(57)【要約】【課題】システム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求める。あらゆるパターンで高精度の解析を可能とする。【解決手段】ブロック数が多い信頼性ブロック図において、子ブロック図に分割し、各々のブロックの正常／故障の組合せをつくり、始点から終点までの経路が存在する組合せのみについて、その組合せが生じる確率を足し合わせることにより、システム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求める解析方法。システムの信頼性ブロック図を入力することにより、上記の解析方法を用いてシステム全体の信頼性を自動的に解析するプログラム及び解析装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求める解析方法であって、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せをつくり、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定し、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求め、子ブロック図の信頼度を用いて子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で親ブロック図の信頼度を求めることにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を削減してシステム全体の信頼性を少ない計算量で精度よく求めることを特徴とする信頼性ブロック図解析方法。
【請求項２】
信頼性ブロック図を、子ブロック図、さらには孫ブロック図と必要に応じて分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数をさらに削減して計算量を少なくする請求項１記載の信頼性ブロック図解析方法。
【請求項３】
ブロック図が、ｎ通りのうちｋ通り以上の経路が存在することを必要とするｋ−アウト・オブ−ｎシステムを含む際には、該当する点にｋ個以上の有効な入力経路がある場合にのみブロック図として正常と判定する請求項１又は２記載の信頼性ブロック図解析方法。
【請求項４】
システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求める解析装置であって、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、入力した子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せを作成する組合せ作成手段と、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定する組合せ判定手段と、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求める信頼度算出手段とを備え、求めた子ブロック図の信頼度を用いて、入力した親ブロック図の信頼度を前記の組合せ作成手段、組合せ判定手段及び信頼度算出手段から子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で求めて、ブロックの正常・故障の組合せの数を削減してシステム全体の信頼性を少ない計算量で精度よく求めるようにしたことを特徴とする信頼性ブロック図解析装置。
【請求項５】
システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求めるためにコンピュータを、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、入力した子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せを作成する組合せ作成手段と、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定する組合せ判定手段と、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求める信頼度算出手段として機能させ、さらに、求めた子ブロック図の信頼度を用いて、入力した親ブロック図の信頼度を子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で求めるための組合せ作成手段、組合せ判定手段及び信頼度算出手段として機能させるための信頼性ブロック図解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、システム開発時の信頼度予測などに適用され、冗長系を考慮したシステム全体の信頼性解析を行う信頼性ブロック図解析方法と、この解析方法を用いてシステム全体の信頼性を自動的に解析するプログラム（ソフトウェア）及び解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
信頼性ブロック図によってシステム全体の信頼性解析を行う場合、ブロックの接続パターンには多様なパターンがあり、各パターン毎に適用可能な解析方法が異なる。例えば、図６に示すような単純な直列の接続パターンの信頼性ブロック図と、図７に示すような単純な並列の接続パターンの信頼性ブロック図とを比較しても、図６に示すブロック図の信頼度は下記の数１に示すような式で求められ、図７に示すブロック図の信頼度は下記の数２に示すような式で求められる。このため、各ブロック図個々に適切な解析方法を解析者が判断して適用する必要があり、プログラムによる自動化が困難である。なお、下記の数１、数２に示す式において、λは単位時間あたりの故障件数、ｔは要求作動時間である。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
【数２】
2004192387.tif 000004
【０００５】
また、信頼性ブロック図によってシステム信頼度を計算する場合の計算式について、接続パターンの異なるブロック図毎に考察することは従来から行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
藤崎定昭著「メカトロシステムの信頼性工学」槙書店、１９８５年１２月１５日、ｐ．６５−７４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ブロックの接続パターンには多様なパターンがあるが、ブロックの接続パターン毎に適切な解析方法を解析者が判断して適用する必要があり、プログラムによる自動化が困難である。
また、手計算の場合、複雑なパターンでは解析者によって適用する解析方法の選択ミスが生じやすい。さらに、手計算の場合は、解析作業の効率化のため、精度が必ずしも十分とは言えない近似式を利用することが多くなる。
市販ソフトで自動解析が可能なものも存在するが、十分な精度で解析可能なパターンが限られている。複雑なパターンではモンテカルロ法による近似計算となり、計算精度が不十分である。
