信頼性設計と障害分析

信頼性設計とは、システムの一部に故障が起きても、サービスの停止や危険な状態への移行を防げるように構成を工夫する考え方である。障害分析は、障害の原因を洗い出して影響を評価し、その結果を設計に反映させる作業を指す。両者は一体で進められ、どの原因を重点的に防ぐかを決める根拠となる。

故障率の時間変化と三つの期間

機器や部品の故障率は使用期間に応じて変化し、一般に三つの期間に分けて捉えられる。使い始めの初期故障期には、製造上の欠陥や設計ミスによる故障が集中するため、出荷前の試運転によって取り除くことが有効である。 その後の偶発故障期は故障率がほぼ一定の期間であり、使用環境などに起因して予測しにくい故障が起きる。 そのため、予備部品を用意して故障時に速やかに交換できるようにしておく。使用が進むと摩耗や劣化によって故障率が上昇する摩耗故障期に入り、部品交換などの予防保全が必要になる。これらの期間は、横軸に時間、縦軸に故障率を取った曲線の形で区別する。

フェールセーフ、フォールトトレラント、冗長化の違い

故障時の振る舞いには代表的な設計の考え方が三つある。フェールセーフは、故障が起きたときに安全側の状態へ移行させる設計であり、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例が典型である。 フォールトトレラントは、故障が起きても機能を止めずに運用を続ける設計で、コントローラを二重化して片方が故障しても稼働を維持する方式がこれに当たる。冗長化は、同じ機能を担う構成要素を複数用意して可用性を高める手段であり、フォールトトレラントを実現する主要な手段となる。ディスクを二重化して一方が故障しても処理を続けるRAID1も冗長化の一例である。ただし、冗長化を施しても個々のハードディスクのMTBFが向上するわけではないため、構成全体の可用性として評価する必要がある。 一方、電池の極性を逆に入れられないようにする工夫は誤操作を防ぐ設計であり、故障時の安全を扱うフェールセーフとは区別される。