Risk Assessment of Actuators Uncertainty using STPA and SMC

Journal of Korean Institute of Information Technology Pub Date : 2023-08-31 DOI:10.14801/jkiit.2023.21.8.39

Sohee Park, Ryeonggu Kwon, Gihwon Kwon

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Abstract

시스템 이론 기반으로 안전성을 분석하는 STPA(System-Theoretic Process Analysis)에서 액츄에이터는 컨트롤러가 하위 프로세스로 전달하는 제어 명령을 관리한다. 액츄에이터는 환경 조건, 외부 간섭 등에 의해 하위 프로세스에 잘못된 명령을 전달해 사고를 유발할 수 있다. 이러한 가능성을 고려하지 않으면 실제와 다른 위험 평가결과를 도출할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 PTA(Priced Timed Automata)와 SMC(Statistical Model Checking)를 이용하여 액츄에이터의 불확실성에 따른 STPA 위험 평가 방법을 제안한다. SMC는 기존 모델 검증과 달리 통계 기법을 이용해 추정치를 계산해 검증한다. 이러한 특징으로 상태 폭발 문제가 발생하는 PTA에도 적용할 수 있다. 제안한 방법을 철도 건널목 시스템에 적용하여 액츄에이터의 영향을 확인한 결과, 모든 시나리오에서 높은 위험도를 보였다. 이를 통해, 액츄에이터에 대한 손실 시나리오의 위험도 평가가 필요함을 확인하였다.

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基于STPA和SMC的执行器不确定性风险评估

在基于系统理论分析安全性的STPA(System-Theoretic Process Analysis)中，actuator管理控制器向子进程传递的控制命令。actuator可能会因环境条件、外部干涉等向下级程序传达错误的命令，从而引发事故。如果不考虑这种可能性，可能会得出与实际不同的风险评估结果。因此，本论文提出了利用PTA(Priced Timed Automata)和SMC(Statistical Model Checking)对actuator的不确定性进行STPA风险评估的方法。SMC与现有模型验证不同，是利用统计技法计算推测值进行验证。这一特点也适用于发生状态爆炸问题的PTA。将提出的方法应用于铁路交叉道口系统，确认了actuator的影响，结果在所有的剧本中都显示出了较高的危险度。通过这种方式，我们确认了对actuator的损失情况危险度评估是必要的。

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