメントの第1確率コントリビューションの$\text{Pc}^\text{1R}$は$\text{IF}\cup\text{SM}$の最後の状態において、$\text{IF}\cup\text{SM}$の不信頼度のところを、IFのみの不信頼度に減らす必要があります。他方、第2確率コントリビューションの$\text{Pc}^\text{2U}$は、エレメントはIFのみとすれば良いわけです。従って、減少分も含めた第1確率コントリビューションは、時刻$t$で第2フォールトが起きるとして、 $$ \require{color} \definecolor{yellow}{rgb}{1.0,1.0,0.7} \require{cancel} \text{Pc}^\text{1R}\{\mathrm{(IF\cup SM)\ up/down}\}\cdot\bbox[#ffffcc,2pt]{\frac{Q_\text{IF}(t)}{Q_{\text{IF}\cup\text{SM}}(t)}} \approx\text{Pc}^\text{1R}\{\mathrm{(IF\cup SM)\ up/down}\}\bbox[#ffffcc,2pt]{\frac{F_\text{IF}(t)}{F_{\text{IF}\cup\text{SM}}(t)}}\\ \approx(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \bbox[#ffffcc,2pt]{\frac{\lambda_\text{IF}\bcancel{t}}{\lambda_\text{IF}\bcancel{t}+\lambda_\text{SM}\bcancel{t}}}\\ =\bcancel{(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \bbox[#ffffcc,2pt]{\frac{\lambda_\text{IF}}{\bcancel{\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM}}}}\\ =\lambda_\text{IF}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{489.3} $$ となり、第2確率コントリビューションはIFのみなので、 $$ \text{Pc}^\text{2U}\{\text{IF down}\}=K_\text{IF,RF}\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime} \tag{489.4} $$ となります。従って、これらをかけ合わせれば除外するPMHFは、 $$ M_\text{PMHF,DPF,IF⇒IF} =\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{IF}^2[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{489.5} $$ となります。

全く同様に、SM⇒SMに関する確率コントリビューションのマルコフ図は、

同様に、減少分も含めた第1確率コントリビューションは、 $$ \require{cancel} \text{Pc}^\text{1R}\{\mathrm{(IF\cup SM)\ up/down}\}\cdot\bbox[#ffffcc,2pt]{\frac{Q_\text{SM}(t)}{Q_{\text{IF}\cup\text{SM}}(t)}}\\ \approx\lambda_\text{SM}[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{489.6} $$ となり、第2確率コントリビューションはSMのみなので、 $$ \text{Pc}^\text{2U}\{\text{SM down}\}=K_\text{IF,RF}\lambda_\text{SM}T_\text{lifetime} \tag{489.7} $$ となります。従って、これらをかけ合わせれば除外するPMHFは、 $$ M_\text{PMHF,DPF,SM⇒SM} =\frac{K_\text{IF,RF}}{2}\lambda_\text{SM}^2[(1-K_\mathrm{DPF})T_\text{lifetime}+K_\mathrm{DPF}\tau] \tag{489.8} $$ となります。

なお、本稿はRAMS 2023に投稿中のため一部を秘匿していますが、論文公開後の2023年2月頃に開示予定です。RAMS 2023が終了したため、秘匿部分を開示します。

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