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1 GSN 及び ESD モデルを用いたソフトウェア FMEA の提案 Failure mode and effect analysis using Goal Structuring Notation and Event Sequence Diagram for Software 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構研究開発部門第三研究ユニット梅田浩貴波平晃佑祖川和弘植田泰士片平真史

2 目次背景説明 ( 業務説明前提知識等 ) 提案手法の概要提案手法の有効性確認結果まとめ 2

3 宇宙機搭載ソフトウェアの種類と特徴システムの動作環境が過酷でソフトウェアの誤動作は損失大想定外が発生しやすい ( 放射線によるメモリ化けが発生等 ) ロケットや衛星の損失は環境や人命の喪失につながる故障の対応や復帰も難易度が高い ( 地球との通信は特定期間のみ ) 部品交換はできず実際の利用環境の試験もできないハードウェアは基本的に予備 ( 冗長系 ) を搭載しているソフトウェアは安全解析を含めた設計検証や網羅的な試験が重要である開発数や機会が少なく研究実証向けの製品 5 年以上の長い開発期間少量多品種であるロケット人工衛星宇宙ステーション地上管制システム 3

4 本発表の概要研究実証を目的とし開発期間が長く実際の環境で試験できない宇宙機のソフトウェア開発で FMEA( 故障モードと影響解析 ) を適用した場合下記の課題があった課題 1: FMEA の分析はエキスパート依存性が高い例 : ソフトウェア製品の修正につながる故障が発想が難しい等課題 2: FMEA 結果をレビューすることが困難例 :SW 故障後にどのような時系列で影響を判定したのか読み取れない等課題 3: 失敗経験に関する情報が少なく非熟練者への支援が困難例 : 繰り返し適用によって特化した誘導語の整備ができない等結論 (1) 提案手法は FMEA 未経験者の故障発想を支援している (2) 提案手法は熟練者に取って既存のコストと同等で分析できる (3) 提案手法は熟練者からの技術継承を促進する可能性がある 4

前提説明 ( 故障の概念 ) 利用運用時人機器が故障 1 を認知 1: アイテムが要求機能達成能力を失う時間システムが動作状態システムが故障状態ストレス故障原因故障メカニズム故障事象サブシステムシステムサブシステムソフトウェアの製品としての特徴ソフトウェアは経年劣化しないソフトウェアは見えないソフトウェアは

5 前提説明 ( 故障の概念 ) 利用運用時人機器が故障 1 を認知 1: アイテムが要求機能達成能力を失う時間システムが動作状態システムが故障状態ストレス故障原因故障メカニズム故障事象サブシステムシステムサブシステムソフトウェアの製品としての特徴ソフトウェアは経年劣化しないソフトウェアは見えないソフトウェアは属人的に作られるコンポーネントコンポーネントコンポーネントソフトウェア FMEA 適用時の課題パーツパーツパーツ FTA : フォルトツリー解析 FMEA : 故障モードとその影響の解析パーツ抽象概念や論理に対しアイテム ( 解析単位 ) の設定が属人的ソフトウェアで対応できる故障の発想が困難事例が少ないと故障モードや誘導語の整備が困難 5

パターン化しやすい検出機能誤った入力画像センサーの故障画像データ遅過ぎるタイミングネットワークの遅延影響を解析する故障の影響対策内容対策効果が検知できずシステムが誤認識する冗長系で対応する入力の誤りを検出する 1

6 業務説明 (FMEA の一般的な適用例 ) FMEA の工程解析体制や方針を決めアイテムを決める故障モードを作成するアイテムに故障モード発生頻度をランク付け致命度の算定故障モードとは故障を適度の抽象度でまとめた様式のこと対象故障モードの例ポイントソフトウェア誤入力早過ぎ / 遅過ぎる入力タイミングアイテム名故障モード故障原因抽象概念で論理はアイテム単体で故障しない設計ミスやバグは対象外ハードウェア断線摩耗腐食物理事象のためアイテムでパターン化しやすい検出機能誤った入力画像センサーの故障画像データ遅過ぎるタイミングネットワークの遅延影響を解析する故障の影響対策内容対策効果が検知できずシステムが誤認識する冗長系で対応する入力の誤りを検出する 1 つのセンサーが故障しても誤検知しない重要度から対策の優先順位を決める検知処理の実行が遅くなりシステムの認識が遅れる検知機能が有効でないことを通知するシステムではなく人の判断で検知する対策を検討する SW で対策を行う場合振る舞い ( シナリオ ) が定義できる 6

