リレーションシップ ID rid3 のイメージパーツがファイルにありませんでした高度情報ネットワーク社会の登場国民生活にとって IT は水や空気のように当たり前に存在するもの Center 2

(1)

Software

Engineering

C

Center

本格的なＭ２Ｍ時代の到来に備えた

統

信頼性考

統合システムの信頼性を考える

2011年11月17日

年

月

日

独立行政法人情報処理推進機構

技術本部

ソフトウェア・エンジニアリング・センター

副

／統

プジ

ダ

立石譲二

1 ＥＴ２０１１

_{Software Engineering Center}

(2)

SEC

Software Engineering for Mo･No･Zu･Ku･Ri

高度情報ネットワーク社会の登場

国民生活にとってＩＴは水や空気のように「当たり前に」存在するもの

リレーションシップID rId3 のイメージパーツがファイルにありませんでした。

(3)

SEC

Software Engineering for Mo･No･Zu･Ku･Ri コントロルセンタ太陽光発電風力発電小水力など自然エネルギを電源として積極的に活用

新成長戦略が描くスマートコミュニティの将来像

原子力発電所架線レス路面電車蓄電池を搭載した路面電車コントロールセンター地域のエネルギー需給を最適化するコントロールセンター • 太陽光発電、風力発電、小水力など自然エネルギーを電源として積極的に活用 • 変動の多い自然エネルギーを地域内で有効活用するため、各家庭やオフィスで余った電力を地域内で融通 • 電気バスや電気自動車の位置情報と充電状態を管理することで、これらの自動車を電力インフラとして活用 EVや電気バス同士で情報をやりとりすることにより、エネルギーネットワークと一体になった新しい交通インフラ急速充電ステシン原子力発電所火力発電所電力貯蔵装置陸上風車スマートビル駅での停車時：電池に充電駅間の移動時：電池で駆動 GPS 太陽光 EVや電気バス同士で情報をやりとりすることにより、飛躍的な低炭素化と事故や渋滞問題の解決を同時実現急速充電ステーションコントロールセンターメガソーラー急速充電ステーション ITS 路面電車気自車気バ３０分で８０％充電コントロールセンター ITS _{バッテリー交換ステーション} バッテリーコンテナ風車 ITS ITS 電気バススマートハウス小水力発電センサ等を活用した農業電気自動車電気バス EV 電気バス課程と結びついた病院動作が効率化された工作機械・テーラーメード化された医療の提供・ＧＰＳを活用した自動車両誘導医療／ものづくりなどテレビ洗濯乾燥機食洗機太陽光発電ＬＥＤ照明スマトメタスマートハウス Li-ion電池 (固定式) 空調インバータ電気バス（将来は路面電車化）センサ等を活用した農業 EVを電力インフラとして活用電池交換式の電気バス。将来的には複数台を連結して路面電車化各種情報を分析し、最適な生産手段を可能にシステム省エネエアコンホームネットワークホームゲートウェイスマートメーター Li-ion電池 (交換式) モータ将来的に路面電車化も視野電力不足時：電気自動車→家庭電力過剰時家庭電気自動車

3 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

₃

（出所）スマートコミュニティ関連システムフォーラム資料、三菱重工資料より経済産業省作成ヒートポンプ給湯器省ネアコン電気自動車電力過剰時：家庭→電気自動車

(4)

SEC

(5)

SEC

「デジタル革命」～エネルギーの情報化～

電力の需要と供給

例米カリフォルニア州の一日の需要と供給予測

（2010年4月26日早朝4:00時点）

5 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(6)

SEC

電気料金（電力量料金）の設定状況

日本の電気料金（電力量料金季節別時間帯別）

東京電力管内の例

(7)

SEC

電力の価格調整機能（デマンド・レスポンス）

（参考）米カリフォルニア州デマンド・レスポンス・プログラム

電力中央研究所（平成23年３月）「米国における家庭用デマンドレスポンス・プログラムの現状と展望」より

7 Software Engineering Center

(8)

SEC

(9)

SEC

エネルギー・マネジメント・システム（ｘＥＭＳ）

￥

ホーム・エネルギー・マネジメント・システム

（

（HEMS

HEMS）

）

（

（HEMS

HEMS）

）

9 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(10)

