在工業(yè)機(jī)器人、AGV等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，為了保證產(chǎn)品的安全性，我們通常會(huì)增加很多安全回路。在這些回路的設(shè)計(jì)過程中，我們也會(huì)選擇很多廠家的提供的組件或者自己設(shè)計(jì)的組件，例如速度傳感器、安全繼電器、急停開關(guān)、安全PLC等。在這些組件的選型中，很多認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)或者業(yè)主往往會(huì)要求需要使用經(jīng)過功能安全評估，獲得SIL證書的產(chǎn)品。那么究竟什么是功能安全評估，什么是SIL的嗎？本文將詳細(xì)介紹。

■功能安全評估的定義

功能安全評估指的是由獨(dú)立于設(shè)計(jì)方的組織或個(gè)人，通過審查設(shè)計(jì)方提供的產(chǎn)品技術(shù)文件，找出與功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求的差異，促使設(shè)計(jì)方改進(jìn)產(chǎn)品，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，并出具證書或者報(bào)告證明產(chǎn)品符合了特定標(biāo)準(zhǔn)。

■功能安全評估的對象

功能安全評估的對象一般分為兩類，一類是針對安全回路中的組件的評估，這類評估將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中SIL或PL的要求審核組件的功能安全管理、架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和測試等內(nèi)容，找出差異，要求企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品。例如機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器、安全控制器、安全繼電器、安全光柵等；另一類是針對安全回路集成的評估，目的是通過對集成之后的安全回路評估，判斷整體的安全功能是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的SIL或PL要求。

■ 功能安全評估對企業(yè)的益處

對于一個(gè)機(jī)器人的研發(fā)型企業(yè)來說，功能安全評估具有以下益處：

a）提高機(jī)器人產(chǎn)品的安全性，減少產(chǎn)品應(yīng)用中安全事故。功能安全評估依據(jù)的是國際上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如IEC61508，ISO 13849，ISO12100，這些標(biāo)準(zhǔn)是國際該行業(yè)的精華所在，通過評估，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，提高產(chǎn)品的安全水平；

b）提升企業(yè)產(chǎn)品安全設(shè)計(jì)的技術(shù)和管理水平。在評估過程中，評估人員會(huì)提出各種各樣的安全技術(shù)或者管理問題，例如產(chǎn)品架構(gòu)、元器件選型、降額設(shè)計(jì)、編碼、測試和配置管理、驗(yàn)證確認(rèn)管理、質(zhì)量管理等方面的問題，這些問題的解決有助于企業(yè)提升設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全管理水平。

c）降低機(jī)器人產(chǎn)品的成本，提升企業(yè)的核心競爭力。在很多企業(yè)里面，安全回路中的器件大多是直接采購的，例如安全繼電器、傳感器以及驅(qū)動(dòng)器、安全控制器，這些器件本身已通過功能安全評估，價(jià)格比較昂貴。如果企業(yè)自己設(shè)計(jì)，并且通過評估，既能滿足客戶的要求，也能減少大量的成本。

■ 什么是PL和SIL

對機(jī)器人行業(yè)來說，功能安全評估中最常聽到的一個(gè)術(shù)語SIL或者PL，SIL是Safety integrity level的縮寫，又叫安全完整性等級，是安全功能發(fā)生危險(xiǎn)失效的概率的一個(gè)衡量指標(biāo)，SIL的分級見表1和表2。

表1 安全完整性等級：在低要求運(yùn)行模式下安全功能的目標(biāo)失效量

表2 安全完整性等級：在高要求或連續(xù)運(yùn)行模式下安全功能的目標(biāo)失效量

PL是 Performance level的縮寫，又稱性能等級，也是安全功能發(fā)生危險(xiǎn)失效的概率的一個(gè)衡量指標(biāo)，PL在機(jī)器人行業(yè)用的比較多。其分級見表3.

表3 PL等級的定義

■ 功能安全評估的內(nèi)容

對于機(jī)器人安全回路的組件的評估，功能安全評估是對安全回路相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的評估，評估可通過兩種方式證明產(chǎn)品符合了SIL或PL的要求：

a）一種方式是對整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行評估，這樣評估應(yīng)在設(shè)計(jì)的早期就要開展，而且要貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程。例如計(jì)劃、需求、架構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、單元測試、集成測試等各個(gè)階段，如圖1。評估會(huì)將會(huì)對設(shè)計(jì)的每一階段產(chǎn)生的文件進(jìn)行詳細(xì)評估，并提出技術(shù)問題，保證整個(gè)設(shè)計(jì)都符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后再進(jìn)行評估，將會(huì)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來大量的改進(jìn)，增加企業(yè)時(shí)間和人力成本。

圖1功能安全評估涵蓋的階段

b）第二種方式，采用經(jīng)使用證明。對于長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，企業(yè)可收集產(chǎn)品的運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如故障數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的計(jì)算，對差異進(jìn)行詳細(xì)的分析，也可證明產(chǎn)品滿足了要求的SIL或PL等級。

對于安全回路的集成的評估，功能安全評估應(yīng)在集成的過程中，對技術(shù)文件進(jìn)行詳細(xì)的審核，以判斷集成后的安全回路整體上是否滿足SIL或PL要求，在此不再詳細(xì)介紹。

■ 功能安全評估的步驟

對于組件級別的功能安全評估，通常分為兩步。

首先是對功能安全管理的評估，主要集中在設(shè)計(jì)的早期階段，評估內(nèi)容及核心如下圖所示：

圖2 功能安全初步評估

其次，是對設(shè)計(jì)過程中技術(shù)方面的評估。評估將重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品架構(gòu)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及編程、FMEA分析、元器件選型、測試等方面。評估的核心和內(nèi)容如下圖所示：

圖3 功能安全詳細(xì)技術(shù)評估

最后，結(jié)合作者多年的經(jīng)驗(yàn)，本文想談一下功能安全評估過程中第三方咨詢的重要性。由于功能安全評估是對組件（繼電器、安全控制器和驅(qū)動(dòng)器）的設(shè)計(jì)審核，尤其是對于包含軟件、硬件的產(chǎn)品，評估會(huì)涵蓋從概念、架構(gòu)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程、測試等方方面面的內(nèi)容。對于一個(gè)從未接觸過功能安全的企業(yè)來說，閱讀、理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)將是一個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)，IEC61508大概有700多頁。而且，由于咨詢和評估的獨(dú)立性規(guī)則要求，評估方也很少對企業(yè)在評估過程中的遇到的問題進(jìn)行積極的指導(dǎo)。此時(shí)，如果能夠有一個(gè)具有良好的功能安全經(jīng)驗(yàn)的第三方介入，將對指導(dǎo)企業(yè)文檔的編寫、解決設(shè)計(jì)人員遇到的技術(shù)問題、協(xié)助與評估方的溝通具有重要意義，能夠協(xié)助企業(yè)加快整個(gè)評估過程。但是，由于功能安全在國內(nèi)屬于新興領(lǐng)域，發(fā)展時(shí)間短，優(yōu)秀人才匱乏，一定要選擇專業(yè)的咨詢公司來做指導(dǎo)。