JP6389804B2 - Failure rate estimation device, failure rate estimation method, and program - Google Patents

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Description

本発明は、装置の故障率を推定する技術に関連し、特に、地震による装置の故障率を推定する技術に関連するものである。   The present invention relates to a technique for estimating a failure rate of an apparatus, and more particularly to a technique for estimating a failure rate of an apparatus due to an earthquake.

通信、電気、ガス、水道等の社会インフラを担うために様々な装置が使用されている。このような装置は、基本的に常に正常に動作することが求められるため、例えば、経年劣化を推定して、故障発生前に劣化装置を修理・交換する等の対応がなされている。   Various devices are used for social infrastructure such as communication, electricity, gas, and water. Since such a device is basically required to always operate normally, for example, it is estimated that aging deterioration is estimated and the deterioration device is repaired or replaced before failure occurs.

しかし、大きな地震が発生した場合には、装置故障は避けられない。大きな地震が発生した場合に、震度に応じてどの程度の数の装置が故障するのかを推定することは、地震発生時の対応を計画する上で重要である。   However, when a large earthquake occurs, equipment failure is inevitable. Estimating how many devices will fail depending on the seismic intensity when a large earthquake occurs is important in planning the response when an earthquake occurs.

ここで、一般に、装置がn個あり、そのうち、m個に故障が発生する場合、各装置において故障が独立に発生するのであれば、故障数(故障が発生する装置数)は二項分布B(n,p)に従うため、故障率pについては、p=m/nが最尤推定値となる(非特許文献1)。   Here, in general, when there are n devices, and if a failure occurs in m devices, if the failure occurs independently in each device, the number of failures (number of devices in which the failure occurs) is binomial distribution B In order to comply with (n, p), for failure rate p, p = m / n is the maximum likelihood estimate (Non-Patent Document 1).

吉村功、数理統計学、pp.130-131、培風館、昭和53年10月30日Isao Yoshimura, Mathematical Statistics, pp.130-131, Baifukan, October 30, 1978

装置の故障率を正確に推定するためには、一般に多くのサンプルデータが必要である。しかし、大きな地震による被害に関するサンプルデータは少数であるため、少数のサンプルデータから適切に故障率を推定することが求められる。   In order to accurately estimate the device failure rate, a large amount of sample data is generally required. However, since there is a small amount of sample data related to damage caused by a large earthquake, it is required to appropriately estimate the failure rate from a small number of sample data.

ここで、適切に故障率を推定するとは、故障率の大小に関して、震度の大小や経年の影響に関わる自然な要請を満たすような故障率を推定することである。   Here, to appropriately estimate the failure rate is to estimate a failure rate that satisfies natural demands related to the magnitude of seismic intensity and the effects of aging with respect to the size of the failure rate.

しかしながら、サンプルデータ数が少ない場合、従来技術による推定値は、この要請を満たさない。具体的には、震度が大きい場合、故障率は、震度が小さい場合より大きくあってほしい。ところが、震度が大きい場所にあった装置が1つしかないような場合で、たまたま、その装置が故障しない場合は故障率0と推定され、震度が小さい場所にあった装置100個に対し故障した装置数が10個であった場合の故障率は0.1と推定され、地震による装置の故障率は地震の震度が大きい方が低くなるという不自然な結果となる。同様に、同一の震度に対しては、古い装置が新しい装置より故障率が大きくなることを要請する場合も、単純に従来技術による推定では、この要請を満たさない推定値が生じ得る。   However, when the number of sample data is small, the estimated value according to the prior art does not satisfy this requirement. Specifically, when the seismic intensity is high, the failure rate should be greater than when the seismic intensity is low. However, in the case where there is only one device in a place where the seismic intensity is high, if the device does not fail, it is estimated that the failure rate is 0, and there was a failure for 100 devices in the place where the seismic intensity was low. When the number of devices is 10, the failure rate is estimated to be 0.1, and the device failure rate due to earthquake is unnatural as the seismic intensity of the earthquake decreases. Similarly, for the same seismic intensity, even when an old device is requested to have a higher failure rate than a new device, an estimate that does not satisfy this requirement may occur simply by estimation according to the prior art.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、サンプルデータが少ない場合でも適切に地震による装置の故障率を推定することを可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a technique that can appropriately estimate the failure rate of an apparatus due to an earthquake even when sample data is small.

