第105回セーフティネットワークジャパン定例会 齊藤_講演資料
2022/2/4

第105回セーフティネットワークジャパン定例会

計測制御エンジニア
齊藤 智明shikumi.labo@gmail.com

1990年

2022/2/4

9月1日

1995年

7月20日

2010年

2009年頃

4月1日

•
•
•
•

1990年
1990年～1995年
1995年～2010年
2010年～2015年

東京工業大学工学部制御工学科卒
東京工業大学大学院 画像処理研究 修士卒
マツダ株式会社入社
横浜技術研究所 電子制御領域
本社技術研究所 電子制御システム領域
パワートレイン開発本部 電気駆動システム領域• 2016年～’17年6月

テュフラインランドジャパン（電子ミラーの認証ビジネスの立ち上げ）• 2017年7月～

株式会社 ISIDエンジニアリング• 2022年1月～

株式会社 電通国際情報サービス DX関連の技術コンサルタント

2015年

10月1日

12月31日横浜技術研究所に配属

本社技術研究所に異動

代替燃料プロジェクトに異動

電気駆動プロジェクトに異動

電子制御システム開発のためにMBDの開発に着手

MBDの効果を示すため
クリーンディーゼルエンジンの電子制御開発を担当

MBD開発を量産に展開するため、水素自動車の電子制御開発リーダを担当

短期でマツダの電動化戦略の立案および要素技術開発するため（MBD開発を最大限活用）‘95～’08年
System-A,B,C,D

2022/2/4①認証ビジネスの立ち上げ（車載用電子ミラー）’10～’13
レンジエクステンダー用
ロータリーエンジン発電機

ディスプレイカメラ②コンサルティング（電子制御関連の規格解釈）
・UN-R79（自動操舵、自動駐車）
・UN-R131（自動ブレーキ）・ISO26262（自動車機能安全）

写真の出典:レクサス ES300h
https://lexus.jp/models/es/features/other_safety/③認証業務（車載用高電圧バッテリー）
UN ECE R100

④資格トレーニング（xEV、電子制御）

・BGI-8686（電気自動車用高電圧システム技術資格）
・ISO26262（自動車機能安全技術者資格）’10～’15
次世代SKYACTIV用
ハイブリッドシステム

写真の出典:マツダホームページ https://www.mazda.co.jp

マツダでは「初」となる電子制御システム設計・企画を行ってきました
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電子ミラー
•
•

退職

’06～’0８
国内リース向け 水素ハイブリッド車’09～’10
ノルウェーリース向け 水素自動車‘91～’03年

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０．自己紹介UN-R46’04～’06
国内リース向け 水素自動車

MBD関連の技術コンサルタント• テュフラインランドジャパン時代（2016～2017年）

SKYACTIV本格化
2005年• 1988年• 1990年

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０．自己紹介• マツダ時代（1990～2015年）

2022/2/4• 制御工学科出身• 計測・制御エンジニア（元SICE委員）

自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み

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０．自己紹介

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環境と安全に関する技術開発しているエンジニアを支援してきました
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1

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１．はじめに

2022/2/4• 東京での救急車両の出動件数

１．はじめに

2022/2/4• 東京での交通事故死亡者数133人＠令和3年

https://www.keishicho.metro.tokyo.lg.jp/about_mpd/jokyo_tokei/tokei_jokyo/traffic_accident.files/hassei1.pdf

https://www.tfd.metro.tokyo.lg.jp/camp/2020/202007/camp2.html
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１．はじめに

5

2022/2/4• 個人的な体験

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１．はじめに

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2022/2/4

広島県、向島育ち（御調郡向島町と言われたころ）

小学生の頃は大気汚染、交通事故が深刻でした

Google マップ

西城

広島
呉

向島

尾道と言えば、レモンが有名ですが向島の岩子島（向島よりもさらに小さな島）は、
分葱(わけぎ）の生産日本一です
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１．はじめに個人的な体験2022/2/4

Google マップ

2歳の弟がベッドから落ちて脳内出血を起こした（後でわかった）

小学校の入学式の夕方、自宅近くの交差点で自転車で横断しようとしたら、衝突小学生の弟が、小型トラックに足を轢かれた

本土との橋
1968年1月完成

叔父さんが、踏切前でバイクで停車中に後続の車に衝突された叔父さんが、交差点で右折しようとしたら直進車と衝突

真夜中なので、本土へのフェリーは休航中

従妹がタクシーが後退してきて轢かれたタクシーで、完成したばかりの唯一の橋を渡って病院まで搬送

自宅

弟が助かったのは、1台のタクシーのおかげ
従妹が亡くなったのは、1台のタクシー

広島県 向島

助かった
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2022/2/4

個人的な体験広島県尾道病院

１．はじめに9

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１．はじめに

2022/2/4

相次ぐ高齢者ドライバーによる事故

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１．はじめに

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2022/2/4

個人的な事情「この世界の片隅で」
３１日午前９時２５分ごろ、神奈川県逗子市のＪＲ
逗子駅前のロータリーで、８０代男性が運転する乗用車が歩道に乗り上げ、バス待ちをしていた６０代の男性をはねた。

