功能安全技术与应用
功能安全的重要性
功能安全的重要性作者：Jatinder(JP)Singh来源：《中国电子商情·基础电子》2018年第10期在前阵子的假日中，我抽空更新了车载固件，我的孩子问为什么要更新车载软件。
我告诉他现在用的软件是一个老版本，更新的软件改进了汽车的一些安全功能。
最近莱迪思Diamond 设计软件取得了ISO 26262道路车辆功能安全认证，我想是时候谈谈“功能安全”这个词了。
作为一名工程师，我不禁感叹我们在功能安全方面走了那么远。
功能安全始终贯穿着人们的生活。
随着人机交互和自动化技术在我们的工厂和汽车领域的进一步应用，它已经成为一门专业的技术领域和工程科学。
功能安全的主旨是确保安全的机械和车辆性能，杜绝对人的生命造成任何风险。
在向年轻人介绍功能安全性的同时，也使我加深了其对整个安全系统重要性的认识。
如果将旧款的汽车和满是大型开放（危险程度众所周知）车床工厂与配备自动刹车、雷达和安全锯以及能够在几十纳秒（或者是皮秒）内关闭的现代汽车比较，我们取得的进步是显而易见的。
随着机械和汽车的不断发展，功能安全的复杂程度也在不断提高。
人们想要工厂车间内的自动机器人能够在意外发生时执行正确的操作作。
由于缺乏保障措施而导致机器损坏产生的损失可能会非常巨大，有时候对于操作人员来说也是极其危险的。
功能安全是什么？工业功能安全标准（Industrial FunctionalSafety Standard，IEC 61508）规范中的确切定义是“……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。
”受控设备（EUC）是指所涉及的机器或汽车，而E/E/ PE指的是电子、电气或可编程电子器件，实质上就是现代机器。
功能安全是系统（机器或汽车）整体安全性的一部分，也是系统中使用的各个组件，这些组件也可以执行设计的功能。
功能安全 编码计算技术
功能安全编码计算技术1. 引言1.1 介绍功能安全编码计算技术的重要性功能安全编码计算技术是一种保障系统在出现故障时仍然能够安全运行的重要技术手段。
在现代社会中，各种智能设备和系统的使用频率越来越高，而这些设备和系统的故障可能会带来严重的后果，甚至会危及生命和财产安全。
对于功能安全的要求越来越高，功能安全编码计算技术就显得尤为重要。
功能安全编码计算技术的重要性体现在以下几个方面：它可以帮助开发人员更加准确地检测和分析系统中可能存在的安全隐患，从而及早发现并修复问题；它可以提高系统的稳定性和可靠性，减少系统发生故障的可能性；它可以降低系统运行过程中可能引发的风险，保障用户和环境的安全。
功能安全编码计算技术的重要性不仅在于它能够帮助开发人员提高系统的安全性和可靠性，还在于它可以为用户提供更加安全和稳定的使用体验。
在日益增长的智能化领域，功能安全编码计算技术的重要性将愈发凸显。
1.2 简述功能安全编码计算技术的发展背景功能安全编码计算技术是在现代社会中随着科技的发展而逐渐兴起的一项重要技术。
随着各种智能设备的广泛应用，功能安全编码计算技术的重要性也逐渐凸显出来。
功能安全编码计算技术的发展背景主要可以从以下几个方面来进行简述。
随着信息化时代的来临，各种智能化产品的普及和应用越来越广泛，这就需要对这些智能设备进行严格的功能安全保障。
而功能安全编码计算技术正是为了解决智能设备在运行过程中出现的各种功能故障和安全隐患而应运而生的。
随着交通工具的智能化和自动化程度的提高，汽车行业对于车辆的功能安全要求也越来越高。
功能安全编码计算技术在汽车行业的应用也日益广泛，为车辆的安全运行提供了有效的保障。
功能安全编码计算技术的发展背景主要是受到各种智能设备普及和应用、工业控制技术发展和应用以及汽车行业对功能安全要求提高等因素的影响而逐步发展完善的。
功能安全编码计算技术的出现和发展为各行各业提供了更加完善和高效的功能安全保障措施。
浅谈功能安全技术在安全仪表管理中的应用
浅谈功能安全技术在安全仪表管理中的应用在危险性较大的过程工业领域，如石油/天然气开采储运、石油化工、造纸、发电等，生产事故常常伴随着人身伤害、设备损坏和环境污染等损失。
为了有效控制生产风险，安全相关系统（Safety-Related Systems）被广泛应用于石油、化工、电力等领域的生产过程之中。