前提説明 ( 故障とソフトウェア FMEA の概念 ) 利用運用時人機器が故障 1 を認知 1:

故障メカニズム故障発生 SW で対策できる故障利用状況外部環境 1 物理要素 2 制御要素 3 入力情報

FMEA への要件アイテムの設定や故障モードの発想はこの範囲に誘導していく必要がある製品だけでなく

7 前提説明 ( 故障とソフトウェア FMEA の概念 ) 利用運用時人機器が故障 1 を認知 1: アイテムが要求機能達成能力を失う時間システムが動作状態システムが故障状態ストレス故障原因故障メカニズム故障発生 SW で対策できる故障利用状況外部環境 1 物理要素 2 制御要素 3 入力情報 SW 搭載機器 4 処理 6 出力情報 7 機器故障 8 情報損失影響判断発生可能性に活用ソフトウェア FMEA への要件アイテムの設定や故障モードの発想はこの範囲に誘導していく必要がある製品だけでなく環境や利用者なども分析対象とすること複合的な要因による障害を分析できること障害発生 ( 影響判定 ) するその過程 ( シナリオ ) が分析できること 7

前提説明 ( 故障モードの発想方法 ) 故障モードの作成方法 : 1 失敗経験の利用 2 アイテムの詳細化 3 誘導語の活用 3 誘導語の活用 ( 例 :HAZOP) 適用しやすいよう誘導語を増やすとアイテムと誘導語の組合せを検討する工数が増加アイテム名質量時間検出機能 2 アイテムの詳細化逆他類無大小部分早遅前後検出不可誤検知未検知画像データデータなし画像補正処理

8 前提説明 ( 故障モードの発想方法 ) 故障モードの作成方法 : 1 失敗経験の利用 2 アイテムの詳細化 3 誘導語の活用 3 誘導語の活用 ( 例 :HAZOP) 適用しやすいよう誘導語を増やすとアイテムと誘導語の組合せを検討する工数が増加アイテム名質量時間検出機能 2 アイテムの詳細化逆他類無大小部分早遅前後検出不可誤検知未検知画像データデータなし画像補正処理判定アルゴリズム 1 失敗経験の利用アイテムによって有効な誘導語が限られるノイズが大過去の不具合より状態で画像と赤外線で異なる判定結果が入力されたため誤判定した部分検知部分ノイズ不完全補正早く検知遅く検知論理 ( 処理 ) の故障は前提 ( 状況入力 ) との関係性が破綻アイテムの種類 ( 入力処理等 ) や抽象度技術者の力量を考慮し誘導語自体の選択もレビューできる仕組みが必要 8

9 業務説明 ( 宇宙ドメインの FMEA 適用例 ) 目的 1: 故障シナリオの提示故障時に必要な機能の抽出目的 2: SW 設計のレビュー観点導出 SW 設計から運用制約の抽出 SW 開発工程上の FMEA 適用目的 SW 要求分析 SW 設計 SW 実装 SW 統合試験 SW 結合試験 SW 単体試験目的 3: 故障シナリオの試験ケースの作成ドメインにおける開発特性属人性の高い開発 ( 研究開発目的の製品 ) 開発業務上の SW-FMEA への要件 SW の役割や特徴に応じたより固有の故障モード実際の環境で試験不可運用開始後は修理不可開発期間が 5 年以上開発工程に合わせた段階的な適用非熟練者の参加および能力強化 9

10 提案手法の概要課題 1: FMEA の分析はエキスパート依存性が高い例 : 論理の故障の発想はガイドワードでは困難等課題 2: FMEA 結果の妥当性をレビューすることが困難例 :SW 故障後にどのような時系列で影響を判定したのか読み取れない等課題 3: 失敗経験に関する情報が少なく非熟練者への支援が困難例 : 繰り返し適用によって特化した誘導語の整備ができない等解決策のアプローチ熟練者の思考経緯を可視化する非熟練者の思考誘導と能力強化をする設計情報試行錯誤失敗経験類似点の探索熟練者の思考プロセス因果推定の論理を構築仮説の設定故障発想裏付けの確定 10

