JP2017174471A - System analyzer, design defect analyzer, fault mode analyzer, fault tree analyzer, autonomous operation device, and autonomous operation control system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system analyzer with which it is possible to perform appropriate analysis on a system in which input/output relations are dynamically determined.SOLUTION: The present invention is designed for a system in which the internal state changes by input and output for input changes in accordance with a change in the internal state, comprising: state transition model construction means for constructing, on the basis of state transition rules of the system, a state transition model that includes a plurality of state values that the system can assume and a transition path between the state values; initial state value setting means for setting an initial state value that satisfies a prescribed start time condition from among the plurality of state values; final state value setting means for setting a final state value that satisfies a prescribed end time condition from among the plurality of state values; and state transition path presence determination means for determining whether or not there exists in the state transition model a state transition path for reaching the initial state value from the final state value.SELECTED DRAWING: Figure 30

Description

本発明は、システム解析装置、設計不良解析装置、故障モード解析装置、故障ツリー解析装置、自律動作装置及び自律動作制御システムに関する。   The present invention relates to a system analysis device, a design failure analysis device, a failure mode analysis device, a failure tree analysis device, an autonomous operation device, and an autonomous operation control system.

近年、モデル検査手法と呼ばれる動的な入出力関係解析手法が効果的であることが知られるようになってきた。これは、各サブシステムの応答時間の不確定性、及び内部状態により入出力関係が動的に決定される構成を組み込み、統合システム全体として取りうる動的挙動を網羅することで、機能要件及び安全性要件に違反する不具合に相当する状態の存在を探索する手法である。   In recent years, it has become known that a dynamic input / output relationship analysis method called a model checking method is effective. This incorporates a configuration in which the input / output relationship is dynamically determined by the uncertainty of the response time of each subsystem and the internal state, and covers the dynamic behavior that can be taken by the integrated system as a whole. This is a method for searching for the existence of a state corresponding to a defect that violates the safety requirement.

モデル検査手法は、対象とする統合システムの状態を一意に定める状態値と、各サブシステムの入出力関係に対応する状態遷移規則とを併せて構築した状態遷移モデルを用い、この状態遷移モデルの中から不具合に相当する状態遷移列を発見するという意味で、動的な入出力関係解析手法である。   The model checking method uses a state transition model constructed by combining state values that uniquely determine the state of the target integrated system and state transition rules corresponding to the input / output relations of each subsystem. This is a dynamic input / output relationship analysis method in the sense that a state transition sequence corresponding to a defect is found from the inside.

図1では、対象とする状態遷移モデルについて、機能要件および安全性要件に違反する不具合を発見することを、処理開始時点に取りうる状態値の集合を与える開始時条件、処理終了時点にとりうる状態値の集合を与える終了時条件から、二つの状態の集合を結ぶ遷移経路の有無を判定する問題に還元する例を示している。   In FIG. 1, a start condition that gives a set of state values that can be taken at the start of processing, and a state that can be taken at the end of processing, to find a fault that violates the functional requirements and safety requirements of the target state transition model In this example, the condition at the end of giving a set of values is reduced to the problem of determining whether or not there is a transition path connecting two sets of states.

図2は、状態遷移モデルの構築方法を示している。システムの状態遷移モデルは、システムへの入力、内部状態、およびシステムからの出力を併せて定義される状態値と、内部状態の状態遷移規則とで構成される。また、状態遷移規則は、入力と内部状態から出力値を決定する関数と、内部状態を更新する(即ち、次の内部状態を演算する)関数とで構成される。   FIG. 2 shows a method for constructing a state transition model. The system state transition model is composed of state values that are defined together with inputs to the system, internal states, and outputs from the system, and state transition rules for internal states. The state transition rule includes a function that determines an output value from an input and an internal state, and a function that updates the internal state (that is, calculates the next internal state).

図3は、状態遷移モデルが取りうる個々の状態値とその遷移可能性を有向グラフで表現した状態遷移グラフである。この状態遷移モデルを用いた動的な入出力関係解析手法は、適当な開始時条件を満たす初期状態値の集合から、不具合に相当する終了時条件を満たす終状態値の集合に到る状態遷移列の有無を判定する問題に書き換えられる。この例では、あるひとつの内部状態をとる時、入力値によって遷移先状態が異なるため、遷移先状態が複数ある状態遷移グラフとなるという特徴がある。   FIG. 3 is a state transition graph in which each state value that can be taken by the state transition model and its transition possibility are expressed by a directed graph. The dynamic input / output relationship analysis method using this state transition model is a state transition from a set of initial state values satisfying an appropriate start time condition to a set of final state values satisfying an end time condition corresponding to a defect. It can be rewritten as the problem of determining the presence or absence of a column. This example has a feature that when a certain internal state is taken, the transition destination state differs depending on the input value, so that a state transition graph having a plurality of transition destination states is obtained.

具体的な適用例として、設計不具合の解析、故障モード影響解析、および故障ツリー解析のような動的な入出力関係解析手法が挙げられる。この場合、機能要件に対応した充足するべき正常時条件を開始時条件として設定し、また、システムの動作形態に即して定義した機能要件および安全性要件の違反に相当するハザード条件を終了時条件として設定する。   Specific application examples include dynamic input / output relationship analysis techniques such as design failure analysis, failure mode effect analysis, and failure tree analysis. In this case, the normal condition that should be satisfied corresponding to the functional requirement is set as the starting condition, and the hazard condition corresponding to the violation of the functional requirement and the safety requirement defined in accordance with the operation mode of the system is terminated. Set as a condition.

そして、開始時条件を満たす始状態の集合から開始していずれの故障モードが発生しなくとも終了時条件を満たす終状態値の集合に到る状態遷移経路があることを発見するのが設計不具合の解析である。   It is a design defect to discover that there is a state transition path that starts from a set of start states that satisfy the start time condition and reaches the set of end state values that satisfy the end time condition even if any failure mode does not occur It is analysis of.

また、開始時条件を満たす始状態の集合から開始して任意のタイミングで発生しうるひとつの故障モードに対し、終了時条件を満たす終状態値の集合に到る状態遷移経路の有無を判定するのが故障モード影響解析である。   Also, for a single failure mode that can occur at any timing starting from a set of start states that satisfy the start time condition, the presence / absence of a state transition path that reaches the set of end state values that satisfy the end time condition is determined. This is failure mode effect analysis.

さらに、開始時条件を満たす始状態値から開始して任意のタイミングで発生しうる単数または複数の故障モードへの遷移の組み合わせに対して、指定した終了時条件を満たす終状態値の集合に到る状態遷移経路が存在するような故障モードの組み合わせの有無を判定するのが故障ツリー解析である。   In addition, for a combination of transitions to one or more failure modes that can occur at any timing starting from the starting state value that satisfies the starting condition, a set of final state values that satisfy the specified ending condition is reached. The failure tree analysis determines whether or not there is a combination of failure modes in which there exists a state transition path.

図4は、具体的な状態遷移列の探索手順を示す。この手法では、開始時条件を満たす初期状態値の集合からひとつを適当に選択して、入力値の自由度に対応する分だけ複数存在する、到達可能な遷移先状態値を網羅的に探索する。続いて、図5に示されるツリーの形で個々の状態遷移経路を展開していき、終了時条件に違反する終状態値の集合に到達出来る状態遷移経路が存在するか否かを判定する。   FIG. 4 shows a specific procedure for searching for a state transition sequence. In this method, one of the initial state values satisfying the start condition is appropriately selected, and a plurality of reachable transition destination state values corresponding to the degree of freedom of the input value are exhaustively searched. . Subsequently, each state transition path is expanded in the form of a tree shown in FIG. 5, and it is determined whether or not there is a state transition path that can reach a set of final state values that violate the end-time condition.

以上のような手順で、各サブシステムの入出力関係を変える動的要因である内部状態を組み込み、故障モード影響解析、および故障ツリー解析を用いて行ってきた工程を代替するのが、モデル検査手法である。本明細書ではこれを順方向の状態遷移経路探索法と呼称する。なお、静的な入出力解析手法であるが、類似の方法が特許文献1に記載されている。   In the above procedure, it is possible to incorporate the internal state that is a dynamic factor that changes the input / output relationship of each subsystem, and replace the process that has been performed using failure mode effect analysis and failure tree analysis. It is a technique. In the present specification, this is called a forward state transition route search method. Although it is a static input / output analysis method, a similar method is described in Patent Document 1.

特開平06−095881号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-095881

しかし、例えば図6に示すように、システムが取りうる状態値の数が十分に大きく、終了時条件を満たす状態値の数が取りうるすべての状態値に対して十分に少ない場合には、図5に示したような状態遷移経路のツリーの規模が大きくなってしまう。   However, for example, as shown in FIG. 6, when the number of state values that the system can take is sufficiently large and the number of state values that satisfy the termination condition is sufficiently small for all possible state values, The size of the state transition path tree as shown in FIG.

また、モデル検査手法は、多くの計算機リソース、特に網羅的に到達可能な状態値を評価する高速な計算能力と、前記全状態値を格納する大容量のメモリを必要とする。このため、モデル検査手法を利用するのでは、実際に適用して有限時間で解析出来るシステムの規模が限定されてしまう。   In addition, the model checking method requires a lot of computer resources, particularly a high-speed calculation capability for evaluating comprehensively reachable state values, and a large-capacity memory for storing all the state values. For this reason, using the model checking method limits the scale of a system that can be applied and analyzed in a finite time.

計算量の増加は、状態遷移経路を網羅するために設定する必要がある初期状態値の数が膨大にあり、個別に初期状態値を設定して状態遷移経路を構築していく必要がある点、および、適当に選択した一つの初期状態値から展開した状態遷移経路の数も、探索の深さに相当する状態遷移のステップ数に対応して指数関数的に増加してしまうという、探索方式の課題に起因するものである。   The increase in the amount of calculation is that the number of initial state values that need to be set in order to cover the state transition paths is enormous, and it is necessary to construct the state transition paths by setting the initial state values individually. And a search method in which the number of state transition paths expanded from an appropriately selected initial state value also increases exponentially in accordance with the number of state transition steps corresponding to the search depth. This is due to the problem.

また、システム設計の最終段階で、安全性要件を満たす事を保証するためには、所望の状態遷移経路が無い事を検証する必要がある。順方向の状態遷移経路探索法を用いて、すべての状態遷移経路を網羅し、その内のいずれも終了時条件を満たす終状態の集合に到達しないことを検証する必要がある。従って、結局すべての状態遷移経路を網羅してこれを格納する莫大な量の大容量メモリが必要となってしまう。   In order to ensure that the safety requirements are satisfied at the final stage of system design, it is necessary to verify that there is no desired state transition path. It is necessary to verify that all state transition paths are covered using the forward state transition path search method, and none of them reach the set of final states that satisfy the end time condition. Therefore, an enormous amount of large-capacity memory that covers all the state transition paths and stores them is eventually required.

なお、動的要因を導入して同様の解析を行う試みとして、シミュレーションも存在する。このシミュレーションは、モデル検査手法で導入した不確定性を排するように不確定要因に対するパラメータを逐一設定して、一つの状態遷移経路を個別評価していく。ところが、このパラメータを網羅設定する為に必要となる計算量が、順方向の状態遷移経路探索法に要する計算量とおよそ一致することから、シミュレーションは、モデル検査手法と同様に、計算リソース量の制約下で実用的な規模のシステムに適用することが困難である。   There is also a simulation as an attempt to perform a similar analysis by introducing dynamic factors. In this simulation, parameters for uncertain factors are set one by one so as to eliminate the uncertainty introduced by the model checking method, and one state transition path is individually evaluated. However, since the amount of computation required to cover all the parameters roughly matches the amount of computation required for the forward state transition path search method, the simulation is similar to the model checking method. It is difficult to apply to a practical scale system under constraints.

また、入出力関係が動的に決定されるシステムに対して静的な入出力関係解析手法を適用した場合には、動的要因の為に実際には発生しないはずの不具合を誤って検出してしまったり、動的要因のために実際には発生するはずの不具合を検出出来ずに未検知となり潜在的不具合が残存してしまうといった、検出不良が発生する可能性がある。   In addition, when the static input / output relationship analysis method is applied to a system in which the input / output relationship is dynamically determined, a fault that should not actually occur due to a dynamic factor is erroneously detected. There is a possibility that a detection failure may occur, for example, a failure that could actually occur due to a dynamic factor cannot be detected and is not detected and a potential failure remains.

そこで、本発明は、入出力関係が動的に決定されるシステムに対して、適切な解析を行うことができるシステム解析装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a system analysis apparatus capable of performing appropriate analysis on a system in which an input / output relationship is dynamically determined.

本発明は、入力によって内部状態が変化し、且つ、前記内部状態の変化に応じて入力に対する出力が変化するシステムを対象とし、前記システムの状態遷移規則に基づいて、前記システムが採り得る複数の状態値と各状態値間の遷移経路とを含む状態遷移モデルを構築する状態遷移モデル構築手段と、前記複数の状態値の中から所定の開始時条件を満たす初期状態値を設定する初期状態値設定手段と、前記複数の状態値の中から所定の終了時条件を満たす終状態値を設定する終状態値設定手段と、前記状態遷移モデルの中に、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定する状態遷移経路有無判定手段とを備える。   The present invention is directed to a system in which an internal state changes according to an input, and an output corresponding to the input changes in accordance with the change in the internal state, and a plurality of systems that can be adopted based on a state transition rule of the system State transition model construction means for constructing a state transition model including a state value and a transition path between each state value, and an initial state value for setting an initial state value satisfying a predetermined start time condition from the plurality of state values A setting means; a final state value setting means for setting a final state value satisfying a predetermined end time condition from the plurality of state values; and in the state transition model, from the final state value to the initial state value. State transition path presence / absence determining means for determining whether or not a state transition path to reach exists.

本発明は、入出力関係が動的に決定されるシステムに対して、適切な解析を行うことができる。   The present invention can perform an appropriate analysis for a system in which the input / output relationship is dynamically determined.

