JP7154922B2

JP7154922B2 - 故障要因優先度提示装置

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Publication number: JP7154922B2
Application number: JP2018187329A
Authority: JP
Inventors: 勇喜清水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: JP2020057192A; WO2020071054A1

Description

本発明は、故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置に関する。

製品の不具合を防止する手法として、故障木解析（ＦＴＡ,Fault Tree Analysis）が知られている。ＦＴＡでは、製品の不具合事象を取り上げ、その故障要因を階層状に順次洗い出して展開していくことにより、不具合の発生源を系統的に探索する解析技法である。この解析結果は、製品の不具合事象を頂上とし、その故障要因を下位階層としたツリー構造となる。このツリー構造となる解析結果を“故障ツリー”と呼ぶ。解析対象となる製品の不具合事象は、故障ツリーの頂上に位置することから“頂上事象”と呼ぶ。故障ツリーは複数の階層からなる。故障ツリーの末端の故障要因は、故障ツリーの末端に位置することから“末端事象”と呼ぶ。末端事象は、頂上事象の根本原因を表すものである。

例えば、あるシステムの不具合要因を解析する場合、システムの不具合事象を頂上事象として記載し、その次に、システムの不具合の要因であるサブシステムの障害を洗い出し、頂上事象の下位階層に記載する。続いて、サブシステムの障害の要因である部品の故障を洗い出し、サブシステムの故障要因の下位階層に記載する。このようにして、根本原因、つまり末端事象まで故障要因を洗い出す。

ＦＴＡは、設計段階で製品の信頼性を作り込む場合と、製品で不具合が発生した場合にその要因を調査する場合とに用いることができる。設計段階で使用する場合には、頂上事象において製品に起きて欲しくない不具合事象を設定し、解析結果として得られた、根本原因である末端事象に対し、発生しないように対策することで信頼性の向上を図る。不具合発生後の不具合要因分析では、発生した不具合事象を頂上事象に設定し、ＦＴＡを実施し、末端事象に対して、実際に頂上事象の故障要因なのかを確認する。

このとき、洗い出した末端事象が多い場合、優先度を付けて優先度が高いものから検討した方が効率がよい。

不具合原因を探索する技術として、例えば特許文献１が提案されている。特許文献1に記載の技術においては、故障要因の発生回数と、最新発生日からの経過日数で算出される鮮度に基づいて優先度を算出するようにしている。

特開２００９－２１７４５７号公報

特許文献1では、故障要因、つまり、末端事象の発生回数を蓄積しておき、これを元に優先度を決める。これは、末端事象の発生回数が多いほど、頂上事象の原因である確率も高いという考え方による。

しかし、不具合は、例えば「初期亀裂」→「亀裂進展」→「破損」のように、複数の事象の連鎖によって生じることから、末端事象の故障率だけではなく、頂上事象と末端事象間のパスの確率を考慮する必要がある。つまり、上記の例であれば、（頂上事象「破損」の原因が「亀裂進展」である確率）×（「亀裂進展」の原因が「初期亀裂」である確率）のように事象間の確率の掛け合わせが必要となる。特許文献１に記載に技術においては、末端事象のみしか考慮されておらず、頂上事象と末端事象間のパスの確率までは考慮されていないという課題がある。

また、（頂上事象「破損」の原因が「亀裂進展」である確率）や（「亀裂進展」の原因が「初期亀裂」である確率）のような事象間の全ての組み合わせの確率を予め準備しておくことは手間がかかる。さらに、この確率は、対象製品・部品の周辺環境や使われ方によって変わってくる。同じ製品・部品であっても、原子力分野で使われる場合と、家電として使われる場合とでは、確率は異なってくる。つまり、原子力や家電といった分野によって確率が変わる。