今年、87歳になる両親が住んでいる場所でもある

父が母を連れて、車を運転して病院、買い物へ

主人公のすずさんが戦艦をスケッチしていた場所

主人公のすずさんが嫁いだ場所

出典:神奈川新聞 | 2022年1月31日(月) 11:22
https://www.kanaloco.jp/news/social/case/article-819227.html
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タクシー運転手も高齢化（私が大好きな場所）（家は無くなったが、木は残っている）

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１．はじめに

2022/2/4

個人的な事情

１．はじめに

2022/2/4

個人的な思い過疎化が激しい

自動車の事故の苦い経験はあるが、転出超過数第１位 広島県 7159人
第２位 福島県 6116人
第３位 ⾧崎県 5899人

一方で自動車の必要性をずっと感じている

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOCC2866P0Y2A120C2000000/
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１．はじめにCopyright Tomoaki Saito @ Measurement and Control Engineers

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2022/2/4

2022/2/4

安全で公害のない社会を作りたくて、大学で制御理論を学んで自動車メーカに入りました
小学生の頃は大気汚染、交通事故が深刻でした

下請け工場の大変さ、ラインで働く人の姿を見ていました

自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上のこれまでの取り組み『技術の力で、公害、交通事故を減らしたい』、『自動化やロボットで、非人間的な作業を無くしたい』と強く思ったから予防安全や自動運転機能が搭載される以前の電子制御開発について述べる

大学で
森正弘先生、古田勝久先生、原辰次先生からシステム工学と制御理論
安居院猛先生から画像認識(機械学習など）を学びました
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4

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2-1．自動車の歴史

2022/2/4

最初の自動車は蒸気の動力を使っていた

2-1．自動車の歴史

2022/2/4

電気自動車はガソリン自動車よりも早かった

1769年

1873年

出典：wikipedia.org
出典:wikipedia.org
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2-1．自動車の歴史

172022/2/4

最初のガソリン自動車

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2-1．自動車の歴史

182022/2/4

最初のディーゼル自動車

1886年

1936年

メルセデス・ベンツ 260D

出典：wikipedia.org
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出典:WEBモータマガジン、https://web.motormagazine.co.jp/_ct/17386967

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2-1．自動車の歴史

2022/2/4

自動車は機械の塊

2-1．自動車の歴史

2022/2/4

余談ですが、、、

 特にディーゼルエンジンは点火（電気）が不要
 制御は必要だが、全て機械部品で構成

当時、蒸気機関で事故が多発

出力調整の仕組みはワットの蒸気機関と同じ

基準、検査方法を定め、実施することで災害を未然に防ぐ体制を整えた
1872年
蒸気ボイラの検査協会
DÜV: Dampfkessel-Uberwachungs-Verein
が民間の事業化によりエルバーフェルトとバルメン地域に設立される
出展:テュフラインランドの歴史
https://www.tuv.com/jp/japan/about_us_jp/group_jp/history_jp/history.html

現在のテュフラインランド、テュフズード、テュフノルド
自動車、産業機械等の第三者認証機関
出展:Wikipedia

出展:Wikipedia

自動車の信頼性、安全性は機械部品で担保されていた
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2-2．電子化された現在テュフは、今年で創業150年
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自動車の電子部品

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2-2．電子化された現在
自動車の電子制御（ECU

222022/2/4

Electric Control Unit)

２００3年度で50個ほど

出典:国土交通省 https://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h14/H14/html/E2044120.html

出典:CQ出版 https://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0085/dwm008500970.pdf

センサーと制御装置の塊
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自動車は電子制御ユニット（ECU)なしでは動かない
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6

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2-3．電子制御とは?

2022/2/4

余談ですが、、、

2-3．電子制御とは?

2022/2/4

エアコンの電子制御

電子制御ユニット

エアコンの温度制御

アクチュエータ（電気部品）（プログラム＋CPU＋電子・電気回路）

エアコン

部屋
制御
プログラム

設定温度

（目標値）

自動温度調整

イ
ン
タ
ー
フ
ェ
ー
ス

電気信号

コンプレッサー

電気信号
電気信号

ファン
フィンモータ

温度

風量

風向

部屋の温度
（実値）

温度センサー

0.5℃ の精度だそうです
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2-3．電子制御とは?

