配電自動化機器における品質管理方法の検討

平成１９年１２月
東京電力(東京電力(株) 配電機材技術センター
渡邊 克彦
知的財産 取扱注意 2007.12 東京電力株式会社 配電機材技術センター© 2010, The Institute of JUSE. All Rights Reserved.

１．発表概略
現状，自動開閉器用遠方制御器（以下：遠方制御器という）におけるソフトウェアの設計開発・テストについては，取引先主体で品質管理を行っている。
当社品質管理部門では，納入される機器の性能確認試験（ブラックボックステスト）を実施し，仕様書の要求性能を満足していることを確認している。
本発表事例は，取引先におけるソフトウェアテストの実態把握からスタートし「効率的且つ効果的」なソフトウェアテストとして，「直交表を活用したソフトウェアテスト」に着目し，遠方制御器への適用性評価を目的に取り組んでいる事例である。

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２．遠方制御器とは？

AS３００
2007.12自動開閉器動開閉遠方制御器は「自動開閉器」
千高設備設備。
要遠方制御器と組み合わせて用いる配電制御所から送信される制御信号を送受信し，自動開閉器を遠方制御する。

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３．遠方制御器の品質管理
ハードウェア品質管理
ハドウェア品質管理

当社・取引先で品質管理

完成品のブラックボックステストを実施し，仕様書で規定された要求性能を満たしているか評価する。
一般にユーザの立場から行うテスト。

ソフトウェア品質管理

取引先主体で品質管理

上記ブラックボックステストおよび,「命令カバレッジ」,「分岐カバレッジ」等でテスト項目を抽出するホワイトボックステストにより，プログラムの構造の堅牢性を評価する。
プ グ
構造牢性を 価す
一般に開発者が行うテスト。

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４．ブラックボックステストとホワイトボックステスト（１）ブラックボックステストとは？
・要求されている全ての機能が網羅され正常に動作することを要求されている全ての機能が網羅され正常に動作することを確認するテスト。
・プログラムの内部を意識せずに機能要件に基づいて，どのような入力に対してどのような出力がなされるか，という観点からテスト項目を設定。
・各テスト項目に対して，必要最小限のテストデータを設定するために，「同値分割」や「限界値分析」を抽出。
・「テスト網羅性（単機能・組み合わせ機能）」の判断が困難。

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４．ブラックボックステストとホワイトボックステスト（２）ホワイトボックステストとは？
・プログラム内の処理ロジックに基づいてテストする方法。
プ グラム内の処理 ジ クに基づいてテストする方法
・ソースコードやフローチャートなどを基に，処理の流れをなぞりながら，テスト項目を抽出。
・「テスト網羅性（単機能・組み合わせ機能）」の計量化が可能。
「テスト網羅性（単機能 組み合わせ機能）」の計量化が可能。
・仕様書で規定されていながら仕様書で規定されていながら，抽出されていない部分のテス抽出されていない部分のテストが漏れる。

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５．ハードウェア品質管理
ハードウェア品質管理
ハドウェア品質管理

当社・取引先で品質管理完成品のブラックボックステストを実施し，仕様書で規定された要求性能を満たしているか評価する。
一般にユーザの立場から行うテスト。

ソフトウェア品質管理

取引先主体で品質管理

上記ブラックボックステストおよび，「分岐カバレッジ」,「命令カバレッジ」等を指標とするホワイトボックステストにより，プログラムの構造の堅牢性を評価する。一般に開発者が行うテスト。
グ
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５．ハードウェア品質管理
JUSE-StatWorks/V4.0慢性不良撲滅版を活用

ハードウェア品質管理

ワイブル確率紙へのプロット（遠方制御器の故障解析）
H(t) (%)
01000
500200

累積ハザード法
ln H(t)62ln t12345ｍ=1.1886
η= 3307.4222
γ=0 0000
0.0000
MTTF= 3118.9062

1

ワイブル確率紙より

0100
50.0

-120.0
-2

10 0
10.0

-35.0202.0

101.0

15-550.5
30.1

10.05型）と判断。
B1ライフが5.7年で-8あり，単位時間当た

-99

0 01
0.01
0.005

-100.002-110.001
10.0

ＣＦＲ型（偶発故障-70.021.0ｍ＝1ｍ
1.19であり，19であり，-620.2-4

形状パラメータ

100t

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1000

りの故障が多く発生する傾向あり。５．ハードウェア品質管理
JUSE-StatWorks/V4.0慢性不良撲滅版を活用

ハードウェア品質管理
素子別故障解析
0510152028

件数

検相ﾄﾗﾝｽ

H(t)

