116 
~5 мин
Определение приемлемого риска
Функциональная безопасность определяется стандартом как отсутствие недопустимого риска телесных повреждений или причинения вреда здоровью людей в результате повреждения имущества или оборудования, прямо или косвенно. Это часть общей системы безопасности, которая зависит от правильной реакции системы или оборудования на команды. Функциональная безопасность вводится в действие при обнаружении потенциально опасного состояния, чтобы активировать защитный или корректирующий механизм устройства, чтобы предотвратить возникновение опасных событий или предложить смягчение последствий опасного события. Цель функциональной безопасности при организации труда на роботизированном производстве — ограничить ущерб людям, имуществу и окружающей среде за счёт сведения к минимуму опасных условий в системах или компонентах робототехники.
Простым примером функциональной системы безопасности является офисная кофеварка. Кофеварка, оснащённая датчиком, определяющим температуру кофе, отключит нагревательный элемент, если датчик обнаружит, что температура превысила пороговое значение. Более сложным примером может быть автоматизированный робот на производственной линии - если система зарегистрирует присутствие человека, который подходит слишком близко, она активирует безопасный режим, либо остановив его, либо переместив в более безопасное положение. Функциональная безопасность - это активная часть более крупной системы безопасности, которая будет реагировать на предопределённые триггеры и предписывать всей системе вносить активные изменения. Это противоречит функциям пассивной безопасности, таким как противопожарные двери или средства индивидуальной защиты.
По своей сути функциональная безопасность защищает пользователей технологии от причинения вреда их здоровью. Поскольку промышленность становится все более автоматизированной, а фабрики работают круглосуточно и без выходных, этот фактор становится все более важным параметром, поскольку люди взаимодействуют со все более сложными системами. С чисто деловой точки зрения обеспечение функциональной безопасности позволяет производителям работать уверенно и с максимальной эффективностью.
Стандарты
Основным международным стандартом безопасности для электрических, электронных и программируемых электронных систем, связанных с безопасностью, является IEC 61508. Он устанавливает требования к обеспечению того, чтобы системы проектировались, внедрялись, эксплуатировались и поддерживались на требуемом уровне полноты безопасности (SIL - safety integrity level).
С тех пор как первая редакция IEC 61508 была опубликована в 1998 г., были разработаны дальнейшие редакции для таких областей, как автомобилестроение (ISO 26262), управление технологическим процессом (IEC61511), программируемое логическое управление (IEC61131-6), машиностроение (IEC 62061), приводы с регулируемой скоростью (IEC 61800-5-2) и во многих других областях.
Аппаратная отказоустойчивость.
Уровни аппаратной отказоустойчивости (HFT) показывают способность системы продолжать работу при возникновении проблемы с одним или несколькими её компонентами. В типичной системе, если уровень полноты безопасности (SIL) выше, для продолжения выполнения своей функции потребуется больший уровень HFT. Например, аппаратные системы с нулевым пороговым значением (HFT 0) не способны выдержать ни одного опасного сбоя. Но система с одним уровнем HFT уже может его допустить. Примером может служить система с одной встроенной функцией резервирования.
Уровни HFT-2 и HFT-3 также можно встретить в некоторых системах, но чем больше количество встроенной избыточности — тем выше риск создания более сложной системы. Это может иметь последствия в виде повышенных затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.
Уровень полноты безопасности
Этот параметр означает уровень полноты безопасности, как меру производительности системы безопасности с точки зрения вероятности отказа по запросу (PFD), поскольку легче выразить вероятность отказа, чем вероятность надлежащего функционирования (например, 1 из 100 000 против 99 999 из 100 000).
Существует четыре уровня целостности (от SIL 1 до SIL 4). Чем выше уровень SIL, тем выше соответствующий уровень безопасности и ниже вероятность того, что система не будет работать должным образом. По мере повышения уровня, обычно также возрастают сложность системы, затраты на её обслуживание и стоимость.
Назначение уровней.
В большинстве случаев для определения требований к системе безопасности и присвоения SIL используется анализ рисков. Стандарт IEC 61508 описывает количественные процедуры для проведения этого анализа и расчёта уровня риска установки. Существует также качественный метод оценки рисков и присвоения уровней SIL.
Этот качественный метод основан на определении степени ущерба, который может быть вызван каждым из рисков, возникающих на объекте, продолжительности воздействия риска, вариантов его устранения и частоты/вероятности их возникновения. Необходимый уровень для установки роботизированного комплекса назначается на основании уровня опасности (измеряется количественно или оценивается качественно). Чем выше риск в установке, тем выше уровень безопасности SIL, которому должна соответствовать система безопасности, чтобы минимизировать риск до приемлемого уровня.
Получение сертификата функциональной безопасности продукта — это процесс, в котором в идеале должны участвовать разработчики, сборочные бригады инжиниринговой компании и организация, занимающаяся сертификацией функциональной безопасности. Он должен начинаться на ранних стадиях разработки и проектирования всей роботизированной системы. Это позволяет создавать надёжные проекты инсталляции оборудования, в которых процесс оценки будет проходить на протяжении всего жизненного цикла разработки продукта.
Реализация
Обеспечение соответствия стандартам функциональной безопасности требует двойного подхода, включающего как аппаратное, так и программное обеспечение.
С точки зрения аппаратного обеспечения производители все чаще производят датчики и устройства обработки данных, в которые уже встроены элементы функциональной безопасности. В результате появилось поколение промышленного оборудования, способного самостоятельно контролировать соблюдение стандартов.
С точки зрения программного обеспечения стандарт IEC 61508 требует, чтобы программные компоненты, связанные с безопасностью, придерживались строгого процесса разработки с анализом, структурным проектированием, тестированием и проверкой всех требований.
Тенденции и проблемы
Одна из самых больших тенденций — и самых сложных задач — связана с размером. Миниатюризация сложных полупроводников позволяет производить их таким образом, чтобы уменьшить как размер, так и стоимость, но это также создаёт проблемы с точки зрения увеличивающейся сложности юнитов оборудования и более широких систем функциональной безопасности.
Повышенная плотность интеграции и относительно короткие циклы инноваций, которые позволяют этим небольшим системам, могут открыть дверь для возможности большего количества ошибок, а это означает, что они должны быть спроектированы и изготовлены с высочайшим качеством. Сопровождающая их пользовательская документация также должна быть безупречной.
Многие производители робототехники предлагают набор компонентов для решения этих задач с точки зрения поставщиков полупроводников. А именно, масштабируемые микроконтроллеры общего назначения для управления системами безопасности, поставляемые с сертифицированным программным обеспечением для работы поверх него и заранее одобренные организациями, которые осуществляют надзор за безопасностью и охраной труда. Это означает, что компании-производители смогут свести к минимуму или пропустить этапы согласования и сертификацию ПО безопасности для этих контроллеров в надзорных инстанциях.
Функциональная безопасность становится все более важной по мере того, как промышленные предприятия вступают в эпоху высокой степени автоматизации процессов. По мере того, как человек все больше доверяет автоматизированным устройствам, необходимо будет более жёстко соблюдать правила безопасности, чтобы помочь производителям и разработчикам программного обеспечения управлять этой экосистемой автоматизации. Соблюдение этих стандартов необходимо не только для защиты людей от смерти и травм, но и для сохранения доверия общественности к автоматизации, а также для защиты репутации и финансового благополучия компаний.