部屋の温度をセンサーで測って、エアコンの運転を適切にコントロールする
25

2022/2/4

エアコンの温度制御の動作

設定温度 28度（目標値）

自動温度調整第105回SNJ定例会 講演 「自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み」

2-４．自動車の電子制御

26

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自動車における電子制御

部屋の温度

例えば

32度

エアコン

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自動で排気ガスがクリーンで燃費が良いようにする

電子制御ユニット（ECU）
目標空燃比など

28度

アクチュエータ（電気部品）（プログラム＋CPU＋電子・電気回路）

制御
プログラム

26度

冷媒器（コンプレッサーの作動）

イ
ン
タ
ー
フ
ェ
ー
ス

電気信号

電気信号
電気信号

スロットル
噴射弁
点火プラグ

空気量

ガソリン量

点火タイミング

空燃比

（実値）

ON

空燃比センサーアクセル開度

エンジン回転数

回転数センサーOFF

人の代わりに、コンプレッサーの作動をON/OFFさせて設定温度に調整する
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排気ガスをセンサーで測って、エンジンのスロットルやガソリン量などをコントロールする
27

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28

7

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2-４．自動車の電子制御

2022/2/4

自動車の空燃比制御の動作
エンジン

2022/2/4

電子化のきっかけ

排気ガス中の空燃比（＝空気量÷ガソリン量）

エンジンには触媒が付いており、空燃比が１の時に、窒素酸化物や炭化水素が分解される

2-４．自動車の電子制御
1970年代に始まった米国の厳しいっ自動車排気ガス規制（通称マスキー法）の登場

1.05
1.0

排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を従来の10分の１以下にしなければ販売できなくなった

0.95

自動で排気ガスがクリーンで燃費が良いようにする

噴射弁（燃料を調整する部品）

空燃比制御（エアコンの現在の温度制御のようなもの）の登場

ON

OFF

精密かつフレキシブルな制御が必要になった人の代わりに、ガソリンの量を調整して、空燃比をコントロールする
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2-４．自動車の電子制御

292022/2/4

自動車の電子制御化

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2-４．自動車の電子制御

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2022/2/4

電子制御ユニットとは

CPU（マイコン）

制御プログラムを格納し、さまざまな処理を行う

コネクタ

外部のセンサー、
アクチュエーターと電気的に接続するため

出典：DENSO https://xtech.nikkei.com/it/article/COLUMN/20070419/268861/

社会的要求とエレクトロニクスの進化によってメカ制御から電子制御化した
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インターフェース回路（アナログ回路、デジタル回路）
外部との電気信号を変換し、CPUが操れるようにするプログラム（ソフト）によって、制御を実現するための装置
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2-5．自動車の電子制御の信頼性と安全性

2022/2/4

信頼性と安全性

2-5．自動車の電子制御の信頼性と安全性

2022/2/4

「走る」という機能
例えば、• 電子制御ユニットの動作が止まったり、間違いによって自動車が走行できなくなったら＝信頼性の欠如

信頼性とは、ユーザが期待した通りの機能や性能を提供することである•

安全性とは、
システムが意図しない動作（停止を含む）を防ぐことによって、ユーザを危険な状態にしないことである

電子制御ユニットの間違いによって急加速して前方車に追突したら＝安全性の欠如CPU（マイコン）

制御プログラムを格納し、さまざまな処理を行う

コネクタ

外部のセンサー、
アクチュエーターと電気的に接続するためインターフェース回路（アナログ回路、デジタル回路）
外部との電気信号を変換し、CPUが操れるようにする

参考文献:独立行政法人情報処理推進機構（IPA）:組込みシステムの安全性向上の勧め（機能安全編），株式会社オーム社，p72(2008年11月)

電子制御ユニットだけでなく、センサーやメカトロニクス部品の故障も関係する
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2-5．自動車の電子制御の信頼性と安全性
電子制御システムの分類

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ハードウェア部品
 エンジン（ピストン、シリンダー、カムなど）
 アクセルペダル
 燃料噴射弁（機械＋電気）
 ハーネス、コネクター
 電子部品（マイコン、抵抗、コンデンサーなど）

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2-5．自動車の電子制御の信頼性と安全性

2022/2/4

同じ機能（入力を2倍）でも③ プログラム式（アセンブラ）① 機械式（リンク機構）
距離=１

距離=２

メリット

・見てわかる
・現物で修正できる

デメリット

・組み立て精度が必要
・環境変化を受ける
・経年劣化する

故障、劣化
10KΩ

電圧=１V

電圧=２V

５KΩ

Vin

メリット

メリット

・経年劣化がないデメリット

・バグ（ミス）を発見しにくい
・誤差が出る（小数点）メリット

・現物で修正できる

デメリット
Vout

lda #FC00
rola
sta #FC01④ プログラム式（C言語系）② 電気回路式（オペアンプ）

ソフトウェ部品
 マイコンのプログラム
 ECUとECU間の通信データ

34

第105回SNJ定例会 講演 「自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み」

・部品の精度が必要
・経年劣化する

OUT=IN*2

・経年劣化がない
・わかりやすいデメリット・バグ（ミス）が発見しにくい

開発段階のミス（バグ）

特性上、大きく二つに分けられる
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特性が異なる35

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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