制約条件下での状態遷移経路の探索を示す図。The figure which shows the search of the state transition path | route under constraint conditions. 動的な入出力関係を有するシステムを示す図。The figure which shows the system which has a dynamic input-output relationship. 有向グラフとして表現した状態遷移モデルを示す図。The figure which shows the state transition model expressed as a directed graph. 順方向の状態遷移経路探索法を示す図。The figure which shows the state transition route search method of a forward direction. 順方向の状態遷移経路探索法の結果得られる探索木を示す図。The figure which shows the search tree obtained as a result of the state transition route search method of a forward direction. 大規模な状態遷移モデルを示す図。The figure which shows a large-scale state transition model. 逆方向の状態遷移経路探索法の結果得られる探索木を示す図。The figure which shows the search tree obtained as a result of the state transition route search method of a reverse direction. 逆方向の状態遷移経路探索法を示す図。The figure which shows the state transition route search method of a reverse direction. SATに変換した逆方向の状態遷移経路探索法を示す図。The figure which shows the state transition route search method of the reverse direction converted into SAT. 状態遷移モデル上に表現した状態遷移規則を示す図。The figure which shows the state transition rule expressed on the state transition model. 状態遷移規則から論理式への変換を示す図。The figure which shows conversion from a state transition rule to a logical expression. 複数のサブシステムを相互接続して構成した統合システムを示す図。The figure which shows the integrated system comprised by interconnecting a some subsystem. 統合システムの入出力信号一覧を示す図。The figure which shows the input-output signal list | wrist of an integrated system. サブシステムの入出力信号一覧とサブシステムいだ接続信号名を示す図。The figure which shows the input-output signal list of a subsystem, and the connection signal name which is called a subsystem. サブシステム毎の状態遷移規則を示す図。The figure which shows the state transition rule for every subsystem. 統合システム全体の状態値の構成を示す図。The figure which shows the structure of the state value of the whole integrated system. 非同期動作する複数のサブシステムに適用可能な逆方向の状態遷移経路探索法を示す図。The figure which shows the state transition route search method of the reverse direction applicable to the some subsystem which operate | moves asynchronously. 統合システムの一例を示す図。The figure which shows an example of an integrated system. オペレータが意図した統合システムの起動・終了シーケンスを示す図。The figure which shows the starting / end sequence of the integrated system which the operator intended. オペレータの意図に反する統合システムの起動・終了の不良を示す図。The figure which shows the malfunction of starting and completion | finish of an integrated system contrary to an operator's intention. 自動復旧機能を搭載した自律システムの状態遷移モデルを示す図。The figure which shows the state transition model of the autonomous system which mounts an automatic recovery function. サブシステムの故障後の自動復旧可能性の判定処理フローを示す図。The figure which shows the determination processing flow of the automatic recovery possibility after a failure of a subsystem. 起動可能性の判定処理フローを示す図。The figure which shows the determination processing flow of starting possibility. 停止可能性の判定処理フローを示す図。The figure which shows the determination processing flow of a possibility of a stop. 通常動作時のハザード発生可能性の判定処理フローを示す図。The figure which shows the judgment processing flow of the possibility of hazard generation at the time of normal operation. 動作継続可能性の判定処理フローを示す図。The figure which shows the determination processing flow of operation | movement continuation possibility. 自律動作制御システムを示す図。The figure which shows an autonomous operation control system. オペレータと自律システムの連携を示す図。The figure which shows cooperation of an operator and an autonomous system. システム故障時の自律システムの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the autonomous system at the time of a system failure. システム解析装置を示す図。The figure which shows a system analysis apparatus.

以下、本発明を用いたシステム解析装置の実施例について説明する。   Embodiments of the system analysis apparatus using the present invention will be described below.

本実施例の説明に先立って、そのコンセプトを説明する。   Prior to the description of this embodiment, the concept will be described.

まず、状態遷移モデルを用いると、機能要件および安全性要件を統一的に記述出来る。つまり、機能要件は主として、ハードウェア障害が無い通常動作状態にあるシステム全体の入出力関係に対する制約条件とみなせる。また、このように状態遷移モデルとして抽象化することで、機能要件の実現手段がハードウェアであるのか、ソフトウェアであるのかを区別する必要が無くなる。特に、ソフトウェアは各時刻で一つの処理しか実現できないため、ソフトウェア処理自体がそのまま状態遷移モデルになっている。   First, if a state transition model is used, functional requirements and safety requirements can be described uniformly. In other words, the functional requirements can be mainly regarded as a constraint condition for the input / output relationship of the entire system in a normal operation state without hardware failure. In addition, by abstracting the state transition model in this way, it is not necessary to distinguish whether the means for realizing the functional requirement is hardware or software. In particular, since software can only implement one process at each time, the software process itself is a state transition model as it is.

一方、安全性要件は、ハードウェア障害が発生した場合のシステム全体の入出力関係および状態値に対する制約条件とみなせる。例えば、個々のハードウェア毎に定義した故障モードを切り替える信号を一種の外部からの入力信号として取り込むと、故障時の入出力関係を正常動作時の入出力関係に追加できる。これに留意すれば、安全性要件は、故障モードを選択的に発生させるための外部入力が追加されたシステムの入出力応答に関する制約条件として統一的に記述できる。このようにして、故障モード解析装置や故障ツリー解析装置は、システム解析装置の一実現形態であることが理解される。   On the other hand, the safety requirement can be regarded as a constraint on the input / output relationship and the state value of the entire system when a hardware failure occurs. For example, when a signal for switching the failure mode defined for each hardware is taken in as a kind of external input signal, the input / output relationship at the time of failure can be added to the input / output relationship at the time of normal operation. With this in mind, the safety requirement can be uniformly described as a constraint on the input / output response of the system to which an external input for selectively generating a failure mode is added. In this way, it is understood that the failure mode analysis device and the failure tree analysis device are one implementation form of the system analysis device.

このように統一すれば、入出力応答の形で表現された機能要件および安全性要件に違反する不具合とは、処理開始時点から処理終了時点までの過程で、これらの制約条件を満たさない場合となる。従って、このような不具合を発見することは、所定の制約条件下での状態遷移経路の探索問題として再定義出来る。   If unified in this way, defects that violate the functional requirements and safety requirements expressed in the form of I / O responses are cases where these constraints are not satisfied in the process from the start of processing to the end of processing. Become. Therefore, finding such a defect can be redefined as a search problem for a state transition path under a predetermined constraint condition.

システムを表現した状態遷移モデルには、継続動作が可能な状態にある時には成立している開始時条件を満たす状態値の数に対して、システムの動作形態に基づいて設定した個々の終了時条件を満たす状態値の数が十分に少なくなるという特徴がある。   The state transition model that represents the system has individual end-time conditions that are set based on the system operation mode against the number of state values that satisfy the start-time condition that is satisfied when the continuous operation is possible. There is a feature that the number of state values satisfying the condition is sufficiently reduced.

実際、システムが取りうる全状態値の内、開始時条件を満たす始状態値の集合から遷移可能な遷移先の状態値の数は、入力値の自由度と開始時条件を満たす範囲で変化可能な内部状態の自由度の数だけ大きくなる。従って、開始時条件を満たす状態値の数が大きくなる。   In fact, out of all possible state values of the system, the number of transition destination state values that can be transitioned from the set of start state values that satisfy the start condition can vary within the range of the input value freedom and the start condition. The number of degrees of freedom in the internal state increases. Therefore, the number of state values that satisfy the start condition increases.

一方、終了時条件を満たす状態値から遷移可能な遷移先状態値の数は、入力値に関わらず内部状態の更新を伴う継続動作が出来ないために遷移先状態値が同じ状態値のままであるか、または終了時条件を満たす少数の状態値の集合内部に留まる。従って、終了時条件を満たす状態値の数が少数に留まる。   On the other hand, the number of transition destination state values that can be transitioned from the state value that satisfies the termination condition cannot be continued with the internal state update regardless of the input value, so the transition destination state value remains the same state value. Stay within a small set of state values that either exist or satisfy the exit condition. Accordingly, the number of state values that satisfy the termination condition remains small.

この場合には、モデル検査手法で用いられる順方向の状態遷移経路探索手法の代わりに、逆方向の状態遷移経路探索手法を用いた方が、状態遷移経路のツリーの規模が十分に小さくなる。この性質を利用することで、所望の状態遷移経路を逆探索するために必要となる計算リソース量を低減出来る。   In this case, the size of the state transition path tree is sufficiently reduced by using the reverse state transition path search technique instead of the forward state transition path search technique used in the model checking method. By using this property, it is possible to reduce the amount of calculation resources required for reverse searching for a desired state transition path.

実際、図7に示す通り、逆順で辿る状態遷移経路の数は、終了時条件を満たす少数の状態値の数と、逆順で辿り開始時条件を満たす状態値に辿りつくまでの遷移ステップ数により決まる。状態遷移グラフにおいて、終了時条件を満たす終状態値の集合の内部から外部に抜けて、開始時条件を満たす始状態値の集合の内部に到達するステップ数が少なければ、遷移ステップ数が少なくなる。よって、開始時条件を満たす始状態値の数が、取りうるすべての状態値の空間の多くを占める一方、かつ終了時条件を満たす終状態値の数が十分に少ない場合には、遷移ステップ数が十分に少なくなり、結果として少ない計算リソース量で所望の状態遷移経路を逆探索出来る。   In fact, as shown in FIG. 7, the number of state transition paths traced in the reverse order depends on the number of state values satisfying the end-time condition and the number of transition steps until the state value satisfying the start-time condition is reached in the reverse order. Determined. In the state transition graph, the number of transition steps decreases if the number of steps that go from the inside of the set of final state values that satisfy the end time condition to the outside and reach the inside of the set of start state values that satisfy the start time condition is small . Therefore, if the number of start state values that satisfy the start time condition occupies much of the space of all possible state values, and the number of end state values that satisfy the end time condition is sufficiently small, the number of transition steps As a result, the desired state transition path can be reversely searched with a small amount of calculation resources.

このようなコンセプトに従って作成されたシステム解析装置について、以下に具体的に説明する。本実施例では、入出力、および内部状態を含むシステム一つのみで構成されるシステムを解析対象とする。このシステムは、入力によって内部状態が変化し、且つ、前記内部状態の変化に応じて入力に対する出力が変化するものである。   A system analysis apparatus created according to such a concept will be specifically described below. In this embodiment, a system constituted by only one system including input / output and internal state is set as an analysis target. In this system, an internal state changes according to an input, and an output corresponding to the input changes according to the change of the internal state.

そして、本実施例に係るシステム解析装置は、システムの状態遷移規則に基づいて、システムが採り得る複数の状態値と各状態値間の遷移経路とを含む状態遷移モデルを構築する状態遷移モデル構築手段(図30の解析部に相当)と、複数の状態値の中から所定の開始時条件を満たす初期状態値を設定する初期状態値設定手段と、複数の状態値の中から所定の終了時条件を満たす終状態値を設定する終状態値設定手段と、状態遷移モデルの中に、終状態値から初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定する状態遷移経路有無判定手段とを備える。これらシステムの状態遷移規則や、開始時条件や、終了時条件や、任意の制約条件は、図30に示す設定部から入力される。   The system analysis apparatus according to the present embodiment constructs a state transition model that constructs a state transition model including a plurality of state values that can be taken by the system and transition paths between the state values based on the state transition rules of the system. Means (corresponding to the analysis unit in FIG. 30), initial state value setting means for setting an initial state value satisfying a predetermined start time condition from a plurality of state values, and a predetermined end time from among the plurality of state values A final state value setting means for setting a final state value that satisfies a condition, and a state transition path presence / absence determination that determines whether or not a state transition path that reaches the initial state value from the final state value exists in the state transition model Means. These system state transition rules, start-time conditions, end-time conditions, and arbitrary constraints are input from the setting unit shown in FIG.

ところで、終了時条件を満たす状態値の集合から状態遷移経路を逆順に辿り、開始時条件を満たす始状態値の集合を探索する手法としては、順方向の状態遷移経路探索方法で用いた図3のような状態遷移モデルを利用して、グラフ探索手法に帰着させる方法もある。但し、この手法では、依然として多くの計算リソースが必要となる場合がある。これは、所与の状態遷移規則は、順方向には一意に遷移先状態を規定しているが、逆方向に一意に遷移元状態を与えるわけではないことに起因する。そのため、状態遷移グラフを生成して、遷移元状態を逆探索する問題を、グラフ探索問題に帰着させてしまうと、システムが取りうる全状態値の数が十分に大きい場合、この状態遷移モデルをグラフの形式で格納する際に必要な計算機のメモリの量が、状態値の数と、2状態間の遷移可否を示すエッジの数に比例して、莫大となるためである。   By the way, FIG. 3 used in the forward state transition path search method is a method for tracing the state transition path in reverse order from the state value set satisfying the end time condition and searching for the start state value set satisfying the start time condition. There is also a method of reducing to a graph search method using a state transition model such as However, this method may still require a lot of computing resources. This is because a given state transition rule uniquely defines a transition destination state in the forward direction, but does not uniquely give a transition source state in the reverse direction. Therefore, if the problem of generating a state transition graph and reversely searching the transition source state is reduced to a graph search problem, if the number of all state values that the system can take is sufficiently large, this state transition model is This is because the amount of computer memory required for storing in the form of a graph becomes enormous in proportion to the number of state values and the number of edges indicating whether or not transition between two states is possible.

代わりに、状態遷移規則と終了時条件、開始時条件を、解として期待する状態遷移列が充足するべき論理式形式の制約条件として設定し、これらの制約条件を充足する解を効率的に探索出来るSATソルバを用いれば、この状態遷移列の有無を判定すれば、少ない計算リソース量で済む。   Instead, state transition rules, end conditions, and start conditions are set as constraints in the form of logical formulas that the expected state transition sequence should satisfy, and a solution that satisfies these constraints is efficiently searched. If a SAT solver that can be used is used, if the presence or absence of this state transition sequence is determined, a small amount of calculation resources is required.