然而，由于安全相关系统的硬件、软件等原因，许多安全系统本身就存在着安全性问题。
针对这一问题，1984~2000年，国际电工委员会（IEC）陆续起草和发布了功能安全基础标准IEC61508（电气/电子/可编程电子安全系统（E/E/PES）的功能安全），明确提出了安全相关系统的功能安全（functional safety）概念，用于衡量当生产过程在出现危险状态时，安全相关系统执行其安全功能的能力、执行绩效，回答了功能安全的主要影响因素以及如何提高执行安全功能的能力等问题。
2014年11月13日，国家安监总局发布“安监总管三〔2014〕116号”文件，明确对“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施提出“加强安全仪表系统管理”指导要求。
一、功能安全及相关概念1、安全功能：针对特定的危险事件，为达到或保持过程的安全状态，由安全仪表系统、其他技术安全相关系统或外部风险降低设施实现的功能[3]。
2、安全相关系统是指这样的系统：1）能实现要求的安全功能，以达到或保持EUC的安全状态。
2）自身或与其他安全相关系统、外部风险降低措施一起，能够达到要求的安全功能所需的安全完整性。
3、功能安全：与EUC（Equipment Under Control，被控设备）和EUC控制系统有关的、整体安全的一部分，取决于电气、电子、可编程电子安全相关系统，其他技术安全相关系统和外部风险降低措施机制的正确执行[3]。
4、安全完整性：安全仪表系统在规定的时间内、在所规定条件下满足执行要求的仪表安全功能的平均概率。
二、功能安全管理的范围功能安全管理的技术理念贯穿于电气/电子/可编程电子安全系统的设计和开发的生命周期全过程。
功能安全技术讲座：第16讲 功能安全中表决结构的分析与应用
Control Tech of Safety & Security功能安全技术讲座【摘 要】【关键词】Abstract: The paper introduces some typical voting structure and their analysis and application methods. Through the comparison between the various voting structures, fi nd their difference on implementing the safety integrity of Functional Safety.Keywords: Functional Safety V oting Redundancy阐述功能安全理论中几种典型的表决结构及其分析应用方法，通过对不同表决结构的比较，确定其在实现安全功能的安全完整性和可用性上的差异。
功能安全 表决 冗余[编者按] 本刊在2007～2008的两年间，在“安全控制技术”栏目共安排了12讲功能安全技术讲座，系统介绍了功能安全的基本概念、方法与技术，并针对读者关心的一些问题进行了分析，得到广大读者的广泛关注与积极回应。
2009年，该讲座还将继续进行，主题将集中在安全相关子系统的功能安全评估与认证技术上。
本讲主讲人是熊文泽工程师。
第十六讲 功能安全中表决结构的分析与应用Chapter 16: Analysis and Application on Voting Structure for Functional Safety熊文泽（机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市 100055）Xiong Wenze(Instrumentation Technology & Economy Institute, P.R.China, Beijing 100055)主讲人简介：熊文泽，男，工学学士，机械工业仪器仪表综合技术经济研究所功能安全技术研发中心工程师，对功能安全标准I E C 61508（G B/T 20438-2006）和IEC 61511（GB/T 21109-2007）有深入的研究，参与多项国家科技部、863课题中功能安全子项的研究。
《基于ISO26262的汽车电子功能安全：方法与应用》笔记