ソフトウェアの役割の変遷

2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

信頼性の向上
機能のほとんどがハードウェア部品で構成されていた

項目
マイコン

計算精度
サイズ

電子制御の役割

ソフトウェアの役割~90年ごろまで

2000年ごろまで

2000年以降

8，12ビット
固定小数点

１６ビット
固定小数点

32ビット以上
浮動小数点

数Kバイト

数100Kバイト

数Mバイト～

機能失陥を起こす可能性がある部品を特定し、信頼性を向上させるために必要な品質
マネジメントが進化した

制御システムのほとんどが機 電子制御無しでは機能を ハイブリッドのように，複数械部品で構成され，電子 成立させることができないの電子制御が協調して，制御は制御精度向上を担
自動車全体の走行制御を当実現させる
組込みソフトウェアと呼ば組込みソフトウェアだが，プ 制御の機能やシステムの信れ，機能が限定的
ログラム容量が急激に増加 頼性に対して，ソフトウェア
したが主な役割を持つように
なった

例えば、
エンジンに燃料を供給する燃料ポンプが故障して燃料供給する機能が失われると走行不能になるために信頼性が失われる。
なので、燃料ポンプ（＝コンポーネント）単位で信頼性維持の期間を自動車の寿命レベルに向上させたり、定期的に点検＆交換するさせたりすることで、信頼性を維持する。

組込みソフトウェアと呼ばれていた時代

１９９0年ごろまでは、ソフトウェアの機能が限定的だった
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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

日本の製造業の強み
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ハードウェアの品質マネジメント

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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

ハードウェアの品質マネジメント

大きく分けて、開発段階と市場段階（販売後）具体的な手法
略称① 開発段階 市場での信頼性を高めるため、開発段階でさまざまな環境試験を行うことで、ハードウェアの耐久性に関するデータを集め、問題があれば分析し、原因を特定し、改善する。
 環境試験と改善を繰り返すことで、目標となる信頼性を確保する。

 市場導入と並行して、社内で使用し、定期的に部品を分析することで、耐久性に関するデータを集め、改善を行う。
 市場で不具合が発生したときに回収した部品を分析することで、耐久性に関するデータを集め、改善する。
部品メーカ、素材メーカも含めて、全員で徹底的に活動する
第105回SNJ定例会 講演 「自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み」

手法名

目的と方法

FMEA

システムの要素の起こりうる故障モードと故障が起きた時のリスクの大きさ「Failure Mode and Effects Analysis」の略を定量的に予想すること．この結果を用いて，信頼性，安全性の向上
で，「故障モード影響解析」と訳される．
の対策を設計に織り込む

FTA

信頼性または安全性の上で，その発生が好ましくない事象を取り上げ，「Fault Tree Analysis」の略で，「故障の木解 その事象を引き起こす要因をカスケードし，その因果関係を論理記号と析」と訳される
事象記号を用いて図示すること．この結果を用いて，信頼性，安全性の向上の効果的な対策を設計に織り込む

MTTF

修理しない系，機械，部品などの故障までの動作時間の平均値のこと「Mean Time To Failure」の略で，「故障までである．このMTTFとFTAの結果を組み合わせて設計することで，信頼の平均時間」と訳される性，安全性を向上させる

DR

より多くの設計者，専門化が集まり，設計内容の問題抽出と対策可「Design Review」の略で，「デザインレビュー」
否の判断を行う．一人では見落としがちな設計上の問題を高い確率でと訳される抽出することで未然防止を計る② 市場段階Copyright Tomoaki Saito @ Measurement and Control Engineers38

第105回SNJ定例会 講演 「自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み」

恐らく、他の工業製品と同じ手法では?
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40

10

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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

ハードウェアの品質マネジメント

2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

ソフトウェアの品質マネジメント

部品メーカおよび外部試験機関と分担して品質活動を行う
信頼性試験には、大きく2種類

ソフトウェアの特性
プログラムは劣化したりしない

マイコン（プログラムを実行する部品）は、劣化、故障
誤作動することはある① 環境試験（部品単体）
 製品が実際に使われる環境（温度，湿度など）を模擬した試験• 熱サイクル試験、加振試験、塩水試験、粉塵試験、振動試験、電磁波試験などもし、プログラムが原因の場合は、プログラムを作成した時点で存在している＝通称 バグ② 複合環境試験（システム単位）
 製品が実際に使用されている環境を模擬するため，複数の試験を組み合わせて評価する。
• 悪路走行を模擬するための複数の周波数を組み合わせた加振試験。
• 熱サイクル試験と加振試験の組み合わせなど

