什麼是失效安全(Fail-safe)

設計成發生故障或異常時,系統會進入安全側狀態的概念。故障時會倒向紅燈或停止側的號誌,以及電力或氣壓喪失時會關閉的常態關閉型閥門等都是例子。

日文名稱: フェールセーフ

「失效安全(Fail-safe)」出現在1領域的3道練習題中(系統架構與可靠度設計等)。

這個名詞所屬的領域: 系統架構與可靠度設計

「安全側」依系統而定

在失效安全中,故障時哪個狀態才算安全,要依每個系統思考後決定。對危險氣體的供應閥而言,關閉是安全側;對電梯而言,停止並啟動煞車是安全側。另一方面,也有停止本身就會造成危險的系統,這時就不是讓它停止,而需要即使降低功能也繼續運作的失效弱化,或故障時仍能維持功能的容錯等概念。

半導體工廠中的例子

半導體製造設備會處理有毒或可燃的氣體,因此廣泛採用失效安全的設計。氣體供應閥使用以氣壓開啟、在氣壓或電力喪失時以彈簧力量關閉的常態關閉型閥門。此外,排氣停止或偵測到氣體洩漏時,會透過連鎖(interlock)自動停止氣體的供應。

與失效弱化、防呆的差異

失效安全的目的是在故障時讓系統進入安全的狀態,多半會停止其功能。失效弱化的目的是切離故障的部分,即使降低功能或效能也繼續運作。防呆的對象不是機器的故障,而是人的錯誤操作,讓錯誤的操作無法進行,或即使操作錯誤也不會造成危險。

練習失效安全(Fail-safe)的題目

下列何者是基於失效弱化(fail-soft)概念的設計範例?

  1. A偵測到故障時,讓設備進入安全的狀態並停止
  2. B在操作程序或零件形狀上下工夫,使錯誤的操作無法進行
  3. C在由4台伺服器分擔處理的系統中,1台故障時,即使處理能力下降,仍由其餘3台繼續處理
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正確答案:C. 在由4台伺服器分擔處理的系統中,1台故障時,即使處理能力下降,仍由其餘3台繼續處理

失效弱化是指系統的一部分故障時,把故障的部分切離,即使降低功能或效能,系統整體仍繼續運作的概念。4台中有1台故障時,降低處理能力而由其餘3台繼續處理,就是其範例。故障時往安全側停止是失效安全,防止錯誤操作則是防呆的概念。

在半導體製造設備中,使用以氣壓開啟的常態關閉(normally closed)型氣體供應閥,使發生停電或壓縮空氣喪失時,閥門會關閉而停止危險氣體的供應。這種設計的概念為下列何者?

  1. A失效安全(Fail-safe)
  2. B失效弱化(Fail-soft)
  3. C防呆(Fool-proof)
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正確答案:A. 失效安全(Fail-safe)

設計成發生故障或異常時,系統會進入安全側狀態的概念稱為失效安全。常態關閉型閥門在用來開啟它的氣壓或電力喪失時,會以彈簧的力量關閉,因此電源或空氣異常時會進入氣體停止的安全狀態。即使故障也降低功能繼續運作的是失效弱化,防止人為錯誤操作的是防呆。

常見問題

失效安全與失效弱化如何區分使用?

停止就能確保安全時考慮失效安全,停止會造成困擾時考慮失效弱化。像製造設備的氣體這類停止就安全的對象採用失效安全;像許多人使用的業務系統這類停止影響很大的對象,則採用即使降低效能也繼續運作的失效弱化。一個系統中也可能兩者並用。

資訊系統也有失效安全嗎?

有的。例如無法連上認證伺服器時,不是讓使用者通過而是拒絕存取的設計,就是安全面的失效安全。不過這會降低可用性,因此倒向哪一側要依系統的目的決定。

解析中的「失效安全(Fail-safe)」

出現「失效安全(Fail-safe)」的題目(3題)

  1. 下列何者是基於失效弱化(fail-soft)概念的設計範例?
  2. 在半導體製造設備中,使用以氣壓開啟的常態關閉(normally closed)型氣體供應閥,使發生停電或壓縮空氣喪失時,閥門會關閉而停止危險氣體的供應。這種設計的概念為下列何者?
  3. 在提高系統可靠度的概念中,屬於避錯(fault avoidance)的是下列何者?

相關名詞

失效弱化(Fail-soft) 防呆(Fool-proof) 浴缸曲線 容錯(Fault tolerance) 水平擴展(Scale-out) 負載平衡器(Load balancer) 差異備份 單一故障點(SPOF) 磁碟陣列(RAID) 增量備份

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