《基于ISO26262的汽车电子功能安全：方法与应用》读书札记目录一、内容描述 (2)1.1 书籍简介 (3)1.2 ISO26262标准概述 (4)二、汽车电子功能安全基础 (5)2.1 功能安全概念 (6)2.2 ISO26262标准体系 (8)2.3 功能安全等级 (9)三、ISO26262在汽车电子中的应用 (11)3.1 驱动电机控制系统 (12)3.2 电池管理系统 (14)3.3 传感器与执行器 (15)3.4 车载通信系统 (17)四、功能安全方法与技术 (18)4.1 安全需求分析 (19)4.2 安全完整性等级 (21)4.3 故障模式与影响分析 (22)4.4 控制器设计与测试 (24)4.5 人机界面设计 (26)五、案例分析 (27)5.1 案例一 (29)5.2 案例二 (29)六、实践与建议 (30)6.1 企业实施功能安全的步骤 (32)6.2 政策建议与行业标准 (33)七、总结与展望 (35)7.1 本书总结 (36)7.2 未来发展趋势 (37)一、内容描述《基于ISO2的汽车电子功能安全：方法与应用》是一本关于汽车电子系统功能安全的专业书籍，作者通过对国际标准化组织(ISO)2标准的研究和实践，详细介绍了汽车电子功能安全的基本概念、原则、方法和技术。
本书旨在帮助读者深入了解汽车电子功能安全的重要性，掌握相关的理论知识，并能够将其应用于实际的汽车电子系统中。
本书共分为五个部分：第一部分为引言，介绍了汽车电子功能安全的背景、意义和发展趋势；第二部分为ISO2标准概述，详细解读了ISO2标准的体系结构、架构和要求；第三部分为基础知识和方法，包括汽车电子系统的安全性分析、故障模式与影响分析(FMEA)、耐久性测试等方面的内容；第四部分为实际应用案例，通过分析典型的汽车电子系统实例，展示了如何将ISO2标准应用于实际项目中；第五部分为结论和展望，总结了本书的主要内容，并对未来汽车电子功能安全的发展进行了展望。
关于防火墙的安全应用以及主要功能
关于防火墙的安全应用以及主要功能导读：我根据大家的需要整理了一份关于《关于防火墙的安全应用以及主要功能》的内容，具体内容：计算机防火墙防护技术的安全应用以及主要功能想必大家都不清楚，所以今天我要跟大家介绍下防火墙的安全应用以及主要功能，下面就是我为大家整理到的资料，请大家认真看看!防火墙的安全应...计算机防火墙防护技术的安全应用以及主要功能想必大家都不清楚，所以今天我要跟大家介绍下防火墙的安全应用以及主要功能，下面就是我为大家整理到的资料，请大家认真看看!防火墙的安全应用1 防火墙功能简介防火墙技术是一种将软硬件结合起来，作用在各网络界面之间的网络屏障，它只允许已知的安全信息通过屏障，屏蔽不安全的信息和程序，利用自身的网关技术来确保合法用户的权限，防止非法用户入侵。
防火墙的内部存储了许多数据，防火墙能够根据这些数据来确定哪些信息或程序安全，可以通过，哪些信息或程序非法，不能通过，防火墙只允许被一些默认允许的程序访问，避免黑客系统对防火墙的破坏。
防火墙主要有一下几大功能：(1)系统管理员可以在防火墙内部自定义一个空间，制定一套限定网络的访问机制，将那些被防火墙漏掉的威胁程序通过自己的设定分离出去，这样既增强了防火墙的安全性能，又能够使计算机安全运行。
(2)防火墙技术规范了网络的访问，管理员可以通过防火墙对员工的操作进行一些限制，对防火墙中的信息进行进一步筛选，防止员工进入一些危险网站或安装一些危险程序等，更加智能化的管理员工的工作。
(3)防火墙技术可以实现共享内存的作用，它可以利用NAT技术，将本机上的IP地址与网络中的IP地址对应起来，以缓解地址空间的短缺，解决地址空间不足的问题。
(4)防火墙作为连接计算机内部与外部的屏障，可以通过防火墙的过滤作用，记录进入防火墙的程序或信息，利用防火墙的这一特性，我们可以科学、有效的记录计算机在访问网络时所产生的费用等。
2 防火墙的类型2.1 代理型防火墙代理型防火墙相当于一种代理服务器，是一种安全系数较高的高级防护技术，代理型防火墙介于用户与用户之间，相当于信息的中转站，可以对一些有危害的信息进行有针对性的阻止。
人工智能在安防领域中的应用
人工智能在安防领域中的应用近年来，随着人工智能技术的不断发展，其在各个领域中的应用逐渐增多。
其中，人工智能在安防领域中的应用越来越引人注目。
人工智能的出现为安防领域带来了全新的应用场景，让人们的生活更加安全和舒适。