例えば、ゼロで割り算を行うとエラー（例外処理）が発生するので、ゼロ割を未然に防いだり、エラー処理を適切にしておく必要がある＝これもプログラムの仕事

恐らく、他の工業製品と同じ手法では?
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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み「決定論的原因故障」と呼ばれる
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ソフトウェアの品質マネジメント

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2-6．組込みソフトウェア時代の取り組み

2022/2/4

ソフトウェアの品質マネジメント

「決定論的原因故障」を排除する品質マネジメントが進化した大きく分けて、開発段階と市場段階（販売後）具体的な手法
略称① 開発段階 記述方法の標準化、開発者のレベルアップなどの開発品質の向上
 開発したソフトウェアの試験（実行して確認）が主となる② 市場段階（販売後） 市場で起きた問題のうち、ソフトウェアに起因する部分を特定、分析し、ソフトウェア開発のどの段階に原因があるかを分析する
 そして、再発防止のためのプロセス改善、ルール改善等を行う

プロセス改善、教育（資格制度）がメインとなる
Copyright Tomoaki Saito @ Measurement and Control Engineers

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第105回SNJ定例会 講演 「自動車の電子制御における、信頼性・安全性向上の取り組み」

手法名

目的と方法

MISRA

「Motor Industry Software Reliability
Association」の略

安全・セキュリティに関連する電子システム、組み込み制御システム、ソフ
トウェア集約的アプリケーション、スタンドアロン・ソフトウェアの開発に関する
ソフトウェアの品質基準

ASPICE「Automotive SPICE」の略、ISO/IEC
15504の一種

Automotive SPICEは、自動車業界で車載ソフトウェア開発プロセスのフレームワークを定めた業界標準のプロセスモデルで車載ソフトウェアの開発プロセスを定量的に評価することが目的

CMMI

CMMIとは、組織がプロセス改善を行う能力を評価する手法および指標。
「Capability Maturity Model Integration」
ソフトウェア開発プロセスの成熟度を図るCMMを元に複数の同種の手法の略で、「能力成熟度モデル統合」と訳されるを統合した汎用的な手法

DR

より多くの設計者，専門化が集まり，設計内容の問題抽出と対策可「Design Review」の略で、「デザインレビュー」と否の判断を行う．一人では見落としがちな設計上の問題を高い確率で訳される抽出することで未然防止を計る

恐らく、他の工業製品と同じ手法では?
43

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第105回セーフティネットワークジャパン定例会 齊藤_講演資料
まとめ2022/2/4

2022/2/4

1. 元々、自動車の信頼性、安全性は、機械部品が担保していた複雑化する電子制御における、信頼性・安全性向
上の取り組み2. 社会からの要求の変化に対応するため、組込みソフトウェアが登場し、信頼性、安全性の一部機能をソフトウェアが担保するようになった予防安全やハイブリッド機能が搭載することで、複雑化した電子制御時代について述べる

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3-1．組込みソフトウェア時代の品質マネジメントの限界

452022/2/4

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3-1．組込みソフトウェア時代の品質マネジメントの限界

2022/2/4

何が起きていたのか?

市場での品質問題の増加

大きく３つ① 開発期間の短縮（4年→3年へ）
 個々の部品の信頼性向上に必要な期間確保が難しくなった 部品のモデルチェンジサイクルも短くなった② 電子制御システムのソフトウェア依存度の急増

氷山の一角

 ハイブリッド車の登場（燃費を向上させるため、走行状態や環境に合わせて細かく動作させる）
 自動ブレーキなど、安全性能を高める機能を次々と追加③ 電子制御ユニットのネットワークの複雑化
 電子制御ユニット間で協調、連携を取りながら動作するためのネットワークが電子制御ユニットの増加によって複雑化
従来の手法では、開発期間内に品質を確保するのが困難になっていた
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3-1．組込みソフトウェア時代の品質マネジメントの限界

2022/2/4

2022/2/4

なぜ?

ソフトウェアの規模の拡大
自動車のソフトウェアサイズ（ライン数）

3-1．組込みソフトウェア時代の品質マネジメントの限界

自動車のソフトウェア開発に関する数字の伸び

IoT化への対応

排気ガス規制強化への対応欧州のCO2規制への対応

機能安全への対応

自動運転への対応

サイバーセキュリティへの対応

出典：日経クロステック
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00455/00006/

性能だけでなく、社会的な要求が増え続けている

ソフトウェアのサイズが指数関数的に増加している
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3-1．組込みソフトウェア時代の品質マネジメントの限界

492022/2/4

Copyright Tomoaki Saito @ Measurement and Control Engineers50

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3-2．2000年以降の取り組みの変化

2022/2/4

これらの限界に対して、以下のような技術変化とプロセス変化が2000年以降に起きた

特に何が起きていたのか?