本発明の実施の形態によれば、地震による装置の故障率を推定する故障率推定装置であって、
地震を受けた総装置数のうちの故障装置数が、当該総装置数と装置の故障率に関して予め定められた既知の分布関数に従うという仮定の下、観測された故障装置数を得る確率が、前記故障率の関数として表わされ、
前記故障率が満たすべき性質が当該故障率の条件式として表わされ、
前記関数、及び前記条件式を入力する入力手段と、
前記条件式で表わされる条件下で、前記関数で表わされる前記確率を最大化する前記故障率の値を算出する演算手段と、
前記故障率の値を推定値として出力する出力手段と
を備えることを特徴とする故障率推定装置が提供される。
According to an embodiment of the present invention, a failure rate estimation device for estimating a failure rate of a device due to an earthquake,
The probability of obtaining the observed number of failed devices under the assumption that the number of failed devices out of the total number of devices subjected to the earthquake follows a predetermined distribution function determined in advance with respect to the total number of devices and the failure rate of the device, Expressed as a function of the failure rate,
The property to be satisfied by the failure rate is expressed as a conditional expression of the failure rate,
An input means for inputting the function and the conditional expression;
Computing means for calculating a value of the failure rate that maximizes the probability represented by the function under the condition represented by the conditional expression;
And a failure rate estimation apparatus comprising: an output unit configured to output the failure rate value as an estimated value.

また、本発明の実施の形態によれば、地震による装置の故障率を推定する故障率推定装置が実行する故障率推定方法であって、
地震を受けた総装置数のうちの故障装置数が、当該総装置数と装置の故障率に関して予め定められた既知の分布関数に従うという仮定の下、観測された故障装置数を得る確率が、前記故障率の関数として表わされ、
前記故障率が満たすべき性質が当該故障率の条件式として表わされ、
前記関数、及び前記条件式を入力する入力ステップと、
前記条件式で表わされる条件下で、前記関数で表わされる前記確率を最大化する前記故障率の値を算出する演算ステップと、
前記故障率の値を推定値として出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする故障率推定方法が提供される。
Moreover, according to the embodiment of the present invention, there is a failure rate estimation method executed by a failure rate estimation device that estimates a failure rate of a device due to an earthquake,
The probability of obtaining the observed number of failed devices under the assumption that the number of failed devices out of the total number of devices subjected to the earthquake follows a predetermined distribution function determined in advance with respect to the total number of devices and the failure rate of the device, Expressed as a function of the failure rate,
The property to be satisfied by the failure rate is expressed as a conditional expression of the failure rate,
An input step for inputting the function and the conditional expression;
An operation step of calculating a value of the failure rate that maximizes the probability represented by the function under the condition represented by the conditional expression;
An output step of outputting the failure rate value as an estimated value is provided.

本発明の実施の形態によれば、サンプルデータが少ない場合でも適切に地震による装置の故障率を推定することを可能とする技術が提供される。   According to the embodiment of the present invention, there is provided a technique capable of appropriately estimating the failure rate of an apparatus due to an earthquake even when sample data is small.

本発明の実施の形態に係る故障率推定装置100の構成図である。It is a block diagram of the failure rate estimation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention. 点検した管路の総数n(s,t|i)を示す図である。It is a figure which shows the total number n (s, t | i) of the checked pipe line. 点検の結果損傷が見られた管路の総数v(s,t|i)を示す図である。It is a figure which shows the total number v (s, t | i) of the pipe line where damage was seen as a result of inspection. 各故障が独立に発生するとした場合の故障率pを示す図である。It is a figure which shows the failure rate p when each failure occurs independently. 本発明に係る技術を用いて算出した故障率pを示す図である。It is a figure which shows the failure rate p calculated using the technique which concerns on this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。例えば、以下で説明する実施の形態では、予め定められた既知の分布関数の例として二項分布を用いているが、これは一例に過ぎず、予め定められた既知の分布関数は二項分布に限定されるわけではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is only an example, and the embodiment to which the present invention is applied is not limited to the following embodiment. For example, in the embodiment described below, a binomial distribution is used as an example of a predetermined known distribution function, but this is only an example, and the predetermined known distribution function is a binomial distribution. It is not limited to.

なお、本実施の形態において故障率推定の対象となる「装置」は、管路設備等の設備も含むものである。   Note that the “apparatus” that is the target of failure rate estimation in the present embodiment includes equipment such as pipeline equipment.

(装置構成)
図1に、本実施の形態に係る故障率推定装置100の構成図を示す。本実施の形態に係る故障率推定装置100は、地震発生時に実際に収集された装置故障に関するデータに基づいて、震度の大小や経年の影響に関わる自然な要請を満たす故障率を推定する装置である。
(Device configuration)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment. The failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment is an apparatus that estimates a failure rate that satisfies a natural request related to the magnitude of seismic intensity and the influence of aging based on data relating to the apparatus failure actually collected at the time of the occurrence of an earthquake. is there.

図1に示すように、本実施の形態に係る故障率推定装置100は、入力部101、データ格納部102、演算部103、及び出力部104を有する。   As illustrated in FIG. 1, the failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment includes an input unit 101, a data storage unit 102, a calculation unit 103, and an output unit 104.