11 提案手法の概要設計情報試行錯誤失敗経験類似点の探索熟練者の思考プロセス因果推定の論理を構築仮説の設定故障発想何度も繰り返す裏付けの確定解決策のアプローチ熟練者の思考経緯を可視化する + 複数のビューを組合せ自己の気づきを促進する非熟練者の思考誘導と能力強化をする対策 1: 特徴点の抽出を誘導構造ビューで特徴点の表出化対策 2: 故障モード導出経緯を可視化 (GSN) ツリービューで同時に表現 1 失敗経験の利用 2 アイテムの分割 3 誘導語の適用対策 3: 故障発生から影響判定をシナリオ (ESD) で可視化時系列ビューで故障モードの自己検証 11

12 提案手法の概要データ転送処理 AAA 処理時刻補正処理目標達成通知処理ユーザからの入力情報設定する目標運動量ソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定かウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報インターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報内部で扱う情報表示する心拍情報定期的に出力する情報ソフトウェアが出力する情報単発か連続外部に転送するデータ単発で出力する情報表示する目標達成情報 1 特徴点の表出化 ( 構造ビュー ) 熟練者 2 故障モード導出 ( ツリービュー ) 設計情報不具合情報特徴情報ウェアラブル端末はスマートフォンに対してリアルタイムでデータを転送するといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴がある特徴情報目標運動量は何時特徴情報でもユーザが変更で目標運動量を達成しきるといった特徴がたら画面に表示するあるといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報時刻が補正され時刻が飛んだ場合移動距離のリセットを行わない懸念がある特徴情報ウェアラブル端末は日付毎の移動距離を記録するため 0 時になったら移動距離懸念情報を内部に保存しリセットするといった特徴がある腕への巻きつけが不十分の場合ウェアラブル端末に心拍情報が表示されない懸念がある懸念情報ウェアラブル端末のデータが更新する度にスマートフォンに対してデータを転送する場合負荷が高くなりバッテリー消費が早くなる懸念がある非熟練者懸念情報現在の運動量以下の目標運動量を設定した場合目標が達成できない懸念がある特徴点の理解を深める仕掛け ( 特徴周辺の因果関係による気づき ) 3 影響判定までの故障シナリオ ( 時系列ビュー ) 誘導語の設定を訓練する仕掛け ( 質量時間の 2 軸マトリックス分析 ) 12

13 提案手法の概説 1( 特徴抽出部 ) 13 概説 : 特徴抽出図によって熟練者が捉える特徴点を抽出する IN: 仕様情報 ( 設計書等 ) 不具合情報特徴抽出図 OUT: 特徴点概説 : 特徴抽出図の各位置づけにアイテム + 特徴点を記入する狙い : 特徴点に作業要因 ( 例 : 変更反映漏れ実装ミス ) や抽象的な要因 ( 例 :IF 仕様の不整合 ) の除外するため 1 物理要素アイテム名 1 物理要素 12SW 搭載機器プラットフォーム 7 機器故障特徴点の記入 + 特徴から発生する懸念 2 制御要素 3 入力情報 4 処理 5 参照情報 6 出力情報 8 情報損失記入イメージ 9 入力阻害要因特徴点とは他アイテムと違い SW の複雑さがある仕様等実装ミスが要因ではない不具合は通常複数の特徴点がある例 : 特定状態で誤った入力があり想定外に処理が実行 11 参照情報の阻害要因特徴抽出図 10 出力阻害要因

14 提案手法の詳細 1( 特徴抽出部 ) 特徴抽出図の使い方熟練者向け懸念がある特徴点を自由に記述する非熟練者向け設計情報の捉え方特徴点抽出の偏り SWで対策ができる特徴点か確認 1 物理要素 4 処理振る舞い 8 情報損失画像センサー特徴常にリアルタイムで更新懸念誤検知の懸念が高まる検知処理特徴複数の値域が異なるセンサーから同じ意味のデータを収集している懸念センサー間の境界値が重複又は行き来した場合検知できるのか検知結果情報特徴リアルタイム表示懸念誤った表示で人の判断が誤りとなる 2 制御要素 1 物理要素 12SW 搭載機器プラットフォーム 7 機器故障人 3 入力情報 4 処理 6 出力情報特徴検知の閾値は手動入力懸念誤入力の懸念がある 2 制御要素 9 入力阻害要因 5 参照情報 11 参照情報の阻害要因 10 出力阻害要因 8 情報損失 14