SEC

(11)

SEC

統合システムとサブシステム

(12)

SEC

安心・安全の要素とディペンダビリティ(Dependability)

可用性

信頼性

安全性

ディペンダビリティ

偶発的

セキュリティ

人為的

機密性

偶発的

_人為的

完全性

不正アクセス

_{サービス妨害}

バグの顕在化

操作ミス

保全性

HP改ざんなど

装置の故障など

(13)

SEC

情報システムの事故の状況



件数

・1～2件/月



影響

範囲の拡大

・範囲の拡大

損失の拡大

・損失の拡大

・市民の安全をおびやかす事故

（医療機器・航空機・電子カルテシステムなど）

13 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(14)

SEC

組込みソフトウェアの不具合事例

エアバスA320の墜落事故

初めて全面的なフライバイワイヤ（電気信号による自動操縦）を

採用した航空機A320 4機が墜落事故を起こす（1988～1993）

原因：コンピュータの接地検出ミス

（当初は、パイロットミスと見られていた）

Therac-25による放射線過剰被爆事故

ソフトウェア制御の放射線治療を行なう医療装置

4つの医療センターで6名の患者が莫大な被爆をし

放射線過剰被爆事故

4つの医療センタで6名の患者が莫大な被爆をし、

少なくとも5名が死亡（1985～1987）

原因：ソフトウェアのバグ不十分な検査

原因：ソフトウェアのバグ、不十分な検査

(15)

SEC

求

有

依然として上流工程が課題というけれど．．．

製品への要求や設計思想を全工程チームで共有

製品への要求や設計思想をサプライチェーン全体で共有することは至難

企業内

セットメーカー

要求分析基本設計

セットメカ

ハード開発統合システムハードウェア

サプライヤ Tier1

ソフト開発 _{ソフトウェア}

“神の業”

ＱＡト詳細設計テストコード開発

Tier2

16 Software Engineering Center

(16)

SEC

Dependableなソフトウェアに向けた

２つの視点

1

高い品質のソフトウアを

作る

こと

1.

高い品質のソフトウェアを

作る

こと



仕様通り

ソフトウェアを正しく作る



用途に適合した

正しいソフトウェアを作る

上流工程の品質強化：

要件定義、形式的仕様記述など

(17)

SEC

上流工程の重要性 1

安全問題の多くは要件のエラー



要件を正しく実装しているが、システムの見地から安全でない



要件がシステムの安全に必要な動作を指定していない



要件の指定を超えて意図されない危険な動作をする

要件指定超

意図さ

危険動作

その多くは人間に絡む要件

その多くは、人間に絡む要件



運用の問題



運用の問題



利用上の問題など

特に、消費者向け組込みソフトウェア

18 Software Engineering Center

(18)

SEC

上流工程の重要性 2

組込みソフトウェアの例

の不具合は要件定義工程で発生する

２５％

その内、

５０％

以上は結合テスト以降に発見される

業務ソフトウェアの例

の不具合は要件定義・設計工程で発生する

３０％

具

要件

義設

発

その内、

４７％

は統合テスト以降に発見される

(19)

SEC

バグはどこで混入し、どこで発見されるか?

発見工程

_要件定義

設計

ｺｰﾃﾞｨﾝｸﾞ

ﾄﾃｽﾄ

統合

ﾍﾞｰﾀﾃｽﾄ

出荷後

計

Financial Electronic Data Interchange （FEDI)ソフトの例

混入工程

設計

ﾕﾆｯﾄﾃｽﾄ

統合

ﾍﾀﾃｽﾄ

出荷後

計

要件定義

6 7

％

9 5

％

6 1

％

5 3

％

2 8

％

30 3

％

設計

6.7

9.5

6.1

5.3

2.8

30.3 ｺｰﾃﾞｨﾝｸﾞ

ｺﾃｨﾝｸ

ﾕﾆｯﾄﾃｽﾄ

－

32.2

14.3

6.3

5.0

57.8 統合

－

7.9

1.8

2.3

11.9 計

6.7

41.7

28.3

13.3

10.0

100

20 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(20)

