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RAMS 2021採択へのマイルストーン (2) |
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Posts Tagged with "ISO 26262"
既に発行済みのブログであっても適宜修正・追加することがあります。We may make changes and additions to blogs already published.
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RAMS 2020で発表したPMHF論文 |
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表記の論文について、本年2020年1月にU.S.カリフォルニア州パームスプリングスで開催された、RAMS 2020において発表した論文は以下のところで公開中です。
https://www.xcdsystem.com/rams/proceedings2020/
著者リンクです。
以下が論文(魚拓)のURLです。
https://www.xcdsystem.com/rams/proceedings2020/pdfs/13E1-006.pdf
しかしながら、正規の発行場所であるIEEE Xploreにおいて半年たっても公開されないため、問い合わせを行いました。RAMS 2020の論文は、RAMS事務局からIEEE Xploreに7/22に到着したため、公開まで3、4週間待ってほしいとのこと。従って、IEEE Xploreで公開されるのは8/12～8/19あたりになると予想されます。こちらは有料になりますが、公開された後にこの記事に追記します。
[8/3追記]
以下でようやく公開されました。
https://ieeexplore.ieee.org/document/9153704
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ASILデコンポジションの論文 (2) |
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Fault Tree図
次に論文中のFault Tree図を検証します。
図284.1に、論文中でFault Tree図と書かれている図を示します。図の中にあるように、これは故障率を示す図だそうですが、本来Fault Treeは確率図であるため、これは誤りです。
さらに、次のFault Tree図は故障率も確率も(確立も)まぜこぜになっています。
本来PMHFはハードウエア故障確率の目標値であるため、ソフトウエアについては故障確率で評価するのはおかしいのですが、ハードもソフトもまぜこぜになっています。
本論文の目的はASILデコンポジションにおける独立性の検討のようですが、独立性はIEC 61508-6のβファクタとして検討されており、それを適用すれば良いことになっています。もっともIEC 61508は化学プラントが対象のようであり、Part6のβファクタは非常に適用しにくいのですが、車載用電子機器のβファクタ表が無いため、これを援用するしかありません。
元に戻してASILデコンポジションは過去記事で検討していますが、以下の2つの要件が重要なので、再掲します。これに触れられていないデコンポジション議論には意味がありません。
- 安全要求の冗長性
- 安全要求の割り当てられたエレメント間の独立性
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ASILデコンポジションの論文 |
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ASILデコンポジションの論文
ASILデコンポジションで検索すると上位に出てくる次の論文について考察します。 https://www.juse.or.jp/sqip/workshop/report/attachs/2006/3_3_report.pdf
第三分科会 機能安全グループ
安全関連システムの分割要件の考察
Consideration of requirement of decomposition for a safety related system
筆者は恐らくソフト屋さんなのでしょうか、誤りが見受けられます。
記事中の文章
図２は一般的な監視機構を表しているが、このシステムでは主機能システムの異常を監視システムが検出し、あらかじめ設定された安全状態(Safety State)にシステムを遷移させ、その状態を維持する。同様に監視システムの異常を主機能システムが検出し、 Safety State に遷移・維持する。これは監視システムの喪失が単一故障で即危険状態に至る潜在故障(Latent failure)を避けるためである。
IFの故障により直ちにVSGとならないようにSMがIFの故障検出を行い、(FTTI中に)SSに遷移するというのは正しいです。また、SMの故障によりLFとならないように、IFが?(正しくは2nd SMだが、IFに2nd SMの機能が有ったとして)(MPFDI中に)故障検出を行うというのも、誤りではないです。
しかしながら、LFとならないようにSSに遷移する、という部分が誤りです。そもそもSMのフォールトは直ちに非安全状態になるものではなく、そのうち(!)に修理すれば良いわけです。そのためにMPFDIはかなり長時間、例えば1 vehicle trip時間(key onからkey offまで)を想定しています。SMはその定義上、故障しても直ちに危険事象を引き起こすことはないので、SSに遷移する必要はありません。
例えば ABS/VSA 等の電子制御のブレーキシステムにおいて故障を検出した時に、警告灯の表示で運転者に異常を知らせると共にシステムを機械式ブレーキシステム相当に戻した時の状態が、安全状態である。
警告灯が故障したからといって、いちいち機械式ブレーキに遷移しては、使い物になりません。この例に限りませんが、警告灯が故障したからといって、直ちに問題にはなりません。主機能である電子制御ブレーキシステムは正常に動作します。
とはいえ、システムはレイテント状態、つまりフォールトの待ち受け状態になっており、準危険状態なのでMPFDI中に検出し、修理する必要があります。MPFDIは「そのうち」と読み替えて良く、あまり危険度合いが高くないシステムであれば、次の車検の時でも良いでしょう。MPFDIの時間間隔は主機能と安全機構の故障率にも依存しており、PMHF式から逆算することが可能です。