15 提案手法の詳細 2( 特徴抽出部 : 非熟練者向け ) 課題 : 非熟練者は仕様 / 設計情報の解釈が不足してしまう対策 : 特徴点に因果関係のある情報の収集と理解を促進するフレームワーク A: 特徴抽出図システム運用利用の状況 1 物理要素 3 入力情報 2 制御要素 1~5 の位置づけのアイテムは SW で対応できる SW 搭載機器 4 振る舞い処理 5 参照情報フレームワーク B: 因果関係の誘導どんな状況で何がどうしてどうなる結果こうなるフレームワーク A+B の例 (3 入力情報の場合 ) 位置づけ毎のガイド機器や制御操作が特定の状況で入力情報入力の発生原や伝達経路等の異常誤った入力状態処理が実行状況や結果記入例人を検知している状況下で画像データセンサーにノイズが発生しノイズがある画像データ検知処理が遅れる 15

提案手法の詳細 3( 特徴抽出部 : 非熟練者向け ) 課題 : 非熟練者は誘導語があるとアイテム誘導語の範囲のみに集中対策 : 単なる言葉の組合せではなく意味の組合せで考えるよう誘導する視点を変えて誤り状態を発想する訓練をする特徴点を参照し各質量時間の視点アイテムの誤り状態を対立概念で定義するアイテム名特徴懸念対立概念で定義参照時間変化アイテムが早過ぎ

16 提案手法の詳細 3( 特徴抽出部 : 非熟練者向け ) 課題 : 非熟練者は誘導語があるとアイテム誘導語の範囲のみに集中対策 : 単なる言葉の組合せではなく意味の組合せで考えるよう誘導する視点を変えて誤り状態を発想する訓練をする特徴点を参照し各質量時間の視点アイテムの誤り状態を対立概念で定義するアイテム名特徴懸念対立概念で定義参照時間変化アイテムが早過ぎアイテムが遅すぎ質の変化誤り状態 A 量の変化誤り状態 A 視点毎の誤り状態の組合せで新たな故障モードが発想できないか訓練する質時間アイテム逆 2 軸マトリックス分析量時間過剰質量逆 SW 故障の発想ポイント複合条件論理 ( 処理 ) の前提破綻時間変化による想定外誘導遅過ぎアイテムなし発想した SW 故障早過ぎ遅過ぎ過少発想した SW 故障早過ぎ過剰なし発想した SW 故障過少 16

17 提案手法の概要データ転送処理 AAA 処理時刻補正処理目標達成通知処理ユーザからの入力情報設定する目標運動量ソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定かウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報インターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報内部で扱う情報表示する心拍情報定期的に出力する情報ソフトウェアが出力する情報単発か連続外部に転送するデータ単発で出力する情報表示する目標達成情報 1 特徴点の表出化 ( 構造ビュー ) 熟練者 2 故障モード導出 ( ツリービュー ) 設計情報不具合情報特徴情報ウェアラブル端末はスマートフォンに対してリアルタイムでデータを転送するといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴がある特徴情報目標運動量は何時特徴情報でもユーザが変更で目標運動量を達成しきるといった特徴がたら画面に表示するあるといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報時刻が補正され時刻が飛んだ場合移動距離のリセットを行わない懸念がある特徴情報ウェアラブル端末は日付毎の移動距離を記録するため 0 時になったら移動距離懸念情報を内部に保存しリセットするといった特徴がある腕への巻きつけが不十分の場合ウェアラブル端末に心拍情報が表示されない懸念がある懸念情報ウェアラブル端末のデータが更新する度にスマートフォンに対してデータを転送する場合負荷が高くなりバッテリー消費が早くなる懸念がある非熟練者懸念情報現在の運動量以下の目標運動量を設定した場合目標が達成できない懸念がある特徴点の理解を深める仕掛け ( 特徴周辺の因果関係による気づき ) 3 影響判定までの故障シナリオ ( 時系列ビュー ) 誘導語の設定を訓練する仕掛け ( 質量時間の 2 軸マトリックス分析 ) 17