人工智能在安防领域中的应用主要体现在以下几个方面：一、人脸识别人脸识别技术是目前比较成熟的一种安防技术。
通过摄像头获取人脸图像，并进行分析识别，可以确保只有授权的人员进入特定区域。
同时，还能根据人脸识别技术，进行远程门禁控制等功能，减轻了人工管理负担。
二、智能监控智能监控技术是人工智能在安防领域中的又一重要应用。
它可以自动识别异常行为，简化安保人员的监控工作。
智能监控在安防领域中的应用越来越广泛，从简单的红外线传感器到高级的人形分析系统，均可实现视频监控和报警功能，确保公共区域的安全和秩序。
三、智能照明人工智能在安防领域中的又一项应用是智能照明。
智能照明采用传感器、计算机视觉和无线通讯技术，实现对光线的高度自动化控制。
通过设定不同的控制方案，智能照明可以在不同的场景下，自动调节灯光，并确保在安全性和节能性之间达到一个平衡。
四、智能门禁智能门禁是人工智能在安防领域中的重要应用之一。
它通过智能门禁系统，可以对进出门的人员进行身份识别，并控制门禁的开启和关闭。
同时，智能门禁系统还可以根据人员权限等级，实现对不同门禁设备的统一管理，尤其适用于中大型企事业单位，提高了保安人员的工作效率，降低了管理成本。
总之，人工智能在安防领域中的应用完全可以达到人们期待的效果。
它给我们的生活带来了更多安全和便利，但同时，也需要我们高度关注其安全问题。
目前，安全问题是人工智能在安防领域中的一大挑战，我们需要利用多种技术手段，对其进行全面的保护。
相信，人工智能的快速发展和应用，将会为安防领域的发展注入新的活力，也会使我们的社会更加安全、和谐和稳定。
第2讲功能安全的基本方法
［编者按］ 本刊“安全控制技术”栏目自２００５年开设以来，得到了广大读者的广泛关注与大力支持。
今年除了继续刊登这方面的优秀技术文章外，还特别增设一个板块“功能安全技术系列讲座”，共六讲，分别刊登在第一期至第六期，从功能安全的基本概念、方法、技术等各方面逐一深入讲解，使大家对功能安全有一个全面了解。
主讲人是全国工业过程测量和控制标准化技术委员会主任委员、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所副所长冯晓升教授。
第二讲 功能安全的基本方法主讲人简介：冯晓升，全国工业过程测量与控制标准化技术委员会主任委员，教授级高工。
一九八二年毕业于浙江大学。
不仅是ＩＥＣ ＴＣ６５ ＭＴ１３工作组的中国专家，参与ＩＥＣ ６１５０８标准维护工作，还是ＩＥＣ ＴＣ６５ ＳＣ６５Ｃ ＷＧ１２工作组的中国专家，参与工业控制网络功能安全标准ＩＥＣ ６１７８４－３的制定。
同时又是等同采用ＩＥＣ ６１５０８的中国国家标准ＧＢ／Ｔ ２０４３８．１～７的起草工作组组长，主持了国际功能安全标准的研究与中国国家标准ＧＢ／Ｔ ２０４３８．１～７的制定工作，对功能安全标准及技术有深入研究。
冯晓升（机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市 １０００５５）Feng Xiaosheng(Instrumentation Technology & Economy Institute, Beijing 100055)Chapter 2: Basic Methods of the Functional SafetyAbstract: The paper mainly introduced the basic methods of the functional safety standard, the three basic methods of end to end, whole system, and whole life circle.Key words: Functional Safety End to End Whole System Whole Life Circle【摘 要】【关键词】重点讲述了功能安全标准采用的端到端、全系统、全生命周期三个基本方法。
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IEC 50156 加热炉
IEC 62061 机械
两个重要概念
安全完整性等级
Safety Integrity Level（SIL）