本発明の目的は、故障ツリーに含まれる故障要因について優先度を評価して提示し、故障要因の特定を早めることができる故障要因優先度提示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、製品の不具合発生について部品と現象を含む複数の要素の連鎖を表した因果関係を記憶した因果関係データベースと、頂上事象から末端事象に向かって枝分かれし、製品の不具合発生に関する故障ツリーを表示する出力装置と、前記因果関係データベースに記憶された因果関係から前記頂上事象から前記末端事象までのパスの確率を算出する事象間因果確率算出部とを備え、前記末端事象より前で前記頂上事象より後の中間事象を備え、前記事象間因果確率算出部は、前記頂上事象と前記中間事象のパスの確率を前記故障ツリーの前記中間事象内に表示させ、前記中間事象と前記末端事象間のパスの確率、及び前記事象間因果確率算出部で乗算し算出した確率を併記し区別して前記故障ツリーの前記末端事象内に表示させることにある。

本発明によれば、故障ツリーに含まれる故障要因について優先度を評価して提示するようにしているので、故障要因の特定を早めることができる故障要因優先度提示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置の構成を説明する図である。本発明の第１実施例に係る因果関係を説明する図である。本発明の第１実施例に係る具体的な因果関係を示す図である。本発明の第１実施例に係る分野入力画面の例を示した図である。本発明の第１実施例に係る故障ツリー入力画面の例を示した図である。本発明の第１実施例に係る入力対象の故障ツリーの例を示した図である。本発明の第１実施例に係る事象間因果確率及び頂上事象から末端事象までのパスの確率の出力例を示した図である。本発明の第１実施例に係る頂上事象と末端事象間のパスの確率を入力した例を示す図である。図7Ａで入力した閾値以上の要因のみを表示した例を示す図である。本発明の第２実施例に係る因果関係を件数で表示した例を示す図である。

以降、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（機器構成）

図１は、本発明の実施例に係る故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置の構成を説明する図である。

故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置は、故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置１０１及び端末装置１０２を有する。これらは、ネットワーク１０３を介して接続可能である。故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置１０１は、一般的なコンピュータであり、中央制御装置１０４（制御装置）、入力装置１０５、出力装置１０６、主記憶装置１０７及び補助記憶装置１０８を有する。これらはバスで相互に接続されている。補助記憶装置１０８は、因果関係データベース１１２（ＤＢ）を格納している（詳細後記）。

なお、補助記憶装置１０８は、故障ツリーにおける故障要因優先度提示装置１０１から独立した外部記憶装置となっており、両者がネットワーク１０３を介して接続する構成も可能である。

主記憶装置１０７における、分野入力部１０９、故障ツリー入力部１１０、事象間因果確率算出部１１１はプログラムである。以降、“○○部は”と主体を記した場合は、中央制御装置１０４が、補助記憶装置１０８から各プログラムを読み出し、主記憶装置１０７にロードしたうえで、各プログラムの機能（詳細後記）を実現するものとする。分野入力部１０９は、ユーザによる、故障ツリーの評価対象である製品・部品の分野の入力を受け付ける。故障ツリー入力部１１０は、ユーザによる、故障ツリーの入力を受け付ける。事象間因果確率算出部１１１では、分野入力部１０９で入力された分野と、故障ツリー入力部１１０で入力された故障ツリーと、因果関係データベース１１２に蓄積されている因果関係をもとに、事象間の確率を求め、頂上事象から末端事象までのパスの確率を算出することにより、優先度を提示する。算出方法については別途説明する。

端末装置１０２もまた、一般的なコンピュータであり、中央制御装置、入力装置、出力装置、主記憶装置及び補助記憶装置を有する（図示せず）。これらはバスで相互に接続されている。

なお、端末装置１０２における主記憶装置及び補助記憶装置には、故障要因優先度提示装置１０１における主記憶装置１０７及び補助記憶装置１０８のプログラムを備えなくても構わない。その場合、端末装置１０２から主記憶装置１０７及び補助記憶装置１０８のプログラムに直接アクセスし、故障要因を特定するようにしても良い。
（因果関係）
因果関係データベース１１２には複数の因果関係が格納される。因果関係は、製品の不具合発生に至るまでの因果の連鎖を表したものである。この因果関係は、過去に発生した個々の不具合案件から抽出した情報を使って作成される。また、不具合が発生する毎に情報を更新する。第１実施例においては、因果関係が製品の不具合発生について部品と現象を含む複数の要素の連鎖で表されている。