提案手法の概説 2( 故障発想部 ) 18 概説 : アイテムの具体化特徴点誘導語等を用いて故障モードを作成する IN: 設計情報特徴点誘導語 GSN で可視化 OUT: 故障モード概説 : 故障モードの導出方法 1~3 を GSN でツリービューとして同時に表現 1 失敗経験の利用特徴 XXXX

18 提案手法の概説 2( 故障発想部 ) 18 概説 : アイテムの具体化特徴点誘導語等を用いて故障モードを作成する IN: 設計情報特徴点誘導語 GSN で可視化 OUT: 故障モード概説 : 故障モードの導出方法 1~3 を GSN でツリービューとして同時に表現 1 失敗経験の利用特徴 XXXX の特徴がある懸念 YYYY が懸念ある SW アイテムアイテム分割視点 2 アイテムの具体化詳細化参考 :GSNとはゴール構造化記法コンテキストゴールコンテキストストラテジーサブゴールサブゴールエビデンスエビデンスアイテムアイテムロジックツリーの拡張記法誘導語 3 誘導語の適用故障モード A 故障モード B

19 提案手法の概説 2( 故障発想部 ) 19 故障モードの導出経緯をツリービューとして同時に表現するメリット熟練者向け立場が異なる人がレビューすることでさらに特徴点を収集できる非熟練者向け故障モードが発想できていない原因とその改善点が明確になる例 : 特徴点の不足アイテムの詳細化不足誘導語の選択ミス等の改善点 1 上位アイテムの特徴点を下位へ継承 = 論理の前提破綻を誘導できる特徴機能の利用シーン検知機能特徴機能の仕様するセンサー情報 2 アイテムの分割視点や誘導語で網羅を確保特徴検知処理のポイントアクチュエータの動作を検知できない未検知 / 誤検知に分ける懸念未検知の原因候補や誤検知の影響アクチュエータが動作していないにも関わらず誤って検知する 3 アイテムを具体化した根拠を明記できる懸念安全状態と誤認識して緊急停止しない懸念がある利用シーンで信号の継続的な異常でアクチュエータの危険状態を未検知する信号誤りを継続瞬間過渡状態 ( 判定中 ) に分ける信号の瞬間的な異常でアクチュエータの危険状態を未検知する判定中に信号の異常でアクチュエータの危険状態を未検知する 4 特徴点が追加された場合ツリー展開することでアイテムを具体化していく

20 提案手法の概説 2( 故障発想部 ) データ転送処理 AAA 処理特徴情報ウェアラブル端末はスマートフォンに対してリアルタイムでデータを転送するといった特徴がある時刻補正処理目標達成通知処理特徴情報ウェアラブル端末は GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴があるユーザからの入力情報設定する目標運動量特徴情報目標運動量を達成したら画面に表示するといった特徴があるソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定か特徴情報目標運動量は何時でもユーザが変更できるといった特徴があるウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報時刻が補正され時刻が飛んだ場合移動距離のリセットを行わない懸念があるインターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報内部で扱う情報特徴情報ウェアラブル端末は日付毎の移動距離を記録するため 0 時になったら移動距離を内部に保存しリセットするといった特徴がある表示する心拍情報定期的に出力する情報懸念情報腕への巻きつけが不十分の場合ウェアラブル端末に心拍情報が表示されない懸念があるソフトウェアが出力する情報単発か連続外部に転送するデータ懸念情報ウェアラブル端末のデータが更新する度にスマートフォンに対してデータを転送する場合負荷が高くなりバッテリー消費が早くなる懸念がある単発で出力する情報表示する目標達成情報懸念情報現在の運動量以下の目標運動量を設定した場合目標が達成できない懸念がある 20 ソフトウェア FMEA への要件製品だけでなく環境や利用者なども分析対象とすること特徴抽出部で論理の前提 ( 状況物理制御 ) を不具合やエキスパートから収集済複合的な要因による障害を分析できること下記の方法で誘導 1 特徴点からアイテム候補を決める No. 特徴情報懸念情報アイテム名故障モード導出経緯 (GSN) 1 SW 製品はという特徴があるシステムがという懸念がある修飾語句 + 名詞 2 アイテムのツリー構造を決める最上位の要素名 1 層目視点 1 層目のアイテム名 2 層目視点 2 層目のアイテム名アイテム A 分割視点 1 アイテム B 誘導語具体アイテム 1 ツールで (GSN) に変換する上位アイテム ( 例 : システム ) アイテム A アイテム B 具体アイテム 2 同位包含関係の確保複数の特徴点が上位下位で継承される論理の前提破綻がレビュー可能となる