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RAMS 2021採択へのマイルストーン |
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【速報】RAMS 2021にアブストラクトが採択 |
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$M_\text{PMHF}$の計算 (12) |
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#223に示した理由により、本稿の議論は全て取り消します。
前稿において、(227.2)右辺第2項を(一部の係数を除き)展開すると、
$$
\require{cancel}
\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}\\
\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_\mathrm{SM}(t)tf_\text{IF}(t)dt
\tag{228.1}
$$
ここで、WolframAlphaによる級数展開を用いると、
integral_0^(τ) (1 - exp(-λ_2 t)) λ_1 exp(-λ_1 t) dt * (τ^-1)
$$ \frac{1}{\tau}\int_0^\tau F_2(t)f_1(t)dt \approx\frac{1}{2}\lambda_1\lambda_2\tau \tag{228.2} $$
integral_0^(τ) (1 - exp(-λ_2 t)) λ_1 exp(-λ_1 t) t dt * (τ^-1)
$$ \frac{1}{\tau}\int_0^\tau F_2(t)tf_1(t)dt \approx\frac{1}{3}\lambda_1\lambda_2\tau^2 \tag{228.3} $$
$$
(228.1)=\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}\left[(1-K_\text{SM,MPF})F_\mathrm{SM}(t)tf_\text{IF}(t)+K_\text{SM,MPF}F_\mathrm{SM}(u)tf_\text{IF}(t)\right]dt\\
=\frac{1-K_\text{SM,MPF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}F_\text{SM}(t)tf_\text{IF}(t)dt+\frac{K_\text{SM,MPF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}F_\text{SM}(u)tf_\text{IF}(t)dt\\
\quad\text{s.t. }u:=t\bmod\tau\tag{228.4}
$$
(228.4)右辺第2項を$t=i\tau+u, i=0,1,...,n-1,T_\text{lifetime}=n\tau$として$t$を$u$で表す変数変換を行うと、
$$
\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}F_\text{SM}(u)tf_\text{IF}(t)dt
=\frac{1}{T_\text{lifetime}}\sum_{i=0}^{n-1}\int_0^\tau F_\text{SM}(u)(i\tau+u)f_\text{IF}(i\tau+u)du\\
=\frac{\tau}{T_\text{lifetime}}\sum_{i=0}^{n-1}ie^{-\lambda_\text{IF}i\tau}\int_0^\tau F_\text{SM}(u)f_\text{IF}(u)du+\frac{1}{T_\text{lifetime}}\sum_{i=0}^{n-1}e^{-\lambda_\text{IF}i\tau}\int_0^\tau F_\text{SM}(u)uf_\text{IF}(u)du\\
=\frac{1}{\bcancel{T_\text{lifetime}}}\left(\frac{1}{3}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}\tau^{\bcancel{3}2}\right)\left(\bcancel{\tau}\frac{\bcancel{T_\text{lifetime}}(T_\text{lifetime}-\tau)}{\bcancel{\tau}^\bcancel{2}}+\frac{\bcancel{T_\text{lifetime}}}{\bcancel{\tau}}\right)\\
=\frac{1}{3}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}\tau^2(T_\text{lifetime}-\tau+1)
\tag{228.5}
$$
(228.3)を(228.4)の第1項、(228.5)を第2項に用いて、
$$ (228.1)=\frac{1-K_\text{SM,MPF}}{\bcancel{T_\text{lifetime}}} \left(\frac{1}{3}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}T_\text{lifetime}^{\bcancel{3}2}\right) +K_\text{SM,MPF} \left(\frac{1}{3}\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}\tau^2(T_\text{lifetime}-\tau+1)\right) \tag{228.6} $$
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$M_\text{PMHF}$の計算 (11) |
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#223に示した理由により、本稿の議論は全て取り消します。
前稿において、LAT2ではIFのAvailability(227.1で赤字で表示)は$R_\text{IF}(t)$でも$A_\text{IF}(t)$でもないことを解説しました。
$$
\overline{q_{\mathrm{DPF1,IFR}}}=\frac{K_{\mathrm{IF,RF}}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_{\mathrm{SM}}(t)\color{red}{A_{\mathrm{IF}}(t)}\lambda_{\mathrm{IF}}dt
