IEC 61508
IEC 61508是一项用于工业领域的国际标准，其名称是《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》（Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems (E/E/PE, or E/E/PES）。
IEC 61508是由国际电工委员会发布，其目的要建立一个可应用于各种工业领域的基本功能安全标准。它将功能安全定义为：“是受控设备（EUC）或受控设备系统总体安全中的一部分；其安全性是依赖于电气/电子/可编程电子（E/E/PE）安全相关系统、其他技术的安全相关系统或外部风险降低措施的正确机能。”
简介
[编辑]IEC 61508标准起源于工业程序控制领域。该标准涵盖了完整的安全生命周期，当制定相关领域特定的功能安全标准时，需要进一步细化说明[1]。
IEC 61508标准定义的安全生命周期包含16个阶段，各阶段所关注的均是系统安全功能，粗略地可以分为3块：
- 1-5阶段描述了分析过程。
- 6-13阶段描述了实现过程。
- 14-16阶段描述了运作及维护过程。
标准由7个部分组成，
- 1-3部分包括标准需求，偏向规范性的内容。
- 4-7部分包括开发过程指导和示例，以资料性的内容为主。
IEC 61508标准的核心是风险和安全功能的概念。风险是指危害事件频率（或可能性）以及事件后果严重性的组合。可以借由应用包括电气/电子/可编程电子（E/E/PES）及其它技术构成的安全功能，使风险降低到可以容忍的水平。电气/电子/可编程电子以外的技术也可能被用于降低风险，但IEC 61508标准的详细需求只覆盖了采用E/E/PES技术的安全功能。
IEC 61508对风险的观点如下：
- 不可能达到零风险。
- 必须从一开始就要考虑安全性。
- 将风险降低到合理且可容忍的范围（ALARP）。
危害及风险分析
[编辑]IEC 61508要求需实施危害分析及风险分析：“针对每一个被确认的危害事件，需计算或估计EUC（受控设备）的风险”。
此标准建议“可以实施量化或非量化的危害及风险分析技术”，并在标准中提出了许多的分析方式[2]。以下是一种量化危害分析的方式，将事件几率区分为6类，事件影响区分为4类：
出现几率的分类
| 分类 | 定义 | 范围（每年的失效率） |
|---|---|---|
| 频繁（Frequent） | 系统生命周期中出现很多次 | > 10−3 |
| 可能（Probable） | 系统生命周期中出现数次 | 10−3 至 10−4 |
| 偶尔（Occasional） | 系统生命周期中出现一次 | 10−4 至 10−5 |
| 微乎其微（Remote） | 系统生命周期不太可能出现 | 10−5 至 10−6 |
| 几乎不可能（Improbable） | 非常不可能出现 | 10−6 至 10−7 |
| 难以置信（Incredible） | 无法相信会出现的事件 | < 10−7 |
影响的分类
| 分类 | 定义 |
|---|---|
| 灾难（Catastrophic） | 多人死亡 |
| 严重（Critical） | 一人死亡 |
| 临界（Marginal） | 一人或多人重伤 |
| 轻微（Negligible） | 至多造成轻伤 |
可将上述的几率及影响组合成以下的风险矩阵
| 影响 | ||||
| 几率 | 灾难 | 严重 | 临界 | 轻微 |
| 频繁 | I | I | I | II |
| 可能 | I | I | II | III |
| 偶尔 | I | II | III | III |
| 微乎其微 | II | III | III | IV |
| 几乎不可能 | III | III | IV | IV |
| 难以置信 | IV | IV | IV | IV |
其中
- I类：在任何情形下都无法接受。
- II类：不希望出现，只有在实务上无法降低风险，或是降低风险成本远高于改善所获得的效益时才可以接受。
- III类：若降低风险的成本高于改善所获得的效益，可接受这类事件发生。
- IV类：可接受这类事件发生，但需加以监控。
安全完整性等级
[编辑]安全完整性等级主要是依以下三个要素的评估情形，较高的安全完整性等级需要在这三个部分有更好的相容性：
- 提升可靠度。
- 失效而安全。
- 管理、系统技术、验证及确认。
安全完整性等级是针对单一减少偒害的方法（在风险分析中决定），不是针对整个系统，也不是针对个别零件。
提升可靠度
[编辑]对于连续运转的系统（连续模式）及一年运转超过一次的系统（高需求），需评怙其容许的失效频率。对于间歇性运转的系统（一年运转不到一次/低需求），失效几率定义为系统无法回应需求动作的几率。
| SIL | 低需求模式： 无法回应需求动作的平均几率 |
高需求模式或连续模式： 每小时出现危险失效的几率 |
| 1 | ≥ 10−2 至 < 10−1 | ≥ 10−6 至 < 10−5 |
| 2 | ≥ 10−3 至 < 10−2 | ≥ 10−7 至 < 10−6 |
| 3 | ≥ 10−4 至 < 10−3 | ≥ 10−8 至 < 10−7 |
| 4 | ≥ 10−5 至 < 10−4 | ≥ 10−9 至 < 10−8 |
失效而安全
[编辑]安全故障失效比率（safe failure fraction，简称SFF）的计算可确认系统失效安全的程度。安全故障失效比率比较安全失效及危险失效的比例，但安全故障失效比率本身不足于宣告安全完整性等级，在 IEC 61508标准中有定义各等级的安全完整性等级需要的安全故障失效比率。
管理、系统技术、验证及确认
[编辑]管理及系统技术确保可以避免在生命周期中任一部分出现的错误。即使是可靠度最高的保护方式，也可能被从初期概念、风险分析、规格、设计、安装、维护一直到丢弃过程中导入的错误所破坏。IEC61508列出在生命周期的各阶段需要应用的相关技术。
产业或特定领域标准
[编辑]车辆软件
[编辑]汽车产业软件可靠性协会（MISRA）的方针中涵盖了有关车辆安全相关系统的软件开发[3]。MISRA计划是要提供车辆用嵌入式软件开发的方针。在1994年11月时发行了一套车用嵌入式软件开发的方针，是第一个在车辆产业对应IEC 61508的标准，1998年时MISRA提出了MISRA C，是兼顾嵌入式系统的安全性及可移植性的C语言开发标准。
ISO 26262是将IEC 61508延伸到车辆的电机/电子系统的安全标准。
铁路软件
[编辑]EN 50128全名为《铁路应用-铁路控制及保护软件》（Railway applications - Software for railway control and protection）是将IEC 61508应用在铁路应用的欧盟技术标准，内容涵盖铁路控制及保护软件的开发，包括通讯、讯号及处理系统等。
制造业
[编辑]制造业包括许多种类的制造工艺：包括炼油厂、石化、化工、制药、纸浆、造纸及电力等。IEC 61511是这些工程系统的技术标准，确保使用仪表设备时工业流程的安全性。