在一定时间、一定条件下, 安全系统执行其所规定的安 全功能的可能性。
安全完整性等级就是衡量这种能力大小的一种指标。
安全完整性等级SIL是按照一定时间、一定条件下, 安全 系统能成功执行其安全功能的概率而划分的；SIL是安全 系统执行其安全功能的可靠程度与能力的指标，是安全系 统功能失效概率倒数的数量级。
2）SIL分级
剩余风险
允许风险
过程风险
必要的风险降低 实际的风险降低
其他安全系统减少的风险 SIS系统减少的风险
外部风险减轻设施 减少的风险
所有安全系统和外部风险减轻设施所减少的风险
主要技术方法有： 保护层分析法（LOPA）-推荐使用 风险图法 风险矩阵
推荐使用保护层分析法（LOPA）
SIL评估技术
SIL分级 ②结构约束 ③检验测试周期
（1）SIL分级 1）SIF辨识 要求：执行一次过程危险分析（PHA） 方法：建议HAZOP 识别危险与危险事件 辨识并评估现有安全功能（保护措施） 进一步降低风险的建议措施 安全仪表功能？
系统的失效概率是各组成部件失效概率之和；
系统的SIL是由各组成部件的SIL共同决定的
① 设备选择 a.SIS部件或子系统按IEC61508生产制造； b.SIS部件和子系统基于“先验使用”（Prior Use）； c.FVL可编程部件和子系统应符合IEC61508-2/3的相 关要求； d.SIL4的SIS部件和子系统应符合IEC61508-2/3的相 关要求； e.SIS部件和子系统选型应符合SRS的要求。
–Markov模型：马尔科夫模型将安全相关系统归于不同 的若干状态。一个状态会以某种概率转移到其它状态。 根据模型得到相应条件下的事故发生概率。
–简化公式：故障树和马尔科夫模型都会有计算量随着 系统规模增大而指数增长的问题。工程上常采用各种 近似来减少计算量。
传感器
逻辑演算器
执行器
35%
15%
50%
② 结构约束-冗余容错
硬件故障裕度/硬件故障容错（HFT）: 硬件功能单元 在故障存在的情况下，持续完成所要求功能的能力。
IEC61511逻辑控制器结构约束
最低硬件故障裕度(HFT)
SIL
SFF < 60%
SFF 60% to 90%
SFF > 90%
1
1
0
0
2
2
1
0
3
3
2
1
4
特殊要求应用- 见IEC 61508
IEC61508的组成
• 第1部分：一般要求 • 第2部分：电气/电子/可编程电子安全系统的
要求 • 第3部分：软件要求 • 第4部分：定义和缩略语 • 第5部分：确定安全完整性等级的方法示例 • 第6部分：应用指南（对第2、3部分） • 第7部分：技术和测量概述
IEC61511的组成
• IEC61511分为3个部分
Layer of Protection Analysis
a. 半定量的风险分析技术 b. 过程危险分析（PHA）的延续 c. 用初始事件的频率、后果严重程度和IPLs失 效频率数量级大小近似表征危险事件的风险 d. 过程工业用于评估SIL要求的常用方法，用 SIS填补风险缺口。
危险事件；
初始事件的频率；
IEC61511传感器、最终元件和非PE逻辑控制器
SIL
最低硬件故障裕度（HFT）
1
0
2
1
3
2
4
特殊应用要求-见IEC61508
2oo2表决
产品 分离器
V-101
LT -102
LT -101
LIC 101
SV
IAS
LV -101 XV-101
2oo3表决 1oo2 表决
产品 分离器
V-101
LT-102
系统自动地使工厂安全停车。 安全阀泄压、过压保护系统 将泄漏液体局限在局部区域的防护堤 工厂内部的应急计划 周边居民、公共设施的应急计划
保护层中的位置
作用： 风险降低 降低后果发生的概率
特点： 正常状况下是静态的、被动的，不需要人为干预 危险情况出现时由静变动，正确完成其预定功能
要求： 正确的安全功能（安全仪表功能SIF） 良好的可靠性（安全完整性等级SIL）
保护层中的位置
层次
名称
第一层 过程设计
第二层 基本过程控制系统（BPCS）
第三层 区别于BPCS的重要报警
第四层 安全仪表系统 （SIS） 第五层 物理防护层（一） 第六层 物理防护层（二）
第七层 工厂内部紧急应对计划 第八层 周边区域防灾计划
说明 过程设计中实现本质安全 如DCS，以正常运行的监控为目的 操作员介入需要有一定的必要余度时