提案手法の概要データ転送処理 AAA 処理時刻補正処理目標達成通知処理ユーザからの入力情報設定する目標運動量ソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定かウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報インターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報

GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴がある特徴情報目標運動量は何時特徴情報でもユーザが変更で目標運動量を達成しきるといった特徴がたら画面に表示するあるといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報

21 提案手法の概要データ転送処理 AAA 処理時刻補正処理目標達成通知処理ユーザからの入力情報設定する目標運動量ソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定かウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報インターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報内部で扱う情報表示する心拍情報定期的に出力する情報ソフトウェアが出力する情報単発か連続外部に転送するデータ単発で出力する情報表示する目標達成情報 1 特徴点の表出化 ( 構造ビュー ) 熟練者 2 故障モード導出 ( ツリービュー ) 設計情報不具合情報特徴情報ウェアラブル端末はスマートフォンに対してリアルタイムでデータを転送するといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴がある特徴情報目標運動量は何時特徴情報でもユーザが変更で目標運動量を達成しきるといった特徴がたら画面に表示するあるといった特徴がある特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報時刻が補正され時刻が飛んだ場合移動距離のリセットを行わない懸念がある特徴情報ウェアラブル端末は日付毎の移動距離を記録するため 0 時になったら移動距離懸念情報を内部に保存しリセットするといった特徴がある腕への巻きつけが不十分の場合ウェアラブル端末に心拍情報が表示されない懸念がある懸念情報ウェアラブル端末のデータが更新する度にスマートフォンに対してデータを転送する場合負荷が高くなりバッテリー消費が早くなる懸念がある非熟練者懸念情報現在の運動量以下の目標運動量を設定した場合目標が達成できない懸念がある特徴点の理解を深める仕掛け ( 特徴周辺の因果関係による気づき ) 3 影響判定までの故障シナリオ ( 時系列ビュー ) 誘導語の設定を訓練する仕掛け ( 質量時間の 2 軸マトリックス分析 ) 21

22 提案手法の概説 3( 故障モード検証部 ) 概説 : 発想した故障モードが SW の開発に効果的か確認する IN: 設計情報故障モード ESD で可視化 OUT: 故障シナリオ特定状況下で故障発生後利用者やシステムへの影響を ESD で時系列ビューで表現する参考 :ESD とはイベントシーケンス図のこと開始分岐イベント 1 No Yes 分岐イベント 2 No Yes イベント B 終了影響小 <ESD の適用イメージ > イベント A 影響大開始正常イベント A 正常イベント B 正常終了異常イベント SW 異常対処システム対処運用対処影響度小故障モードと原因直接影響や対策影響判定 22

23 提案手法の概説 3( 故障モード検証部 ) 故障の原因対策を時系列ビューで表現するメリット熟練者向け故障発生時の状況やそのメカニズムをシステムや運用担当者へ提示 SW 対策の限界や運用制約 FMEA 効果を合意形成できる非熟練者向け故障モードが抽象的過ぎるとシナリオが描けない故障モードによってはそもそも SW で対策できない例 : 入力の誤り機能の停止パラメータ設定誤りアイテムの分割不足特徴点の不足等の故障モードが修正可 3:FMEA の効果を明示 ( 修正されたシナリオ ) 4: 故障発生後の後続のシステムや運用への対応を表現開始正常イベント A 正常イベント B 正常終了 FMEA 実施前対処なしシステム対処運用対処 AX 影響度大異常イベント X FMEA 実施後 SW 異常対処システム対処運用対処 AY 影響度小 1 故障モードをさらに具体化し分岐イベントとする 2: 影響判定までの時系列推移を表現システムや利用者へどのような影響があると判断したのかトレースが可能 23