このことから実施例のシステム解析装置は、SATソルバを援用した逆方向の状態遷移経路探索を行うものとして構成され、システムの状態遷移規則を論理式に変換する手段を備え、論理式と、開始時条件と、終了時条件とを制約条件として構築された充足可能性判定問題の充足解をSATソルバを用いて算出し、充足解を状態遷移経路として出力する。上述の論理式変換手段や、SATソルバは解析部に備えられる。所与の状態遷移モデル、開始時条件、終了時条件を用いて、終了時条件を満たす任意の状態値から逆方向に状態遷移経路を探索し、開始時条件を満たす状態値に到る状態遷移経路の有無を判定する方法の一例を図8に示す。   Therefore, the system analysis apparatus of the embodiment is configured to perform a reverse state transition path search with the aid of the SAT solver, and includes means for converting the system state transition rules into a logical expression. A satisfiability solution of the satisfiability determination problem constructed with the time condition and the end condition as constraints is calculated using a SAT solver, and the satisfiability solution is output as a state transition path. The logical expression conversion means and the SAT solver described above are provided in the analysis unit. Using a given state transition model, start condition, and end condition, search for a state transition path in the reverse direction from any state value that satisfies the end condition, and reach the state value that satisfies the start condition An example of a method for determining the presence or absence of a route is shown in FIG.

本手法は、状態遷移経路を構成する個々の状態値を明示的に保持するようなグラフ探索問題を基礎とするものである。つまり、状態遷移経路の始点として終了時条件を満たす終状態値を設定し、当該終状態に1ステップで到達可能な遷移元状態を再帰的に逆探索していき、開始時条件を満たす遷移元状態を発見するまで状態遷移列を網羅展開していく。   This method is based on a graph search problem that explicitly holds the individual state values constituting the state transition path. In other words, the end state value that satisfies the end condition is set as the start point of the state transition path, the transition source state that can reach the end state in one step is recursively reverse-searched, and the transition source that satisfies the start condition is satisfied. The state transition sequence is exhaustively expanded until a state is discovered.

前述の通りグラフ探索法は多量の計算リソースを要するため、これと同等の処理を、充足可能性判定問題に変換して計算リソース量を低減する代替法を図9に示す。   As described above, since the graph search method requires a large amount of calculation resources, FIG. 9 shows an alternative method for reducing the amount of calculation resources by converting the same processing into a satisfiability determination problem.

ステップ901において、入出力信号値、及び内部状態を併せて状態値を定義する。ステップ902では、逆探索する範囲を設定する。一例として、終状態から逆探索する状態遷移ステップ数の上限を指定する方法が挙げられる。また特定の状態値の集合を探索しないように、状態遷移列に対して制約条件を追加する方法も挙げられる。   In step 901, the state value is defined by combining the input / output signal value and the internal state. In step 902, a reverse search range is set. As an example, there is a method of designating an upper limit of the number of state transition steps for backward searching from the final state. There is also a method of adding a constraint condition to the state transition sequence so as not to search for a specific set of state values.

ステップ903では、ステップ902で指定した探索範囲内で所望とする状態遷移列を不定値のまま宣言する。後述のステップ910で、この状態遷移列をSATソルバで算出する。   In step 903, a desired state transition sequence is declared as an indefinite value within the search range specified in step 902. In step 910 described later, this state transition sequence is calculated by a SAT solver.

ステップ904からステップ905では、システムの入出力関係に相当する状態遷移規則から、前記不定値のまま宣言した状態遷移列を構成する連続した二つの状態値x[t]とx[t+1]の間の制約条件を、t=1からt=Tまでそれぞれ設定する。   In steps 904 to 905, two consecutive state values x [t] and x [t + 1] constituting the state transition sequence declared as the indefinite value are obtained from the state transition rule corresponding to the input / output relationship of the system. Are set from t = 1 to t = T, respectively.

図10に示されるような状態値及び遷移条件が与えられた状態遷移グラフにおいて、状態遷移規則に相当する制約条件を示したのが図11である。図11は、現在の状態値x[t]と遷移条件との組み合わせから遷移先状態値x[t+1]を与える関係が論理式の形で例示されている。一般に、ステップ910で用いる多くのSATソルバは、図11に例示した論理式の形での入力を受け付けることが多い。   FIG. 11 shows the constraint conditions corresponding to the state transition rules in the state transition graph given the state values and transition conditions as shown in FIG. FIG. 11 illustrates the relationship of giving the transition destination state value x [t + 1] from the combination of the current state value x [t] and the transition condition in the form of a logical expression. In general, many SAT solvers used in step 910 often accept input in the form of a logical expression illustrated in FIG.

ステップ906からステップ907では、前記状態遷移列の各状態値x[t=1…T]に対して、システムの機能要件および動作上の限界に相当する制約条件を設定する。制約条件の設定方法としては、一般的には、状態値の一構成要素である入力値に対して許容範囲を追加設定することや、ステップ902で例示したように、逆探索の範囲を限定するための制約を状態遷移列の各状態値に設定することが挙げられる。   In step 906 to step 907, a constraint condition corresponding to a functional requirement and operational limit of the system is set for each state value x [t = 1... T] of the state transition sequence. As a setting method of the constraint condition, generally, an allowable range is additionally set for an input value that is one component of the state value, or the range of the reverse search is limited as exemplified in step 902. For example, setting a constraint for each state value in the state transition sequence.

ステップ908では、前記状態遷移列の始状態に対して、開始時条件を満たすことを制約条件として設定する。ステップ909では、前記状態遷移列の終状態に対して、終了時条件を満たすことを制約条件として設定する。   In step 908, the start condition of the state transition sequence is set as a constraint condition that the start condition is satisfied. In step 909, the condition for termination is set as a constraint condition for the final state of the state transition sequence.

ステップ910では、SATソルバを用いて、本ステップまでに設定したすべての制約条件を満たし、ステップ903で不定値のまま宣言した状態遷移列の有無を探索する。   In step 910, using the SAT solver, the presence or absence of a state transition sequence that satisfies all the constraints set up to this step and is declared indefinite in step 903 is searched.

SATソルバがそのような状態遷移列は無いと判定した場合、つまり制約条件を充足できない場合には、ステップ911に進む。この場合は、所定の終了時条件を満たす状態値の集合にいたる状態遷移列が無いことから、ステップ902で指定した探索範囲内では、開始時条件を満たす任意の初期条件から始めて終了時条件を満たす状態値に到達しない(つまり、終了時条件を満たす事象が起きない)ことを検証出来る。   If the SAT solver determines that there is no such state transition sequence, that is, if the constraint condition cannot be satisfied, the process proceeds to step 911. In this case, since there is no state transition sequence leading to a set of state values satisfying a predetermined end condition, the end condition is determined from any initial condition that satisfies the start condition within the search range specified in step 902. It can be verified that the state value to be satisfied is not reached (that is, the event that satisfies the condition at the end does not occur).

逆に、SATソルバが前記の制約条件をすべて満たす状態遷移列を発見した場合にはステップ912に進む。この場合は、開始時条件を満たす任意の状態値から開始して、終了時条件を満たす状態値に到達する、つまり終了時条件を満たす不具合事象が起きることを検証出来る。SATソルバは903で宣言した不定値の具体的な値を返すため、遷移ステップ毎に状態値を表示したタイムチャートなどの形式で不具合事象を報告する。   Conversely, if the SAT solver finds a state transition sequence that satisfies all of the above-described constraints, the process proceeds to step 912. In this case, it can be verified that starting from an arbitrary state value satisfying the start time condition and reaching the state value satisfying the end time condition, that is, a failure event that satisfies the end time condition occurs. Since the SAT solver returns a specific value of the indeterminate value declared in 903, the failure event is reported in the form of a time chart or the like displaying the state value for each transition step.

以上のように、本実施形態によれば、入出力関係が動的に決定されるシステムに対して、適切な解析を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform an appropriate analysis on a system in which the input / output relationship is dynamically determined.

特に、個々の入出力関係を規定する動作モードを切り替えるための内部状態を導入した動的な入出力関係解析手法であって、順方向の状態遷移経路探索法で必要となる計算リソース量よりも少ない計算リソース量で、指定した開始時条件を満たす始状態の集合から、指定した終了時条件を満たす終状態の集合に到達可能な状態遷移経路の有無を判定し、存在すれば具体的な状態遷移経路を出力することが出来る。   In particular, it is a dynamic input / output relationship analysis method that introduces an internal state for switching the operation mode that defines the individual input / output relationship, and is more than the amount of computational resources required for the forward state transition path search method. With a small amount of computing resources, determine whether there is a state transition path that can reach the end state set that satisfies the specified end time condition from the start state set that satisfies the specified start time condition. A transition path can be output.

本実施例では、入出力、および内部状態を含む複数のサブシステムを相互接続して構成される統合システムに、逆方向の状態遷移経路探索法を適用する例を示す。   In the present embodiment, an example in which a reverse state transition path search method is applied to an integrated system configured by interconnecting a plurality of subsystems including input / output and internal states is shown.

ここで、サブシステムとは、入力によって内部状態が変化し、且つ、前記内部状態の変化に応じて入力に対する出力が変化するシステムを意味する。また、統合システムとは、互いに必ずしも同期して動作することが保証されないサブシステムが相互接続されたシステムを意味する。   Here, the subsystem means a system in which an internal state changes according to an input, and an output corresponding to the input changes according to the change in the internal state. An integrated system means a system in which subsystems that are not necessarily operated in synchronization with each other are interconnected.

このような統合システムの場合には、上述した問題がさらに顕著となる。即ち、動的な統合システムの場合には、各状態値から1状態遷移ステップで遷移可能な遷移先状態値の数はさらに増加し、状態遷移経路のツリーがさらに大規模になってしまう。また、静的な入出力関係解析手法は、各サブシステムの応答時間及び入出力関係が静的である場合、つまり所定の機能要件を満たすサブシステムへの入力に対して一意に所定の機能要件を満たす出力が決まることを前提と出来る場合に有効であるが、動的な統合システムではこの前提が成り立たない。従って、動的な統合システムに静的な入出力関係解析手法を適用することは実用的ではなく、検出不良の問題がさらに顕著となる。   In the case of such an integrated system, the above-described problem becomes more remarkable. That is, in the case of a dynamic integrated system, the number of transition destination state values that can be transitioned from each state value in one state transition step further increases, and the state transition path tree becomes even larger. In addition, the static input / output relationship analysis method is used when the response time and input / output relationship of each subsystem is static, that is, when the input to a subsystem satisfying the predetermined functional requirements is unique. This is effective when it can be assumed that an output satisfying the above is determined, but this assumption is not satisfied in a dynamic integrated system. Therefore, it is not practical to apply the static input / output relationship analysis method to the dynamic integrated system, and the problem of detection failure becomes more remarkable.

以上のことから、並行動作する複数のサブシステムによって構成されるような統合システムに対しても、既存のモデル検査手法で必要とされるような膨大な計算リソース量を低減でき、検出不良を抑えることができる手法が有効である。   From the above, even for an integrated system consisting of multiple subsystems that operate in parallel, the amount of computational resources required by existing model checking techniques can be reduced, and detection failures can be suppressed. A technique that can be used is effective.

本実施例の説明に先立って、そのコンセプトを説明する。   Prior to the description of this embodiment, the concept will be described.

図12は、n個のサブシステムを相互接続した統合システムを示す。統合システム全体として有する入出力信号一覧、また統合システム内の内部信号一覧との接続関係を図13に示す。   FIG. 12 shows an integrated system in which n subsystems are interconnected. FIG. 13 shows the connection relationship between the input / output signal list of the integrated system as a whole and the internal signal list in the integrated system.

図14は、個々のサブシステムの入出力信号の一覧、および統合システム内の内部信号値との接続関係を示す。統合システム全体への入力は必ずいずれかのサブシステムへの入力になっており、同時に統合システムからの出力は必ずいずれかのサブシステムからの出力になっている。   FIG. 14 shows a list of input / output signals of individual subsystems and connection relationships with internal signal values in the integrated system. An input to the entire integrated system is always an input to one of the subsystems, and an output from the integrated system is always an output from one of the subsystems.

図15は個々のサブシステムの入出力関係を示す。サブシステム毎に、入力値と内部状態の組み合わせに対して一意に出力信号値と遷移先内部状態値を与える状態遷移規則(伝達関数)を設計しておく。ステップ901で示した通り、図12の統合システムの内部状態値は、図16のように定義出来る。   FIG. 15 shows the input / output relationship of each subsystem. For each subsystem, a state transition rule (transfer function) that uniquely gives an output signal value and a transition destination internal state value to a combination of an input value and an internal state is designed. As shown in step 901, the internal state values of the integrated system of FIG. 12 can be defined as shown in FIG.

次に、統合システムの状態遷移モデルは、これら複数のサブシステムが非同期で並行動作する自由度を有するものとして表現してよい事を説明する。   Next, it will be explained that the state transition model of the integrated system may be expressed as having a degree of freedom in which these multiple subsystems operate asynchronously and in parallel.

実際の統合システムに対して定義した状態値は、元来リアルタイムで変化するため、無条件で離散時間での状態遷移モデルに対応付けられるわけではない。しかし、各サブシステムに対応付けられた状態値がデジタル値で表現されるならば、各サブシステムに対応付けられた状態値の更新順序だけを抽出することで、実際にはリアルタイムで変化する統合システムの状態値遷移経路を、離散時間で状態値が変化する離散時間状態遷移モデルにおける状態遷移経路に一対一で対応付けられるようになる。   Since state values defined for an actual integrated system originally change in real time, they are not unconditionally associated with a state transition model in discrete time. However, if the state value associated with each subsystem is expressed as a digital value, only the update order of the state value associated with each subsystem is extracted, so that the integration that actually changes in real time The state value transition path of the system is associated one-to-one with the state transition path in the discrete time state transition model in which the state value changes in discrete time.

なお、状態値は、アナログ値である連続値であっても良い。実際、連続な状態空間を区間分割して個々の区間に離散値を割り振ることで、前記連続値を離散値と一対一対応させることが出来る。   The state value may be a continuous value that is an analog value. Actually, by dividing a continuous state space into sections and assigning discrete values to the individual sections, the continuous values can be associated with the discrete values on a one-to-one basis.

