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セーフティクリティカルシステム[2]またはライフクリティカルシステムとは、故障や誤動作により、次のいずれか（または複数）の結果が生じる可能性があるシステムである。[3] [4]
- 人が死亡または重傷を負う
- 機器や財産の損失または重大な損害
- 環境被害
安全関連システム（または安全関与システム）は、1つ以上の安全機能を実行するために必要なすべてのもの（ハードウェア、ソフトウェア、および人的側面）で構成され、その機能不全が関係する人々または環境の安全リスクを大幅に増加させる原因となる。[5]安全関連システムとは、人命の損失、重傷、または深刻な環境被害などの危険を制御する責任を完全に負わないシステムのことである。安全関与システムの機能不全は、他のシステムの故障または人的エラーと相まって初めて危険となる。英国の健康安全庁など、一部の安全組織は安全関連システムに関するガイダンスを提供している。[6]
この種のリスクは通常、安全工学の手法とツールで管理されます。安全性が極めて重要なシステムは、稼働時間10億時間（10 9 ）あたり1人未満の人命損失になるように設計されています。 [7] [8]一般的な設計手法には、確率的リスク評価、つまり故障モード影響解析（FMEA）とフォールトツリー解析を組み合わせた手法が含まれます。安全性が極めて重要なシステムは、ますますコンピューターベースになっています。
セーフティクリティカルシステムは、スイスチーズモデルと一緒に使用されることが多い概念であり、複数の重要な障壁の破損により脅威が重大事故にエスカレートする様子を（通常は蝶ネクタイ図で）表現します。この用法は、特にプロセス安全性の分野で一般的になり、特に石油・ガスの掘削と生産に説明目的と資産の完全性管理や事故調査などの他のプロセスをサポートする目的で適用されています。[9]
信頼性レジメン
安全性が重要なシステムには、いくつかの信頼性体制が存在します。
- フェイルオペレーショナルシステムは、制御システムが故障しても動作を続けます。これらの例としては、エレベーター、ほとんどの家庭用炉のガスサーモスタット、受動的に安全な原子炉などがあります。フェイルオペレーショナルモードは安全でない場合があります。通信途絶時の核兵器発射はフェイルオペレーショナルであるため、米国の核戦力の制御システムとしては拒否されました。通信途絶は発射を引き起こすため、この動作モードはリスクが大きすぎると考えられました。これは、ソビエト時代に構築されたペリメーターシステムのフェイルデッド動作とは対照的です。 [10]
- フェイルソフトシステムは、故障した場合でも効率を落として暫定的に動作し続けることができる。[11]ほとんどのスペアタイヤがその一例である。通常、スペアタイヤには一定の制限（速度制限など）が付いており、燃費の低下につながる。もう1つの例は、ほとんどのWindowsオペレーティングシステムに搭載されている「セーフモード」である。
- フェイルセーフシステムは、動作不能になったときに安全になります。多くの医療システムがこのカテゴリに該当します。たとえば、輸液ポンプが故障しても、看護師に警告してポンプを停止すれば、安全間隔が十分に長く、人間が対応できるため、生命の危険はありません。同様に、産業用または家庭用のバーナー コントローラーが故障しても、安全モードで故障する必要があります (つまり、障害を検出すると燃焼を停止します)。よく知られているように、コマンドで発射する核兵器システムはフェイルセーフです。通信システムが故障すると、発射を命令できないためです。鉄道信号はフェイルセーフになるように設計されています。
- フェイルセキュアシステムは、動作できないときに最大限のセキュリティを維持します。たとえば、フェイルセーフ電子ドアは停電時にロックが解除されますが、フェイルセキュア電子ドアはロックされ、エリアのセキュリティが維持されます。
- フェイルパッシブシステムは、システム障害が発生した場合でも動作を続けます。例としては、航空機の自動操縦装置が挙げられます。障害が発生した場合、航空機は制御可能な状態のままであり、パイロットが引き継いで旅程を完了し、安全に着陸することができます。
- フォールト トレラント システムは、システムに障害が発生した場合にサービス障害を回避します。例としては、通常の原子炉の制御システムがあります。障害を許容する通常の方法は、複数のコンピューターを使用してシステムの各部を継続的にテストし、障害が発生したサブシステムのホット スペアをオンにすることです。障害が発生したサブシステムが通常のメンテナンス間隔で交換または修理されている限り、これらのシステムは安全であると見なされます。人間が使用するコンピューター、電源、制御端末は、これらのシステムで何らかの方法ですべて複製されている必要があります。
安全性が重要なシステムのためのソフトウェアエンジニアリング