\approx K_\text{IF,RF}\alpha
\tag{227.1}
$$
LAT2に来た時刻を$s$としたとき、$A_\text{IF}(s)R_\text{IF}(t-s)$で表される状態確率となりますが、問題は$s$が確率的に値を取ることです。これを消去するため、前稿(224.8)の結果を使用すれば、
$$
(227.1)=\frac{K_\mathrm{IF,RF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_\mathrm{SM}(t)\left(1-\frac{1}{2}K_\text{IF,MPF}\lambda_\text{IF}(t-\tau)\right)R_\text{IF}(t)\lambda_\mathrm{IF}dt\\
=\frac{K_\mathrm{IF,RF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_\mathrm{SM}(t)\left(1-\frac{1}{2}K_\text{IF,MPF}\lambda_\text{IF}(t-\tau)\right)f_\text{IF}(t)dt\\
=\frac{K_\mathrm{IF,RF}}{T_\text{lifetime}}\left(1+\frac{1}{2}K_\text{IF,MPF}\lambda_\text{IF}\tau\right)\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_\mathrm{SM}(t)f_\text{IF}(t)dt\\
-\frac{K_\mathrm{IF,RF}K_\text{IF,MPF}\lambda_\text{IF}}{2T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}Q_\mathrm{SM}(t)tf_\text{IF}(t)dt
\tag{227.2}
$$
(227.2)右辺第1項は、積分公式から
$$
\frac{K_\mathrm{IF,RF}}{2}\left(1+\frac{1}{2}K_\text{IF,MPF}\lambda_\text{IF}\tau\right)\lambda_\text{IF}\lambda_\text{SM}\left[(1-K_\text{SM,MPF})T_\text{lifetime}+K_\text{SM,MPF}\tau\right]\tag{227.3}
$$
(227.2)右辺第2項を(一部の係数を除き)展開すると、
$$
\require{cancel}
\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}\\
=\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}\left[(1-K_\text{SM,MPF})F_\mathrm{SM}(t)tf_\text{IF}(t)+K_\text{SM,MPF}F_\mathrm{SM}(u)tf_\text{IF}(t)\right]dt\\
=\frac{(1-\bcancel{K_\text{SM,MPF}})}{T_\text{lifetime}}\lambda_\text{IF}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-\lambda_\text{IF}t}dt-\frac{1-K_\text{SM,MPF}}{T_\text{lifetime}}\lambda_\text{IF}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})t}dt\\
+\bcancel{\frac{K_\text{SM,MPF}\lambda_\text{IF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-\lambda_\text{IF}t}dt}-\frac{K_\text{SM,MPF}\lambda_\text{IF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-\lambda_\text{IF}t-\lambda_\text{SM}u}dt\\
=\frac{\lambda_\text{IF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-\lambda_\text{IF}t}dt-\frac{1-K_\text{SM,MPF}}{T_\text{lifetime}}\lambda_\text{IF}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})t}dt\\
-\frac{K_\text{SM,MPF}\lambda_\text{IF}}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}}te^{-\lambda_\text{IF}t-\lambda_\text{SM}u}dt
\quad\text{s.t. }u:=t\bmod\tau\tag{227.4}
$$
(225.3)及び(226.1)の結果を用いて、
$$
(227.4)=\lambda_\text{IF}\left(\frac{T_\text{lifetime}}{2}-\frac{\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime}^2}{3}\right)\\
-(1-K_\text{SM,MPF})\lambda_\text{IF}\left(\frac{T_\text{lifetime}}{2}-\frac{(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})T_\text{lifetime}^2}{3}\right)\\
-K_\text{SM,MPF}\lambda_\text{IF}\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}
\quad\text{s.t. }u:=t\bmod\tau\tag{227.5}
$$
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PMHF計算に関する積分公式 (3) |