システムがサブシステム単体で構成される場合、またはすべてのサブシステムが同程度の入出力応答時間で、同期して状態値を更新する場合には、実施例1で提示した通り、状態値の一部である入力値の不確定性だけを考慮しておけばよい。また、入出力関係に相当する状態遷移規則がハードウェアで実現されているサブシステム群は、入力値の更新に対して十分に短い時間で出力値が一意に決まるため入出力応答時間が十分に短く、これらのサブシステム群は各離散時間で必ず状態値を更新することから、各離散時間で同期して状態値を更新するように対応付けられる。   When the system is configured as a single subsystem, or when all subsystems update state values synchronously with the same I / O response time, as shown in the first embodiment, It is only necessary to consider the uncertainty of the input value that is a part. In addition, subsystem groups in which the state transition rules corresponding to the input / output relationship are implemented in hardware have a sufficiently short input / output response time because the output value is uniquely determined in a sufficiently short time for the input value update. Since these subsystem groups always update the state value at each discrete time, they are associated with each other so that the state value is updated synchronously at each discrete time.

一方、入出力関係に相当する状態遷移規則がソフトウェアで実装されている場合には、個々のソフトウェアの入出力応答時間は、有限ではあるが、リアルタイムで入出力応答をするサブシステムの入出力応答時間と比較して同程度に短いわけでも、固定の入出力応答時間でもないという意味で不確定である。このようなサブシステム群に対応付けられた状態値は、すべての離散時間ステップで更新されるわけではないという意味で非同期であり、この、状態値の更新時点に関する不確定性、つまり更新順序の自由度を組み込む必要がある。   On the other hand, when state transition rules corresponding to input / output relations are implemented in software, the input / output response time of each subsystem that performs input / output responses in real time is limited although the input / output response time of each software is limited. It is uncertain in the sense that it is not as short as time, nor is it a fixed input / output response time. The state values associated with such subsystems are asynchronous in the sense that they are not updated at every discrete time step, and this uncertainty regarding the update time of the state values, that is, the update order. It is necessary to incorporate a degree of freedom.

なお、状態遷移規則がソフトウェアで実装されたサブシステムの入出力応答時間の上下限値が既知であるか、または指定されている場合には、各サブシステムに対応付けられた状態値の更新時点に関する自由度に対して制約条件を追加する。この入出力応答時間の制約下で、スケジューリング可能な更新順序のみに限定すれば良い。   If the upper and lower limits of the I / O response time of the subsystem in which the state transition rule is implemented in software is known or specified, the update point of the state value associated with each subsystem Add a constraint on the degree of freedom. Under the constraint of the input / output response time, the update order may be limited only to the scheduling order.

図9で示した状態遷移列の算出フローを拡張したものが図17に相当する。   An extension of the state transition sequence calculation flow shown in FIG. 9 corresponds to FIG.

ステップ1701〜1703はステップ901〜903に対応する。   Steps 1701 to 1703 correspond to steps 901 to 903.

ステップ1704では、離散時間の状態遷移モデルに対応付けられるように、各サブシステムの状態値の更新順序に関する自由度を網羅するように同期実行集合を構築していく。ここで、同期実行集合とは、統合システムを構成するn個のサブシステムの内、各離散時間において同期して状態値が更新されるサブシステムの集合である。そして、同期実行集合を網羅選択し、同期実行リストに追加していく。   In step 1704, a synchronous execution set is constructed so as to cover the degrees of freedom regarding the update order of the state values of each subsystem so as to be associated with the state transition model in discrete time. Here, the synchronous execution set is a set of subsystems whose state values are updated synchronously at each discrete time among n subsystems constituting the integrated system. Then, the synchronous execution set is comprehensively selected and added to the synchronous execution list.

各離散時間において同期実行集合に含めるべきサブシステムの一覧は、リアルタイムでの入出力応答をするサブシステムの応答時間を基準として、各サブシステムの入出力応答時間の相対的な長さ、および不確定性を考慮して決定する。   The list of subsystems to be included in the synchronous execution set at each discrete time is based on the response time of the subsystem that performs real-time input / output responses, and the relative length of each subsystem and the Decide in consideration of determinism.

ステップ1705では、離散時間tのそれぞれについて、同期実行リストに登録された同期実行集合を一つ選択して、ステップ1706において同期実行集合に登録されているサブシステムに対応付けられた状態値は更新し、登録されていないサブシステムに対応付けられた状態値は更新せず、同じ状態値を引き継ぐ。このようにして、離散時刻tにおける状態遷移規則と同期実行集合から遷移元状態値と遷移先状態値の間の制約条件の論理式表現Wを設定する。   In step 1705, for each discrete time t, one synchronous execution set registered in the synchronous execution list is selected, and in step 1706, the state value associated with the subsystem registered in the synchronous execution set is updated. However, the state value associated with the unregistered subsystem is not updated, and the same state value is taken over. In this way, the logical expression W of the constraint condition between the transition source state value and the transition destination state value is set from the state transition rule and the synchronous execution set at the discrete time t.

ステップ1706,1707を、離散時刻tに対応した同期実行リストのすべての同期実行リストに対して行い、生成したこれらの制約条件の論理式表現Wの論理和をとる。これをすべての離散時刻tについて設定する。   Steps 1706 and 1707 are performed on all the synchronous execution lists of the synchronous execution list corresponding to the discrete time t, and the logical expression W of these constraint conditions is generated. This is set for all discrete times t.

ステップ1708では、同期実行リストのエントリごとに得られた論理式の論理和を制約条件に設定する。ステップ1709では、同期実行リストの中から同期実行集合を一つ選択する。   In step 1708, the logical sum obtained for each entry in the synchronous execution list is set as a constraint condition. In step 1709, one synchronization execution set is selected from the synchronization execution list.

ステップ1710は、ステップ906に対応し、ステップ1711は、ステップ907に相当する。ステップ1711は、ステップ908に、ステップ1712はステップ909に相当する。ステップ1714はステップ910に相当し、ステップ1707,1709,1710〜1713で設定した論理式の論理積を設定し、SATソルバを用いて、すべての制約条件を満たす、ステップ1703で不定値のまま宣言した状態遷移列の有無を探索する。ステップ1715はステップ911、ステップ1716はステップ912に相当する。   Step 1710 corresponds to step 906, and step 1711 corresponds to step 907. Step 1711 corresponds to Step 908 and Step 1712 corresponds to Step 909. Step 1714 corresponds to Step 910, sets the logical product of the logical expressions set in Steps 1707, 1709, 1710 to 1713, and satisfies all constraint conditions using the SAT solver. The presence / absence of the state transition sequence is searched. Step 1715 corresponds to step 911, and step 1716 corresponds to step 912.

本実施例では、図18に示すような統合システム1801を対象とし、逆方向の状態遷移経路探索法を応用して、設計不具合を解析する方法を示す。   In this embodiment, an integrated system 1801 as shown in FIG. 18 is targeted, and a method for analyzing a design defect by applying a reverse state transition path search method is shown.

本実施例の説明に先立って、その背景を説明する。   Prior to the description of this embodiment, the background will be described.

従来、高度な情報処理機能、および多種多様な機能を有するサブシステム群を相互接続することで構成される統合システムが存在する。このような統合システムを設計する際、個々のサブシステムの機能要件を個別に定義している段階では容易に発見出来ず、システム統合の段階に到り、サブシステム群を相互接続して稼働させた時点で初めて露呈する不具合がある。この不具合は、当該システムに課された機能要件を満たさない場合、および安全性要件を損なう場合に大別される。   Conventionally, there is an integrated system configured by interconnecting a group of subsystems having advanced information processing functions and various functions. When designing such an integrated system, it cannot be easily discovered at the stage where the functional requirements of individual subsystems are individually defined, but the system integration stage is reached, and subsystems are interconnected and operated. There is a defect that will be exposed for the first time. This failure is broadly classified into cases where the functional requirements imposed on the system are not met and safety requirements are impaired.

このような不具合を招くシステム設計上の複雑さは、システムの規模だけでなく、ハードウェアを汎用化し、所定の機能要件、および安全性要件を実現するための仕組みをソフトウェアに集約させる設計思想に端を発するものである。   The complexity of system design that leads to such defects is not only due to the scale of the system, but also to the design philosophy that generalizes hardware and consolidates the mechanism for realizing predetermined functional requirements and safety requirements into software. It comes from the end.

とは言え、多種多様な機能毎に専用ハードウェアを設計する代わりに、汎用化したハードウェアを再利用して構築したプラットフォーム上に各種機能要件をソフトウェアで実装するアーキテクチャとすることで得られるコスト削減効果は大きく、この傾向は今後も継続していく。   Nonetheless, instead of designing dedicated hardware for a wide variety of functions, the cost of building an architecture that implements various functional requirements in software on a platform built by reusing general-purpose hardware The reduction effect is significant, and this trend will continue.

設計情報の再利用を視野に入れて大規模なシステムを短期間で設計するためには、サブシステム毎の分業により並行して設計作業をすることが有効である。その為に、分割した機能要件を各サブシステムに割り当て、適当なインターフェースを介して相互接続する設計手法が取られてきた。しかし、統合システム全体の機能要件を、各サブシステムの機能要件に分解した時点では明確にされていない、複数機能要件間の競合、または接続元サブシステムおよび接続先サブシステムを連結するインターフェースを介して実現される処理内容の統合時不整合が、前述の不具合を招いてしまう場合がある。   In order to design a large-scale system in a short period of time with a view to reusing design information, it is effective to perform design work in parallel by division of labor for each subsystem. For this purpose, a design method has been adopted in which divided functional requirements are assigned to each subsystem and interconnected via an appropriate interface. However, it is not clarified when the functional requirements of the integrated system as a whole are broken down into functional requirements of each subsystem, or through an interface between multiple functional requirements or an interface that connects the connecting subsystem and the connecting subsystem. Inconsistencies in the integration of processing contents realized in this way may lead to the above-mentioned problems.

主たる機能要件を実現する手段を専用ハードウェアに依存してきた既存システムの設計では、個々のハードウェアサブシステムに割り当てる機能要件の数は単数または少数であり、また各サブシステムの入出力関係や応答時間、およびサブシステム間のインターフェースの入出力仕様は、共に明確に規定されてきた。このため、確定的な応答時間、予測可能な入出力応答動作しかしないことから、機能要件間の競合、およびインターフェースの不整合に起因する不具合は顕在化しにくかった。   In existing system designs that have relied on dedicated hardware as the means to achieve the main functional requirements, the number of functional requirements assigned to each hardware subsystem is singular or small, and the input / output relationships and responses of each subsystem. Both time and I / O specifications for interfaces between subsystems have been clearly defined. For this reason, since there is only a definite response time and a predictable input / output response operation, it is difficult to reveal defects due to conflicts between functional requirements and interface mismatch.

しかし、主要な機能要件をソフトウェアに多数集積していく過程では、多くの機能要件を複数のサブシステムに分割して割り当てることから、一つのサブシステムに複数の機能要件をソフトウェアで実現していくことになる。この際には、ソフトウェアで実現可能な処理の性質を考慮した設計が求められる。   However, in the process of accumulating many major functional requirements in software, many functional requirements are divided and assigned to multiple subsystems, so multiple functional requirements are implemented in software in one subsystem. It will be. In this case, a design that takes into consideration the nature of processing that can be realized by software is required.

第一の性質は、一度に一つの入出力処理動作しかできないことである。このため、個々のサブシステムに割り当てた複数の機能要件を同時に実行できない場合には、機能要件間の競合という形で不具合が顕在化し、規定外の入出力は入出力インターフェースの不整合という形で不具合が顕在化する。   The first property is that only one input / output processing operation can be performed at a time. For this reason, when multiple functional requirements assigned to individual subsystems cannot be executed at the same time, a failure becomes apparent in the form of conflicts between functional requirements, and unspecified I / O is in the form of inconsistent I / O interfaces. A defect becomes apparent.

第二の性質は、応答時間が非決定的であることである。特に、統合システムの機能要件は、ソフトウェアで実装した複数のサブシステム群を並行動作させて実現されることになるが、各サブシステムの応答時間が非決定的であるために、システム統合時点で、各サブシステムの挙動の総体として実現されるはずの統合システム全体の動作が、非確定的になってしまうことがある。これも不具合を招く原因となり得る。   The second property is that the response time is non-deterministic. In particular, the functional requirements of the integrated system are realized by operating a plurality of subsystem groups implemented in software in parallel, but since the response time of each subsystem is non-deterministic, at the time of system integration, The operation of the entire integrated system, which should be realized as the overall behavior of each subsystem, may become indeterminate. This can also cause trouble.

第三の性質は、ソフトウェア自体の不具合、または規定外の入力に対して、ソフトウェア実装部の出力が予測不能となる点である。これは、特に系統化した統合システムのテストをして機能要件または安全性要件に対する違反を検証する際に、これらの不具合を発見することを困難にし得る。   The third property is that the output of the software implementation unit becomes unpredictable due to a malfunction of the software itself or an input that is not specified. This can make it difficult to find these deficiencies, especially when testing systematic integrated systems to verify violations of functional or safety requirements.

実際、これらの不具合が発見された場合にも、各サブシステムの応答時間の予測性の為に不具合を再現することが困難な場合が多い。   In fact, even when these defects are discovered, it is often difficult to reproduce the defects because of the predictability of the response time of each subsystem.

高安全性を要求される統合システムにおいてこのような不具合が無いことを確認することは、高信頼システム設計上の課題の一つである。このようなシステムでは、ハードウェア故障に対処するために内部冗長性を備え、障害発生時に安全状態に留まるか、または動作継続を可能とする事を安全性要件として設定して、これをソフトウェアで実装する。ハードウェア故障に対して、冗長化したハードウェアが有効に機能するようにソフトウェア処理を実現する場合には、前記のようなソフトウェア実装に伴う副作用なく、耐障害機能に関する安全性要件に違反する不具合を発見し、対処することが好ましい。   It is one of the problems in designing a highly reliable system to confirm that there is no such problem in an integrated system that requires high safety. In such a system, internal redundancy is provided to cope with hardware failure, and it is set as a safety requirement to remain in a safe state in the event of a failure or to be able to continue operation. Implement. When implementing software processing so that redundant hardware functions effectively in response to hardware failure, there is no side effect associated with software implementation as described above, which violates safety requirements related to fault-tolerant functions. It is preferable to discover and deal with.

