[論文レビュー] Model-based Hazard and Impact Analysis

Sonila Dobi, Mario Gleirscher+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2015

AI-based Problem Solving and Planning参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、安全で重要なシステムにおける危険要因および影響分析のためのモデルベースのアプローチを提案する。ドメイン知識をシステム、環境、危険の3つの視点から統合することで、再利用可能で自動化され、分野を越えた安全工学が可能になる。主な貢献は、系統だった危険要因の同定、影響評価、および複数のプロジェクトにわたる再利用を支援する形式化されたモデリングフレームワークの構築である。実際の産業界の事例を通じてその有効性が示された。

ABSTRACT

Hazard and impact analysis is an indispensable task during the specification and development of safety-critical technical systems, and particularly of their software-intensive control parts. There is a lack of methods supporting an effective (reusable, automated) and integrated (cross-disciplinary) way to carry out such analyses. This report was motivated by an industrial project whose goal was to survey and propose methods and models for documentation and analysis of a system and its environment to support hazard and impact analysis as an important task of safety engineering and system development. We present and investigate three perspectives of how to properly encode safety-relevant domain knowledge for better reuse and automation, identify and assess all relevant hazards, as well as pre-process this information and make it easily accessible for reuse in other safety and systems engineering activities and, moreover, in similar engineering projects.

研究の動機と目的

• 安全で重要なソフトウェア中心のシステムにおける、統合的で再利用可能で自動化された危険要因および影響分析手法の欠如に対処すること。
• 安全工学に関連するシステムと環境の相互作用の効果的な文書化と分析を支援すること。
• 将来のプロジェクトにおける再利用を可能にするために、安全関連のドメイン知識を事前処理および構造化された形式で表現すること。
• 自動化と分野を越えた協働を支援するモデルベースのフレームワークの開発。
• 産業界の事例を通じて、このアプローチの実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• 著者は、システムモデル、環境モデル、危険モデルという3つのモデリング視点を定義し、安全関連知識の異なる側面を捉える。
• 形式的なモデリング言語を用いて、システム部品、それらの相互作用、および安全に影響を与える環境的要因を表現する。
• 危険は、システムと環境の相互作用に起因する潜在的障害状態としてモデル化され、影響は事前に定義された深刻度および発生可能性基準を用いて評価される。
• モデルを統合的に統合することで、安全工学タスク間の自動分析とトレーサビリティを支援する統一フレームワークを構築する。
• ドメイン知識を構造的かつ機械処理可能な形式でエンコードすることで、類似プロジェクトへのモデル再利用を支援する。
• フレームワークは、安全で重要な制御システムを対象とする産業界の事例を通じて検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 安全関連のドメイン知識を、再利用および自動化を支援するように体系的にエンコードするにはどうすればよいか？
• RQ2 安全で重要なシステムにおけるシステム動作と環境要因の相互作用を捉えるために必要なモデリング視点は何か？
• RQ3 危険要因の同定と影響評価を、単一のモデルベースのフレームワークに形式化して統合するにはどうすればよいか？
• RQ4 提案されたモデルベースのアプローチが、安全工学ワークフローにおける再利用性と自動化をどの程度向上できるか？
• RQ5 このフレームワークは、安全で重要なシステム開発における分野を越えた協働をどのように支援するか？

主な発見

• 提案されたモデルベースのフレームワークにより、構造化されたモデリングを通じて、複数のプロジェクトにわたる体系的かつ繰り返し可能な危険要因および影響分析が可能になった。
• システムモデル、環境モデル、危険モデルの統合により、より包括的でトレーサブルな安全分析プロセスが実現された。
• 安全関連の知識を形式的モデルにエンコードすることで、危険要因の検出と影響評価の自動化が可能になった。
• フレームワークにより、安全関連のアーティファクトの再利用性が向上し、類似した工学プロジェクトにおける重複分析が削減された。
• 産業界の事例は、実世界の安全で重要なシステム開発におけるモデルベースのアプローチの適用の実現可能性と実用的利点を示した。
• 共通で形式化された安全関連情報の表現を提供することで、分野を越えた協働を支援する。