ISO 26262 2nd Edition 実践ガイド Part 3: Concept Phase の詳細解説とサンプルコード

ISO 26262は、自動車の機能安全に関する国際規格であり、車両の電子システムにおけるリスクを管理するためのプロセスを定義しています。その第2版では、より詳細なガイドラインが追加され、設計段階でのリスク管理がさらに強調されています。本記事では、Concept Phase（コンセプトフェーズ）に焦点を当て、システムエンジニアとして具体的なコード例を交えながら、その実践的なガイドを解説します。

コンセプトフェーズの概要

コンセプトフェーズは、ISO 26262のライフサイクルの初期段階に位置し、システムの安全性に関する高レベルの要件を定義するフェーズです。このフェーズの主な目的は、システムが達成すべき機能安全目標を明確にすることです。この段階で適切に安全要件を定義しておくことで、後続の設計、実装、テストフェーズで安全性が確保されます。

ISO 26262 Part 3のコンセプトフェーズには、以下の主なステップがあります。

項目定義（Item Definition）
システムの機能やインターフェース、環境条件を定義します。
危険分析およびリスクアセスメント（Hazard Analysis and Risk Assessment）
システムがどのような危険を引き起こす可能性があるかを特定し、そのリスクを評価します。
機能安全コンセプト（Functional Safety Concept）
危険を回避するための高レベルな安全要求を策定します。

これらのステップは、車両に組み込まれるシステムの安全性を保証する上で極めて重要です。次に、それぞれのステップについて詳細に解説し、実際のコードでどのように実装できるかを見ていきます。

項目定義（Item Definition）

項目定義は、システムがどのような機能を持ち、どのようなインターフェースを通じて他のシステムとやり取りするかを定義するプロセスです。ここで重要なのは、システムがどのような環境で動作するかを明確にすることです。たとえば、自動運転車の場合、車両がどのような道路条件や天候条件で動作するか、また、他の車両や歩行者とどのように関わるかを定義する必要があります。

システム設計においては、このフェーズで定義された情報に基づいて具体的な動作仕様を記述していきます。以下のコード例では、車両の速度制御システムの項目定義を簡略化した形で示します。

class SpeedControlSystem:
    def __init__(self, max_speed, min_speed):
        self.max_speed = max_speed
        self.min_speed = min_speed
        self.current_speed = 0
    
    def set_speed(self, speed):
        if self.min_speed <= speed <= self.max_speed:
            self.current_speed = speed
            print(f"Speed set to {self.current_speed} km/h")
        else:
            print(f"Error: Speed {speed} km/h is out of range!")
    
    def get_current_speed(self):
        return self.current_speed

このコードは、車両の速度制御システムの基本的な機能を定義しています。max_speed と min_speed を設定し、速度がその範囲内に収まる場合に速度を設定する機能を提供しています。項目定義の段階では、このようなシステムがどのようなパラメータで動作するかを記述します。

実行結果

Speed set to 80 km/h
Error: Speed 150 km/h is out of range!

危険分析およびリスクアセスメント（Hazard Analysis and Risk Assessment）

危険分析およびリスクアセスメントのステップでは、システムが引き起こす可能性のある危険を特定し、そのリスクレベルを評価します。このプロセスの中で、システムの故障がどのように安全性に影響を与えるかを分析し、リスクに応じて適切な対策を講じる必要があります。

たとえば、速度制御システムが故障した場合、車両が制御不能な状態に陥る可能性があります。以下のコードでは、シンプルな異常検知機能を追加して、速度設定における異常を検知する方法を示します。

class SpeedControlSystem:
    def __init__(self, max_speed, min_speed):
        self.max_speed = max_speed
        self.min_speed = min_speed
        self.current_speed = 0
        self.error_detected = False
    
    def set_speed(self, speed):
        if self.min_speed <= speed <= self.max_speed:
            self.current_speed = speed
            self.error_detected = False
            print(f"Speed set to {self.current_speed} km/h")
        else:
            self.error_detected = True
            self.trigger_safety_action()
    
    def trigger_safety_action(self):
        if self.error_detected:
            print("Warning: Speed out of range! Engaging safety protocol.")
            self.current_speed = self.min_speed  # 安全速度に戻す
            print(f"Speed set to safe speed: {self.current_speed} km/h")
    
    def get_current_speed(self):
        return self.current_speed

このコードでは、trigger_safety_action メソッドが異常を検知した場合に実行され、システムは安全速度に設定されます。このように、システムの動作が安全基準を満たさない場合に、緊急措置を講じる仕組みが必要です。

実行結果

Speed set to 80 km/h
Warning: Speed out of range! Engaging safety protocol.
Speed set to safe speed: 0 km/h

この結果から、速度が範囲外に設定された場合に安全速度に戻されることが確認できます。リスクアセスメントの過程では、このような異常検知と安全対策を含めた設計が求められます。

機能安全コンセプト（Functional Safety Concept）

機能安全コンセプトでは、危険を回避するために必要な高レベルな安全要求を定義します。これは、リスクを許容できるレベルまで低減するために、システムがどのような機能を実装すべきかを決定する重要なステップです。

この段階で定義された安全要求は、後の開発プロセスで詳細に設計・実装されます。たとえば、速度制御システムにおいて、特定の条件下で自動的に車両の速度を減速させる機能が必要とされるかもしれません。次に、その機能を模したコード例を示します。

class SpeedControlSystem:
    def __init__(self, max_speed, min_speed):
        self.max_speed = max_speed
        self.min_speed = min_speed
        self.current_speed = 0
        self.error_detected = False
    
    def set_speed(self, speed):
        if self.min_speed <= speed <= self.max_speed:
            self.current_speed = speed
            self.error_detected = False
            print(f"Speed set to {self.current_speed} km/h")
        else:
            self.error_detected = True
            self.trigger_safety_action()
    
    def trigger_safety_action(self):
        if self.error_detected:
            print("Warning: Speed out of range! Engaging safety protocol.")
            self.current_speed = self.min_speed  # 安全速度に戻す
            print(f"Speed set to safe speed: {self.current_speed} km/h")
    
    def automatic_braking(self):
        if self.current_speed > self.max_speed * 0.8:
            print("Warning: Approaching maximum speed. Automatic braking engaged.")
            self.current_speed -= 10  # 自動ブレーキで減速
            print(f"Speed reduced to {self.current_speed} km/h")
    
    def get_current_speed(self):
        return self.current_speed

このコードには、新たにautomatic_brakingメソッドが追加されています。速度が最大速度の80％を超える場合に自動的にブレーキがかかり、速度が減速されます。この機能は、

特定の危険な状況でシステムが安全な状態を保つためのものです。

実行結果

Speed set to 130 km/h
Warning: Approaching maximum speed. Automatic braking engaged.
Speed reduced to 120 km/h

まとめ

ISO 26262のコンセプトフェーズは、システムが安全に動作するための基盤を築く重要なステップです。このフェーズでの設計が不十分であると、後の開発段階で多くの問題が発生する可能性があります。本記事では、項目定義、危険分析およびリスクアセスメント、機能安全コンセプトに関して、それぞれのステップを実際のコード例と共に解説しました。

システム開発においては、常にリスクを評価し、適切な安全対策を講じることが求められます。ISO 26262の規格に従うことで、自動車業界における安全性を確保し、信頼性の高いシステムを構築することが可能になります。