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#223に示した理由により、本稿の議論は全て取り消します。
前稿の続きで、ISO 26262のPMHFの導出の場合、確率積分を実行する際に次の(226.1)が出てくるため、あらかじめ結果を導出しておき、後程積分公式として使用します。
$$
\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}
\tag{226.1}
$$
$t=i\tau+u, i=0,1,...,n-1, n:=\frac{T_\text{lifetime}}{\tau}$とおいて変数変換すれば、
$$
(226.1)=\frac{1}{T_\text{lifetime}}\sum_{i=0}^{n-1}\int_0^\tau(i\tau+u)e^{-\lambda_\text{IF}(i\tau+u)-\lambda_\text{SM}u}du\\
=\tau\sum_{i=0}^{n-1}i e^{-\lambda_\text{IF}i\tau}
\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^\tau e^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})u}du
+\sum_{i=0}^{n-1}e^{-\lambda_\text{IF}i\tau}\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^\tau ue^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})u}du\\
\tag{226.2}
$$
ここで、(226.2)右辺第1項の級数の和を求めるため和を$x$とおけば、
$$
x:=\sum_{i=0}^{n-1}i e^{-\lambda_\text{IF}i\tau}=e^{-\lambda_\text{IF}\tau}+2e^{-\lambda_\text{IF}2\tau}+...+(n-1)e^{-\lambda_\text{IF}(n-1)\tau}\tag{226.3}
$$
となり、
$$
e^{-\lambda_\text{IF}\tau}x=\sum_{i=0}^{n-1}i e^{-\lambda_\text{IF}(i+1)\tau}=e^{-\lambda_\text{IF}2\tau}+...+(n-2)e^{-\lambda_\text{IF}(n-1)\tau}+(n-1)e^{-\lambda_\text{IF}n\tau}\tag{226.4}
$$
よって、(226.3)-(226.4)より、
$$
x(1- e^{-\lambda_\text{IF}\tau})=e^{-\lambda_\text{IF}\tau}+e^{-\lambda_\text{IF}2\tau}+...+e^{-\lambda_\text{IF}(n-1)\tau}-(n-1)e^{-\lambda_\text{IF}n\tau}\\
=\underbrace{e^{-\lambda_\text{IF}\tau}+e^{-\lambda_\text{IF}2\tau}+...+e^{-\lambda_\text{IF}(n-1)\tau}+e^{-\lambda_\text{IF}n\tau}}_{\text{n terms}}-ne^{-\lambda_\text{IF}n\tau}\\
=e^{-\lambda_\text{IF}\tau}\frac{1-e^{-\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime}}}{1-e^{-\lambda_\text{IF}\tau}}-n e^{-\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime}}\tag{226.5}
$$
よって、Maclaurin展開の1次近似を用いれば、
$$
\require{cancel}
x\approx\frac{\bcancel{\lambda_\text{IF}}T_\text{lifetime}}{\lambda_\text{IF}^\bcancel{2}\tau^2}(1-\lambda_\text{IF}\tau)-\frac{n(1-\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime})}{\lambda_\text{IF}\tau}\\
=\frac{T_\text{lifetime}(\bcancel{1}-\bcancel{\lambda_\text{IF}}\tau)-T_\text{lifetime}(\bcancel{1}-\bcancel{\lambda_\text{IF}}T_\text{lifetime})}{\bcancel{\lambda_\text{IF}}\tau^2}=\frac{T_\text{lifetime}(T_\text{lifetime}-\tau)}{\tau^2}\tag{226.6}
$$
次に、(226.2)右辺第2項の級数の和は、
$$
\sum_{i=0}^{n-1}e^{-\lambda_\text{IF}i\tau}=e^{-\lambda_\text{IF}\tau}+...+e^{-\lambda_\text{IF}(n-1)\tau}=\frac{1-e^{-\lambda_\text{IF}T_\text{lifetime}}}{1-e^{-\lambda_\text{IF}\tau}}
\approx\frac{\bcancel{\lambda_\text{IF}}T_\text{lifetime}}{\bcancel{\lambda_\text{IF}}\tau}
\tag{226.7}
$$
次に、(226.2)右辺第1項の定積分の値は、
$$
\int_0^\tau e^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})u}du
=\left[\frac{e^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})u}}{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})}\right]_0^\tau
=\frac{e^{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau}-1}{-(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})}\\