入力部101から、故障率推定のための式、実際の装置故障に関するデータ等を入力する。データ格納部102には、これらの式及びデータが格納される。演算部103は、後述する演算を行って、装置の故障率を推定する。出力部104は、演算部103により推定された故障率を出力する。出力された故障率は、例えばディスプレイに表示される。   From the input unit 101, an equation for estimating the failure rate, data on actual device failure, and the like are input. The data storage unit 102 stores these formulas and data. The operation unit 103 performs an operation described later to estimate the failure rate of the device. The output unit 104 outputs the failure rate estimated by the calculation unit 103. For example, the output failure rate is displayed on a display.

本実施の形態に係る故障率推定装置100は、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。すなわち、当該装置が有する機能は、コンピュータに内蔵されるCPUやメモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を用いて、当該装置で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(可搬メモリ等)に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。   The failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment can be realized by causing a computer to execute a program describing the processing contents described in the present embodiment. In other words, the functions of the device can be realized by executing a program corresponding to processing executed by the device using hardware resources such as a CPU, memory, and hard disk built in the computer. is there. The above-mentioned program can be recorded on a computer-readable recording medium (portable memory or the like), stored, or distributed. It is also possible to provide the program through a network such as the Internet or electronic mail.

(処理内容)
以下、震度の大小や経年の影響に関わる自然な要請を満たす故障率を推定するための処理内容を詳細に説明する。
(Processing content)
The processing contents for estimating the failure rate that satisfies the natural requirements related to the magnitude of seismic intensity and the effects of aging will be described in detail below.

本実施の形態における故障率推定装置100は、装置種別、年数(あるいは年数区分)を属性対とし、各属性対に対して、震度毎に装置の故障率を推定する。なお、本実施の形態では、属性の数を2つとしているが、これは例であり、属性の数は1つでもよいし、3つ以上でもよい。また、「属性対」を1つの属性とみなしてもよい。   The failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment uses the device type and the year (or year classification) as attribute pairs, and estimates the failure rate of the device for each seismic intensity for each attribute pair. In the present embodiment, the number of attributes is two, but this is an example, and the number of attributes may be one or three or more. Further, “attribute pair” may be regarded as one attribute.

装置種別とは、装置を何等かの基準でカテゴリ分けする場合におけるその基準のことであり、例えば、故障率推定の対象とする装置が管路設備である場合、その材質(鋼管、ビニル管等)は種別の一例である。   The device type is a criterion when categorizing the device according to some criterion. For example, when the device subject to failure rate estimation is a pipeline facility, its material (steel pipe, vinyl pipe, etc.) ) Is an example of type.

年数は、装置の古さ(新しさ)を表し、故障率推定の対象とする装置を設置した年(例:1975年)、設置してから現在(故障率推定時)までの経過年数等である。また、年数は、装置を設置した年数区分(例:1941年〜1969年、1970年以降、等)であってもよい。以下、「年数」は年数区分を含むものとする。震度は、故障率推定の対象とする装置の設置位置における震度である。   The number of years represents the age (newness) of the equipment, and is the year in which the equipment subject to failure rate estimation was installed (eg, 1975), the number of years that have passed since installation (to the time of failure rate estimation), etc. is there. Further, the year may be the year division in which the apparatus is installed (eg, 1941 to 1969, after 1970, etc.). In the following, “years” includes years. The seismic intensity is the seismic intensity at the installation position of the device subject to failure rate estimation.

本実施の形態では、各属性対に対して、震度毎に装置の故障率を推定する際に、同一の属性対に対して、震度が大である場合の故障率は、震度が小である場合の故障率以上である、という条件を入れる(震度に関する増大性)。同様に、以下のような1)、2)の条件を入れてもよい。   In this embodiment, when estimating the failure rate of the apparatus for each seismic intensity for each attribute pair, the failure rate when the seismic intensity is large for the same attribute pair is low. Include a condition that the failure rate is higher than the failure rate (increased seismic intensity). Similarly, the following conditions 1) and 2) may be included.

1)同一装置種別で、年数が古いものは新しいものより、同一震度に対する故障率が同じか、大きい(経年劣化性)。   1) The same type of equipment with older years has the same or greater failure rate for the same seismic intensity than newer ones (aging degradation).

2)装置種別間で耐震性に優劣がある場合(補強装置有無等)は、同一年数、同一震度の場合、耐震性がある装置の故障率は、ない装置の故障率以下である(耐震性)。   2) When the seismic resistance is superior or inferior between the types of equipment (with or without reinforcing equipment, etc.), the failure rate of the equipment with earthquake resistance is less than the failure rate of the equipment without the earthquake (earthquake resistance) ).