【０００８】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、システムの信頼性ブロック図を解析するに際し、ブロック図個別に適用する解析手法を選択する必要がなく、プログラム化が容易であり、解析手法をプログラム化することにより、誰でも容易に信頼性ブロック図解析が可能となり、しかも、従来は解析をあきらめていたような複雑なブロック図についても解析が可能で、かつ、近似式を用いないため、どのようなパターンのブロック図においても高精度での解析が可能となる信頼性ブロック図解析方法及び解析装置並びに解析プログラムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の信頼性ブロック図解析方法は、システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求める解析方法であって、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せをつくり、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定し、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数（任務信頼度関数）から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求め、子ブロック図の信頼度を用いて子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で親ブロック図の信頼度を求めることにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を大幅に削減してシステム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求めるように構成されている。
【００１０】
上記の方法においては、必要に応じて、信頼性ブロック図を、子ブロック図、さらには孫ブロック図、ひ孫ブロック図、…と分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数をさらに削減して計算量を少なくすることが可能である。また、ブロック図が、ｎ通りのうちｋ通り以上の経路が存在することを必要とするｋ−アウト・オブ−ｎ（ｋ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｎ）システムを含む際には、該当する点に必要個数（ｋ個）以上の有効な入力経路がある場合にのみブロック図として正常と判定する。
【００１１】
本発明の信頼性ブロック図解析装置は、システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求める解析装置であって、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、入力した子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せを作成する組合せ作成手段と、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定する組合せ判定手段と、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数（任務信頼度関数）から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求める信頼度算出手段とを備え、求めた子ブロック図の信頼度を用いて、入力した親ブロック図の信頼度を前記の組合せ作成手段、組合せ判定手段及び信頼度算出手段から子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で求めて、ブロックの正常・故障の組合せの数を削減してシステム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求めるようにしたことを特徴としている。このように、本発明の信頼性ブロック図解析装置は、システムの信頼性ブロック図を入力することにより、上記の解析方法を用いてシステム全体の信頼性を自動的に解析する解析装置である。
【００１２】
本発明の信頼性ブロック図解析プログラムは、システムの信頼性ブロック図を解析してシステム全体の信頼性を求めるためにコンピュータを、ブロック数が多い信頼性ブロック図を親ブロック図と少なくとも１つの子ブロック図に分割し、入力した子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せを作成する組合せ作成手段と、正常なブロックは通過でき故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを子ブロック図の正常な組合せと判定する組合せ判定手段と、子ブロック図として正常と判定された各々の組合せが生じる確率を各ブロックの信頼度関数（任務信頼度関数）から求めて、これらの正常な組合せが生じる確率を足し合わせて子ブロック図の信頼度を求める信頼度算出手段として機能させ、さらに、求めた子ブロック図の信頼度を用いて、入力した親ブロック図の信頼度を子ブロック図について信頼度を求めたのと同じ手順で求めるための組合せ作成手段、組合せ判定手段及び信頼度算出手段として機能させるものである。このように、本発明の信頼性ブロック図解析プログラムは、システムの信頼性ブロック図を入力することにより、上記の解析方法を用いてシステム全体の信頼性を自動的に解析するプログラムである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
システムの信頼性ブロック図について、次の手順により、システム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求めることができ、しかも、あらゆるパターンで高精度の解析が可能となる。
（１）  各々のブロックの正常・故障の組合せをつくる。この場合、ブロックの数がｎ個であれば、その組合せの数は２n通りとなるが、ブロック数が増えると計算量が膨大となり、このままでは実用にならない。そこで、ブロック図を子ブロック図（必要に応じて孫ブロック図、ひ孫ブロック図、…）に分割して、子ブロック図について各々のブロックの正常・故障の組合せをつくる。ブロック図を子ブロック図に分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を減らして計算量を大幅に削減する。
【００１４】
（２）  正常なブロックは通過可能、故障しているブロックは通過できないとして、子ブロック図の始点から終点までの経路が存在する組合せを、子ブロック図として正常な組合せと判定する。“ｋ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｎ”システムの場合は、該当するポイントに必要個数（ｋ個）以上の有効な入力経路がある場合にのみ、子ブロック図として正常と判定する。
（３）  子ブロック図として正常と判定された組合せのみについて、その組合せが生じる確率を求め、足し合わせることにより、子ブロック図としての信頼度を求める。