図２Ａは本発明の第１実施例に係る因果関係を示す図である。因果関係２００は３つ以上（複数）の要素２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ・・・から構成される。因果関係２００を構成する各要素２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、それぞれ部品Ａ２０２，現象Ａ２０３、部品Ｂ２０５，現象Ｂ２０６、部品Ｃ２０８，現象Ｃ２０９で構成される。各要素は有向線分２０４、２０７・・・で連結される。１つの有向線分で連結された１組（２つの）要素のうち、有向線分の起点側の要素が原因であり、終点側の要素が結果である。例えば、要素２０１ｂは要素２０１ａから見れば原因である。同様に、要素２０１ｂは要素２０１ｃから見れば結果であり、要素２０１ｃは要素２０１ｂから見れば原因である。図２Ａでは因果の順に数珠繋ぎとなって表現されており、右の要素によって左の要素が引き起こされる。なお、有向線分の起点側（原因側）を“上流”と呼び、終点側（結果側）を“下流”と呼ぶことがある。

図２Ａの例では、部品Ｃ２０８に現象Ｃ２０９が発生することによって、部品Ｂ２０５に現象Ｂ２０６が発生する。さらに、これによって、部品Ａ２０２に現象Ａ２０３が発生することを表している。ここで、部品Ａ２０２、部品Ｂ２０５、部品Ｃ２０８は、部品名だけでなく、製品名、システム名、サブシステム名であってもよい。

因果関係データベース１１２は複数の因果関係２００を記憶しており、因果関係２００のそれぞれは、自身を一意に特定する因果関係ＩＤ２００ａを有する。さらに因果関係ＩＤ２００ａと共に、製品名、タイトル、代表部品等を表示するようにしてもよい。例えば、部品としての配管は、原子力分野やヒートポンプ式給湯機等の家電に用いられる場合があり、これらを区別するために因果関係ＩＤ２００ａの他、製品名、タイトル、代表部品等を表示するようにすると識別し易い。

図２Ｂは本発明の第１実施例に係る具体的な因果関係を示す図である。図２Ｂでは、「○○製品起動不可」に関する因果関係の例を示す。因果関係２００は全体として以下のことを示している。
・電子部品２１６にウィスカ２１７が発生することを原因として、電源回路２１４にショート２１５が発生する。
・電源回路２１４にショート２１５が発生することを原因として、電源２１２に出力不具合２１３が発生する。
・電源２１２の出力不具合２１３が発生することを原因として、○○製品２１０に起動不可２１１が発生する。

因果関係データベース１１２には、過去の不具合の因果関係がこのような形で大量のデータが蓄積されているものとする。
（ユーザの利用手順）
分野入力部１０９によって出力装置１０６に図３に示すような分野入力画面３０１が表示される。分野入力画面３０１は、分野欄３０２とキーワード欄３０３で構成される。分野欄３０２は、チェック欄３０４と分野名欄３０５からなる。キーワード欄３０３には、分野欄３０２に対応したキーワードが表示される。例えば、原子力分野であれば、「原子力or原子炉 or ・・・」が表示され、家電分野であれば、「家電 or 洗濯機 or 冷蔵庫」が表示される。同様に自動車分野であれば、「自動車・・・」が表示され、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）分野であれば、「ＰＣ・・・」が表示される。このキーワードは、分野に特有のキーワードである。