故障率の推定にあたって、上記の3条件(震度に関する増大性、経年劣化性、耐震性)の全てを条件として用いてもよいし、いずれか2つを条件として用いてもよいし、いずれか1つを条件として用いてもよい。上記の3条件は例であり、3条件以外の条件を用いてもよい。   In estimating the failure rate, all of the above three conditions (intensity related to seismic intensity, secular deterioration, and earthquake resistance) may be used as conditions, or any two may be used as conditions. May be used as a condition. The above three conditions are examples, and conditions other than the three conditions may be used.

本実施の形態において、故障率推定の対象とする装置の故障データは、装置毎の、装置種別、年数、装置位置、装置故障有無、の形で得られる。また、気象庁等からの各地の震度情報や各局舎の震度計情報から、当該装置位置の震度を得る。結果的に、各装置に対して、装置種別s、年数t、装置位置の震度i、装置故障有無j、を故障データベクトルとして得ることができる。   In the present embodiment, the failure data of the device that is the target of failure rate estimation is obtained in the form of device type, number of years, device position, and presence / absence of device failure for each device. In addition, the seismic intensity at the location of the device is obtained from seismic intensity information from each place from the Japan Meteorological Agency and seismic intensity meter information of each station. As a result, for each device, the device type s, the year t, the seismic intensity i of the device position, and the device failure presence / absence j can be obtained as failure data vectors.

ここで、第a番目の装置の故障データベクトル値をs(a)、t(a)、i(a)、j(a)とすると、装置種別s、年数t、装置位置の震度iの故障装置数v(s,t|i)を、
式(1) v(s,t|i)=Σa I(s(a)=s,t(a)=t,i(a)=i)j(a)
で得ることができる。ここで、式(1)において、I(x)は、xが真の時に1、偽の時に0となる関数である。すなわち、I(s(a)=s,t(a)=t,i(a)=i)は、第a番目の装置の装置種別、年数、震度がそれぞれs、t、iである場合に1となる。また、j(a)は、第a番目の装置に故障がある場合に1、ない場合に0となる。よって、I(s(a)=s,t(a)=t,i(a)=i)j(a)をaについて加算することで、装置種別s、年数t、装置位置の震度iにおける故障した装置の数(v(s,t|i))を得ることができる。
Here, if the failure data vector value of the a-th device is s (a), t (a), i (a), j (a), the failure of device type s, years t, and seismic intensity i at the device position The number of devices v (s, t | i)
Equation (1) v (s, t | i) = Σ a I (s (a) = s, t (a) = t, i (a) = i) j (a)
Can be obtained at Here, in Expression (1), I (x) is a function that becomes 1 when x is true and 0 when it is false. That is, I (s (a) = s, t (a) = t, i (a) = i) is the case where the device type, age, and seismic intensity of the a-th device are s, t, and i, respectively. 1 J (a) is 1 when there is a failure in the a-th device, and 0 when there is no failure. Therefore, by adding I (s (a) = s, t (a) = t, i (a) = i) j (a) for a, the device type s, the year t, and the seismic intensity i of the device position The number of failed devices (v (s, t | i)) can be obtained.

また、属性対(s,t)を有する装置に対する震度iの場合の故障率をp(s,t|i)とすると、震度に関する増大性の条件は、下記の式(2)で表わされる。   Further, if the failure rate in the case of seismic intensity i for a device having the attribute pair (s, t) is p (s, t | i), the condition for increasing the seismic intensity is expressed by the following equation (2).

式(2) p(s,t|i)<= p(s,t|i+1)
また、経年劣化性の条件は、下記の式(3)で表わされる。
Equation (2) p (s, t | i) <= p (s, t | i + 1)
Further, the aging deterioration condition is expressed by the following formula (3).

式(3) p(s,t|i)<= p(s,t+1|i)
また、装置s_1が装置s_2より耐震性優位である場合において、耐震性の条件は、下記の式(4)で表わされる。
Equation (3) p (s, t | i) <= p (s, t + 1 | i)
Further, when the device s_1 has an earthquake resistance advantage over the device s_2, the condition of the earthquake resistance is expressed by the following formula (4).

式(4) p(s_1,t|i)<= p(s_2,t|i)
本実施の形態において、属性対(s,t)の装置の故障は、当該装置についての装置位置の震度iに基づく故障率により独立に生じるとする。この場合、装置種別s、年数t、震度iに被災の装置数がn(s,t|i)であるとき、故障装置数v(s,t|i)は、二項分布B(n(s,t|i),p(s,t|i))に従う。
Equation (4) p (s_1, t | i) <= p (s_2, t | i)
In the present embodiment, it is assumed that the failure of the device of the attribute pair (s, t) occurs independently by the failure rate based on the seismic intensity i of the device position for the device. In this case, when the device type s, the number of years t, and the seismic intensity i are n (s, t | i), the number of failed devices v (s, t | i) is the binomial distribution B (n ( s, t | i), p (s, t | i)).

