產(chǎn)品功能安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、步驟和方法

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2023-05-2220:07在科技高速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)水平日益提高的今天，大量具備智能化及自動(dòng)化功能的電子電氣設(shè)備及系統(tǒng)，正不斷應(yīng)用于各種生產(chǎn)制造場(chǎng)景當(dāng)中。但電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜性的提升，也提高了硬件隨機(jī)性失效和系統(tǒng)性失效風(fēng)險(xiǎn)的可能性，一旦運(yùn)作時(shí)出現(xiàn)失效、失控等情況，便有可能會(huì)帶來人員及財(cái)產(chǎn)的損失。

1977年，美國(guó)芝加哥發(fā)生兩車相撞事故，導(dǎo)致列車墜落，代價(jià)極其慘痛。

2018年，美國(guó)亞馬遜公司的機(jī)器人誤戳穿驅(qū)熊噴劑罐，導(dǎo)致24名工人受傷。

而這些事故的發(fā)生，究其原因都是安全相關(guān)控制系統(tǒng)的功能失效。

因此，重視功能安全有利于預(yù)防、阻斷危險(xiǎn)事故的發(fā)生，并且能緩解危險(xiǎn)發(fā)生所帶來的后果。

為了幫助大家更好地理解功能安全是什么，本期文章將從它的定義和評(píng)估目的、評(píng)估步驟和方法、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簇等方面來做一些簡(jiǎn)單的入門介紹。

一、功能安全的定義和評(píng)估目的

1、定義

首先來看IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中功能安全的定義：

FS（FunctionalSafety）ispartoftheoverallsafetyrelatingtotheEUCandtheEUCcontrolsystemthatdependsonthecorrectfunctioningoftheE/E/PEsafety-relatedandotherriskreductionmeasures.

參考譯文：功能安全是整體安全中與EUC和EUC控制系統(tǒng)相關(guān)的部分，它取決于E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)和其他風(fēng)險(xiǎn)降低措施正確執(zhí)行其功能。

通俗來說，功能安全是要求系統(tǒng)達(dá)到預(yù)設(shè)的安全完整性等級(jí)SIL（SafetyIntegrityLevel）或者性能等級(jí)PL（Performancelevel）。

①SIL等級(jí)的主要參數(shù)TFFR（TolerableFunctionalFailureRate）指標(biāo)：表示每小時(shí)可容許的失效數(shù)。

表1：SIL等級(jí)定級(jí)

②PL等級(jí)的主要參數(shù)PFHd：表示平均每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率。

表2：PL等級(jí)定級(jí)

2、評(píng)估目的

功能安全的評(píng)估目的是調(diào)查并判斷E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)所達(dá)到的功能安全。

第一，評(píng)估為了確保滿足功能安全目的所必需的管理活動(dòng)是否有效。

第二，評(píng)估設(shè)備設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求的SIL等級(jí)或者PL等級(jí)。

二、功能安全評(píng)估步驟和方法

怎么實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能安全呢？

1.FSM功能安全管理；

2.FSA功能安全評(píng)估；

3.E/E/PE系統(tǒng)和軟件安全生命周期的每個(gè)階段的技術(shù)要求。

主要有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

1.經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確認(rèn)安全目標(biāo)；

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)管理匹配目標(biāo)；

3.評(píng)估確認(rèn)是否能達(dá)到安全目標(biāo)，若不行，則需整改設(shè)計(jì)重新進(jìn)行評(píng)估。

相關(guān)評(píng)估方法標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：FMECA分析EN60812HAZOP分析EN61882故障樹分析EN61025馬爾可夫分析EN61165可靠性框圖分析EN61078區(qū)域分析EN61508-7共因失效分析EN60812/EN61025事件樹分析EN62502表3：相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)三、功能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簇

功能安全的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)有很多，不過都是基于母標(biāo)準(zhǔn)IEC61508在各行各業(yè)延展開來的。不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全等級(jí)有不同的定義，但實(shí)施和評(píng)估的思路是一樣的。

圖1：功能安全標(biāo)準(zhǔn)簇

下面以國(guó)內(nèi)機(jī)器人行業(yè)為例，講解功能安全認(rèn)證評(píng)估的實(shí)施步驟。

圖2：機(jī)器人相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)器人功能安全認(rèn)證實(shí)施步驟：

初步評(píng)估

1.準(zhǔn)備評(píng)估方案、文件清單

2.計(jì)劃類文件（安全計(jì)劃、驗(yàn)證/確認(rèn)計(jì)劃、質(zhì)量保障計(jì)劃、配置管理計(jì)劃）

3.危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)分析

4.需求評(píng)估（系統(tǒng)/子系統(tǒng)需求）架構(gòu)（系統(tǒng)安全需求）

5.系統(tǒng)概念討論及文件審閱

安全審核（安全計(jì)劃、需求配置管理等）

詳細(xì)評(píng)估

1.根據(jù)功能安全使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)評(píng)估

2.硬件設(shè)計(jì)評(píng)估（FMEA、電氣原理圖等