本実施例の設計不良解析装置は、上述の状況に対して効果を奏するものであり、以下に具体的に説明する。   The design failure analysis apparatus of the present embodiment is effective for the above-described situation, and will be specifically described below.

本実施例の設計不良解析装置は、システムが複数相互接続される統合システムを対象とし、統合システムが正常時に充足するべき機能要件を開始時条件として設定し、統合システムの異常状態を終了時条件とし、状態遷移経路有無判定手段は、状態遷移モデルの中に、終状態値から初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定し、状態遷移経路有無判定手段によって、終状態値から初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、統合システムの設計不良が存在すると判定する。   The design failure analysis apparatus according to the present embodiment targets an integrated system in which a plurality of systems are interconnected, sets functional requirements that should be satisfied when the integrated system is normal, as a start condition, and sets an abnormal condition of the integrated system as an end condition. The state transition path presence / absence determining means determines whether there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value in the state transition model. When it is determined that there is a state transition path that reaches the initial state value from the value, it is determined that there is a design failure of the integrated system.

まず、本実施例の設計不良解析装置の解析対象となる図18の統合システム1801について説明する。統合システム1801は、コントローラ1803、アクチュエータ1804、制御対象1806、センサ1807、およびセーフティモニタ1805を相互接続して構成され、この統合システム1801がオペレーション装置1802によって操作される。なお、オペレーション装置1802は、操作者からの入力によって操作内容が決定される場合と、オペレーション装置1802内の処理によって操作内容が決定される場合とがある。   First, the integrated system 1801 in FIG. 18 that is an analysis target of the design failure analysis apparatus of this embodiment will be described. The integrated system 1801 is configured by interconnecting a controller 1803, an actuator 1804, a control target 1806, a sensor 1807, and a safety monitor 1805, and the integrated system 1801 is operated by an operation device 1802. Note that the operation device 1802 may have an operation content determined by an input from the operator or an operation content determined by processing in the operation device 1802.

オペレーション装置1802と統合システム1801とは、図示されたインターフェースを介して非同期で接続されている。オペレーション装置1802は、操作者が規定された操作手順に従って入力を行うことや、オペレーション装置1802内の処理によって動作順序が変化するものであるため、動作順序毎に割り当てた内部状態を遷移する状態遷移モデルとして表現することができる。   The operation device 1802 and the integrated system 1801 are connected asynchronously via the illustrated interface. Since the operation device 1802 performs input according to an operation procedure prescribed by the operator or the operation order changes depending on the processing in the operation device 1802, the state transition that changes the internal state assigned for each operation order It can be expressed as a model.

オペレーション装置1802と統合システムとの間のインターフェースについて説明する。boot信号は、統合システムの起動・停止を制御するレベル信号である。grant信号は、起動後の動作開始と終了を指示するパルス信号であり、command信号は動作開始後に制御命令を行うパルス信号である。オペレーション装置1802からコントローラにcommand信号が入力されると、これを受け付けたコントローラは、アクチュエータに対して制御コマンドControl input信号を出力する。error信号は、統合システム内でエラーが発生した場合に、オペレーション装置1802が受け取るエラー情報に関するパルス信号である。   An interface between the operation device 1802 and the integrated system will be described. The boot signal is a level signal for controlling start / stop of the integrated system. The grant signal is a pulse signal that instructs the start and end of the operation after startup, and the command signal is a pulse signal that issues a control command after the operation starts. When a command signal is input from the operation device 1802 to the controller, the controller that receives the command signal outputs a control command Control input signal to the actuator. The error signal is a pulse signal related to error information received by the operation device 1802 when an error occurs in the integrated system.

統合システムを構成する個々のサブシステムはそれぞれの動作モード毎に内部状態を有している。また、アクチュエータ、制御対象、センサの入出力応答時間は十分に短いため、リアルタイムで同期動作するものとみなされる。   Individual subsystems constituting the integrated system have an internal state for each operation mode. In addition, since the input / output response times of the actuator, the controlled object, and the sensor are sufficiently short, it is considered that they operate synchronously in real time.

一方、コントローラ、セーフティモニタの入出力応答はソフトウェアで実装されているため、入出力応答時間が不確定となる。そのため、この二つのサブシステムと、同期動作する前記3つのサブシステムとは、互いに非同期で動作する状態で相互接続されている。   On the other hand, the input / output response of the controller and safety monitor is implemented by software, so the input / output response time is indeterminate. Therefore, these two subsystems and the three subsystems that operate synchronously are interconnected in a state of operating asynchronously with each other.

オペレーション装置1802は、所定の操作手順に対応した内部状態を有しており、状態値がOffから、状態値Bootに遷移して、boot信号を1にセットする。続いて状態値Grantに遷移して、boot信号を1にしたまま、パルス信号であるgrant信号に1をセットする。状態値をOperateに遷移している間は、command信号値に適当な制御命令を設定し続ける。統合システム1805を停止させたい場合には、状態値Shutdownに遷移して、再度パルス信号であるgrant信号に1をセットし、最後に状態値Offに遷移してboot信号値を0にクリアする。状態値がOperateにある時に、error信号を経由してパルス信号であるエラー情報を受け取ると、状態値Error_handlingに遷移して、統合システムの動作を終了させるために、パルス信号であるgrant信号値に1をセットし、続いて状態値Shutdownに遷移する。   The operation device 1802 has an internal state corresponding to a predetermined operation procedure, and the state value transitions from Off to the state value Boot, and the boot signal is set to 1. Subsequently, transition is made to the state value Grant, and while the boot signal is kept at 1, 1 is set to the grant signal which is a pulse signal. While the state value is transiting to Operate, an appropriate control command is continuously set to the command signal value. When the integrated system 1805 is to be stopped, the state is changed to the state value Shutdown, 1 is again set to the grant signal which is a pulse signal, and finally the state value Off is changed to clear the boot signal value to 0. When error information that is a pulse signal is received via the error signal when the state value is Operate, the state value Error_handling is entered and the grant signal value that is a pulse signal is used to terminate the operation of the integrated system. Set 1 and then transition to state value Shutdown.

コントローラ1803は、内部状態が停止状態(Off)にある時に、オペレーション装置1802からboot信号を受け付けると内部状態値をIdleに更新する。この時点では、出力信号Control_input,monitor_enable共に0とする。内部状態がIdleにある時にオペレーション装置1802からgrant信号を受け取ると、内部状態値をOperateに遷移させ、monitor_enable信号を1にセットする。   When the controller 1803 receives a boot signal from the operation device 1802 while the internal state is in the stopped state (Off), the controller 1803 updates the internal state value to Idle. At this time, both the output signals Control_input and monitor_enable are set to 0. When the grant signal is received from the operation device 1802 when the internal state is Idle, the internal state value is changed to Operate and the monitor_enable signal is set to 1.

セーフティモニタ1805は、コントローラ1803から動作開始・終了を指示するレベル信号であるmonitor_enable信号を受け取り、内部状態値をOffからOnに遷移させる。内部状態値がOnの時のみ、アクチュエータの動作を許可するために、レベル信号であるactuator_enable信号を1にセットする。   The safety monitor 1805 receives a monitor_enable signal that is a level signal instructing operation start / end from the controller 1803, and changes the internal state value from Off to On. Only when the internal state value is On, the actuator_enable signal, which is a level signal, is set to 1 in order to permit the operation of the actuator.

アクチュエータ1804は、セーフティモニタからのレベル信号であるactuator_enableが1にセットされている時のみ内部状態値をOnに遷移させ、コントローラからの入力信号Control_inputを受け付けてPhysical_effect信号を出力する。   The actuator 1804 changes the internal state value to On only when the actuator_enable which is a level signal from the safety monitor is set to 1, and receives the input signal Control_input from the controller and outputs the Physical_effect signal.

コントローラの内部状態値がOperateにある限りは、オペレーション装置1802から受け付けたcommand信号値を、Control_inputにセットする。アクチュエータは、このControl_input信号に対して、制御対象に対してPhysical_effect信号を入力し、センサは制御対象の状態を計測して、Y_out信号値をセーフティモニタに出力する。セーフティモニタは、センサから受け取った値を適当に処理して、Y_out_mon信号をコントローラに出力する。   As long as the internal state value of the controller is in Operate, the command signal value received from the operation device 1802 is set in Control_input. In response to this Control_input signal, the actuator inputs a Physical_effect signal to the controlled object, and the sensor measures the state of the controlled object and outputs a Y_out signal value to the safety monitor. The safety monitor appropriately processes the value received from the sensor and outputs a Y_out_mon signal to the controller.

セーフティモニタがセンサから受け取った計測値が異常である場合には、内部状態値をStopに遷移させ、レベル信号であるactuator_enable信号を0にクリアし、コントローラに対して異常値を知らせるY_out_mon信号を出力する。併せて内部状態値をOffに更新して、アクチュエータを継続動作出来ないようにして統合システム全体の安全を図る。   If the measurement value received from the sensor by the safety monitor is abnormal, the internal state value is changed to Stop, the actuator_enable signal, which is a level signal, is cleared to 0, and the Y_out_mon signal that informs the controller of the abnormal value is output. To do. At the same time, the internal state value is updated to Off so that the actuator cannot be continuously operated to ensure the safety of the entire integrated system.

コントローラは、Y_out_mon信号値が異常でなければ内部状態値をOperateのまま維持して動作を継続し、異常値であれば内部状態値をError_handling値に更新する。また、内部状態値がOperateの時に、パルス信号であるgrant信号をオペレーション装置1802から受け取った場合には、内部状態値をIdleに更新し、動作を終了する。引き続いてレベル信号であるboot信号値が0にセットされた場合には内部状態値をOffに更新し、コントローラは動作停止させ、統合システム全体を停止させる。   If the Y_out_mon signal value is not abnormal, the controller continues the operation while maintaining the internal state value as Operate, and if it is an abnormal value, the controller updates the internal state value to the Error_handling value. When the grant signal which is a pulse signal is received from the operation device 1802 when the internal state value is Operate, the internal state value is updated to Idle, and the operation ends. Subsequently, when the boot signal value, which is a level signal, is set to 0, the internal state value is updated to Off, the controller stops operating, and the entire integrated system stops.

このように設計された統合システム1801に対して、本実施例のシステム解析装置によるシステム解析を説明する。検証者は、センサ故障が発生しても統合システム全体が安全である、という安全性要件を設定し、これが実現されることを検証したいとする。具体的には、検証者は、センサ故障に伴いセーフティモニタが異常値を検出すると、オペレータが統合システムからerror信号値を受け取り、所定の操作手順に従ってboot信号値を0にクリアして統合システムを停止させることにより、統合システムが安全である事を検証したいとする。   With respect to the integrated system 1801 designed in this way, system analysis by the system analysis apparatus of this embodiment will be described. The verifier sets safety requirements that the entire integrated system is safe even if a sensor failure occurs, and wants to verify that this is realized. Specifically, when the safety monitor detects an abnormal value due to a sensor failure, the verifier receives the error signal value from the integrated system and clears the boot signal value to 0 according to a predetermined operation procedure. Suppose you want to verify that the integrated system is safe by stopping it.

設計時点で想定していた、この安全性要件を満たすような動作順序のタイムチャートを図19に示す。図19によると、オペレータの内部状態State_Operator値は、Off、Boot、Grant、Operateと遷移していき、統合システム動作中に発生したセンサ故障を経て、Error_handling、Shutdown、Offへと遷移して終了することを想定して設計されている。   FIG. 19 shows a time chart of an operation order that satisfies this safety requirement, which is assumed at the time of design. According to FIG. 19, the operator's internal state State_Operator value transitions to Off, Boot, Grant, and Operate, and through a sensor failure that occurs during operation of the integrated system, transitions to Error_handling, Shutdown, and Off, and ends. It is designed with that in mind.

しかし、この統合システムがこのように想定した通りの動作をしない場合があることを本システム解析装置によって発見出来ることを示したのが、図20である。   However, FIG. 20 shows that this system analysis apparatus can find out that this integrated system may not operate as expected.

この検証例では、検証者は、故障が無い通常動作時に取りうるすべての内部状態のいずれかをとることを開始時条件とし、また、オペレータの内部状態State_OperatorがOff状態にあり、かつ統合システムが動作継続状態にあること、つまりコントローラの内部状態値State_ControlがOperateとなっていることを終了時条件として設定する。   In this verification example, the verifier assumes that all of the internal states that can be taken during normal operation without a failure are taken as a start condition, the operator's internal state State_Operator is in the Off state, and the integrated system is It is set as an end condition that the operation is continued, that is, that the internal state value State_Control of the controller is Operate.

検証者がこのような条件の設定を入力装置を用いてシステム解析装置に入力すると、システム解析装置は図17に示した手順で解析を行う。   When the verifier inputs the setting of such conditions to the system analysis device using the input device, the system analysis device performs analysis according to the procedure shown in FIG.

なお、図17のステップ1704における同期実行集合、及び、同期実行リストについて説明する。まず、オペレーション装置1802と、コントローラ1803と、セーフティモニタ1805は、それそれが非同期で動作し得るサブシステムである。また、アクチュエータ、センサ(場合によっては制御対象)等のリアルタイムで応答するシステムも一つのアナログなサブシステム(リアルタイム応答サブシステム)とみなすことができる。従って、図18に示す統合システム1801には、サブシステムとして、コントローラ1803と、セーフティモニタ1805と、上述したリアルタイム応答サブシステムが含まれている。   The synchronous execution set and the synchronous execution list in step 1704 in FIG. 17 will be described. First, the operation device 1802, the controller 1803, and the safety monitor 1805 are subsystems that can operate asynchronously. A system that responds in real time, such as an actuator or a sensor (in some cases, a controlled object) can also be regarded as one analog subsystem (real-time response subsystem). Therefore, the integrated system 1801 shown in FIG. 18 includes a controller 1803, a safety monitor 1805, and the above-described real-time response subsystem as subsystems.