よって、故障装置数v(s,t|i)=mとなる確率(尤度)はf(m|n(s,t|i),p(s,t|i))で与えられる。f(m|n,p)は、下記の式(5)で与えられる。下記の式(5)自体は、二項分布の定義から得られる一般的な式である。   Therefore, the probability (likelihood) that the number of failed devices v (s, t | i) = m is given by f (m | n (s, t | i), p (s, t | i)). f (m | n, p) is given by the following equation (5). The following formula (5) itself is a general formula obtained from the definition of binomial distribution.

式(5) f(m|n,p)=nCm pm(1-p)(n-m)
ここで、故障データ(式(1)で求めた故障装置数を含む)として、N組のデータ(装置種別、年数、震度、被災の装置数、故障装置数の組がN組)が得られているものとし、k番目(k=1,,,N)のデータについて、装置種別をs_kとし、年数をt_kとし、装置位置の震度をi_kとし、s_k、t_k、i_kにおける故障装置数をm_kとする。上記のとおり、故障装置数v(s,t|i)=mとなる確率はf(m|n(s,t|i),p(s,t|i))であるから、故障データとして得られたN個の事象が生じる確率は、下記の式(6)に示すように、各k(k=1,,,N)についての確率f(m|n(s,t|i),p(s,t|i))を掛けたものとなる。
Formula (5) f (m | n, p) = nCm p m (1-p) (nm)
Here, as failure data (including the number of failed devices obtained by equation (1)), N sets of data (device type, year, seismic intensity, number of affected devices, number of failed devices are N sets) are obtained. For the k-th (k = 1 ,,, N) data, the device type is s_k, the year is t_k, the seismic intensity at the device position is i_k, and the number of failed devices at s_k, t_k, i_k is m_k. And As described above, since the probability that the number of failed devices v (s, t | i) = m is f (m | n (s, t | i), p (s, t | i)), The probability that the obtained N events occur is the probability f (m | n (s, t | i), for each k (k = 1 ,,, N), as shown in Equation (6) below. It is multiplied by p (s, t | i)).

式(6) f(m_1|n(s_1,t_1|i_1),p(s_1,t_1|i_1))×f(m_2|n(s_2,t_2|i_2),p(s_2,t_2|i_2))× ・・・ ×f(m_N|n(s_N,t_N|i_N),p(s_N,t_N|i_N))
故障率推定装置100には、上記の各式の情報と故障データが入力され、データ格納部102に格納される。演算部103は、データ格納部102に格納されている情報を用いて、式(6)を式(2)-(4)の条件付きで最大化する故障率p(s_k,t_k|i_k) (k=1,,,N)を求める計算を行う。計算により得られた故障率p(s_k,t_k|i_k) (k=1,,,N)を推定値とすることで震度に関する増大性等の要請を満たす推定値を得ることができる。この条件付き最大化の計算自体は、多くの従来技術により実施可能である。また、耐震性優位の要請が複数ある場合は、式(4)と同等の条件を要請の数だけ増やせばよく、経年劣化等の要請が無ければ、その条件を削除すればよい。
(6) f (m_1 | n (s_1, t_1 | i_1), p (s_1, t_1 | i_1)) × f (m_2 | n (s_2, t_2 | i_2), p (s_2, t_2 | i_2)) × ... xf (m_N | n (s_N, t_N | i_N), p (s_N, t_N | i_N))
The failure rate estimation apparatus 100 receives the information of the above equations and failure data and stores them in the data storage unit 102. The calculation unit 103 uses the information stored in the data storage unit 102 to maximize the failure rate p (s_k, t_k | i_k) (6) with the conditions of the equations (2)-(4). k = 1,... N) is calculated. By using the failure rate p (s_k, t_k | i_k) (k = 1,, N) obtained by calculation as an estimated value, an estimated value that satisfies the demands such as the increase in seismic intensity can be obtained. This conditional maximization calculation itself can be performed by many conventional techniques. In addition, when there are multiple requests for seismic superiority, the condition equivalent to equation (4) may be increased by the number of requests, and if there is no request for deterioration over time, the condition may be deleted.

(実施例)
次に、故障率推定装置100による故障率推定処理を具体的なデータに対して適用した実施例を説明する。本実施例は、地震発生時における管路設備の故障率を求める例である。
(Example)
Next, an embodiment in which failure rate estimation processing by the failure rate estimation apparatus 100 is applied to specific data will be described. The present embodiment is an example in which the failure rate of the pipeline equipment when an earthquake occurs is obtained.

