フェイルセーフ

フェイルセーフ：安全を最優先する設計思想

フェイルセーフとは、機械やシステムの構成要素が故障したり、誤操作・誤動作が発生した場合でも、常に安全側に動作するように設計すること、あるいはその設計手法を指します。これは、機器やシステムが必ず故障する可能性を前提とした信頼性設計の一種です。

フェイルセーフの考え方

フェイルセーフの基本的な考え方は、故障発生時にシステムが自動的に安全な状態に遷移することです。例えば、自動車のエンジンが故障した場合、エンジンが制御不能になるのではなく、停止することで安全を確保します。これは、故障モードを安全側に設計することで実現されます。

様々な分野におけるフェイルセーフ

フェイルセーフの考え方は、様々な分野で応用されています。

航空機

飛行機では、エンジン故障時に滑空して着陸できる設計がフェイルセーフの典型例です。ヘリコプターの場合、エンジン停止時にはオートローテーションという技術で安全に着陸します。複数のエンジンを搭載し、一部のエンジンが故障しても飛行を続けられる設計はフォールトトレラントと呼ばれ、フェイルセーフとは設計思想が異なります。

宇宙船

宇宙船では、損傷や制御不能状態になった場合に、重要な機能のみを維持し、それ以外の機能を停止するセーフモードがフェイルセーフの一種です。これは、宇宙船の安全を最優先するための設計です。

電気回路

ヒューズは、過電流時に溶断することで回路の焼損や発火を防ぎます。これは、過電流を安全側に制御するフェイルセーフの典型例です。

コンピュータシステム

ウォッチドッグタイマーやデッドマン装置は、コンピュータシステムの異常を検知し、安全な状態に遷移させるためのフェイルセーフ機構です。定期的に信号を送受信し、信号が途絶えた場合にシステムを停止させます。

鉄道

鉄道車両の空気ブレーキは、故障時に非常ブレーキがかかるよう設計されています。車両連結部の外れや空気圧の低下を検知し、自動的にブレーキを作動させます。踏切の遮断機も、停電時などでも重力によって遮断棒が下がるように設計されており、これもフェイルセーフの一種です。鉄道信号機は、異常発生時や停電時に停止信号を表示する設計で、列車の安全運行に貢献しています。軌道回路の異常なども、停止信号表示で安全を確保します。ただし、倒木や土砂崩れなど、レールに影響がない異常は検知できないため、監視カメラやセンサーなどの追加対策が必要になります。信号機の灯火が消えた場合も停止信号として扱われ、ソフトウェア面でのフェイルセーフと言えるでしょう。

MIDI

MIDI機器では、音楽信号とは別に「アクティブセンシング」と呼ばれる信号を定期的に送受信します。この信号が途絶えた場合、音を強制的に停止させることで、機器の故障による演奏中断を防ぎます。

フェイルセーフと関連する概念

フェイルセーフは、フォールトトレラント、フェイルソフト、フォールトアボイダンスなど、他の信頼性設計手法と密接に関連しています。フォールトトレラントは冗長性を用いてシステムの稼働を維持することに重点を置きますが、フェイルセーフは安全性を最優先します。フェイルソフトは、故障発生時にシステム全体を停止させるのではなく、正常な部分を動作させることで、影響を最小限に抑えることを目指します。フォールトアボイダンスは、故障発生確率を極限まで下げることを目指す設計手法です。

まとめ

フェイルセーフは、機械やシステムの安全性を確保するための重要な設計思想です。様々な分野で応用され、私たちの安全に貢献しています。しかし、全ての故障を完全に防ぐことは不可能なため、フェイルセーフと他の信頼性設計手法を組み合わせて、安全性を高めることが重要です。

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