なお、オペレーション装置1802は、統合システム1801に含まれるサブシステムではないが、操作者の操作と統合システム1801とが非同期であるという点で、非同期で動作するサブシステムとみなすことができる。   The operation device 1802 is not a subsystem included in the integrated system 1801, but can be regarded as a subsystem that operates asynchronously in that the operation of the operator and the integrated system 1801 are asynchronous.

そして、これら4つのサブシステムは、互いに動作が同期する場合と、同期しない場合とがあり、同期して動作する場合にはこれを一つの同期実行集合として括る。このような同期実行集合のパターンとしては、表1に示すように8つあり、これが同期実行リストに登録されている。   These four subsystems may or may not synchronize with each other. When they operate in synchronism, they are grouped as one synchronous execution set. As shown in Table 1, there are eight patterns of such synchronous execution sets, which are registered in the synchronous execution list.

Figure 2017174471
Figure 2017174471

そして、システム解析装置は、図20に示すタイムチャートの形式で出力装置に結果を出力する。図20は、終了時条件を満たす終状態に到る状態遷移経路がタイムチャートの形で提示されている。   Then, the system analysis device outputs the result to the output device in the form of a time chart shown in FIG. In FIG. 20, a state transition route to a final state that satisfies the end time condition is presented in the form of a time chart.

ここで、統合システム1801はサブシステム及び統合システムがとり得る状態値が十分多く、これらの状態値を例えば図8に示すような有向グラフで表そうとすると複雑になるため、タイムチャートの形式が採用されている。但し、有向グラフとタイムチャートとは、状態値及び状態遷移経路を表示するという意味で本質的には同様であり、例えば、タイムチャートを離散時間ごとに縦割りにして得られる一列の各信号値のセットが一つの状態値を表している。また、このタイムチャートは、指定した開始時条件、終了時条件の元で逆方向の状態遷移経路探索の結果得られる状態遷移経路の一つであり、同様の検索条件を用いてSATソルバが複数の状態遷移経路を発見した場合にはそれぞれの状態遷移経路に対応するタイムチャートが出力される。   Here, the integrated system 1801 has a sufficiently large number of state values that can be taken by the subsystem and the integrated system, and it becomes complicated to express these state values with a directed graph as shown in FIG. Has been. However, the directed graph and the time chart are essentially the same in the sense that the state value and the state transition path are displayed. For example, each of the signal values in a line obtained by dividing the time chart vertically for each discrete time is shown. A set represents one state value. This time chart is one of the state transition paths obtained as a result of the state transition path search in the reverse direction under the specified start time condition and end time condition, and a plurality of SAT solvers can be obtained using the same search condition. When a state transition path is found, a time chart corresponding to each state transition path is output.

図20では、オペレーション装置1802が統合システムの動作を終了させるために、パルス信号であるgrant信号を1にセットした時点と、統合システム内部でセンサ故障が発生し、続いてオペレーション装置1802にエラー情報を伝達するためにerror信号値を1にセットした時点とが、図19のように想定していた更新順序と異なっていることが見いだせる。   In FIG. 20, the operation device 1802 sets the grant signal, which is a pulse signal, to end the operation of the integrated system, a sensor failure occurs in the integrated system, and error information is then sent to the operation device 1802. It can be found that the time point when the error signal value is set to 1 to transmit the error is different from the assumed update order as shown in FIG.

この不具合を招いた原因は、オペレーション装置1802と統合システムは互いに非同期で動作しており、オペレーション装置1802がエラー情報を取得する前に統合システムの終了処理を試行するが、この際、コントローラがオペレーション装置1802からgrant信号を受け取る処理と、エラー情報をオペレーション装置1802に送信する処理の更新順序について自由度があるためである。   The cause of this failure is that the operation device 1802 and the integrated system operate asynchronously with each other, and the operation device 1802 tries to terminate the integrated system before acquiring error information. This is because there is a degree of freedom in the update order of the process for receiving a grant signal from the apparatus 1802 and the process for transmitting error information to the operation apparatus 1802.

特に、コントローラの入出力関係を制御する内部状態が、error信号値を1にセットした後すぐにオペレーション装置1802からのgrant信号値を受け取っているにも関わらず、これを受け取ることが出来ずに状態値Idleに遷移してしまっている。   In particular, the internal state that controls the input / output relationship of the controller cannot receive this even though it has received the grant signal value from the operation device 1802 immediately after setting the error signal value to 1. Transition to state value Idle.

これは、コントローラの内部状態値を更新するソフトウェアが、error信号値を1にセットする処理を実行している途中で、オペレーション装置1802から受け取ったgrant信号値が1であることを同時に取得して、適切な状態値に遷移させることが出来ていないというソフトウェア実装上の性質による。   This is because when the software that updates the internal state value of the controller is executing the process of setting the error signal value to 1, it simultaneously acquires that the grant signal value received from the operation device 1802 is 1. Due to the nature of software implementation that it is not possible to transition to an appropriate state value.

そのため、この時点で受け取るパルス信号grant値は、コントローラの内部状態値をIdleからOperateに遷移させてしまっている。   Therefore, the pulse signal grant value received at this time causes the internal state value of the controller to transition from Idle to Operate.

一方、オペレーション装置1802若しくは操作者はこの事を知ることが出来ず、コントローラの状態値State_ControlをOperateからIdleに遷移させて、boot信号値を0にクリアすることで停止させるようとしている。しかし、状態値State_ControlがOperateに遷移してしまったコントローラは、オペレーション装置1802からのレベル信号であるboot信号が0であることを取得しても、状態値Offに遷移することが出来ないまま、状態値Operateを維持し続けてしまっている。生成されたタイムチャートから、たしかに前述の安全性要件に違反してしまっていることが明らかになる。   On the other hand, the operation device 1802 or the operator cannot know this, and changes the controller state value State_Control from Operate to Idle and clears the boot signal value to 0 to stop the operation. However, the controller whose state value State_Control has transitioned to Operate cannot obtain the state signal Off even if it acquires that the boot signal, which is a level signal from the operation device 1802, is 0. The state value Operate has been maintained. From the generated time chart, it becomes clear that the above-mentioned safety requirement has been violated.

この設計上の不具合を招いた一つの要因は、オペレーション装置1802と統合システムとを接続するインターフェースの設計にあり、特に統合システムの動作開始と終了を制御するために、パルス信号としてgrant信号値を実装してしまったことにある。   One factor causing this design failure is the design of the interface that connects the operation device 1802 and the integrated system. In particular, in order to control the start and end of the operation of the integrated system, the grant signal value is used as a pulse signal. It has been implemented.

本実施例では、実施例3で説明したような設計不具合の解析方法を用いて、統合システムを構成するサブシステムに障害が発生した後、障害部位を除いた統合システムの動作継続可能性を判定し、可能であれば自動復旧をさせる機能を有する自律動作装置を示す。   In this embodiment, using the design failure analysis method described in the third embodiment, after a failure occurs in a subsystem constituting the integrated system, it is determined whether the integrated system can continue to operate except for the failed portion. An autonomous operation device having a function of performing automatic recovery if possible is shown.

本実施例の自律動作装置は、他の実施例で説明されたようなシステム解析装置を含むものであり、システムが複数相互接続される統合システムと、統合システムの動作中に、システムの故障を検出する故障検出手段と、故障が発生したシステムの排除を制約条件として追加する制約条件追加手段と、システム解析装置によって故障したシステムを排除した状態での動作継続可能性を判定する動作継続可能性判定手段とを備え、統合システムが正常時に充足する機能要件を開始時条件として設定し、システムの故障によって発生する統合システムの異常状態を終了時条件とし、動作継続可能性判定手段は、状態遷移経路有無判定手段によって、終状態値から初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、動作継続可能と判定する。   The autonomous operation device of this embodiment includes a system analysis device as described in other embodiments, and an integrated system in which a plurality of systems are interconnected, and a system failure is detected during operation of the integrated system. Failure detection means to detect, restriction condition addition means to add the exclusion of the system in which the failure occurred as a restriction condition, and possibility of continuation of operation to determine the continuity of operation in a state where the failed system is excluded by the system analyzer A function means that the integrated system satisfies when the integrated system is normal is set as a start condition, an abnormal state of the integrated system caused by a system failure is set as an end condition, and the operation continuity determining means is a state transition If the path presence / absence determining means determines that there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value, the operation can be continued. A constant.

図21は、停止状態から起動処理を経て、通常動作時の状態遷移までの過程、さらにサブシステムの障害によりハザードに相当する終了時条件END1、END2を満たす状態を含む、統合システム全体の状態遷移グラフを示したものである。   FIG. 21 shows the state transition of the entire integrated system including the process from the stop state to the state transition at the normal operation, and the state satisfying the end conditions END1 and END2 corresponding to the hazard due to the failure of the subsystem. A graph is shown.

実施例3に示した不具合解析を経て、設計時点で想定するサブシステムの障害の組み合わせでは、終了時条件END1、END2を満たす状態に到る状態遷移経路が無いことが検証されているとする。   It is assumed that, through the failure analysis shown in the third embodiment, it is verified that there is no state transition path that reaches the state satisfying the end conditions END1 and END2 in the combination of subsystem failures assumed at the time of design.

この時、この統合システムを構成するサブシステムが何らかの障害を起こし、予測不能な動作をした事を検出した時点から、障害要因を除去し、動作継続の可否を自律的に判定する機能を実現したい。   At this time, we want to realize a function that removes the cause of the failure and autonomously determines whether or not the operation can be continued from the time when it is detected that the subsystem constituting the integrated system has caused some kind of failure and has performed an unpredictable operation. .

少なくとも想定した故障モードのいずれかが発生した場合には、ハザード状態に到ることは無い事は設計段階で検証出来る。しかし、障害の形態、および障害を起こしたサブシステムの組み合わせによっては、この統合システムが継続動作できるかどうかは定かではない。   If at least one of the assumed failure modes occurs, it can be verified at the design stage that the hazard state is not reached. However, it is not certain whether this integrated system can continue to operate depending on the type of failure and the combination of subsystems in which the failure has occurred.

事前に明示的な障害復旧処理の手順を組み込んでいない場合には、実際には動作継続可能なシステムの再構成方法があったとしても、安全性要件を満たすように動作停止せざるを得ず、結果としてこの統合システムの稼働率を十分に高められないおそれがある。   If an explicit failure recovery procedure is not incorporated in advance, even if there is a system reconfiguration method that can actually continue operation, it must be stopped to meet the safety requirements. As a result, the operating rate of the integrated system may not be sufficiently increased.

しかし、障害を起こしたサブシステムに適切な処理、例えば機能停止を施した上で、「停止状態から通常動作状態に必ず到達出来ること」、「通常動作状態から停止状態に到達出来ること」、「障害を起こしたサブシステムの内部状態を機能停止状態に指定した上で、通常動作状態からハザード条件に相当する終了時条件END1,END2に相当する状態に到達する状態遷移経路が存在しないこと」が検証できるならば、当該サブシステムの障害にも関わらず、安全性要件を満たしながら継続動作出来ることとなる。従って、これを統合システムに自力で判断させれば、オペレータや設計者のマニュアル操作を介すること無く、自力復旧・動作を再開出来る。   However, after performing appropriate processing for the failed subsystem, for example, stopping the function, it must be possible to reach the normal operating state from the stopped state, to be able to reach the stopped state from the normal operating state, There is no state transition path to reach the state corresponding to the end conditions END1 and END2 corresponding to the hazard condition from the normal operation state after designating the internal state of the subsystem that has caused the failure as a function stop state. If it can be verified, it can continue to operate while satisfying the safety requirements despite the failure of the subsystem. Therefore, if this is determined by the integrated system on its own, the self-recovery / operation can be resumed without the manual operation of the operator or the designer.

図22は、具体的な判定手順を示す。   FIG. 22 shows a specific determination procedure.

ステップ2201では、まず故障したサブシステムkを特定する。続いて、ステップ2202、ステップ2203で、故障したサブシステムkの影響を排除出来る状態(例えば停止状態)に指定する制約条件REMOVE_FAULTを設定する。そして、以降の処理においてサブシステムkの影響を排除させたままで、動作継続可能であるか判定する。   In step 2201, first, the failed subsystem k is identified. Subsequently, in step 2202 and step 2203, a constraint condition REMOVE_FAULT that designates a state (for example, a stopped state) that can eliminate the influence of the failed subsystem k is set. Then, in the subsequent processing, it is determined whether the operation can be continued while eliminating the influence of the subsystem k.

ステップ2204では、起動可能性を判定する。つまり、停止状態から起動処理開始条件を満たし、且つ通常動作状態に遷移出来ない状態が継続するような状態遷移列X(t)が存在するか否かを判定する。詳細な処理手順は、図23に記載の通りである。ステップ2204に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在する場合には、起動できない場合があることを意味するため、動作継続不能であると判定出来ることから、ステップ2208に遷移し、処理を終了する。逆に、ステップ2204に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在しない場合には、少なくとも停止状態から必ず起動処理を開始出来ることが分かる。   In step 2204, the possibility of activation is determined. That is, it is determined whether or not there exists a state transition sequence X (t) that satisfies a start process start condition from the stop state and continues a state that cannot be changed to the normal operation state. The detailed processing procedure is as described in FIG. If there is a state transition sequence that satisfies the constraints described in step 2204, it means that it may not be possible to start, so it can be determined that the operation cannot be continued, so the process transitions to step 2208 and the process ends. To do. Conversely, if there is no state transition sequence that satisfies the constraint conditions described in step 2204, it can be seen that the startup process can always be started at least from the stopped state.

この場合には、引き続いてステップ2205で、停止可能性を判定する。つまり、通常動作状態から停止処理開始条件を満たし、且つ停止状態に遷移出来ない状態が継続するような状態遷移列X(t)が存在するか否か判定する。   In this case, subsequently, in step 2205, the possibility of stoppage is determined. That is, it is determined whether or not there exists a state transition sequence X (t) that satisfies the stop process start condition from the normal operation state and continues the state that cannot be changed to the stop state.