① 安全設計思想の変化
 原子力発電所の安全設計に使われていた「機能安全」を自動車に適用② 計算機の積極的な活用
 設計段階からCAE（Computer Aided Engineering)を使うことで、ミスや作業を効率化
トヨタ車の車載ネットワークの例

バリエーションポイントが増えるごとに複雑さが増していく

出典:ハードウェアと同じくらいソフトウェアを強くする、トヨタのアプローチ
齊藤由希，MONOist、2021年02月18日 06時00分 更新

https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2102/18/news048.html

ネットワークやソフトウェアの組み合わせの数が幾何級数的に増大した
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3-3．安全設計思想の変化

2022/2/4

安全設計思想の変化

3-3．安全設計思想の変化

2022/2/4

機能安全の歴史

車載電子制御システム向け機能安全規格(ISO26262)の策定と運用（2011年から）

「機能安全」とは立体交差:本質安全 1900年代後半、イタリア・セベソ事故やインド・ボパール事故などの化学プラントによる大規模な事故が増加した
 これらの事故の原因とされる人的要因、技術的要因、組織要因を防ぐための対策として機能安全基本規格（IEC61508)が策定された
IEC61513
原子力分野

踏み切り:機能安全

ISO26262
自動車

EN50128
鉄道分野

IEC61508
機能安全基本規格

IEC 611316
PLC

IEC60601
医療機器

交差している場面で事故をなくす，最も確実な方法。
根源からリスクを排除することで安全を確保する．

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経済的理由や場所などの理由によって，立体交差にできな
いため、信号や遮断機などの安全機能によってリスクを軽減させ、ゼロにはできないが、許容できる程度以下に軽減する．

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3-3．安全設計思想の変化

IEC61511
プロセス産業53

2022/2/4

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IEC22201
エレベータ

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3-４．計算機の積極的な活用

542022/2/4

CAE（Computer Aided Design）を活用する

機能安全（ISO26262）の特徴① 100％の安全を目標にするのではなく、障害が起きるリスクが社会的に許容されるレベル以下にすること

従来、手作業や実物で行っていた設計や検証を計算機上で行うを目的に設計する。
② システムに欠陥が起きた時に、重大な事象が起きる場合に、適切な安全方策（フェールセーフ）をシス
テムに予め組み込んでおくことで、重大な事象が起きる確率を社会的に許容されるレベル以下にする。

① MBD(Model Based Development)② バーチャルテスティング

開発プロセスの例（V字プロセス）
妥当性確認

要求分析

③ ハードウェア部品は故障することを前提としており、故障率（FIT)を用いて重大な事象が許容されるレベ
要件定義

ル（状態と確率）になるように設計する。

妥当性検証
システム検証システム設計④ ソフトウェアは、設計から検証までいろいろな視点で確認することで、設計ミス（バグ）を未然防止する。

単体検証

詳細設計

最新の手法と叡智を集めることで、障害が起きるリスクを最小限にする
付属書は、ノウハウの塊
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試作等

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3-４．計算機の積極的な活用

2022/2/4

MBD(Model Based Development)

部品の代わりにモデルを会社間で流通させることで開発全体を効率化する

メリット（従来比較）

開発プロセスの例（V字プロセス）

試作の費用削減
試験費用削減そのための人件費の削減
＋
期間短縮

妥当性確認

要件定義

妥当性検証
システム検証システム設計

単体検証

詳細設計
試作等

出典:齊藤由希、「モデルベース開発の普及活動が官から民に、43社参加のMBD推進センターが発足」、MONOist、2021/9/27
https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2109/27/news067.html

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2022/2/4

MBD(Model Based Development)実物ではなく、実物の振る舞いを再現するような数式等（＝モデル）を活用する

要求分析

3-４．計算機の積極的な活用

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3-４．計算機の積極的な活用

2022/2/4

MBD(Model Based Development)
MBD開発プロセス（V字プロセス）

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出典:佃義夫、「マツダがクルマの開発改革の日本連合を主導する理由」、DAIAMOND ONLINE、2021/10/1
https://diamond.jp/articles/-/283528

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3-４．計算機の積極的な活用

582022/2/4

バーチャルテスティング

試作車

計算机上（バーチャル）で、さまざまな評価を行う• 自動運転において、道路環境や運転手もモデルに置き換えて、いろんな条件で評価する試作車のモデル

従来行っていた、試作車や試作部品を使って行っていた適合やすり合わせを計算机上のモデルで行う適合とは?

すり合わせとは?