核电厂
[编辑]IEC 61513全名为《功能安全－核能工业的安全仪表系统》（Functional safety – safety instrumented systems for the Nuclear Industries）提供了核电厂的设备及安全控制系统相关的要求及建议事项，其中的要求包括针对传体硬件的设备、以电脑为基础的设备以及同时使用上述二种技术的设备。
机械
[编辑]IEC 62061全名为《机械安全与安全有关的电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全标准》（Safety of machinery, Functional safety of safety-related electrical, electronic and programmable electronic control systems），是IEC 61508在机械安全的功能安全标准[4]，IEC 62061提供了各类型和机械安全有关的电机控制系统的要求，适用于系统层级的设计，也适用于非复杂的子系统及设备。
软件测试
[编辑]依IEC 61508开发的软件依其需达到的安全完整性等级（SIL）不同，有可能需要经过单元测试。单元测试的目的是在确认软件在模组层次已进行了完整测试。若是有些安全完整性等级较高的应用，软件的代码覆盖要求更高，而且也需使用修改条件判断覆盖（MCDC）准则，而不是简单的分支覆盖（branch coverage）。若要得到MCDC覆盖率的资讯，一般都需要单元测试软件，甚至是软件模组测试软件。
相关条目
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ 陈骏为. E/E/PE安全功能產品標準－IEC 61508. 电子工程专辑. EE Times Group. 2008-01-01 [2012-05-30]. （原始内容存档于2008-05-17）.
- ^ Felix Redmill. An Introduction to the Safety Standard IEC 61508 (PDF). Redmill Consultancy. [2012-06-04]. （原始内容存档 (PDF)于2012-08-13）.
- ^ Motor Industry Software Reliability Association. [2012-05-30]. （原始内容存档于2012-07-04）.
- ^ 工厂自动化领域SIL认证标准. 电子质量周刊. 2011年11月, (19) [2012-05-30]. （原始内容存档于2016-03-04）.
外部链接
[编辑]- 功能安全中心（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 61508 Association（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- IEC Functional safety zone（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Inside Functional Safety - Technical magazine focusing on functional safety
- CFSE Governance Board website（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- [1]（页面存档备份，存于互联网档案馆） - Motor Industry Software Reliability Association
论文
[编辑]- A revised proposal for IEC 61508. This paper was presented at the Embedded Systems Show 2006 in Birmingham, UK.
- An article about meeting the IEC 61508 part 3 (software development) requirements for tool certification, specially compilers.（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Open IEC 61508 Certification of Products - This paper describes an assessment for product designs and the product development process that produces a full safety case as well as additional public documentation.
- Satisfying SIL Requirements: Ensure Functional Safety of E/E/PE Safety-Related Systems (from Parasoft)
延伸书目
[编辑]- M.Medoff, R.Faller, "Functional Safety - An IEC 61508 SIL 3 Compliant Development Process" - www.exida.com
- C. O'Brien, "Final Elements and the IEC 61508 and IEC 61511 Functional Safety Standards" - www.exida.com
- M.Punch, "Functional Safety for the Mining Industry – An Integrated Approach Using AS(IEC)61508, AS(IEC) 62061 and AS4024.1." (1st Edition, ISBN 978-0-9807660-0-4, in A4 paperback, 150 pages). www.marcuspunch.com（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- D.Smith, K Simpson, "Safety Critical Systems Handbook: A Straightforward Guide to Functional Safety, IEC 61508 (2010 Edition) And Related Standards, Including Process IEC 61511 and Machinery IEC 62061 and ISO 13849" (3rd Edition ISBN 978-0-08-096781-3, Hardcover, 288 Pages).