詳細な処理手順は、図24に記載の通りである。ステップ2205に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在する場合には、安全に停止出来ない場合があることを意味するため、ステップ2208に遷移し、処理を終了する。   The detailed processing procedure is as shown in FIG. If there is a state transition sequence that satisfies the constraint condition described in step 2205, it means that it may not be possible to stop safely. Therefore, the process proceeds to step 2208 and the process is terminated.

逆に、ステップ2205に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在しない場合には、少なくとも通常動作状態から必ず停止処理を完了出来ることが分かる。この場合には、引き続いてステップ2206で、ハザード条件1,2に相当する安全性要件違反を招く状態遷移列の有無を判定する。   Conversely, if there is no state transition sequence that satisfies the constraint condition described in step 2205, it can be seen that the stop process can always be completed at least from the normal operation state. In this case, subsequently, in step 2206, it is determined whether or not there is a state transition sequence that causes a safety requirement violation corresponding to the hazard conditions 1 and 2.

詳細な処理手順は図25に記載の通りである。ステップ2206に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在する場合には、通常動作中にハザード状態に遷移する場合があるため、動作継続不能であると判定出来ることから、ステップ2208に遷移し、処理を終了する。   The detailed processing procedure is as shown in FIG. If there is a state transition sequence that satisfies the constraints described in step 2206, it may be determined that the operation cannot be continued because there may be a transition to a hazard state during normal operation. The process ends.

逆に、ステップ2206に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在しない場合には、少なくとも通常動作中にはハザードが起こらないことが分かる。   Conversely, if there is no state transition sequence that satisfies the constraint conditions described in step 2206, it can be seen that no hazard occurs at least during normal operation.

この場合には、引き続いてステップ2207で、通常動作の継続可能性を判定する。   In this case, subsequently, in step 2207, it is determined whether the normal operation can be continued.

詳細な処理手順は図26に記載の通りである。ステップ2207に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在する場合には、動作中に、通常動作状態を逸脱する形で通常動作が中断する場合がある事が分かるため、ステップ2208に遷移し、処理を終了する。   The detailed processing procedure is as shown in FIG. If there is a state transition sequence that satisfies the constraints described in step 2207, it can be seen that the normal operation may be interrupted in a manner that deviates from the normal operation state during the operation. The process ends.

逆に、ステップ2207に記載の制約条件を満たす状態遷移列が存在しない場合には、通常動作を継続出来るため、ステップ2209に遷移し、動作を再開する過程である一連の起動処理を開始し、通常動作状態に到達した時点で自動復旧を終了する。   Conversely, if there is no state transition sequence that satisfies the constraint conditions described in step 2207, normal operation can be continued, so a transition is made to step 2209 to start a series of startup processing that is a process of restarting the operation. Automatic recovery ends when the normal operation state is reached.

図23は、ステップ2204において評価対象となる制約条件を構築する具体的な手順を示す。   FIG. 23 shows a specific procedure for constructing a constraint condition to be evaluated in step 2204.

ステップ2301では、統合システムの起動を指示する制約条件を設定する。   In step 2301, a constraint condition for instructing activation of the integrated system is set.

ステップ2302では、停止状態を定義する制約条件NORM2と、起動処理状態を定義する制約条件NORM3を設定する。
ステップ2303ではさらに、故障したサブシステムkを排除する制約条件を追加して、SATソルバを用いてこの制約条件を充足する状態遷移列の有無を判定する。充足解が無ければステップ2306に遷移して処理を終了する。
In step 2302, a constraint condition NORM2 that defines the stop state and a constraint condition NORM3 that defines the activation process state are set.
In step 2303, a constraint condition that eliminates the failed subsystem k is added, and the presence or absence of a state transition sequence that satisfies this constraint condition is determined using a SAT solver. If there is no satisfactory solution, the process proceeds to step 2306 to end the process.

逆に充足解がある場合には少なくとも停止状態から起動処理を開始出来ることが分かった為、ステップ2304に進む。   On the other hand, if there is a satisfactory solution, it has been found that the startup process can be started at least from the stopped state, and thus the process proceeds to step 2304.

ステップ2304では、故障したサブシステムkを排除して、ハザード条件1,2に対応する制約条件を満たさないこと、通常動作状態を与える制約条件を併せて、一つ以上の状態値が存在するか否かを、SATソルバを用いて判定する。   In step 2304, whether or not there is one or more state values in addition to the failure condition of the subsystem k being excluded and not satisfying the constraint conditions corresponding to the hazard conditions 1 and 2, and the constraint condition giving the normal operation state. Whether or not is determined using a SAT solver.

ステップ2304に記載の制約条件を満たす状態値が存在しない場合にはステップ2306に遷移して処理を終了する。   If there is no state value that satisfies the constraint conditions described in step 2304, the process proceeds to step 2306 to end the process.

逆に存在する場合には、ハザード条件1,2を満たさずに動作継続可能な状態が存在するため、ステップ2305に遷移する。   On the other hand, if it exists, there is a state where the operation can be continued without satisfying the hazard conditions 1 and 2, and the process proceeds to Step 2305.

ステップ2305では、故障したサブシステムkを排除した上で、起動した後に、通常動作状態に遷移出来ない状態が継続するような状態遷移列の有無を判定する。   In step 2305, after the failed subsystem k is excluded, it is determined whether or not there is a state transition sequence in which a state incapable of transitioning to the normal operation state continues after startup.

そのような状態遷移列が存在する場合には、停止状態から抜けて起動処理を開始しても、継続して動作継続状態を維持できないことが分かるため、ステップ2306に遷移して処理を終了する。   If such a state transition sequence exists, it is understood that even if the start process is started after exiting the stop state, it is understood that the operation continuation state cannot be maintained continuously, so the process proceeds to step 2306 and the process is terminated. .

逆に、そのような状態遷移列が存在しない場合には、必ず起動後には通常動作状態に到達することが出来ることが分かるため、ステップ2307に遷移して処理を終了する。   On the contrary, when such a state transition sequence does not exist, it can be seen that the normal operation state can be reached after startup without fail, so that the process proceeds to step 2307 and ends.

図24は、ステップ2205において評価対象となる制約条件を構築する具体的な手順を示す。   FIG. 24 shows a specific procedure for constructing a constraint condition to be evaluated in step 2205.

ステップ2401では、統合システムの停止を指示する制約条件を設定する。   In step 2401, a constraint condition for instructing stop of the integrated system is set.

ステップ2402では、故障したサブシステムkを排除しながら、ハザード条件1,2に対応する制約条件を満たさない通常動作状態に相当する状態値の有無を判定する。   In step 2402, it is determined whether or not there is a state value corresponding to a normal operation state that does not satisfy the constraint conditions corresponding to the hazard conditions 1 and 2, while excluding the failed subsystem k.

そのような状態値が存在しない場合には、通常動作中にハザード1または2を招くことが分かるため、ステップ2405に遷移して処理を終了する。   If there is no such state value, it can be seen that hazard 1 or 2 is caused during normal operation, so that the process proceeds to step 2405 and ends.

逆にそのような状態値が存在する場合には、ハザード条件1,2を満たさずに動作継続可能な状態値が少なくとも一つ以上存在することが分かるため、ステップ2403に遷移する。   On the other hand, when such a state value exists, since it is found that there is at least one state value that can continue operation without satisfying the hazard conditions 1 and 2, the process proceeds to step 2403.

ステップ2403では、故障したサブシステムkを排除しながら、ハザード条件1,2を満たさない停止状態に相当する状態値の有無を判定する。   In step 2403, it is determined whether or not there is a state value corresponding to a stopped state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2, while excluding the failed subsystem k.

そのような状態値が存在しない場合には安全に停止出来ないことが分かるため、ステップ2405に遷移して処理を終了する。   If it is found that such a state value does not exist, it cannot be safely stopped, so that the process proceeds to step 2405 and ends.

逆にそのような状態値が存在する場合には、ハザード条件1,2を満たさない停止状態が少なくとも一つ以上存在することが分かるため、ステップ2404に遷移する。   On the other hand, when such a state value exists, since it is found that there is at least one stop state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2, the process proceeds to step 2404.

ステップ2404では、故障したサブシステムkを排除しながら、ハザード条件1,2を満たさない通常動作状態から、同様にハザード条件1,2を満たさない安全な停止状態に到らないまま留まる状態遷移列の有無を判定する。   In step 2404, a state transition sequence that remains in a normal stop state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2 without reaching the safe stop state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2 while eliminating the failed subsystem k. The presence or absence of is determined.

そのような状態遷移列が存在する場合には、通常動作状態から抜けても停止状態に到達出来ないという意味で安全に停止出来ないことが分かるため、ステップ2405に遷移して処理を終了する。   If such a state transition sequence exists, it is understood that the stop state cannot be reached safely even if the normal operation state is exited, and therefore it is determined that the stop state cannot be safely reached.

逆にそのような状態遷移列が存在しない場合には、停止処理を開始すれば必ず安全に停止状態に到達出来ることが分かるため、ステップ2406に遷移して処理を終了する。   Conversely, when such a state transition sequence does not exist, it can be seen that the stop state can be safely reached if the stop process is started. Therefore, the process proceeds to step 2406 and ends.

図25は、ステップ2206において評価対象となる制約条件を構築する具体的な手順を示す。   FIG. 25 shows a specific procedure for constructing a constraint condition to be evaluated in step 2206.

ステップ2501では、故障したサブシステムkを排除しながら、通常動作状態であってハザード条件1,2を満たさない状態値の有無を判定する。   In step 2501, it is determined whether or not there is a state value that is in a normal operation state and does not satisfy the hazard conditions 1 and 2, while excluding the failed subsystem k.

そのような状態値が存在しない場合には、ステップ2504に遷移して処理を終了する。   If no such state value exists, the process proceeds to step 2504 and the process is terminated.

逆にそのような状態値が存在する場合には、ハザード条件1,2を満たさずに動作継続可能な状態が少なくとも一つ以上存在することが分かるため、ステップ2502に遷移する。   On the other hand, when such a state value exists, it is found that there is at least one state in which the operation can be continued without satisfying the hazard conditions 1 and 2, and the process proceeds to step 2502.

ステップ2502では、故障したサブシステムkを排除しながら、通常動作状態では無くハザード条件1または2を満たす状態値の有無を判定する。   In step 2502, it is determined whether there is a state value that satisfies the hazard condition 1 or 2 instead of the normal operation state while excluding the failed subsystem k.

そのような状態値が存在しない場合には、そもそもハザード状態を満たす状態が存在しなくなるため、ステップ2505に遷移して処理を終了する。   If such a state value does not exist, there is no state that satisfies the hazard state in the first place, so the process proceeds to step 2505 to end the process.

逆にそのような状態値が存在する場合には、通常動作時にハザード条件1,または2に相当する状態に到達する状態遷移列が存在することが分かるため、ステップ2504に遷移して処理を終了する。   On the other hand, if such a state value exists, it can be seen that there is a state transition sequence that reaches the state corresponding to the hazard condition 1 or 2 during normal operation, so the process proceeds to step 2504 and ends. To do.

図26は、ステップ2207において評価対象となる制約条件を構築する具体的な手順を示す。   FIG. 26 shows a specific procedure for constructing a constraint condition to be evaluated in step 2207.

ステップ2601では、故障したサブシステムkを排除しながら、ハザード条件1,2を満たさない通常動作状態に相当する状態値の有無を判定する。   In step 2601, it is determined whether or not there is a state value corresponding to a normal operation state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2 while excluding the failed subsystem k.

そのような状態値が存在しない場合は、ステップ2603に遷移して処理を終了する。   If no such state value exists, the process proceeds to step 2603 and the process is terminated.

逆にそのような状態値が存在する場合は、ステップ2602に遷移する。   Conversely, when such a state value exists, the process proceeds to step 2602.

ステップ2602では、故障したサブシステムkを排除しながら、停止処理の開始を指示する入力をセットしないという追加条件の下で、ハザード条件1,2を満たさない通常動作状態から外れるような状態遷移経路の有無を判定する。   In step 2602, a state transition path that deviates from the normal operation state that does not satisfy the hazard conditions 1 and 2 under the additional condition that the input for instructing the start of the stop process is not set while eliminating the failed subsystem k. The presence or absence of is determined.

そのような状態遷移経路が存在する場合には、ハザード1または2により通常動作を中断される場合が存在することが分かるため、ステップ2603に遷移して処理を終了する。   If there is such a state transition path, it can be seen that there is a case where the normal operation is interrupted by the hazard 1 or 2, so the process proceeds to step 2603 and the process is terminated.

逆にそのような状態遷移経路が存在しない場合には、ハザード条件1,2に相当する状態に到達せずに、通常動作を継続し続けられることが分かるため、ステップ2604に遷移して処理を終了する。   On the other hand, when such a state transition path does not exist, it is understood that the normal operation can be continued without reaching the state corresponding to the hazard conditions 1 and 2, so that the process proceeds to step 2604 and the processing is performed. finish.

このように、本実施例によれば、サブシステム毎に定義した故障モードを動作モードに追加することで、静的な入出力関係解析手法では課題であった不具合の誤検出・未検出無く、統合システムの設計不具合の解析、故障モード影響解析や故障ツリー解析を行える。   As described above, according to the present embodiment, by adding the failure mode defined for each subsystem to the operation mode, there is no false detection / non-detection of a problem that was a problem in the static input / output relationship analysis method. Integrated system design failure analysis, failure mode effect analysis and failure tree analysis can be performed.

本実施例では、実施例4に記載の自律動作装置を操作者がオペレーション装置を介して操作し、操作者と自律動作装置が連携して、サブシステムの故障時に動作を継続させるか、マニュアル操作をして安全に停止させる操作者との連携機能を実現する自律動作制御システムを示す。   In the present embodiment, the operator operates the autonomous operation device described in the fourth embodiment via the operation device, and the operator and the autonomous operation device cooperate with each other to continue the operation in the event of a subsystem failure. This shows an autonomous operation control system that realizes a cooperation function with an operator who can safely stop the operation.