例えば、エンジンの点火タイミングを各国の環境条件（温度、湿度、気圧）や、道路環境や規制に合わせて細かくパラメータを設定する

使用する部品の性能や品質に合わせて、性能や品質が最大になるように細かくパラメータを設定する

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出典:木村雅英:自動運転車のバーチャルテストが実用期へ，日経Automotive，日経BP，pp.54-57(2021年6月)
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/mag/at/18/00012/00090/?SS=imgview&FD=-1267646448

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まとめ2022/2/4

2022/2/4

1. 社会的要求によって、電子制御のソフトウェアが急速に爆発的に増えた
2. 結果、本質安全で担保できない「機能安全」が重要となったシステム思考による、信頼性・安全性向上の取り組み

3. 開発期間を短縮するために、計算機を最大限活用するようになった

開発の上流に資源を投入することで、下流での開発工数爆発を防ぐ

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4-1．計算機の積極的な活用の限界

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2022/2/4

そもそも、試行錯誤をベースにしたやり方（特に国内のOEM）

4-2．システム思考による安全設計

2022/2/4

近年は、上流設計に工数をシフトしようとしている
いくつか例を紹介する（前回、川島様がご紹介下さったSOTIFもその一つ）

例えば点火タイミング制御の複雑化（＝燃料を爆発させるタイミング）
機械式

電気式

タイミング

タイミング

早い

早い

タイミング
早い

出力

加速度
－

小
遅い
3000

大

＋

出力
遅い

① 機能開発② STAMP③ リスクポテンシャル

マイコン式

大

０

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０

3000

エンジンの回転数（１分間）

エンジンの回転数（１分間）

1970年以前
規制無し

1970年以降
排気ガス規制

小

遅い

０

3000

エンジンの回転数（１分間）

2000年以降
排気ガス＋安全装備

マイコンの特性を活かした制御の実装が加速度的に増えた結果
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4-2．システム思考による安全設計① 機能開発2022/2/4

4-2．システム思考による安全設計

2022/2/4② STAMP（Systems-Theoretic Accident Model and Processes）

例えば、マツダのSKYACTIVエンジンの開発手法

車載電子制御システムが動作した結果ではなく、制御システムの機能にフォーカスする方法
従来、車載電子制御システムの出力（＝結果）を見て、性能を評価しているのに対して、システムの機能を見て、性能を評価する方法

機能安全では、システム構成要素の故障にフォーカスしていたが、STAMPでは、構成要素の故障以外も考慮して対策する方法である。

システムの機能は、制御因子と誤差因子に分けられる(右図）。
制御因子は、設計者が自由に水準を選ぶことができる因子
で，部品設計だけでなくソフトウェアによる制御によって誤差を小さくするように設計できる。
誤差因子は，設計者が自由に水準を選ぶことができないが、最悪ケースを見積もることでロバスト設計が可能になる。
この結果、全ての環境条件で試験をしなくても結果を設計範
囲内に収めることができる。

車載制御システム同士はもちろん、運転者や自動車外部のシステムとの要素間の相互作用に起因する信頼性、安全性に対するリスクを低減させるための方法である。

従来手法に対する位置付け

特に車のIoT化で、さまざまなシステムが自動車と接続されるようになるために必須となると考える。
出典:独立行政法人情報処理推進機構（IPA）:STAMP ガイドブック～システム思考による安全分析～

安全性、信頼性に対する開発工数の大幅な低減が可能
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4-2．システム思考による安全設計

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2022/2/4③ リスクポテンシャルを使った安全性向上 その１

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4-2．システム思考による安全設計

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2022/2/4③ リスクポテンシャルを使った安全性向上 その２

熟練ドライバー並の運転能力を持つ制御システムが、高齢ドライバーの運転能力低下の度合を察知し、支援の程度を決定する。

熟練ドライバー並の運転能力を持つ制御システムが、高齢ドライバーの運転能力低下の度合を察知し、支援の程度を決定する。

この結果、ドライバーは運転知能に支えられながら、いつも通りのドライビングフィーリングを味わうことができる．結果、危険な状態を避け、安全運転を可能にできる。

この結果、ドライバーは運転知能に支えられながら、いつも通りのドライビングフィーリングを味わうことができる．結果、危険な状態を避け、安全運転を可能にできる。

ここで提唱されているのは、危険のポテンシャルをその種類によって階層化することである。

車両制御自体に、この危険ポテンシャルに基づいた最適制御を入れることで、安全性を高めることを目指している。

出典:井上秀雄，水越雅司，永井正夫，鎌田 実，ﾎﾟﾝｻﾄｰﾝ ﾗｸｼﾝﾁｬﾗｰﾝｻｸ，清水司:高齢者の自立を支援し安全安心社会を実現する自律運転知能システム，
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出典:井上秀雄，水越雅司，永井正夫，鎌田 実，ﾎﾟﾝｻﾄｰﾝ ﾗｸｼﾝﾁｬﾗｰﾝｻｸ，清水司:高齢者の自立を支援し安全安心社会を実現する自律運転知能システム，
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まとめ2022/2/4

2022/2/4

開発下流での開発工数爆発を防ぐため、開発上流へのシフトを急いでいる

性
能
、
品
質
向
上
の
ポ
テ
ン
シ
ャ
ル

開
発
工
数

技術開発

商品開発

量産

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性
能
、
品
質
向
上
の
ポ
テ
ン
シ
ャ
ル

今のままで良いのか?

