システムの信頼性と稼働率

信頼性とは、システムが決められた条件のもとで要求された機能を継続して果たせる性質である。稼働率は、一定期間のうちシステムが使用可能な状態にあった割合であり、故障の起きにくさと復旧の速さによって決まる。本単元では、故障率の時間的変化、故障への設計方針、構成による稼働率の計算を整理する。

故障率の時間的変化

機器の故障率は、使い始めから廃棄までの時間経過によって変化し、その推移はバスタブ曲線として表される。初期故障期間では、製造上の欠陥などにより故障率が高く、時間とともに低下する。偶発故障期間では、故障率が時間の経過によらずほぼ一定となる。摩耗故障期間では、部品の劣化が進むため故障率が再び上昇する。偶発故障期間の特徴を問われたときは、故障率が一定であり時間に依存しないという点を押さえる。

故障への設計方針

システムの信頼性を高める設計には、故障そのものを起こさせない考え方と、故障が起きても影響を抑える考え方がある。フォールトアボイダンスは、信頼性の高い部品の選定や設計・製造品質の向上によって、故障の発生を避ける方針である。

フォールトトレランスは、冗長化などによって故障が起きても必要な機能やサービスを継続させる方針である。フェールセーフは、故障時にあらかじめ定めた安全な状態へ移行させる方針であり、フェールソフトは、故障時に機能を縮退させながら重要な機能の稼働を続ける方針である。フールプルーフは、誤操作そのものを起こりにくくする方針であり、故障への備えとは区別される。

稼働率の計算と構成の影響

稼働率は、MTBF（平均故障間隔）とMTTR（平均修復時間）を用いて、MTBF÷（MTBF＋MTTR）で求められる。直列に接続されたシステムでは、全体が稼働するためにすべての要素の稼働が必要なので、全体の稼働率は個々の稼働率の積になり、低くなる。

並列に冗長化されたシステムは、どれか一つでも稼働していれば稼働するため、停止するのは全要素が同時に停止したときに限られる。装置の故障が互いに独立であれば、停止率は各装置の停止率の積となる。例えば、稼働率0.90の装置を二台並列に接続すると、停止率は0.10×0.10＝0.01となり、システムの稼働率は1－0.01＝0.99となる。