フェイルソフトに基づく制御システムのメンテナンス時の稼働状態の移行過程設計

基于故障软件的控制系统维护过程中的运行状态转换过程设计

• 批准号: 21K04118
• 负责人: 陶山 貢市
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Marine Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04118/
• 关键词: 制御システム; メンテナンス; 安全性; フェイルソフト

製造物責任や国際規格上、製造者は製品の適切なメンテナンス手法を使用者に告知する義務を負っている。しかし、国際規格では部品交換などの必須作業が列挙されているだけで、それらの作業を実施するための環境と通常の稼動状態との間の移行に関しては何も記載されていない。そのような稼働状態の移行は現場技術者の経験に頼っていることが多く、特にプロセス産業ではメンテナンス時に事故が発生する原因となっている。本研究では、工業製品・生産現場の制御システムのメンテナンス開始前及び終了後の稼働状態の移行に関して、メンテナンス対象部分のアクチュエータ出力を段階的に変化させつつ、各段階で残されている機能によって終着点に徐々に近付けていく「フェイルソフト」の考え方に基づいて、移行過程の安全設計手法を確立し、さらにそれを組み込んだメンテナンス支援技術を世界に先駆けて確立して、将来、国際規格に反映させることを目的とする。令和4年度においては、第1の雑誌論文により、移行のなめらかさをその大きさ・過酷さの評価に反映する切替L2ゲインを導入し、より現実的な安全性評価の可能性を探求した。また、第2の雑誌論文により、移行過程の各段階における信頼性評価をより実際的かつ国際規格に準拠した形に整備した。これは安全性評価の改良の可能性として重要である。出発点と終着点の間に複数の中間的な稼働状態が存在する多段階の移行について、その大きさ・過酷さをトータルとして評価する切替L2ゲインを導入し、LMI条件で求められるその上限値を評価指標とすることで、多段階移行のトータルとしての大きさ・過酷さを小さくするような、途中の稼働状態を実現する制御器の初期値決定法を確立した。また、それを組み込むことで、移行過程の安全設計手法を確立した。これらの研究成果は、令和5年度以降に雑誌論文で発表する予定である。

产品责任和国际标准使制造商有义务将其产品的适当维护技术告知用户。但是，国际标准仅列出诸如零件更换之类的基本任务，并且没有描述执行这些任务的环境与正常操作条件之间的过渡。这样的运营过渡通常依赖于现场工程师的经验，并且在过程行业的维护过程中特别负责事故。 This research aims to establish a safety design method for the transition process based on the concept of "failsoft," in which the actuator output of the maintenance target area is gradually changed, and gradually approaches the end point using the functions remaining at each stage, with regard to the transition of operational state before and after the start of maintenance of industrial products and production sites, and to further establish maintenance support technologies that incorporate this into the world, and to reflect it in international standards in the 未来。在2022年，第一篇期刊文章引入了Switching L2增益，该增益反映了对其大小和苛刻性评估的过渡的平稳性，从而探索了更现实的安全评估的可能性。此外，第二篇期刊文章在过渡过程的每个阶段进行了可靠性评估，并且根据国际标准进行了更实际的评估。这很重要，因为可以改善安全评估。对于在起点和最终目的地之间存在多个中间工作状态的多阶段过渡，引入了开关L2增益，以评估多个阶段过渡的大小和苛刻性，并通过将LMI条件下所需的上限值作为评估索引所需的上限值，我们已经确定了一个跨度和值的最初值，我们已经确定了一种方法，以实现总尺寸的初始值。将其纳入系统还为过渡过程建立了安全设计方法。这些研究结果计划从2023年开始发表在期刊论文中。

项目成果

Augmented switching L2 gain for evaluating the smoothness of transient responses after a system switch

增强切换 L2 增益，用于评估系统切换后瞬态响应的平滑度

• DOI: 10.23919/ecc55457.2022.9838245
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 20th European Control Conference
• 作者: Koichi Suyama;Noboru Sebe
• 通讯作者: Noboru Sebe

A dependability analysis framework for control systems according to international standards

根据国际标准的控制系统可靠性分析框架

• DOI: 10.23919/sice56594.2022.9905827
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the SICE Annual Conference 2022
• 作者: Rinka Miura;Koichi Suyama
• 通讯作者: Koichi Suyama

Design of safe preventive maintenance procedure for control systems

控制系统安全预防性维护程序设计

• DOI: 10.1109/systol52990.2021.9595792
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 5th International Conference on Control and Fault-Tolerant Systems
• 作者: Koichi Suyama;Noboru Sebe
• 通讯作者: Noboru Sebe

Safety design of control systems according to international standards

根据国际标准控制系统的安全设计

• DOI: 10.23919/ecc54610.2021.9655033
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 19th European Control Conference
• 作者: Koichi Suyama;Noboru Sebe
• 通讯作者: Noboru Sebe