24 提案手法の概説 3( 故障モード検証部 ) < 従来手法 > アイテム名故障モード故障原因故障の影響対策内容対策効果画像データ遅過ぎるタイミングネットワークの遅延 < 提案手法 > 検知処理の実行が遅くなりシステムの認識が遅れる検知機能が有効でないことを通知するシステムではなく人の目視で検知できる開始正常イベント A 正常イベント B 正常終了 FMEA 実施前検知処理の実行が遅くなりシステムの認識が遅れる影響度大ネットワーク遅延により画像データの入力タイミングが遅れる FMEA 実施後検知機能が有効でないことを通知するシステムではなく人の目視で検知する影響度小 SW 故障 SW 対処運用対処影響度大複合要因も表現可 24

25 データ転送処理 AAA 処理特徴情報ウェアラブル端末はスマートフォンに対してリアルタイムでデータを転送するといった特徴がある時刻補正処理目標達成通知処理特徴情報ウェアラブル端末は GPSからの情報で時刻情報を自動修正するといった特徴があるユーザからの入力情報設定する目標運動量特徴情報目標運動量を達成したら画面に表示するといった特徴があるソフトウェアへ入力される情報入力タイミングが一定か不定か特徴情報目標運動量は何時でもユーザが変更できるといった特徴があるウェアラブル端末に搭載するソフトウェア外側との依存部か独立部か機器からの入力情報入力されるセンサー情報入力される心拍数情報特徴情報ウェアラブル端末は腕に巻きつけて使用するといった特徴がある特徴情報センサーから取得した心拍数は特定の範囲に収まっていない場合は破棄されるといった特徴がある懸念情報時刻が補正され時刻が飛んだ場合移動距離のリセットを行わない懸念があるインターフェースソフトウェアへの入力かソフトウェアからの出力か表示する移動距離情報内部で扱う情報特徴情報ウェアラブル端末は日付毎の移動距離を記録するため 0 時になったら移動距離を内部に保存しリセットするといった特徴がある表示する心拍情報定期的に出力する情報懸念情報腕への巻きつけが不十分の場合ウェアラブル端末に心拍情報が表示されない懸念があるソフトウェアが出力する情報単発か連続外部に転送するデータ懸念情報ウェアラブル端末のデータが更新する度にスマートフォンに対してデータを転送する場合負荷が高くなりバッテリー消費が早くなる懸念がある単発で出力する情報表示する目標達成情報懸念情報現在の運動量以下の目標運動量を設定した場合目標が達成できない懸念がある提案手法の実装概要分析やモデリングコストを削減するツールを用意特許出願中 ( 特願 ) ライセンス提供の問い合わせ先 : umeda.hiroki@jaxa.jp FMEA の適用工程提案手法の適用工程シナリオと影響の定義ツールによる自動変換 EXCEL のアドイン正常イベントアイテム影響の定義方針やアイテムを決める特徴点の記入特徴情報懸念情報特徴抽出図の位置づけ特徴点からアイテムの展開をツリー構造化特徴点のレビュー故障モードを作成する No. 特徴情報懸念情報アイテム名 1 SW 製品はという特徴がある最上位の要素名 1 層目視点 1 層目の要素名システムがという懸念がある 2 層目視点 2 層目の要素名抽象名詞視点 1 名詞 3 視点 11 具体名詞 1 具体名詞 2 具体アイテム名 3 層目視点故障モード導出の確認影響を解析する故障発生前後のシナリオの記入故障発生 SW 対処運用対処影響判定対策を検討する影響判定を時系列で確認 25

提案手法の有効性確認の方法 26 有効性確認方法 : 技術者のプロファイルエキスパート ( 製品開発が 10 年以上 ) FMEA 適用経験の有無評価指標 1: 故障モード数評価指標 2: 故障シナリオ数 ( 効率効果 ) FMEA 未経験 2: 製品エキスパート 4: 非熟練者エキスパート開発経験 10 年以上 1: 熟練者 3:FMEA エキスパート FMEA 習熟確認条件 :