\approx\frac{1}{\bcancel{\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM}}}\left(\bcancel{(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})}\tau-\frac{1}{2}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})^\bcancel{2}\tau^2\right)
=\tau\left(1-\frac{1}{2}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau\right)
\tag{226.8}
$$
以上から、$\color{red}{(226.5)}$と$\color{green}{(226.6)}$を(226.2)に適用し、$\color{blue}{(226.7})$と部分積分の結果$\color{purple}{(225.1)}$を用いれば、
$$
(226.2)=\bcancel{\tau}\color{red}{\left(\frac{\bcancel{T_\text{lifetime}}(T_\text{lifetime}-\tau)}{\bcancel{\tau^2}}\right)}\frac{1}{\bcancel{T_\text{lifetime}}}\color{blue}{\bcancel{\tau}\left(1-\frac{1}{2}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau\right)}\\
+\color{green}{\frac{\bcancel{T_\text{lifetime}}}{\bcancel{\tau}}}\frac{1}{\bcancel{T_\text{lifetime}}}
\color{purple}{\left(\frac{\tau^\bcancel{2}}{2}-
\frac{(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau^{\bcancel{3}2}}{3}\right)}\\
=(T_\text{lifetime}-\tau)\left(1-\frac{1}{2}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau\right)+\left(\frac{\tau}{2}-\frac{1}{3}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau^2\right)\\
=\left(1-\frac{1}{2}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau\right)T_\text{lifetime}-\frac{\tau}{2}+\frac{1}{6}(\lambda_\text{IF}+\lambda_\text{SM})\tau^2
\tag{226.9}
$$
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24 |
PMHF計算に関する積分公式 (2) |
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#223に示した理由により、本稿の議論は全て取り消します。
ISO 26262のPMHFの導出の場合、確率積分を実行する際に次の(225.1)が出てくるため、あらかじめ結果を導出しておき、後程積分公式として使用します。
$$
\img[-1.35em]{/images/withinseminar.png}
\tag{225.1}
$$
部分積分により、
$$
\require{cancel}
(225.1)=\left[\frac{t e^{-\lambda t}}{-\lambda }\right]_0^{\tau}
-\int_0^{\tau}\frac{e^{-\lambda t}}{-\lambda }dt
=\left(\frac{\tau e^{-\lambda\tau}}{-\lambda }\right)
-\left[\frac{e^{-\lambda t}}{\lambda ^2}\right]_0^{\tau}\\
=-\frac{\tau}{\lambda}e^{-\lambda \tau}
+\left(\frac{1-e^{-\lambda\tau}}{\lambda ^2}\right)\\
\approx-\frac{\tau}{\lambda}\left(1-\lambda\tau+\frac{1}{2}\lambda^2\tau^2\right)
+\frac{1}{\lambda^\bcancel{2}}\left(\bcancel{\lambda}\tau-\frac{1}{2}\lambda^\bcancel{2}\tau^2+\frac{1}{6}\lambda^{\bcancel{3}2}\tau^3\right)\\
=-\frac{1}{\bcancel{\lambda}}\left(\bcancel{\tau}-\bcancel{\lambda}\tau^2+\frac{1}{2}\lambda ^\bcancel{2}\tau^3\right)
+\frac{1}{\bcancel{\lambda}}\left(\bcancel{\tau}-\frac{1}{2}\bcancel{\lambda}\tau^2+\frac{1}{6}\lambda^\bcancel{2}\tau^3\right)\\
=\frac{\tau^2}{2}-\frac{\lambda\tau^3}{3}
\tag{225.2}
$$
積分範囲が$[0, \tau)$ではなく、$[0, T_\text{lifetime})$の場合で車両寿命で平均化する場合は、$\tau$を$T_\text{lifetime}$と置きなおせば、
$$
\frac{1}{T_\text{lifetime}}\int_0^{T_\text{lifetime}} t e^{-\lambda t}dt
=\frac{T_\text{lifetime}}{2}-\frac{\lambda T_\text{lifetime}^2}{3}\tag{225.3}
$$
と求まります。
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