本実施例における管路の装置種別sは{管種A,管種B,管種C,管種D}である。また、「年数」としての年数区分tが管種B、C、Dのみに与えられている。具体的には、管種B、Cについては{1970年以降,1941年〜1969年,1940年以前}として年数区分tが与えられ、管種Dについては{1970年以降,1969年以前}として年数区分tが与えられている。震度iは{5弱,5強,6弱,6強}として与えられている。   The apparatus type s of the pipe line in this embodiment is {tube type A, pipe type B, pipe type C, pipe type D}. Also, the year division t as “years” is given only to tube types B, C, and D. Specifically, tube types B and C are given the age category t as {after 1970, 1941-1969, before 1940}, and tube type D as {after 1970, before 1969}. Year division t is given. Seismic intensity i is given as {5 weak, 5 strong, 6 weak, 6 strong}.

図2に、地震を受けたために点検した管路の総数n(s,t|i)を示す。例えば、年数区分が1941年〜1969年である管種Bの管路について、震度6強の揺れを受けた管路の数が960であることが示されている。   FIG. 2 shows the total number n (s, t | i) of pipes inspected because of the earthquake. For example, it is shown that the number of pipes subjected to shaking with a seismic intensity of 6 or more is 960 for pipe type B pipes whose age category is 1941-1969.

図3に、点検の結果損傷が見られた管路の総数v(s,t|i)を示す。例えば、年数区分が1941年〜1969年である管種Bの管路について、震度6強の揺れを受けて損傷した管路の数が6であることが示されている。   FIG. 3 shows the total number of pipes v (s, t | i) in which damage was found as a result of inspection. For example, it is shown that the number of pipes that are damaged due to shaking with a seismic intensity of 6 or more is 6 for pipe type B pipes whose age category is 1941-1969.

図4は、従来技術を用いて、図2及び図3に示すデータに基づき、各故障が独立に発生するとした場合の故障率pをv(s,t|i) / n(s,t|i)として推定した結果を示している。図4に示すように、従来技術では、各種要請を満たすような故障率が推定できていないことがわかる。   FIG. 4 shows the failure rate p in the case where each failure occurs independently based on the data shown in FIG. 2 and FIG. 3 using the prior art, v (s, t | i) / n (s, t | The estimated result is shown as i). As shown in FIG. 4, it can be seen that the failure rate that satisfies various requirements cannot be estimated in the prior art.

以下に、本実施の形態に係る故障率推定装置100を用いて、故障率に対し要請を与えた場合の故障率pの推定について説明する。   Hereinafter, estimation of the failure rate p when a request is made for the failure rate using the failure rate estimation apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

ここでは、まず、故障率推定装置100の入力部101から、図2及び図3のデータ、及び式(6)を入力部101から入力する。入力部101から入力されたデータ及び式の情報は、データ格納部102に格納される。なお、式を入力する際には、必ずしも本明細書に記載した式の形式と同じ形式で入力する必要はなく、例えば、演算部103の機能を提供する非線形最適化ツールの仕様に従った形式(スクリプト等)で入力すればよい。また、式(6)に関しては、図2及び図3のデータが入る部分(式(6)におけるm, n)は変数として入力し、演算部103が、変数にデータが入った式(6)を生成することとしてもよいし、図2及び図3のデータを入れた式(6)を入力部101から入力することとしてもよい。   Here, first, the data of FIG. 2 and FIG. 3 and the equation (6) are input from the input unit 101 from the input unit 101 of the failure rate estimation apparatus 100. Data and formula information input from the input unit 101 are stored in the data storage unit 102. When inputting an expression, it is not always necessary to input the expression in the same format as the expression described in this specification. For example, the expression conforms to the specification of the nonlinear optimization tool that provides the function of the calculation unit 103. (Script etc.) In addition, with respect to the equation (6), the part (m, n in the equation (6)) in which the data of FIGS. 2 and 3 is input is input as a variable, and the arithmetic unit 103 stores the data in the variable (6) May be generated, or the equation (6) including the data of FIGS. 2 and 3 may be input from the input unit 101.

また、故障率推定装置100の入力部101から、故障率pに与えられる要請として、震度に対する増大性の条件式である式(2)と、経年劣化性の条件式である式(3)と、装置の耐震性を示す条件式を入力する。装置の耐震性を示す条件式に関し、本実施例では、管種B、C、Dがいずれも管種Aに対して耐震性優位であることを示す条件式(式(4)と同様の3つの式)を入力する。また、管種B、Cについては、年数区分・震度が同じである場合に故障率が等しいという条件を下記の式(7)で与え、入力部101から入力する。式(7)において、例えば、s_3が管種Bを示し、s_4が管種Cを示す。   In addition, as a request given to the failure rate p from the input unit 101 of the failure rate estimation apparatus 100, an equation (2) that is a conditional expression for increasing seismic intensity and an equation (3) that is a conditional equation for secular deterioration Enter a conditional expression that indicates the seismic resistance of the device. Regarding the conditional expression indicating the seismic resistance of the apparatus, in this embodiment, all of the pipe types B, C, and D have a seismic superiority over the pipe type A (the same 3 as the expression (4)). Two expressions). For tube types B and C, the condition that the failure rate is equal when the year division and seismic intensity are the same is given by the following equation (7) and input from the input unit 101. In the formula (7), for example, s_3 indicates the tube type B, and s_4 indicates the tube type C.