(%)
01000
500

No.
12320.0
410.0
5.0
5200
10050.0

電磁接触器
FET
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞIC
ﾌｫﾄﾓｽﾘﾚｰ
整流ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ
ｶﾑｽｲｯﾁln t
12ln H(t)342ﾏｰｸｶﾃｺﾞﾘ名ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞIC
電磁接触器
ﾌｫﾄﾓｽﾘﾚｰ
検相ﾄﾗﾝｽFET

1ｍ＝1.57
ｍ＝0 71ｍ＝0.71ｍ＝2.16ｍ＝0.53
ｍ＝0.74

0-1-2
-3

2.0
1 0
1.0
0.5

-4

0.2
0.1
0.05

-6-5-7-80.02
0.010.005

ﾁｯﾌﾟ抵抗電源ﾄﾗﾝｽｼ ﾄﾚｷﾞ ﾚ ﾀ
ｼｬﾝﾄﾚｷﾞｭﾚｰﾀ
不揮発ﾒﾓﾘ

9-9-100.002
0.0010.0005-110 0002
0.00020.00010.00005-1313-12-14-150.00002
0.00001-16
1.0CN1020406080

100 (%)

10.0t100

故障件数の上位素子については対策を実施

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６．ソフトウェア品質管理
ハードウェア品質管理
ハ
ドウェア品質管理

当社・取引先で品質管理

完成品のブラックボックステストを実施し，仕様書で規定された要求性能を満たしているか評価する。
一般にユーザの立場から行うテスト

ソフトウェア品質管理

取引先主体で品質管理

上記ブラックボックステストおよび，「分岐カバレッジ」,「命令カバレッジ」等を指標とするホワイトボックステストにより，プログラムの構造の堅牢性を評価する。一般に開発者が行うテスト。
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６．ソフトウェア品質管理（１）日本の現状と他社動向

H19.11.19：日経産業新聞

日本の優良企業の共通点：『競争・コストダウンと品質向上・スピード』

世界的なブランドを持つ企業の商品の組み込みソフトウェアにバグが発生。
高機能化が進み，開発規模が大きくなるがソフトウェアテストが追いついていない。
かり，挽回コスト（修繕費・広告費等）がブランドイメージの悪化増大。

社会的信頼の低下

ソフトウェアの品質問題の修正に手間がか

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６．ソフトウェア品質管理（２）将来構想（あるべき姿の創造＝ターゲット）
万が一，広域停電・多重事故等が発生し，遠方制御器が誤動作・不動作となったら…
その原因がソフトウェアの評価不足だったら…

取引先主体で品質管理を行ってきた「ソフトウェア品質管理」について，不具合未然防止の観点から，当社および，取引先の持つべきスキルを明確化・標準化。
•「現状把握～目標設定～達成手段の模索・決定～実践～評価～標準化・水平展開」のプロセス評価を重視した新たなアプローチを行い，ソフトウェア品質管理方法を構築。
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７．振り返り（ターゲットの確認）＜キーワード＞＜仕様(性能)＞ソフトウェア開発・テスト言語

ソフトウェア領域
トウ
領域
は取引先主体サイズ＜現耐久性状＞

ソフトウェア品質管理
方法が不明確スペック＜評価(試験)＞十分な評価をしているとは言い切れない

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コスト

社外動向

７．振り返り（ターゲットの確認）①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。
②効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法の模索・実践・評価・標準化・水平展開。

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７．振り返り（ターゲットの確認）①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。
②効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法の模索・実践
践・評価・標準化・水平展開。

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８．ソフトウェアの品質管理①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。
＜現状把握＞＜現状把握＞

プログラムの設計・開発
プログラムの設計開発

テスト

取引先は，当社仕様書記載の機能を満たすプログラムを完成させればよい。

取引先は，仕様書記載のテストが正常に動作することを確認。(ブラックボックステスト)

