AGVアプリケーションにおける機能安全インテグリティの実証
目次
強固なセーフティケースは、ISO 3691-4、ISO 12100、および ISO 13849-1 の適切な整合にかかっている
世界の無人搬送車（AGV）市場は今後10年間にわたり着実な成長が見込まれており、それに伴い機能安全に対する規制上の監視も強化されています。AGVは現代の自動化製造環境においてますます普及しており、導入が拡大するにつれて、製造業者には危険源および関連リスクを十分に特定し、適切に低減したことをどのように実証するかについて、より高いレベルの要求が課されるようになっています。
ISO 3691-4（無人産業車両およびそのシステム）などの規格では、ISO 13849-1:2023への適合を達成すべき安全機能に関する明確な要求事項が定められています。
しかし、多くのプロジェクトでは、適用される規格間の体系的な整合性が十分に理解されていないため、機能安全の導入に際して混乱や不確実性が生じています。
産業用AGVにおいて、合理的かつ説明可能なセーフティケースは、通常、以下の3つの相互補完的な柱に基づいて構築されます。
- ISO 3691-4：無人産業車両およびそのシステムに特化したタイプC規格
- ISO 12100：機械安全のリスクアセスメント手法
- ISO 13849-1：制御システムの安全関連部に対する機能安全要求事項
これらの規格がどのように相互に関連しているかを理解することは、堅牢な機能安全インテグリティと効果的なリスク低減を実証する上で不可欠です。
出発点 ― ISO 3691-4
無人産業車両のためのタイプC機械安全規格であるISO 3691-4は、AGVに求められる具体的な安全要件を定めています。
この規格は、以下のような領域に関する要求事項を規定しています。
- 保護領域監視
- 速度および動作制御
- 制動性能
- 安定性および荷役性能
- 運転モード
- 人員検知対策
特に重要なのは、ISO 3691-4の表3です。この表では、代表的な安全関連機能、関連するリスク、およびISO 13849-1に基づく最低要求パフォーマンスレベル（PL）が明示されています。これは、製造業者が考慮すべき安全機能の基準を提供する非常に有用な情報です。
ただし、表3はアプリケーション固有のリスクアセスメントの代替として扱うべきではありません。
多くのチームが見落としがちな重要条項
規格の第4項では、「本規格で扱われていない関連危険源については、ISO 12100の原則に従って車両を設計しなければならない」と規定されています。
これは意図的なメッセージです。ISO 3691-4自身が、その内容が包括的なものではないことを認識しているのです。
つまり、ISO 3691-4はアプリケーションにおける基本要求を定めていますが、包括的なリスクアセスメントを実施する義務を免除するものではありません。
なぜISO 12100が依然として不可欠なのか
ISO 3691-4の第4項が要求しているように、ISO 12100に基づく体系的なリスクアセスメントの実施が求められます。これは、合理的に予見可能なすべての危険源を特定し、適切に対処するためです。
特にAGVでは、リスクが用途に大きく依存するため、この点が重要になります。
実際には、以下の要因によって追加の危険源が発生することがよくあります。
- 現場の混雑状況および交通密度
- 床面状態や勾配の変動
- 複雑な荷姿・荷形状
- 複数車両によるフリート運用
- より大規模な自動化システムとの統合
- 予見可能な誤使用シナリオ
これらの要因は、以下の両方に影響を与える可能性があります。
- 追加の安全機能が必要となること
- 要求パフォーマンスレベル（PLr）が高くなること
例えば、床面勾配の増加や低摩擦面では停止距離が長くなるため、安全速度監視機能や制動機能に対してより高いPLrが必要となる場合があります。
多くの評価において、AGVのセーフティケースの不備は、ISO 12100を十分に適用せず、ISO 3691-4のみに過度に依存したことに起因しています。
機能安全インテグリティの実証
安全機能およびPLrが決定された後は、通常、ISO 13849-1を用いて制御システムの安全関連部（SRP/CS）が要求される安全インテグリティを満たしていることを実証します。
この段階では、安全コンセプトを単なる意図から、実証可能な信頼性および耐故障性へと発展させます。
実務上は、制御アーキテクチャ、部品信頼性、および診断能力が総合的に目標パフォーマンスレベルを満たしていることを確認します。
一般的な活動には以下が含まれます。
- 適切なアーキテクチャカテゴリの選定
- MTTFd（危険側故障までの平均時間）の算出
- 診断カバレッジ（DCavg）の評価
- 共通原因故障（CCF）の評価
- 妥当性確認試験の実施
AGVでは、これらの要求事項は主として以下の運動制御関連の安全機能に適用されます。
- 安全レーザスキャナチャネル
- 安全速度監視
- 制動制御
- 非常停止回路
- 安全PLCロジック
- ドライブ内蔵安全機能
重要なのは、PL達成は単なるコンポーネント単位の取り組みではなく、解析、アーキテクチャ、および妥当性確認の証拠によって支えられたシステム全体としての実証であるという点です。
AGVのセーフティケースでよく見られる課題
AGVプロジェクトでは、詳細評価の過程で繰り返し見られる弱点が存在します。
その多くは規格そのものの問題ではなく、安全フレームワークの適用が不完全または不整合であることに起因しています。
典型的な問題として、以下が挙げられます。
- ISO 3691-4を完全な解決策として扱う
- 認証済みサブシステムへの過度な依存
- ISO 12100の表面的な適用
- 主要安全機能に対するPLr設定の誤り
- 劣化状態や故障モードへの配慮不足
- システムレベルの妥当性確認証拠の不足
特に重大なリスクは、コンポーネント認証とシステム適合性を混同することです。
たとえサブシステムが高いSILやPLの主張を有していても、機械安全規格への適合性は最終的に、実際の運用環境における統合AGVシステム全体の性能によって判断されます。
まとめ
AGVの自律性が高まり、導入が拡大する中で、機能安全インテグリティの実証には、認証済み部品の選定や単一規格への準拠だけでは不十分です。
ISO 3691-4は、AGV安全における重要な適用基盤を提供しており、期待される安全機能と最低パフォーマンスレベルの基準を示しています。
しかし、この規格自体が明確に示しているように、
- 適用範囲外の危険源に対応するためにはISO 12100が必要であり、
- 実装された安全機能のインテグリティを実証するためにはISO 13849-1が必要です。
設計ライフサイクルの早い段階からこれら3つの要素を整合させる企業は、技術的に堅牢で、評価対応が容易であり、かつ事業上も十分に説明可能なセーフティケースを構築できる可能性が高くなります。
Intertek Assuranceが支援できること
AGVの機能安全インテグリティを実証するには、単一規格を個別に適用するだけでは不十分です。
堅牢なセーフティケースは、ISO 3691-4、ISO 12100、およびISO 13849-1を適切に整合させ、実際の運用環境で性能を検証することによって構築されます。
Intertek Assuranceは、製造業者およびシステムインテグレータに対し、以下の支援を提供しています。
- ISO 3691-4に対するギャップアセスメント
- ISO 12100リスクアセスメントおよびPLr決定支援
- ISO 13849設計レビューおよび妥当性確認支援
- 独立した技術保証および技術文書作成支援
早期に専門家の支援を受けることで、再設計リスクの低減、後工程での適合性問題の回避、そして技術的に堅牢で監査対応可能なセーフティケースの構築が可能になります。
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