（４）  子ブロック図毎に求めた信頼度を用いて、上記と同様な手順で親ブロック図の信頼度を求める。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
実施の第１形態
図１に示すようなブロック図を準備する。なお、信頼性ブロック図に登場するオブジェクトは次の通りである。「□」はブロックで、各ブロックは任務信頼度関数Ｒi（ｔ）をもつ。任務信頼度関数は、例えば、下記の数３に示すような式で表される。下記の数３において、λは単位時間あたりの故障件数、ｔは要求作動時間である。
【００１６】
【数３】
2004192387.tif 000005
【００１７】
点「・」は、始点、終点、あるいは接続線（後述）の分岐／結合を表す。各信頼性ブロック図には、始点と終点がそれぞれ１つのみある。ｋ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｎシステムを表現する場合は、点に必要な入力数を考慮する。例えば、図１の点Ａでは、入力ｎ＝３であるが、そのうち２つ以上必要な場合、必要な入力ｋ＝２とする。また、接続線「→」は、ブロックや点の接続関係を表す。
【００１８】
次に、図１に示すブロック図を、図２に示すように子ブロック図に分割する。具体的には、以下の手順で解析を行う。
▲１▼  子ブロック図において、ブロックの正常・故障の組合せをつくる。ブロックの総数をｎとすると、組合せの数は２n通りであるから、本実施の形態では、ｎ＝３で２3＝８通りである。下記の表１に、ブロックの正常・故障の組合せの作成例を示す。
【００１９】
【表１】
2004192387.tif 000006
【００２０】
▲２▼  それぞれの組合せにおいて、ブロックの正常・故障を判定する。子ブロック図の始点から終点までの経路があれば正常、なければ故障と判定する。本実施の形態における経路探索アルゴリズムの概要は、図３に示すフローチャートの通りである。なお、ｋ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｎシステムの場合、該当する点に必要個数以上の入力経路があることをチェックする。
▲３▼  子ブロック図として正常と判定された組合せについて、その組合せが生じる確率を求めて足し合わせ、子ブロック図としての信頼度を求める。各々の組合せが生じる確率は、上記の表１の右欄の通りであり、下記の数４で示す式により子ブロック図の信頼度Ｒs（ｔ）を求める。
【００２１】
【数４】
2004192387.tif 000007
【００２２】
▲４▼  求めた子ブロック図の信頼度Ｒs（ｔ）を用いて、同様な手順により親ブロック図の信頼度を求める。
本実施の形態では、子ブロック図に分割しない場合、ブロックの正常・故障の組合せは２6＝６４通りであるのに対し、子ブロック図に分割することで、ブロックの正常・故障の組合せは２4＋２3＝２４通りとなる。このように、ブロック図を子ブロック図に分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を大幅に削減可能である。
【００２３】
実施の第２形態
図４に示すようなブロック図を準備する。信頼性ブロック図に登場するオブジェクトは、実施の第１形態と同様である。
図４に示すブロック図を、図５に示すように子ブロック図に分割する。具体的には、以下の手順で解析を行う。
▲１▼  子ブロック図において、ブロックの正常・故障の組合せをつくる。ブロックの総数をｎとすると、組合せの数は２n通りであるから、本実施の形態では、ｎ＝３で２3＝８通りである（ブロックの正常・故障の組合せの作成例は、上記の表１を参照）。
【００２４】
▲２▼  それぞれの組合せにおいて、ブロックの正常・故障を判定する。子ブロック図の始点から終点までの経路があれば正常、なければ故障と判定する。本実施の形態における経路探索アルゴリズムの概要は、実施の第１形態で述べた図３の通りである。なお、ｋ−ｏｕｔ−ｏｆ−ｎシステムの場合、該当する点に必要個数以上の入力経路があることをチェックする。
▲３▼  子ブロック図として正常と判定された組合せについて、その組合せが生じる確率を求めて足し合わせ、子ブロック図としての信頼度を求める。各々の組合せが生じる確率は、上記の表１の右欄の通りであり、実施の第１形態で記載した数４で示す式により子ブロック図の信頼度Ｒs（ｔ）を求める。
【００２５】
▲４▼  求めた子ブロック図の信頼度Ｒs（ｔ）を用いて、同様な手順により親ブロック図の信頼度を求める。
本実施の形態では、子ブロック図に分割しない場合、ブロックの正常・故障の組合せは２7＝１２８通りであるのに対し、子ブロック図に分割することで、ブロックの正常・故障の組合せは２5＋２3＝４０通りとなる。このように、ブロック図を子ブロック図に分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を大幅に削減可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  システムの信頼性ブロック図を解析するに際し、システム全体の信頼性を比較的少ない計算量で精度よく求めることができる。また、あらゆるパターンで高精度の解析が可能である。
（２）  ブロック図を子ブロック図に分割することにより、ブロックの正常・故障の組合せの数を大幅に減らして計算量を削減することができ、実用的な解析が可能となる。
（３）  全てのブロック図のパターンに適用可能なため、ブロック図個別に適用する解析手法を選択する必要がなく、プログラム化が容易である。
（４）  解析手法をプログラム化することにより、誰でも容易に信頼性ブロック図解析が可能となる。
（５）  従来は解析をあきらめていたような複雑なブロック図についても、解析が可能である。
（６）  近似式を用いないため、どのようなパターンのブロック図においても高精度での解析が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による信頼性ブロック図解析方法で用いるブロック図の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示すブロック図を子ブロック図に分割した状態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の第１形態における経路探索アルゴリズムの概要を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の第２形態による信頼性ブロック図解析方法で用いるブロック図の一例を示す説明図である。
【図５】図４に示すブロック図を子ブロック図に分割した状態を示す説明図である。
【図６】信頼性ブロック図においてブロックの接続パターンの一例を示す説明図である。
【図７】信頼性ブロック図においてブロックの接続パターンの他の例を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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