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在工業機器人、AGV等產品的設計過程中，為了保證產品的安全性，我們通常會增加很多安全回路。在這些回路的設計過程中，我們也會選擇很多廠家的提供的組件或者自己設計的組件，例如速度傳感器、安全繼電器、急停開關、安全PLC等。在這些組件的選型中，很多認證標準或者業主往往會要求需要使用經過功能安全評估，獲得SIL證書的產品。那麼究竟什麼是功能安全評估，什麼是SIL的嗎？本文將詳細介紹。
」
■ 功能安全評估的定義
功能安全評估指的是由獨立於設計方的組織或個人，通過審查設計方提供的產品技術文件，找出與功能安全標準要求的差異，促使設計方改進產品，滿足標準的要求，並出具證書或者報告證明產品符合了特定標準。
■ 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，這類評估將根據標準中SIL或PL的要求審核組件的功能安全管理、架構設計、軟件設計、硬件設計和測試等內容，找出差異，要求企業改進產品。例如機器人的驅動器、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後的安全回路評估，判斷整體的安全功能是否達到了標準中相應的SIL或PL要求。
■ 功能安全評估對企業的益處
對於一個機器人的研髮型企業來說，功能安全評估具有以下益處：
a）提高機器人產品的安全性，減少產品應用中安全事故。功能安全評估依據的是國際上的技術標準，例如IEC61508，ISO 13849，ISO12100，這些標準是國際該行業的精華所在，通過評估，可以發現設計中的缺陷，提高產品的安全水平；
b）提升企業產品安全設計的技術和管理水平。在評估過程中，評估人員會提出各種各樣的安全技術或者管理問題，例如產品架構、元器件選型、降額設計、編碼、測試和配置管理、驗證確認管理、質量管理等方面的問題，這些問題的解決有助於企業提升設計人員的技術水平，提升產品設計的安全管理水平。
c）降低機器人產品的成本，提升企業的核心競爭力。在很多企業里面，安全回路中的器件大多是直接採購的，例如安全繼電器、傳感器以及驅動器、安全控制器，這些器件本身已通過功能安全評估，價格比較昂貴。如果企業自己設計，並且通過評估，既能滿足客戶的要求，也能減少大量的成本。
■ 什麼是PL和SIL
對機器人行業來說，功能安全評估中最常聽到的一個術語SIL或者PL，SIL是Safety integrity level的縮寫，又叫安全完整性等級，是安全功能發生危險失效的概率的一個衡量指標，SIL的分級見表1和表2。
表1 安全完整性等級：在低要求運行模式下安全功能的目標失效量
安全完整性等級/SIL
安全功能在要求時的危險失效平均概率/PFD
4
≥10-5 to<10-4
3
≥10-4 to<10-3
2
≥10-3 to<10-2
1
≥10-2 to<10-1
表2 安全完整性等級：在高要求或連續運行模式下安全功能的目標失效量
安全完整性等級/SIL
安全功能的每小時危險失效平均頻率/PFH
4
≥10-9 to<10-8
3
≥10-8 to<10-7
2
≥10-7 to<10-6
1
≥10-6 to<10-5
PL是 Performance level的縮寫，又稱性能等級，也是安全功能發生危險失效的概率的一個衡量指標，PL在機器人行業用的比較多。其分級見表3.
表3 PL等級的定義
PL
每小時平均危險失效概率
A
≥10-5 to<10-4
B
≥3×10-6 to<10-5
C
≥10-6 to<3×10-6
D
≥10-7 to<10-6
E
≥10-8 to<10-7
■ 功能安全評估的內容
對於機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產品設計的評估，評估可通過兩種方式證明產品符合了SIL或PL的要求：
a）一種方式是對整個設計過程進行評估，這樣評估應在設計的早期就要開展，而且要貫穿整個設計過程。例如計劃、需求、架構設計、詳細設計、單元測試、集成測試等各個階段，如圖1。評估會將會對設計的每一階段產生的文件進行詳細評估，並提出技術問題，保證整個設計都符合功能安全標準的要求。如果在產品設計完成之後再進行評估，將會給產品設計帶來大量的改進，增加企業時間和人力成本。
圖1功能安全評估涵蓋的階段
b）第二種方式，採用經使用證明。對於長期運行經驗的產品，企業可收集產品的運行數據，例如故障數據、運行環境等，並對數據進行一定的計算，對差異進行詳細的分析，也可證明產品滿足了要求的SIL或PL等級。
對於安全回路的集成的評估，功能安全評估應在集成的過程中，對技術文件進行詳細的審核，以判斷集成後的安全回路整體上是否滿足SIL或PL要求，在此不再詳細介紹。
■ 功能安全評估的步驟
對於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，主要集中在設計的早期階段，評估內容及核心如下圖所示：
圖2 功能安全初步評估
其次，是對設計過程中技術方面的評估。評估將重點關注產品架構、詳細設計以及編程、FMEA分析、元器件選型、測試等方面。評估的核心和內容如下圖所示：
圖3 功能安全詳細技術評估
最後，結合作者多年的經驗，本文想談一下功能安全評估過程中第三方咨詢的重要性。由於功能安全評估是對組件（繼電器、安全控制器和驅動器）的設計審核，尤其是對於包含軟件、硬件的產品，評估會涵蓋從概念、架構、詳細設計、編程、測試等方方面面的內容。對於一個從未接觸過功能安全的企業來說，閱讀、理解和應用標準將是一個非常大的負擔，IEC61508大概有700多頁。而且，由於咨詢和評估的獨立性規則要求，評估方也很少對企業在評估過程中的遇到的問題進行積極的指導。此時，如果能夠有一個具有良好的功能安全經驗的第三方介入，將對指導企業文檔的編寫、解決設計人員遇到的技術問題、協助與評估方的溝通具有重要意義，能夠協助企業加快整個評估過程。但是，由於功能安全在國內屬於新興領域，發展時間短，優秀人才匱乏，一定要選擇專業的咨詢公司來做指導。
本文來源：工業機器人，感謝作者付出的勞力