ユーザは、評価対象である製品・部品の分野のチェック欄３０４を選択する。その後「ＯＫ」ボタン３０６を押下することで、選択した分野が評価対象として確定する。

続いて、故障ツリー入力部１１０によって出力装置１０６には、図４のような故障ツリー入力画面が表示される。図４は本発明の第１実施例に係る故障ツリー入力画面の例を示した図である。ユーザは、端末装置１０２上に保存しておいた評価対象の故障ツリーが定義されたファイルのアドレスを故障ツリーアドレス入力欄４０２に入力する。ここでは、評価対象の故障ツリーが定義されたファイルには、図５のような故障ツリーが定義されているものとする。故障ツリーは作成プログラムを主記憶装置１０７に記憶しておき、自動で作成するようにしてもよい。故障ツリーは頂上事象から末端事象に向かって枝分かれし、製品の不具合発生に関する因果関係が表示される。図５は本発明の第１実施例に係る入力対象の故障ツリーの例を示した図である。出力装置１０６には、分野入力部１０９によって入力された分野に関する不具合の因果関係を示す故障ツリーが表示される。この故障ツリーは、原子力分野における「配管の破損」５０１の要因として、「配管の亀裂進展」５０２と「配管の腐食」５０５の２つがあり、さらに、「配管の亀裂進展」５０２の要因として「配管の初期亀裂」５０３と「配管の衝撃」５０４があり、「配管の腐食」５０５の要因として「配管の海水流入」５０６と「配管の湿潤状態」５０７があることを示している。

故障ツリーを評価するにあたり、直接アドレスを故障ツリーアドレス入力欄４０２に入力する以外にも、参照ボタン４０３をユーザが押下すると、端末装置１０２上に保存されているファイルを表示・選択可能なファイル選択画面を表示し、そこで選択したファイルのアドレスを故障ツリーアドレス入力欄４０２に入力するようにしてもよい。「ＯＫ」ボタン４０４を押下することで、入力した故障ツリーが評価対象として確定する。

以上のように、分野と故障ツリーがユーザによって入力されると、事象間因果確率算出部１１１にて、頂上事象から末端事象までのパスの確率が算出され、表示内容６０１として、図６のような形式で出力装置１０６上に表示される。図６は本発明の第１実施例に係る事象間因果確率及び頂上事象から末端事象までのパスの確率の出力例を示した図である。事象間因果確率算出方法については、別途説明する。

図６において、事象間の確率が各要因の下に表示される。例えば、図６では、「配管の破損」６０２の原因が「配管の亀裂進展」６０３である確率が０．３と表示され、「配管の亀裂進展」６０３の原因が「配管の初期亀裂」６０４である確率は０．２と表示される。事象間の確率は、０から１までの値をとり、値が大きいほど発生する確率が高いことを示す。

頂上事象と末端事象間のパスの確率は〔〕内に表示される。このパスの確率は末端事象である「配管の初期亀裂」６０４内に表示される。例えば、「配管の破損」６０２から「配管の初期亀裂」６０４までの確率は、０．２×０．３＝０．０６となることを示している。図６では、「配管の破損」６０２と「配管の湿潤状態」６０８間のパスの確率が０．６３となっており、他の要因よりも確率が高くなっていることがわかる。

第１実施例では、末端事象である「配管の初期亀裂」６０４の確率と、この末端事象より前で頂上事象より後の中間事象である「配管の亀裂進展」６０３との確率とを乗算した値を頂上事象から末端事象間のパスの確率として表示している。また、第１実施例では、頂上事象である「配管の破損」６０２と中間事象である「配管の亀裂進展」６０３間のパスの確率０．３を、中間事象である「配管の亀裂進展」６０３内に表示しており、中間事象である「配管の亀裂進展」６０３と末端事象である「配管の初期亀裂」６０４間のパスの確率０．２を、末端事象である「配管の初期亀裂」６０４内に表示している。すなわち、頂上事象と中間事象間のパスの確率を中間事象内に表示させている。他の事象も同様である。