セーフティクリティカルなシステムのソフトウェア エンジニアリングは特に困難です。生命にかかわるシステムのソフトウェア エンジニアリングを支援するために適用できる側面が 3 つあります。1 つ目は、プロセス エンジニアリングと管理です。2 つ目は、システムに適したツールと環境を選択することです。これにより、システム開発者はエミュレーションによってシステムを効果的にテストし、その有効性を観察できます。3 つ目は、連邦航空局の航空要件など、あらゆる法的および規制上の要件に対処することです。システムの開発に必要な標準を設定することにより、設計者はその要件に従うことを余儀なくされます。航空電子工学業界は、生命にかかわる航空電子工学ソフトウェアを作成するための標準的な方法を生み出すことに成功しました。同様の標準が、一般産業 ( IEC 61508 ) および自動車 ( ISO 26262 )、医療 ( IEC 62304 )、原子力 ( IEC 61513 ) の各業界に存在します。標準的なアプローチは、システムを慎重にコーディング、検査、文書化、テスト、検証、および分析することです。もう1つのアプローチは、生産システムとコンパイラを認証し、仕様からシステムのコードを生成することです。別のアプローチでは、形式手法を使用して、コードが要件を満たしていることの証明を生成します。 [12]これらのアプローチはすべて、開発プロセスにおける手動のステップをテストまたは排除することで、安全性が重要なシステムのソフトウェア品質を向上させます。なぜなら、人は間違いを犯し、これらの間違いは生命を脅かす可能性のあるエラーの最も一般的な原因だからです。
安全性が重要なシステムの例
インフラストラクチャー
薬[13]
技術要件は、故障の回避にとどまらず、集中治療（患者の治療）や生命維持（患者の状態を安定させる）を促進することにもなります。
- 人工心肺装置
- 麻酔器
- 機械換気システム
- 輸液ポンプとインスリンポンプ
- 放射線治療機器
- ロボット手術機器
- 除細動器
- ペースメーカー装置
- 透析装置
- 生命維持機能を電子的に監視する装置（電気記録法、特に心電図、ECG または EKG、脳波、EEG）
- 医療用画像装置（X線、コンピュータ断層撮影（CTまたはCAT）、さまざまな磁気共鳴画像（MRI）技術、陽電子放出断層撮影（PET））
- 医療情報システムにも重大な安全上の意味合いがある[14]
原子力工学[15]
- 原子炉制御システム
石油・ガス生産[16]
- プロセスの封じ込め
- 井戸の完全性
- 船体の健全性（浮体式生産貯蔵積出設備用）
- ジャケットとトップサイド構造
- 昇降装置
- ヘリデッキ
- 係留システム
- 火災およびガス検知
- 重要な計装機能（プロセスシャットダウン、緊急シャットダウン）
- 作動遮断弁
- 圧力緩和装置
- ブローダウンバルブとフレアシステム
- 掘削井管理（防噴装置、泥水、セメント）
- 換気と暖房、換気と空調
- 排水システム
- バラストシステム
- 船体貨物タンク不活性化システム
- 方向制御
- 発火防止（Ex認定電気機器、絶縁された高温表面など）
- 消火ポンプ
- 消火水および泡消火配管
- 消火水および泡モニター
- デリュージュバルブ
- ガス消火システム
- 消火栓
- パッシブ防火
- 一時避難所
- 脱出ルート
- 救命ボートと救命いかだ
- 個人用生存装備（例：救命胴衣）
レクリエーション
- 遊園地の乗り物
- 登山用具
- パラシュート
- スキューバ装備
- ダイビングリブリーザー
- ダイブコンピューター（用途に応じて）
輸送
鉄道[17]
- 鉄道信号・制御システム
- 列車のドアを制御するためのプラットホーム検知[18]
- 自動列車停止装置[18]
自動車[19]
- エアバッグシステム
- ブレーキシステム
- シートベルト
- パワーステアリングシステム
- 先進運転支援システム
- 電子スロットル制御
- ハイブリッド車および電気自動車向けバッテリー管理システム
- 電動パーキングブレーキ
- シフトバイワイヤシステム
- ドライブバイワイヤシステム
- ワイヤーで駐車
航空[20]
- 航空管制システム
- 航空電子機器、特にフライ・バイ・ワイヤシステム
- 無線航法（受信機の自律的完全性監視）
- エンジン制御システム
- 航空機乗務員生命維持システム
- 飛行に必要な燃料を決定する飛行計画
宇宙飛行[21]
参照
- バイオメディカルエンジニアリング – 工学原理と設計概念の医学と生物学への応用
- 安全率 – 想定される負荷を超えるシステム強度
- 形式手法 – 数学的プログラム仕様
- 高い信頼性を誇るソフトウェア
- ミッションクリティカル – 組織の運営に不可欠な要素
- 原子炉 – 核反応を制御する装置
- 冗長性（エンジニアリング） – システムの信頼性を高めるために重要なコンポーネントを複製する
- リアルタイムコンピューティング
- 信頼性工学 – 信頼性を重視するシステム工学のサブ分野
- セーフティクリティカルシステムクラブ
- SAPHIRE – 実践的な統合信頼性評価のためのシステム分析プログラム（リスク分析ソフトウェア）
- Therac-25 – 6件の事故に巻き込まれた放射線治療装置
- ゾーン安全分析
参考文献
- ^ JC Knight (2002). 「セーフティクリティカルシステム: 課題と方向性」IEEE. pp. 547–550.