式(7) p(s_3,t|i)= p(s_4,t|i)
故障率推定装置100の演算部103は、与えられた条件の下で式(6)を最大化する故障率pを算出する。本実施例では、演算部103に相当するプログラムとして、Rの非線形最適化ツールであるRsolnpを用いている。
Equation (7) p (s_3, t | i) = p (s_4, t | i)
The calculation unit 103 of the failure rate estimation apparatus 100 calculates a failure rate p that maximizes the equation (6) under given conditions. In this embodiment, Rsolnp, which is a nonlinear optimization tool for R, is used as a program corresponding to the calculation unit 103.

本実施例における故障率pの計算結果を図5に示す。図5において、各種要請を満たすような故障率を推定できていることが確認できる。すなわち、サンプルデータ数が少ない場合にも、自然な要請を満たす故障率推定を実施することができる。   FIG. 5 shows the calculation result of the failure rate p in this example. In FIG. 5, it can be confirmed that the failure rate satisfying various requirements can be estimated. That is, even when the number of sample data is small, it is possible to perform failure rate estimation that satisfies natural requirements.

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the claims.

100 故障率推定装置
101 入力部
102 データ格納部
103 演算部
104 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Failure rate estimation apparatus 101 Input part 102 Data storage part 103 Operation part 104 Output part

Claims (8)