功能安全标准
两个重要标准
IEC61508 Functional Safety of electrical / electronic / programmable electronic safety related systems. GB/T20438 电气\电子\可编程电子安全相关系统的功能安全 IEC 61511 Functionalsafety: safety instrumented systems forthe process industry sector GB/T21109 过程工业领域安全仪表系统的功能安全
两个重要概念
安全完整性等级
Safety Integrity Level（SIL）
风险概率=危险事件发生概率×安全系统要求时失效概率。
SIL反映了安全系统能使过程风险降低的数量级。
通过安全系统的作用，降低风险发生的概率，把系统风 险降低到一个可以接受的水平
分为4个等级，SIL4的安全等级最高，其要求时失效概率 低，能够使风险发生概率降低的能力强。
过程工业中，安全功能的SIL等级一般为低要求操作模式 下的SIL1到SIL3。
安全完整 性等级 （SIL）
4 3 2 1
低要求操作模式 平均失效概率 （PFD） ≥10-5且＜10-4 ≥10-4且＜10-3 ≥10-3且＜10-2 ≥10-2且＜10-1
目标风险
安全有效性
降低因子
RRF
99.99—99.999 10000-100000
LT-101
LIC 101
SV
IAS
SV
IAS
LAL
LT-103
LV-101 XV-101 XV-102
传感器结构安全性 1oo2＞2oo3＞1oo1＞2oo2 传感器结构过程可用性 2oo2＞2oo3＞1oo1＞1oo2
③检验测试（Proof Test）周期 对SIS或其子系统进行的周期性的物理测
功能安全技术与应用 安全安全仪表系统及其功能安全
中国安全生产科学研究院 多英全
1
安全仪表系统
2
功能安全标准
3
SIL评估技术
安全仪表系统
安全仪表系统
Safety Instrumented System（SIS） 用来完成一个或多个安全仪表功能的仪表系统。安
全仪表系统由传感器，控制器和最终元件组合而成。
试或功能检查。 用于检查隐性失效； 降低安全系统要求时失效的概率； 需要增加维护成本； 检验测试周期Ti（在线还是停车期间）； 全部测试还是部分测试。
敬请 批评指正！
紧急停车系统（ESD） 火/气保护系统（F&G） 安全联锁系统（SIS） 燃烧炉控制系统（BMS） 高完整性压力保护系统（HIPPS）
安全仪表功能
Safety Instrumented Function（SIF）
SIF1
液位开关
逻辑控 制器
电磁阀
泵
SIF2 SIF3
电磁阀
SIF4
–第1部分：框架、定义、系统、硬件和软件要求 –第2部分： IEC61511第1部分的应用指南 –第3部分：确定要求的安全完整性等级的指南
IEC 61513 核工业
EN 50128 铁路
IEC 61800-5-2 电力驱动
ISO26262 汽车
IEC 61508
IEC 60601 医疗设备
IEC 61511 过程工业
99.9—99.99 1000-10000
99—99.9 100-1000
90—99 10-100
两个重要概念
安全生命周期
Safty Life Cycle （SLC）
安全生命周期：安全系统从概念设计到停用的整个过程。 包括安全系统的设计、安装、验证、运行、维护、停用。
在整个安全生命周期内，都应采取相关有效措施，使安 全系统具备成功、正确执行其安全功能的能力。
后果的严重性；
识别满足保护功能及风险降低程度的IPL；
风险“缺口”。
#1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
独立保护层
危险事 件描述
后果 严重 性等 级
蒸馏塔 破裂引 起火灾 (死亡)
严重
初始 原因
冷却 水中 断
引发 可能 性
0.1
过程 设计
BPCS
报警 等
0.1
附加减 轻（限 制进入 等）
IPL附 加减轻 （泄压 等）
中间 事件 可能
性
0.01
10-4
SIF要 求
SIL
要求减 轻事件 的可能
性
备注
SIL2 10-6
PFD 缺口
0.01