- ^ 「セーフティクリティカルシステム」encyclopedia.com . 2017年4月15日閲覧。
- ^ Sommerville, Ian (2015). ソフトウェアエンジニアリング(PDF) . ピアソン インド. ISBN 978-9332582699. 2018年4月17日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2018年4月18日閲覧。
- ^ Sommerville, Ian (2014-07-24). 「Critical systems」. Sommerville の書籍ウェブサイト。2019-09-16 時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4 月 18 日閲覧。
- ^ 「FAQ – エディション 2.0: E) 主要概念」。IEC 61508 – 機能安全。国際電気標準会議。2020年10月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年10月23日閲覧。
- ^ 「パート 1: 主要ガイダンス」(PDF) .安全関連システムの能力管理. 英国:健康安全局. 2007 年. 2016 年10 月 23 日閲覧。
- ^ FAA AC 25.1309-1 A – システム設計と分析
- ^ Bowen, Jonathan P. (2000 年 4 月). 「セーフティクリティカルシステムの倫理」. Communications of the ACM . 43 (4): 91–97. doi : 10.1145/332051.332078 . S2CID 15979368.
- ^ CCPS と Energy Instituteの共同出版(2018)。リスク管理におけるボウタイ: プロセス安全のコンセプトブック。ニューヨーク、ニューヨーク、ホーボーケン、ニュージャージー: AIChEおよびJohn Wiley & Sons。ISBN 9781119490395。
- ^ トンプソン、ニコラス (2009-09-21). 「黙示録的なソビエトの終末マシンの内部」. WIRED .
- ^ 「フェイルソフトの定義」。
- ^ Bowen, Jonathan P.; Stavridou, Victoria (1993 年 7 月). 「セーフティクリティカルシステム、形式手法および標準」.ソフトウェアエンジニアリングジャーナル. 8 (4). IEE/BCS: 189–209. doi :10.1049/sej.1993.0025. S2CID 9756364.
- ^ 「医療機器安全システム設計：体系的アプローチ」mddionline.com . 2012-01-24.
- ^ Anderson, RJ; Smith, MF ,編 (1998年9月～12月)。「特集: 医療システムの機密性、プライバシー、安全性」。Health Informatics Journal。4 ( 3–4)。
- ^ 「原子炉の安全性」。world -nuclear.org。2016年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年12月18日閲覧。
- ^ 安全性のステップチェンジ（2018年）。保証および検証担当者向けガイダンス文書。アバディーン：安全性のステップチェンジ。
- ^ 「鉄道輸送における安全重視のシステム」(PDF)。Rtos.com。2013年 12 月 19 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2016 年10月 23 日閲覧。
- ^ ウェイバックマシンより
- ^ 「安全性が重要な自動車システム」。sae.org。
- ^ Leanna Rierson (2013-01-07).安全重視のソフトウェア開発: 航空ソフトウェアと DO-178C 準拠の実践ガイド。CRC Press。ISBN 978-1-4398-1368-3。
- ^ 「宇宙飛行システムの有人評価要件とガイドライン」（PDF）。NASAの手順とガイドライン。2003年6月19日。NPG：8705.2。 2021年3月17日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年10月23日閲覧。
外部リンク
- 生命維持に不可欠なシステムの例
- 安全性重視のシステム仮想ライブラリ
- 航空電子機器におけるフェイルオペレーショナルとフェイルパッシブの説明
- NASA 技術標準システムソフトウェア保証およびソフトウェア安全標準
2020-07-15にWayback Machineにアーカイブされました