SEC

上流工程の品質向上策：形式的仕様記述

形式手法の利用レベル



レベル0 : 形式的仕様記述

数学的な記法を用いて厳密な仕様を記述

証明や分析までは行わない



レベル1 : 形式的開発及び検証

段階的詳細化によりプログラムを作成

機械支援に

段階的詳細化によりプログラムを作成



レベル2 : 機械支援による証明

定理証明器や証明支援器を用いてプログラムの性質を証明する

(21)

SEC

利用例 1：モバイル FeliCa 開発

要求の獲得

獲得記述検証

仕様の開発

記述

検証

記述

検証

設計

記述

検証

記述

検証

実装

記述

検証

テスト

テストの準備

実行

・分析

要件の獲得～実行

外部仕様書：VDM++ 約10万行

プロトコルマニュアル：自然言語記述３８３頁

22 Software Engineering Center

(22)

SEC

利用例 2：自動改札機運賃計算

運賃計算仕様書（約

ジ）

課題

運賃計算仕様書（約160ページ）

運賃計算のルールを文章や表で記述

相互乗り入れの増加

運賃計算ルールの複雑化

専門知識のない設計者に

運賃計算のルルを文章や表で記述

_{専門知識のない設計者に}

とっては正しい理解が困難

形式的仕様

述

形式的仕様記述

• 形式的言語VDM++9400行で記述

• 記述工数： 6人月（仕様理解の時間は除く）

仕様書の不備指摘件数

29件

• 仕様書の不備指摘件数： 29件

あいまいさ19件＋矛盾3件＋漏れ7件

（仕様書に書かれていない暗黙知各社固有の用語特有のルルなど）

（仕様書に書かれていない暗黙知、各社固有の用語、特有のルールなど）

(23)

SEC

Dependableなソフトウェアに向けた

２つの視点

1

高い品質のソフトウアを

作る

こと

1.

高い品質のソフトウェアを

作る

こと



仕様通り

ソフトウェアを正しく作る



用途に適合した

正しいソフトウェアを作る

上流工程の品質強化：

要件定義、形式的仕様記述など

2.

高い品質を

客観的に説明

できること

24 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

要件定義、形式的仕様記述など

(24)

(25)

SEC

自動車の電子スロットル制御に関する調査

NHTSA：米国運輸省国家道路交通安全局

26 Software Engineering Center

(26)

SEC

NASAによる調査レポート（2011年1月）

NASA 技術安全センタ

トヨタ車の予期しない急加速問題についてのNHTSAの調査への技術支援

NASA 技術安全センタ

ー

(27)

SEC

ソフトウェア品質監査制度（仮称）

第三者によるソフトウェアの検証・妥当性確認

利用者

ソフトウェア製品

監査結果・意見表明

_技術説明

監査機関

事業者

監査機関

技術ドキュメント

事業者

技術ドキュメント

開発エビデンス

企業会計における会計監査と同様の役割

28 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(28)

SEC

ソフトウェア品質監査の対象は？



組込みソフトウェア

統合系システムのソフトウア



統合系システムのソフトウェア



ホームエネルギー制御ソフト

監査レベル



ロボット制御ソフト他



パッケージソフトウェア

３

４

３

４

４ ←

産

監査レベル



パッケジソフトウェア

その他

４

３

２

１

２

３

４

３

２

２ 産

業へ

の

影

２

４

３

１

０

３

１

０

０ 影

響度

利用者への影響度 →

(29)

SEC

ソフトウェア品質監査制度（仮称）の枠組み



ソフトウェア製品

プロダクトおよび開発プロセス

監査

対

プロダクトおよび開発プロセス

監査機関

対

象



基準となる品質特性

審査員

審

監査

基準となる品質特性



基準となる手法



基準となるプロセスなど

査基

準

_認定

準

認

認定

認

定基

準

認定機関

30 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(30)

SEC

制度に対する主な要件



国際的

な制度



先端開発にも適応できる高い

機密保持性

を持つ制度

ストとのバランス

が取れる制度



コストとのバランス

が取れる制度



義務ではなく

任意の制度



義務ではなく

任意の制度



既存の規格認証との重複が少ない/しない

制度



システムに関係する

複数の業界で共有・支持できる

制度



品質向上に有効

品質向

有効

な制度

(31)