第１実施例における末端事象には、中間事象と末端事象間のパスの確率と、頂上事象と末端事象間のパスの確率（事象間因果確率算出部１１１で乗算し算出した確率）が併記して表示され、頂上事象と末端事象間のパスの確率を〔〕内に表示されることにより中間事象と末端事象間のパスの確率と区別している。

このように、頂上事象と末端事象間のパスの確率を提示することで、ユーザは、確率が高い要因から効率的に検討することができる。
（事象間因果確率算出方法）
「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である確率を例に、事象間因果確率の算出方法について説明する。「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である確率は、以下の流れで求める。
（１）分野入力画面３０１でユーザが指定した分野のキーワードで、因果関係データベース１１２を検索し、キーワードの条件に合致する因果関係を取得する。例えば、分野入力画面３０１で、原子力の分野を指定した場合は、キーワード「原子力 or 原子炉 or ・・・」で、因果関係データベースを検索し、条件に合致する因果関係を取得する。
（２）（１）で取得した因果関係の中で、「頂上事象」を含む因果関係を取得し、この件数をカウントする。「頂上事象」が末端事象となっている因果関係もあり得るが、ここでは、「頂上事象」の要因のうち、「要因Ａ」が占める割合を求めたいので、「頂上事象」の要因が含まれていない、つまり、「頂上事象」が末端事象となっている因果関係は件数として取得しない。
（３）（２）で取得した因果関係の中で、頂上事象の原因が「要因Ａ」である因果関係を取得し、この件数をカウントする。
（４）（３）で取得した件数を（２）で取得した件数で割る。

例えば、（１）によって、原子力分野の因果関係が１００件取得されたとする。（２）にて、（１）で得られた因果関係の中に、「頂上事象」を含む因果関係が２０件含まれていたとする。続いて、（３）にて、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」であるものが２個含まれているとする。この場合は、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である確率は、２／２０であり、０．１となる。

上記（１）～（４）の処理を行い、事象間因果確率を求め、頂上事象から末端事象まで掛け合わせることで、分野を考慮して、頂上事象と末端事象間のパスの確率を算出する。

因果関係を検索する際に、例えば「破損」「破壊」のような表現の揺れを吸収するために、同義語、類義語辞書を用いて、同一単語して扱うようにしてもよい。

第１実施例によれば、頂上事象と末端事象間のパスの確率を算出し、これに基づき、故障ツリーに含まれる故障要因について優先度を評価し提示するようにしているので、故障要因の特定を早めることができる。

さらに、因果関係を検索するにあたり、閾値を用いるようにしてもよい。図7Ａは本発明の第１実施例に係る頂上事象と末端事象間のパスの確率を入力した例を示す図であり、図7Ｂは図7Ａで入力した閾値以上の要因のみを表示した例を示す図である。

図７Ａに示すように、出力装置１０６には閾値入力画面７０１が設けられている。閾値入力画面７０１には、閾値を入力可能な入力部７０２が設けられており、この入力部７０２に頂上事象と末端事象間のパスの確率となる任意の数値を入力する。例えば、入力部７０２に０．２の閾値を入力する。入力部７０２の入力した数値に誤りがなければ「ＯＫ」ボタン７０３を押下し、中止する場合には「キャンセル」ボタン７０４を押下する。入力部７０２に０．２を入力後、「ＯＫ」ボタン７０３が押下されると、表示内容７０５が出力装置１０６に表示される。

図7Ｂでは、図６の出力結果に対して、図7Ａで入力した閾値０．２以上の要因のみが故障ツリーとして表示されている。すなわち、図６において「配管の衝撃」６０５の頂上事象と末端事象間のパスの確率は０．２４であり、「配管の湿潤状態」６０８の頂上事象と末端事象間のパスの確率は０．６３であることから、この２つの確立が０．２以上であることから、表示内容７０５として「配管の衝撃」６０５と「配管の湿潤状態」６０８に繋がる頂上事象と末端事象が表示される。「配管の初期亀裂」６０４及び「配管の海水流入」６０７は、頂上事象と末端事象間のパスの確率が０．２未満であるので、表示内容７０５として表示されない。