26 提案手法の有効性確認の方法 26 有効性確認方法 : 技術者のプロファイルエキスパート ( 製品開発が 10 年以上 ) FMEA 適用経験の有無評価指標 1: 故障モード数評価指標 2: 故障シナリオ数 ( 効率効果 ) FMEA 未経験 2: 製品エキスパート 4: 非熟練者エキスパート開発経験 10 年以上 1: 熟練者 3:FMEA エキスパート FMEA 習熟確認条件 : 3 つの異なる開発組織で実際の開発と並行して実施 No 手法実施者比較対象 ( 評価指標 1) 比較対象 ( 評価指標 2) 1 4 非熟練者製品エキスパートA ( 不具合分析と経験から ) 故障モードに対する故障シナリオの作成効率 2 2 製品エキスパート誘導語による発想 ( 効果 ) 影響度別の故障シナリオ数 3 1 熟練者従来から実施している方法 ( 不具合分析と経験から ) 1 故障モード当たりの FMEA 適用効率 ( 仕様修正件数 )

27 有効性確認の結果 (No1: 製品エキスパートと非熟練者 ) 27 評価指標 1: 故障モードの発想数従来手法 ( 製品エキスパート A) 提案手法 ( 非熟練者 ) 企業 A 非熟練者企業 B 製品エキスパート B 企業 C 熟練者故障モードから故障シナリオを作成ができた割合 70.0 % 60.0 故障モード数は非熟練者 ( 提案手法 ) が 2 倍故障シナリオの作成効率は製品エキスパートが 10% 以上高い製品エキスパート A 非熟練者理由非熟練者は特徴点の抜けがないか GSN 上で論理網羅を重視したため対象システムであり得ない SW 故障を発想

28 提案手法の妥当性確認の結果 (No2: 製品エキスパート ) 評価指標 1: 故障モードの発想数非熟練者製品エキスパート B 熟練者従来手法 ( 誘導語 ) 提案手法考察影響度大 ( システムへの影響 ) 影響度別故障シナリオ数影響度中 ( 出力先機器への影響 ) 影響度小 ( 一過性の影響 ) 従来手法提案手法従来手法 ( 誘導語 ) でアルゴリズムに対する故障の発想ができない影響度大のシナリオ数が提案手法で 60% 増加 28

29 提案手法の妥当性確認の結果 (No3: 熟練者 ) 29 評価指標 1: 故障モードの発想数非熟練者製品エキスパート B 熟練者従来手法提案手法考察故障モードあたりの FEMA 適用時間従来手法提案手法熟練者の考えていた故障モードが従来より 4 倍以上可視化 FMEA 適用時間はツール効果により従来と同等仕様修正や制約抽出は約 50% 追加

30 30 まとめ本発表のまとめ (1) 提案手法は FMEA 未経験者の故障発想を支援している (2) 提案手法は熟練者に取って既存のコストと同等で分析できる (3) 提案手法は熟練者からの技術継承を促進する可能性がある今後の発展発展 1: 開発工程に合わせて GSN や ESD モデルを繰り返し更新する仕組み新たにアイテムや特徴点が追加された時の効率的な分析発展 2: エキスパートの思考経緯を含めた故障モードの再利用方法エキスパートが整理するのではく非熟練者の能力向上の一環発展 3: 故障の発生後や非定常状態の故障シナリオを分析する複合異常影響度が小や中と判定した故障シナリオ時に軽微な故障で影響度が大となる故障シナリオが存在していないか

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PowerPoint プレゼンテーション GSN を応用したナレッジマネジメントシステムの提案 2017 年 10 月 27 日 D-Case 研究会国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構研究開発部門第三研究ユニット梅田浩貴 2017/3/27 C Copyright 2017 JAXA All rights reserved 1 目次 1 課題説明 SECI モデル 2 GSN を応用したナレッジマネジメントシステム概要 3 ツリー型チェックリスト分析

目次 背景説明 ( 業務説明 前提知識等 ) 提案手法の概要 提案手法の有効性確認結果 まとめ 2

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