信頼性設計と稼働率

信頼性とは、システムが決められた条件のもとで、決められた期間に故障せず要求された機能を果たし続ける性質をいう。信頼性を数値で表す代表的な指標が稼働率であり、稼働率は MTBF（平均故障間隔）と MTTR（平均修復時間）から求められる。信頼性設計では、故障を予防すること、故障時の影響を抑えること、故障後もサービスを継続することの三つを組み合わせて検討する。

稼働率とMTBF・MTTRの関係

稼働率は、システムが稼働している時間が全体に占める割合であり、α = MTBF/(MTBF+MTTR) で表される。この式から、稼働率は故障の起きにくさと修復の速さのバランスで決まることが分かる。したがって、二つのシステムの稼働率が等しくても、MTBF と MTTR がそれぞれ等しいとは限らない。 稼働率が等しければ MTTR/MTBF の比も等しくなり、この比は稼働率が高いほど小さくなる。比較問題では、この関係を式に当てはめて大小を確かめることが有効である。

故障の予防を目的とした解析

故障を事前に防ぐための解析手法の代表が FMEA（故障モード影響解析）である。FMEA は、設計や工程の段階で構成要素ごとに起こり得る潜在的な故障モードを特定し、その影響の大きさを評価して予防策につなげる手法である。 一方、発生済みの故障を分類して改善対象を絞る分析、「なぜ」を繰り返して根本原因を探る分析、故障の原因を木構造で表すフォールトツリー解析は、対象や目的が FMEA と異なる。FMEA は、まだ起きていない故障を事前に評価する点が特徴である。

フールプルーフとフェールセーフ

利用者の誤操作や誤入力を前提として、誤りが起きにくいように設計する考え方をフールプルーフという。不特定多数の人が使うプログラムでは、前提条件を満たさない入力をプログラムで検出し、エラーメッセージを表示して再入力を促す機能を組み込むことが典型的な方策である。 誤入力が発生しても、プログラムを異常終了させずに次の操作を促す設計も、同じ考え方に属する。 一方、故障や異常が発生したときに、システムを安全な状態へ移行させる設計をフェールセーフという。交通管制システムが故障したときに信号機を赤色にするのは、この例である。 フェールセーフは故障時の安全確保が目的であり、誤操作の防止を目的とするフールプルーフとは対象が異なる。