地震による装置の故障率を推定する故障率推定装置であって、
地震を受けた総装置数のうちの故障装置数が、当該総装置数と装置の故障率に関して予め定められた既知の分布関数に従うという仮定の下、観測された故障装置数を得る確率が、前記故障率の関数として表わされ、
前記故障率が満たすべき性質が当該故障率の条件式として表わされ、
前記関数、及び前記条件式を入力する入力手段と、
前記条件式で表わされる条件下で、前記関数で表わされる前記確率を最大化する前記故障率の値を算出する演算手段と、
前記故障率の値を推定値として出力する出力手段と
を備えることを特徴とする故障率推定装置。
A failure rate estimation device that estimates the failure rate of a device due to an earthquake,
The probability of obtaining the observed number of failed devices under the assumption that the number of failed devices out of the total number of devices subjected to the earthquake follows a predetermined distribution function determined in advance with respect to the total number of devices and the failure rate of the device, Expressed as a function of the failure rate,
The property to be satisfied by the failure rate is expressed as a conditional expression of the failure rate,
An input means for inputting the function and the conditional expression;
Computing means for calculating a value of the failure rate that maximizes the probability represented by the function under the condition represented by the conditional expression;
And an output means for outputting the value of the failure rate as an estimated value.
装置の属性を装置種別s及び年数tとし、装置が受ける地震の震度を震度iとした場合に、当該装置種別s、年数t、震度iにおける故障率p(s,t|i)が満たすべき性質を示す前記条件式は、当該故障率p(s,t|i)の等式又は不等式によって表わされ、
装置種別s、年数t、震度iにおける総装置数をn(s,t|i)とし、故障装置数をv(s,t|i)=mとし、故障装置数がmとなる確率をf(m|n(s,t|i),p(s,t|i))とした場合に、前記関数は、各(s,t,i)についての確率f(m|n(s,t|i),p(s,t|i))を掛けて得られる関数である
ことを特徴とする請求項1に記載の故障率推定装置。
If the device attribute is the device type s and the year t, and the seismic intensity of the earthquake received by the device is the seismic intensity i, the failure rate p (s, t | i) for the device type s, year t, seismic intensity i should be satisfied The conditional expression indicating the property is expressed by an equality or inequality of the failure rate p (s, t | i),
The total number of devices in device type s, years t, seismic intensity i is n (s, t | i), the number of failed devices is v (s, t | i) = m, and the probability that the number of failed devices is m is f. where (m | n (s, t | i), p (s, t | i)), the function yields the probability f (m | n (s, t, i) for each (s, t, i) The failure rate estimation apparatus according to claim 1, which is a function obtained by multiplying | i), p (s, t | i)).
前記故障率が満たすべき性質は、震度が大である場合の故障率は、震度が小である場合の故障率以上であるという第1の性質、古い装置の故障率は、新しい装置の故障率以上であるという第2の性質、又は、耐震性のある装置の故障率は、耐震性のない装置の故障率以下であるという第3の性質である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の故障率推定装置。
The properties to be failure rate satisfies the failure rate when seismic intensity is large, the first property that seismic intensity is not less than the failure rate when it is small, the failure rate of the old device, the failure rate of the new device The second property that it is above, or the failure rate of a device with earthquake resistance is a third property that is equal to or less than the failure rate of a device without earthquake resistance. The failure rate estimation apparatus described.
前記第1の性質は、p(s,t|i)<= p(s,t|i+1)で表わされ、前記第2の性質は、p(s,t|i)<= p(s,t+1|i)で表わされ、前記第3の性質は、装置s_1が装置s_2より耐震性優位である場合においてp(s_1,t|i)<= p(s_2,t|i)で表わされる
ことを特徴とする請求項2に従属する請求項3に記載の故障率推定装置。
The first property is represented by p (s, t | i) <= p (s, t | i + 1), and the second property is p (s, t | i) <= p (s, t + 1 | i), and the third property is that p (s_1, t | i) <= p (s_2, t | in the case where the device s_1 has an earthquake resistance superior to the device s_2. The failure rate estimation device according to claim 3, which is dependent on claim 2, characterized by i).
地震による装置の故障率を推定する故障率推定装置が実行する故障率推定方法であって、
地震を受けた総装置数のうちの故障装置数が、当該総装置数と装置の故障率に関して予め定められた既知の分布関数に従うという仮定の下、観測された故障装置数を得る確率が、前記故障率の関数として表わされ、
前記故障率が満たすべき性質が当該故障率の条件式として表わされ、
前記関数、及び前記条件式を入力する入力ステップと、
前記条件式で表わされる条件下で、前記関数で表わされる前記確率を最大化する前記故障率の値を算出する演算ステップと、
前記故障率の値を推定値として出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする故障率推定方法。
A failure rate estimation method executed by a failure rate estimation device that estimates a failure rate of a device due to an earthquake,
The probability of obtaining the observed number of failed devices under the assumption that the number of failed devices out of the total number of devices subjected to the earthquake follows a predetermined distribution function determined in advance with respect to the total number of devices and the failure rate of the device, Expressed as a function of the failure rate,
The property to be satisfied by the failure rate is expressed as a conditional expression of the failure rate,
An input step for inputting the function and the conditional expression;
An operation step of calculating a value of the failure rate that maximizes the probability represented by the function under the condition represented by the conditional expression;
An output step for outputting the value of the failure rate as an estimated value.
装置の属性を装置種別s及び年数tとし、装置が受ける地震の震度を震度iとした場合に、当該装置種別s、年数t、震度iにおける故障率p(s,t|i)が満たすべき性質を示す前記条件式は、当該故障率p(s,t|i)の等式又は不等式によって表わされ、
装置種別s、年数t、震度iにおける総装置数をn(s,t|i)とし、故障装置数をv(s,t|i)=mとし、故障装置数がmとなる確率をf(m|n(s,t|i),p(s,t|i))とした場合に、前記関数は、各(s,t,i)についての確率f(m|n(s,t|i),p(s,t|i))を掛けて得られる関数である
ことを特徴とする請求項5に記載の故障率推定方法。
If the device attribute is the device type s and the year t, and the seismic intensity of the earthquake received by the device is the seismic intensity i, the failure rate p (s, t | i) for the device type s, year t, seismic intensity i should be satisfied The conditional expression indicating the property is expressed by an equality or inequality of the failure rate p (s, t | i),
The total number of devices in device type s, years t, seismic intensity i is n (s, t | i), the number of failed devices is v (s, t | i) = m, and the probability that the number of failed devices is m is f. where (m | n (s, t | i), p (s, t | i)), the function yields the probability f (m | n (s, t, i) for each (s, t, i) 6. The failure rate estimation method according to claim 5, which is a function obtained by multiplying | i), p (s, t | i)).
前記故障率が満たすべき性質は、震度が大である場合の故障率は、震度が小である場合の故障率以上であるという性質、古い装置の故障率は、新しい装置の故障率以上であるという性質、又は、耐震性のある装置の故障率は、耐震性のない装置の故障率以下であるという性質である
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の故障率推定方法。
The property to be satisfied by the failure rate is that the failure rate when the seismic intensity is high is higher than the failure rate when the seismic intensity is low, the failure rate of the old device is higher than the failure rate of the new device. The failure rate estimation method according to claim 5 or 6, wherein the failure rate of the device having earthquake resistance or the failure rate of the device having earthquake resistance is equal to or less than the failure rate of the device having no earthquake resistance.
コンピュータを、請求項1ないし4のうちいずれか1項に記載の故障率推定装置における各手段として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as each means in the failure rate estimation apparatus of any one of Claims 1 thru | or 4.
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