当社は，どのような工程でソフトウェアを設計・開発しているかを把握しているとは言い切れない。

当社は，プログラムの“バグ”を確認するホワイトグを確認するホワイト
ボックステスト実施内容の評価が十分とは言い切れない。

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８．ソフトウェアの品質管理①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。

＜問題点＞
信頼性のあるプログラムなのか，十分な評価が出来ていない。
不具合が発生した場合 本来 どのタイミングで発見すべきか不具合が発生した場合，本来，どのタイミングで発見すべきか判断出来る知識が十分ではない。
不具合が発生した場合，社会的信頼の低下を招きかねない。

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８．ソフトウェアの品質管理①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。
＜目標＞

＜目標＞

プログラムの設計・開発

テスト
ソフトウェアテストへの踏込み

ソフトウェア設計・開発工程の把握

新規開発・変更および，不具合発生時は，各工程に欠如がない信頼性のあるプログラム開発が行われているかを評価。

各工程において「テスト項目」,「定量的な評価に基づく指標値（組み合わせ網羅率，バグ摘出率）」等を基に評価。

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６．振り返り（ターゲットの確認）①ソフトウェアの品質管理（設計開発・テスト・バージョン管理等）における体系的な考えの構築。
②効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法の模索・実践
践・評価・標準化・水平展開。

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８．ソフトウェアの品質管理②効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法の模索・実践・評価・標準化・水平展開。

一般的なソフトウェア開発プロセス

基本設計
詳細設計
ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ作成

結合
テスト
単体
テスト

ム設計のステップと，プログラテストフロー

プログラム設計フロー

総合
テスト
組合せ
テスト

機能設計

左図の「Ｖモデル」は，プログラム作成後の各種テストとの関わりを表す。
「プログラム設計フロー」は品質を作り込む工程であり，「テストフトフロー」は品質を確認する工は品質を確認する工程。

＜Ｖモデル＞
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８．ソフトウェアの品質管理②効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法の模索・実践・評価・標準化・水平展開。

一般的なソフトウェアテストの種類
All P i 法
All_Pair法
異常値テスト
状態遷移テスト
直交表※１
境界値テスト同値クラステスト
ドメイン分析テスト

・直交表※１とは実験計画表の手法の一つ
・少ない試験回数＝効率的少ない試験回数＝効率的・有効的な評価が可能＝効果的

ユースケーステスト

この手法をソフトウェアテストに応用したもの知的財産 取扱注意 2007.12 東京電力株式会社 配電機材技術センター© 2010, The Institute of JUSE. All Rights Reserved.

９．直交表を活用したソフトウェアテスト
直交表を適用するねらい
バグは，処理の組み合わせ時に発生する組み合わせ数が多くてテストしきれない禁則を回避するテストが困難
機能組み合わせテストの十分性に対する指標が無い

少数のテスト回数で２機能間・３機能間の組み合わせを多く作る

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９．直交表を活用したソフトウェアテスト
遠方制御器への適用性評価

信号送受信機能
断線検出機能開閉器監視制御機能

遠方制御器の主機能 時限式事故捜査機能
システム監視機能＜８つの主機能（因子）を持つ＞

検相機能
表示機能
設定機能

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９．直交表を活用したソフトウェアテスト
複数の機能（因子）があり，テストすべき水準の全組み合わせのうち，実際にテストした組み合わせの比率を「組み合わせ網羅率」と呼ぶ。

組み合わせ網羅率＝

実際にテストした組み合わせ数
ｎ機能（因子）の水準の全組み合わせ数

ソフトウェアテストの実施度合いを評価する指標として有効２機能（因子）間の組み合わせ数
12 × 11＝ 12Ｃ2 ＝2×1

開閉器監視制御機能（12項目)を例にして，水準を考慮し考慮ない「２機能（因子）間の組み合わせ数」は組み合わせ理論により論により．．．

＝ 66

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９．直交表を活用したソフトウェアテスト

「66の機能（因子）組み合わせテスト」の総数は，組み合わ「66の機能（因子）組み合わせテスト」の総数は組み合わされた機能（因子）の水準を乗じて総和したもの「①遠方入制御」の機能の水準数（2水準）×「②遠方切制御」の機能の水準数（2水準）＋ 「①遠方入制御」の機能の水準数（2水準）×「③Ｘ時限投入」の機能の水準数（2水準）＋ ．．．．．．．．．．
＋ ．．．．．．．．．．
＋ 「②遠方切制御」の機能の水準数（2水準）× 「③Ｘ時限投入」の機能の水準数（2水準）＋ ．．．．．．．．．．
＋ ．．．．．．．．．
＋ 「⑪操作ハンドル断」の機能の水準数（2水準）× 「⑫電源ブレーカ操作」の機能の水準数（2水準）知的財産 取扱注意 2007.12 東京電力株式会社 配電機材技術センター© 2010, The Institute of JUSE. All Rights Reserved.