本実施例の自律動作制御システムは、図27に示すように、自律動作装置と、自律動作装置を操作するオペレーション装置とを備え、自律動作装置は、動作継続可能性判定手段によって動作継続不能と判定された場合には、オペレーション装置に対してエラー信号を送信し、動作継続可能性判定手段によって動作継続可能と判定された場合には、オペレーション装置に警告信号を送信し、且つ、自律動作を継続する。   As shown in FIG. 27, the autonomous operation control system of the present embodiment includes an autonomous operation device and an operation device that operates the autonomous operation device, and the autonomous operation device cannot be operated continuously by the operation continuity determination unit. If it is determined, an error signal is transmitted to the operation device. If it is determined that the operation can be continued by the operation continuity determination means, a warning signal is transmitted to the operation device, and autonomous operation is performed. continue.

一例として、自動走行機能を有する車両を自律動作装置とし、乗客を操作者としても良い。また、別の例では、遠隔制御用の通信経路を介して動作する建設作業機械を自律動作装置とし、遠隔地にいる作業者を操作者としても良い。   As an example, a vehicle having an automatic traveling function may be an autonomous operation device, and a passenger may be an operator. In another example, a construction work machine that operates via a communication path for remote control may be an autonomous operation device, and a worker in a remote location may be an operator.

図28は、操作者及び自律システムの動作モードを示す。   FIG. 28 shows operation modes of the operator and the autonomous system.

自律システム(統合システム)は、自律動作モード、マニュアル操作モード、および停止状態の3種類の動作モードを内部状態の一部として有する。オペレーション装置は、内部状態が自律動作モードの時には統合システムの監視を行い、停止状態の場合は待機し、マニュアル操作モードの時には、マニュアル操作モードに遷移して、操作者からの適切な制御内容を統合システムに入力する。オペレーション装置は、必要に応じて停止を指示する入力を入れ、統合システムの内部状態を停止状態に遷移させることもできる。   An autonomous system (integrated system) has three types of operation modes, ie, an autonomous operation mode, a manual operation mode, and a stop state, as a part of the internal state. The operation device monitors the integrated system when the internal state is the autonomous operation mode, waits when the internal state is the stop state, and transitions to the manual operation mode when the operation state is the manual operation mode. Enter into the integrated system. The operation device can input an instruction to stop the operation as necessary, and can transition the internal state of the integrated system to the stop state.

統合システムが自律動作モードにある時にサブシステムの故障が発生した場合には、図29に記載の通り、第4の実施例に記載の自律動作装置の自動復旧機能を用いて、オペレーション装置が統合システムを構成するサブシステムの故障により自律動作を継続できなくなるか否かを判定する。動作継続を出来なくなった場合には、自律動作装置がエラー情報の一形態として停止要請を伝達し、待機または監視状態にあるオペレーション装置がマニュアル操作を開始して統合システムを停止させる。   When a failure of the subsystem occurs when the integrated system is in the autonomous operation mode, the operation device is integrated using the automatic recovery function of the autonomous operation device described in the fourth embodiment as shown in FIG. It is determined whether or not autonomous operation cannot be continued due to a failure of a subsystem constituting the system. When the operation cannot be continued, the autonomous operation device transmits a stop request as one form of error information, and the operation device in the standby or monitoring state starts a manual operation to stop the integrated system.

逆に動作継続を出来る場合には、自律動作装置は自動復旧処理を完了させ、オペレーション装置には警告情報を送信した上で、自律動作を継続する。操作者は、必要に応じて統合システムを停止させても良い。   On the other hand, if the operation can be continued, the autonomous operation device completes the automatic recovery process, transmits warning information to the operation device, and then continues the autonomous operation. The operator may stop the integrated system as necessary.

本発明は、耐障害機能を備えた高信頼な冗長化計算機システム、および電気・機械・情報制御系を統合した大規模制御システムの安全性解析に利用出来る。また、ハードウェア、ソフトウェア統合設計環境において、不具合を招く根源要因の特定、特に設計不良の解析にも利用できる。さらに、自律動作装置を構成するサブシステムが規定外の障害を起こした後、自律的に障害要因の診断、障害要因を処置して、動作継続を出来るシステム状態に自動復旧させる機能にも利用出来る。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for safety analysis of a highly reliable redundant computer system having a fault tolerance function and a large-scale control system in which an electric / mechanical / information control system is integrated. It can also be used to identify root factors that cause defects in hardware and software integrated design environments, especially for analysis of design defects. Furthermore, it can also be used for the function that automatically diagnoses the cause of the failure, treats the cause of the failure, and automatically restores the system state to continue operation after the subsystem that constitutes the autonomous operation device has an unspecified failure. .

1801 統合システム
1802 統合システムのオペレータ
1803 コントローラ
1804 アクチュエータ
1805 セーフティモニタ
1806 統合システムの一部である制御対象
1807 センサ
1801 Integrated system 1802 Integrated system operator 1803 Controller 1804 Actuator 1805 Safety monitor 1806 Control target 1807 sensor which is part of the integrated system

本発明は、入力によって内部状態が変化し、且つ、前記内部状態の変化に応じて入力に対する出力が変化するシステムを対象とし、前記システムの状態遷移規則に基づいて、前記システムが採り得る複数の状態値と各状態値間の遷移経路とを含む状態遷移モデルを構築する状態遷移モデル構築手段と、前記複数の状態値の中から所定の開始時条件を満たす初期状態値を設定する初期状態値設定手段と、前記複数の状態値の中から所定の終了時条件を満たす終状態値を設定する終状態値設定手段と、前記状態遷移モデルの中に、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定する状態遷移経路有無判定手段とを備え、順方向の状態遷移経路探索手法に対し逆方向の状態遷移経路探索手法を適用し、前記状態遷移経路有無判定手段は、前記状態遷移規則と前記開始時条件及び前記終了時条件を、解として期待する状態遷移列が充足するべき論理式形式の制約条件として設定し、前記制約条件を充足する解を探索し得るSATソルバを用いて、前記状態遷移経路の有無を判定する。 The present invention is directed to a system in which an internal state changes according to an input, and an output corresponding to the input changes in accordance with the change in the internal state, and a plurality of systems that can be adopted based on a state transition rule of the system State transition model construction means for constructing a state transition model including a state value and a transition path between each state value, and an initial state value for setting an initial state value satisfying a predetermined start time condition from the plurality of state values A setting means; a final state value setting means for setting a final state value satisfying a predetermined end time condition from the plurality of state values; and in the state transition model, from the final state value to the initial state value. It includes a state transition path existence determining means for determining whether reaching a state transition path exists, and to apply the reverse state transition route search method to forward a state transition path search method, the state The transfer path presence / absence determining means sets the state transition rule, the start time condition, and the end time condition as a constraint condition in a logical form that should be satisfied by a state transition sequence expected as a solution, and satisfies the constraint condition. using a SAT solver capable of searching for a solution, it determines the presence or absence of the state transition path.

Claims (7)

入力によって内部状態が変化し、且つ、前記内部状態の変化に応じて入力に対する出力が変化するシステムを対象とし、
前記システムの状態遷移規則に基づいて、前記システムが採り得る複数の状態値と各状態値間の遷移経路とを含む状態遷移モデルを構築する状態遷移モデル構築手段と、
前記複数の状態値の中から所定の開始時条件を満たす初期状態値を設定する初期状態値設定手段と、
前記複数の状態値の中から所定の終了時条件を満たす終状態値を設定する終状態値設定手段と、
前記状態遷移モデルの中に、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定する状態遷移経路有無判定手段とを備えるシステム解析装置。
Targeting a system in which an internal state changes according to an input and an output corresponding to the input changes according to the change in the internal state,
Based on the state transition rules of the system, state transition model construction means for constructing a state transition model including a plurality of state values that can be taken by the system and transition paths between the state values;
An initial state value setting means for setting an initial state value satisfying a predetermined start time condition from the plurality of state values;
A final state value setting means for setting a final state value satisfying a predetermined end time condition from the plurality of state values;
A system analysis apparatus comprising: a state transition path presence / absence determining unit that determines whether or not a state transition path that reaches the initial state value from the final state value exists in the state transition model.
請求項1に記載のシステム解析装置であって、
前記システムの状態遷移規則を論理式に変換する手段を備え、
前記論理式と、前記開始時条件と、前記終了時条件とを制約条件として構築された充足可能性判定問題の充足解をSATソルバを用いて算出し、前記充足解を前記状態遷移経路として出力することを特徴とするシステム解析装置。
The system analysis device according to claim 1,
Means for converting a state transition rule of the system into a logical expression;
A satisfiability solution of a satisfiability determination problem constructed using the logical expression, the start condition, and the end condition as constraints is calculated using a SAT solver, and the sufficiency solution is output as the state transition path A system analysis device characterized by:
請求項1に記載のシステム解析装置を含む設計不良解析装置であって、
前記システムが複数相互接続される統合システムを対象とし、
前記統合システムが正常時に充足するべき機能要件を前記開始時条件として設定し、
前記統合システムの異常状態を前記終了時条件とし、
前記状態遷移経路有無判定手段は、前記状態遷移モデルの中に、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在するか否かを判定し、
前記状態遷移経路有無判定手段によって、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、前記統合システムの設計不良が存在すると判定することを特徴とする設計不良解析装置。
A design failure analysis apparatus including the system analysis apparatus according to claim 1,
Targeting an integrated system in which a plurality of such systems are interconnected,
Set the functional requirements that should be satisfied when the integrated system is normal as the start condition,
The abnormal condition of the integrated system is set as the termination condition,
The state transition path presence / absence determining means determines whether or not a state transition path reaching the initial state value from the final state value exists in the state transition model;
When the state transition path presence / absence determining unit determines that there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value, it is determined that a design failure of the integrated system exists. Design failure analysis device.
請求項1に記載のシステム解析装置を含む故障モード解析装置であって、
前記システムが複数相互接続される統合システムを対象とし、
前記システムの内部状態に故障状態を追加する故障状態追加手段を備え、
前記故障状態を前記開始時条件とし、
前記統合システムの異常状態を前記終了時条件とし、
前記状態遷移経路有無判定手段によって、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、前記システムの故障によって前記統合システムの異常状態が発生すると判定することを特徴とする故障モード解析装置。
A failure mode analysis device including the system analysis device according to claim 1,
Targeting an integrated system in which a plurality of such systems are interconnected,
A failure state adding means for adding a failure state to the internal state of the system;
The failure state is the start condition,
The abnormal condition of the integrated system is set as the termination condition,
When the state transition path presence / absence determining unit determines that there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value, it is determined that an abnormal state of the integrated system occurs due to a failure of the system. Failure mode analysis apparatus characterized by the above.
請求項1に記載のシステム解析装置を含む故障ツリー解析装置であって、
前記システムが複数相互接続される統合システムを対象とし、
前記システムを故障状態に設定する故障状態設定手段を備え、
前記統合システムが正常時に充足する機能要件を前記開始時条件として設定し、
前記統合システムの異常状態を前記終了時条件とし、
前記状態遷移経路有無判定手段によって、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、前記システムの故障によって前記統合システムの異常状態が発生すると判定することを特徴とする故障ツリー解析装置。
A failure tree analysis device including the system analysis device according to claim 1,
Targeting an integrated system in which a plurality of such systems are interconnected,
A failure state setting means for setting the system to a failure state;
Set the functional requirements to be satisfied when the integrated system is normal as the start condition,
The abnormal condition of the integrated system is set as the termination condition,
When the state transition path presence / absence determining unit determines that there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value, it is determined that an abnormal state of the integrated system occurs due to a failure of the system. Failure tree analysis device characterized by the above.
請求項1に記載のシステム解析装置を含む自律動作装置であって、
前記システムが複数相互接続される統合システムと、
前記統合システムの動作中に、前記システムの故障を検出する故障検出手段と、
前記故障が発生したシステムの排除を制約条件として追加する制約条件追加手段と、
前記システム解析装置によって前記故障したシステムを排除した状態での動作継続可能性を判定する動作継続可能性判定手段とを備え、
前記統合システムが正常時に充足する機能要件を前記開始時条件として設定し、
前記システムの故障によって発生する前記統合システムの異常状態を前記終了時条件とし、
前記動作継続可能性判定手段は、前記状態遷移経路有無判定手段によって、前記終状態値から前記初期状態値に到達する状態遷移経路が存在すると判定される場合には、動作継続可能と判定することを特徴とする自律動作装置。
An autonomous operation device including the system analysis device according to claim 1,
An integrated system in which a plurality of the systems are interconnected;
Failure detection means for detecting a failure of the system during operation of the integrated system;
Restriction condition adding means for adding exclusion of the system in which the failure has occurred as a restriction condition;
An operation continuity determination means for determining the operation continuity in a state in which the failed system is excluded by the system analysis device;
Set the functional requirements to be satisfied when the integrated system is normal as the start condition,
The abnormal condition of the integrated system that occurs due to a failure of the system is the end condition,
The operation continuation possibility determining means determines that the operation can be continued when the state transition path presence / absence determining means determines that there is a state transition path that reaches the initial state value from the final state value. An autonomous operation device characterized by the above.
請求項6に記載の自律動作装置と、
前記自律動作装置を操作するオペレーション装置とを備え、
前記自律動作装置は、前記動作継続可能性判定手段によって動作継続不能と判定された場合には、前記オペレーション装置に対してエラー信号を送信し、
前記動作継続可能性判定手段によって動作継続可能と判定された場合には、前記オペレーション装置に警告信号を送信し、且つ、自律動作を継続することを特徴とする自律動作制御システム。
The autonomous operation device according to claim 6;
An operation device for operating the autonomous operation device,
The autonomous operation device transmits an error signal to the operation device when it is determined that the operation cannot be continued by the operation continuity determination unit.
An autonomous operation control system that transmits a warning signal to the operation device and continues an autonomous operation when the operation continuability determination unit determines that the operation can be continued.
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