20世紀以來工業革命給人類的生產和生活帶來了天翻地覆的變化,尤其是進入70年代,半導體器件的廣泛使用,把世界推入了電氣化時代。工業文明在給人類帶來利益的同時,也帶來了災難。全世界每年死于工傷事故和職業病危害的人數約為200萬,是人類最嚴重的死因之一【1】。為了實現安全的生產,各種各樣的安全系統應運而生。早期的安全系統基本由繼電器組成,隨著半導體技術的發展,將PLC等控制器應用于安全相關系統的內在驅動力越來越強。但是,由于對安全相關系統的認識局限,直到九十年代,任然有許多標準中排斥微控制器的使用,如IEC60204中還要求,不要將電子技術用于機械安全相關系統【1】。在這種背景下,歐洲與美國分別在兩個領域開始了相關的研究與標準制定。其中歐洲是在機械安全領域,美國是在過程工業領域。德國在九十年代發布了標準DINV“控制技術,測量和控制設備必須考慮的基本安全”,隨后發布了標準DINVVED0801安全相關系統的計算機原理。美國儀表協會在1996年發布了ISA$84.01《過程工業安全儀表系統的應用》,并第一次提出了SIL(安全完整性)概念。接下來,國際電工委員會(IEC)于1998年發布IEC61508-1,并于2000年完整發布IEC61508,標志著功能安全正式形成共識,成為獨立的研究領域。但是,功能安全一直是隱藏在各個產品與系統背后的一門學科,直到近年來由于汽車自動駕駛的飛速發展,自動駕駛系統安全性的問題才將功能安全帶入公眾的視線。首先來看標準中的定義,“PARTOFTHEOFOVERALLSAFETYRELATINGTOTHEEUCANDTHEEUCCONTROLSYSTEMTHATDEPENDSONTHECORRETFUNCTIONINGOFTHEE/E/PESAFETY-RELATEDANDOTHERRISKREDUCTIONMEASURES.”——“整體安全中與EUC和EUC控制系統相關的部分,它取決于E/E/PE安全相關系統和其他風險降低措施正確執行其功能。”【3】標準的描述從來都是嚴謹而晦澀,簡單來說吧,就是一個產品在它的使用過程中如果出現故障了會帶來傷害,這個產品就是功能安全相關的。因此FUNCTIONALSAFETY翻譯為“功能的安全”更為貼切。舉個例子來說明,如一把椅子(不使用標準里說的E/E/PE,是因為這些產品和系統比較復雜,功能比較多不如椅子這種描述的直觀)。椅子之所以成為椅子,其中核心的一點就是其設計、生產和使用的目的是讓人坐在上面。“讓人坐”是一把椅子的核心功能。一把不能坐的椅子不能稱其為椅子。明晰了椅子“功能”后,我們可以將椅子的“功能安全”描述為:一把椅子在人坐的時候應該是沒有危險的,不會倒、不會扎到人等,即人坐到椅子上的時候不會產生傷害。安全,按一般的概念是沒有危險,不受威脅,不出事故。按照這樣的概念,安全是不可控制的。因為這是一個絕對安全的概念,而絕對安全是不存在的。【4】但是在IEC61508中將安全定義為“不存在不可接受的風險”,這樣就將絕對化的安全轉化為相對化的風險控制,使得可以通過控制風險的手段來解決安全問題,為安全的實現提供了可供遵循的路徑—“功能的安全的本質就是控制風險”。功能安全是一個復雜而龐大的體系,涉及的內容多而繁雜,而要理解功能安全的端到端、全系統和全生命周期的科學理論與方法,首先了解和掌握上述的基本概念是非常必要的【4】。
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應用
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為減輕基于功能安全標準(IEC61508等)安全系統開發的負擔,瑞薩電子提供針對產業的安全支持方案,幫助工廠變得更加安全可靠。
近年來,自動電子控制系統的使用正在擴大,可靠性和安全性要求也逐漸成為系統設計的重要因素。
從工業機器人到服務機器人的應用場景不同,但機器人市場與人安全共存有望在未來大大增長。