９．直交表を活用したソフトウェアテスト
総当りでの機能（因子）の異なる2機能の全水準間の組み合わせテストの総数は“12,288回”となる全てのテストを行う事は，物理的に不可能と考えられる実験計画法で実績のある「直交表」を活用した，ソフトウェアテストの遠方制御器への適用性を評価する
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９．直交表を活用したソフトウェアテスト
各信号因子と水準の選択因子Ａ(遠方入制御)：Ａ１＝開閉器切，Ａ2＝開閉器入因子Ｂ(瞬時電圧低下)：Ｂ１＝有り Ｂ2＝無し
因子Ｂ(瞬時電圧低下)：Ｂ１＝有り，Ｂ2＝無し
．．．．．
．．．．．
因子Ｌ(電源ブレ カ操作)：Ｌ１＝電源ブレ カ切 Ｌ2＝電源ブレ カ入因子Ｌ(電源ブレーカ操作)：Ｌ１＝電源ブレーカ切，Ｌ2＝電源ブレーカ入「直交表L16」に割り付け
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９．直交表を活用したソフトウェアテストJUSE-StatWorks/V4.0慢性不良撲滅版を活用

各信号因子と水準の選択

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９．直交表を活用したソフトウェアテストJUSE-StatWorks/V4.0慢性不良撲滅版を活用

直交表割付後のテストパターン例
Ｎｏ

実験順序
1A(SWﾊﾝﾄﾞﾙ)

B(MCCB)

1 手動入

ON

2 手動入

N

33 手動入ON

44 手動入5C(SCﾊﾝﾄﾞﾙ)断

D(送電方向E(選択)手→自有→手有自動手→自ON自動5 手動入

OFF断6 手動入FF

77 手動入OFF

88 手動入OFF

99 自動ON1010 自動N

1111 自動ON1212 自動ON1313 自動OFF

1414 自動OFF

1515 自動OFF1616 自動

OFFF(遠制入)G(遠制切)

H(X時限)

有有有有無無無自→手有無無無手→自無有

無無→手J(Yﾛｯｸ)
有手→自無自→手有手→自無無 →手有手→自無自→手有手→自無K(逆送)有 無無 無無無有
有 無無 無無 無有有断有
自動
無有自動
無無自→手有手→自無自→手無無無有有無有無有

無有I(Y時限)
自動有無自動有断無有自動無有
自動
無断有有有

L(逆送ﾛｯｸ) M(瞬低)無 有有無無 無有無無無有無有有有無無有 無有有無有無有有無 有有 有有 無無有無有無

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特性値1-1 特性値1-2 わりつけ有有A
B有有E有無CF無有GH無有D無有無有有無有無JLKM

１０．今後の課題①「直交表を活用したソフトウェアテスト」の実践・適用性評価を継続する。
②他のソフトウェアテストも実践し 直交表を活用したテストの有効性②他のソフトウェアテストも実践し，直交表を活用したテストの有効性を評価する。
③効率的且つ効果的なソフトウェアテスト方法を見極める。

配電自動化機器のソフトウェア品質管理方法を構築する

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１１．謝辞本稿を作成するに当たり，ご指導くださいました日本科学技術研修所 数理部中澤さま 佐久間さまを始めとするスタ フの方研修所・数理部中澤さま，佐久間さまを始めとするスタッフの方々に，この場を借りて御礼申し上げます。

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１２．参考文献（１）入門

タグチメソッド［日科技連］（２）ソフトウェアテスト

ＨＡＹＳＴ法入門［日科技連］（３）トヨタ式未然防止手法ＧＤ３［日科技連］

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ご清聴ありがとうございました

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