開
発
工
数

渋沢栄一さんや、井深大さんが、今の日本を見たらどう思うのか?
技術開発

商品開発

量産

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5-1．危機感

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2022/2/4

経産省のSURIAWASE2.0

2018年4月発表

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5-1．危機感2022/2/4

世界のルールは変わっていると感じている 持続可能な社会へのシフト
SDGｓへ

経済産業省は、「自動車産業におけるモデル利用のあり方に関する研究会」での議論を踏まえて、企業間のすりあわせ開発を、実機を用いずバーチャル・シミュレーションで開発を行う手法（MBD）
により高度化する「SURIAWASE2.0」を深化させるための今後の方針「SURIAWASE2.0の深化」をとりまとめました。

 外部不経済を従来の会計システムに取り入れる① カーボンニュートラル
② サーキュラーエコノミー③ ESG投資 など技術の話ではない
経済の話

 価値のシフト 現場現物→サイバーフィジカルへ
リアルでの価値創出からサイバーでの価値創出へ

SX（サスティナビリティ・トランスフォーメーション）のための、DX（デジタル・トランスフォーメーション）
が重要「すりあわせ」を深化させれば良いのか?
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出典:東芝
https://www.toshiba-clip.com/detail/p=217

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5-1．危機感2022/2/4

5-1．危機感

海外に目を向けてみれば

海外に目を向けてみれば

欧州主導の経済政策設計に対する要求の変化

出典:サーキュラーエコノミーにおけるモジュラーデザインの役割、モジュラーデザイン研究会、2020/2/10

大量生産、大量消費型の設計プロセスの終焉?
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5-1．危機感2022/2/4

https://www.j-ecm-md-institute.jp/column/20200210.html

732022/2/4

ソフトウェアアップグレード（製品の⾧寿命化）

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5-1．危機感74

2022/2/4

ソフトウェアアップグレード（製品の⾧寿命化）

部品等のハードウェアよりも、ソフトウェアでの機能、性能向上が得意

ソフトウェアが持つ機能の割合が大きいシス
テム設計に変更

結果
ソフトウェアが持つ機能の割合が大きいシス
テム設計

結果:制御技術によって、性能が向上する
テスラの「Octovalve（オクトバルブ）」
EV「モデルY」に初搭載した。熱を運ぶクーラントを8方向に分配する。（出所:A2Mac1）

テスラ、熱の司令塔「オクトバルブ」 ソフト時代のハードを問う「ソフトウェア8.0画面」＠テスラ モデルS

出典:久米 秀尚、日経クロステック、2021/2/5

出典:テスラがまたも進化! モデルSで試した最新ソフトウェア アップデート8.0の実力、MoTA、2016/11/14

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/05151/

https://autoc-one.jp/tesla/model_s/report-3002479/
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5-1．危機感2022/2/4

開発プロセスの差

ビジネス上の違い

海外のアジャイル開発（イメージ図）
商品企画

開発

生産

商品企画＆ソフトウェアアップデート

市場

早く市場に投入できる＋市場に投入してからも競争力を向上または維持できる

5-２．個人的な思い

2022/2/4

安心とは、置かれた環境によって異なるのでは?
安全≠安心

開発上の違い市場の大量データを使うため、開発段階の工数を削減できる

信用とは、置かれた環境によって異なるのでは?
信頼性≠信用ギャップ

国内のすりあわせ開発（イメージ図）
商品企画

開発

生産

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市場

企画して市場投入する間に競争力が低下する

市場の環境、多様化すると指数関数的に工数が増大

サーキュラーエコノミー上不利
なぜ
製品の⾧寿命化が難しい

カーボンニュートラル上不利
なぜ開発段階でのCO2発生量が
増える一方

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最後に

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2022/2/4

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2022/2/4

社会課題の解決のために、技術と社会がどんどん協力すべきでは?

ご清聴ありがとうございましたそのためには① 自動車はスマフォと違うんだから② 日本は中国と違うんだから③ 日本には日本の良さ（すりあわせ）があるんだから
なんて、殻の閉じこもらないで、学んで（真似る）みれば良いのでは?
（NHKの大河ドラマで渋沢栄一のやってきたことを始めて知りました）shikumi.labo@gmail.com
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