SEC

ソフトウェア品質監査の観点



各工程での作業の妥当性



採用規格・技術の妥当性



採用規格技術の妥当性



従事者の妥当性



利用者要求への充足性など



利用者要求への充足性など

既存の認証／監査を補完、重複を避ける

実

施

基

実

施

基

運用テスト

要件定義

ト

施

状況

の

証

基

づ

く

確

施

状況

の

証

基

づ

く

確

外部設計

内部設計

システムテスト

結合テスト

証

拠に

確

認

証

拠に

確

認

内部設計

プログラミング

結合テスト

単体テスト

32 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(32)

SEC

開発へのインパクト

開発プロセス

作

準



開発工程・作業項目・手順の標準化



開発手順の忠実な実施



開発手順の忠実な実施



実施状況の証跡

第三者の理解し易い開発



形式的仕様記述、モデルベース開発など

標準

準拠



標準への準拠



ツールの活用など



ツルの活用など

(33)

SEC

現場カルチャーや業務ドメインの壁を越えた連携

34 Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

(34)

SEC

(35)

SEC

Dependabilityを確立するための

２つの視点

1

高い品質のソフトウェアを

作る

こと

1.

高い品質のソフトウェアを

作る

こと

2

高い品質を

客観的に説明

できること

2.

高い品質を

客観的に説明

できること

ソフトウア品質監査制度（仮称）

ソフトウェア品質監査制度（仮称）

36 Software Engineering Center

(36)

SEC

統合システムに囲まれた安心・安全な未来のために

清聴

が

ざ

ご清聴ありがとうございました

独立行政法人情報処理推進機構技術本部

ソフトウェア・エンジニアリング・センター

副所長統合系プジクト

ダ

立

譲

副所長/統合系プロジェクトリーダー立石譲二

ご質問は、

[email protected]

まで

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Software

Engineering

C

Center

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統

信頼性 考

統合システムの信頼性を考える

2011年11月17日

年

月

日

独立行政法人 情報処理推進機構

技術本部

技術本部

ソフトウェア・エンジニアリング・センター

副

／統

プ ジ

ダ

立石 譲二

1

ＥＴ２０１１

Software Engineering Center

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高度情報ネットワーク社会の登場

国民生活にとってＩＴは水や空気のように「当たり前に」存在するもの

国民生活にとってＩＴは水や空気のように「当たり前に」存在するもの

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新成長戦略が描くスマートコミュニティの将来像

3

Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

3

SEC

SEC

「デジタル革命」 ～エネルギーの情報化～

電力の需要と供給

例 米カリフォルニア州の一日の需要と供給予測

（2010年4月26日早朝4:00時点）

5

Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

SEC

電気料金（電力量料金）の設定状況

日本の電気料金（電力量料金 季節別時間帯別）

東京電力管内の例

SEC

電力の価格調整機能（デマンド・レスポンス）

（参考）米カリフォルニア州デマンド・レスポンス・プログラム

7

Software Engineering Center

SEC

SEC

エネルギー・マネジメント・システム（ｘＥＭＳ）

￥

￥

￥

￥

￥

￥

￥

￥

￥

￥

ホーム・エネルギー・マネジメント・システム

ホーム・エネルギー・マネジメント・システム

（

（HEMS

HEMS）

）

（

（HEMS

HEMS）

）

9

Software Engineering Center

ＥＴ２０１１

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リレーションシップ ID rid3 のイメージパーツがファイルにありませんでした高度情報ネットワーク社会の登場国民生活にとって IT は水や空気のように当たり前に存在するもの Center 2

信頼性考

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プジ

立石譲二

_{Software Engineering Center}

₃

「デジタル革命」～エネルギーの情報化～

例米カリフォルニア州の一日の需要と供給予測

日本の電気料金（電力量料金季節別時間帯別）

安心・安全の要素とディペンダビリティ(Dependability)

可用性

信頼性

安全性

機密性

_人為的

完全性

_{サービス妨害}

保全性

初めて全面的なフライバイワイヤ（電気信号による自動操縦）を

採用した航空機A320 4機が墜落事故を起こす（1988～1993）

4つの医療センタで6名の患者が莫大な被爆をし、

少なくとも5名が死亡（1985～1987）

原因：ソフトウェアのバグ不十分な検査

セットメカ