第１実施例によれば、確率の低い要因を除外することで、より効率的に確率の高い要因のみに対して検討を行うことができる。

次に図８を用いて第２実施例について説明する。第１実施例の事象間因果確率算出部１１１では、処理（１）～（４）を実施する。例えば、処理（１）によって、原子力分野の因果関係が100件取得されたとする。次に処理（２）にて、（１）で得られた因果関係の中に、「頂上事象」を含む因果関係が２０件含まれていたとする。続いて、処理（３）にて、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」であるものが２個含まれているとする。処理（４）にて、処理（３）で取得した件数を処理（２）で取得した件数で割る。この場合は、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である確率は、２／２０であり、０．１となる。

第２実施例では、確率を算出するのではなく、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である因果関係の件数で評価する。つまり、上記の例では、「頂上事象」を含む因果関係の数２０件で割らずに、「頂上事象」の原因が「要因Ａ」である因果関係の件数２、そのままの値が「要因Ａ」の優先度となる。同様にして、頂上事象から末端事象までの各要因の優先度を算出する。出力例を図８に示す。図８は本発明の第２実施例に係る因果関係を件数で表示した例を示す図である。図８では、図６にて確率で表示してものを、因果関係の件数で表示している。各要因の下部に、因果関係の件数を表示している。

第１実施例では、事象間の確率を掛け合わせ、頂上事象と末端事象間のパスの確率を末端事象の〔〕内に表示していたが、第２実施例は確率を算出し表示するものではないので、各要因に対して因果関係の件数を算出して表示するのみとし、末端事象の〔〕は表示しない。この処理は中央制御装置１０４（制御装置）にて実行される。

第２実施例によれば、因果関係の件数を表示することによって、ユーザは、実際の発生件数をもとに優先度を判断できる。

第１実施例では、頂上事象と末端事象間のパスの確率の閾値を入力可能とし、頂上事象と末端事象間のパスの確率が閾値以上の要因のみを表示するようにしたが、第２実施例では、因果関係の件数に対して閾値を入力可能とし、閾値以上の要因のみを表示するようにしてもよい。この場合、確率の低い要因を除外することで、より効率的に確率の高い要因のみに対して検討を行うことができる。

１０１…故障要因優先度提示装置、１０２…端末装置、１０３…ネットワーク、１０４…中央制御装置（制御装置）、１０５…入力装置、１０６…出力装置、１０７…主記憶装置、１０８…補助記憶装置、１０９…分野入力部、１１０…故障ツリー入力部、１１１…事象間因果確率算出部、１１２…因果関係データベース、２００…因果関係

Claims

製品の不具合発生について部品と現象を含む複数の要素の連鎖を表した因果関係を記憶した因果関係データベースと、
頂上事象から末端事象に向かって枝分かれし、製品の不具合発生に関する故障ツリーを表示する出力装置と、
前記因果関係データベースに記憶された因果関係から前記頂上事象から前記末端事象までのパスの確率を算出する事象間因果確率算出部とを備え、
前記末端事象より前で前記頂上事象より後の中間事象を備え、
前記事象間因果確率算出部は、
前記頂上事象と前記中間事象のパスの確率を前記故障ツリーの前記中間事象内に表示させ、
前記中間事象と前記末端事象間のパスの確率、及び前記事象間因果確率算出部で乗算し算出した確率を併記し区別して前記故障ツリーの前記末端事象内に表示させることを特徴とする故障要因優先度提示装置。
請求項１において、
分野入力部を備え、前記出力装置には、前記分野入力部によって入力された分野に関する不具合の因果関係を示す前記故障ツリーを表示させることを特徴とする故障要因優先度提示装置。
請求項１において、
前記出力装置には、閾値を入力可能な入力部が設けられ、前記入力部から入力された閾値以上の要因のみを前記故障ツリーとして表示させることを特徴とする故障要因優先度提示装置。