Что такое стандарт функциональной безопасности IEC 61508?

Введение

В современном мире, который становится все более автоматизированным, обеспечение безопасности сложных, критически важных для безопасности систем становится как никогда важным. Стандарт функциональной безопасности IEC 61508 служит основополагающей глобальной структурой для управления функциональной безопасностью в различных отраслях, включая промышленную автоматизацию, электронику, энергетику и транспорт. Этот международный стандарт определяет жизненный цикл безопасности, излагает требования к снижению рисков и вводит уровни полноты безопасности (SIL), чтобы помочь организациям систематически выявлять и смягчать опасности в электрических, электронных и программируемых электронных системах.

Независимо от того, являетесь ли вы новичком в функциональной безопасности или стремитесь соответствовать IEC 61508, понимание его структуры, принципов и требований сертификации имеет важное значение. В этой статье мы рассмотрим, что такое IEC 61508, его ключевые компоненты, как определять уровни SIL и передовые методы внедрения и соответствия для обеспечения сквозной безопасности в ваших системах.

Что такое МЭК 61508?

IEC 61508 — это международный стандарт, разработанный Международной электротехнической комиссией (МЭК) для решения вопросов функциональной безопасности в электрических, электронных и программируемых электронных системах (системах E/E/PE). Он обеспечивает систематический, основанный на рисках подход к проектированию и управлению системами, отказы которых могут привести к опасностям, травмам или ущербу для окружающей среды.

По своей сути IEC 61508 гарантирует, что критически важные для безопасности системы работают надежно, когда это требуется, особенно в ответ на опасные ситуации. Он вводит концепцию уровней полноты безопасности (SIL), которые определяют требуемое снижение риска и надежность для функций безопасности.

Этот стандарт считается основополагающим стандартом функциональной безопасности, служащим основой для многих отраслевых стандартов, таких как ISO 26262 (автомобилестроение), IEC 62061 (машиностроение) и EN 50128 (железнодорожный транспорт).

Каковы цели стандарта IEC 61508?

IEC 61508 состоит из семи частей и охватывает весь жизненный цикл безопасности, от концепции до вывода из эксплуатации. Его основными целями являются:

• Обеспечить снижение риска за счет надежных функций безопасности.
• Оказывать содействие организациям в анализе опасностей и рисков, разработке, внедрении и проверке требований безопасности.
• Установить измеримые требования к функциональной безопасности.
• Обеспечить основу для соответствия и сертификации IEC 61508.
• Обеспечить соответствие систем целевым показателям уровня полноты безопасности (SIL) на протяжении всего жизненного цикла разработки и эксплуатации.

Стандарт продвигает передовые практики в управлении функциональной безопасностью, включая документирование, контроль конфигурации и непрерывную оценку рисков.

Ключевые компоненты стандарта IEC 61508

Понимание ключевых компонентов стандарта функциональной безопасности IEC 61508 имеет важное значение для обеспечения соответствия и управления полным жизненным циклом функциональной безопасности. Стандарт является всеобъемлющим, структурирован в семь частей и содержит подробные рекомендации по достижению снижения риска посредством четко определенных процессов и анализа опасностей.

Разбивка частей IEC 61508 (части 1–7)

Стандарт IEC 61508 состоит из следующих частей:

• Часть 1 – Общие требования: Описывает общую структуру достижения функциональной безопасности и структуру жизненного цикла безопасности.
• Часть 2 – Требования к электрическим/электронным/программируемым электронным системам, связанным с безопасностью: Охватывает технические требования к целостности безопасности оборудования.
• Часть 3 – Требования к программному обеспечению: Определяет процессы разработки программного обеспечения, необходимые для достижения целостности безопасности.
• Часть 4 – Определения и сокращения: Содержит ключевые термины и определения, используемые в стандарте.
• Часть 5 – Примеры и методы определения уровней полноты безопасности: Предлагает руководство по определению Уровни SIL с использованием различных методов анализа рисков.
• Часть 6 – Руководство по применению частей 2 и 3: Объясняет, как применять требования к оборудованию и программному обеспечению на практике.
• Часть 7 – Обзор методов и мер: Описывает рекомендуемые методы реализации требований безопасности.

Эта модульная структура помогает организациям адаптировать стандарт к своим конкретным системам и эксплуатационным потребностям.

Модель жизненного цикла безопасности

В основе IEC 61508 лежит модель жизненного цикла безопасности, которая гарантирует, что безопасность встроена в систему с самого начала и поддерживается на протяжении всего ее жизненного цикла. Жизненный цикл делится на три основные фазы:

• Фаза анализа:

• • Анализ опасностей и рисков
  • Спецификация функций безопасности и определение SIL

• Фаза реализации:

• • Проектирование и разработка системы
  • Валидация и проверка требований функциональной безопасности

• Фаза эксплуатации и обслуживания:

1. • Текущая оценка риска
   • Мониторинг, обслуживание и периодическая переоценка
   • Вывод из эксплуатации по окончании срока службы

Соблюдение этого структурированного жизненного цикла помогает обеспечить сквозную функциональную безопасность и полное соответствие стандарту IEC 61508.

Важность снижения риска и анализа опасностей

Снижение риска является основной целью IEC 61508. Стандарт подчеркивает необходимость проведения тщательного анализа опасностей и рисков для выявления потенциальных сбоев системы, которые могут привести к неприемлемым рискам. На основе этого анализа организации могут:

• Определить требования функциональной безопасности
• Назначьте соответствующие уровни полноты безопасности (SIL)
• Реализовать технические и процедурные стратегии снижения рисков

Систематически снижая риск до приемлемого уровня, стандарт IEC 61508 обеспечивает безопасную и надежную работу критически важных для безопасности систем.

Что такое уровни полноты безопасности (SIL)?

Одним из наиболее важных аспектов стандарта функциональной безопасности IEC 61508 является концепция уровней полноты безопасности (SIL). Уровни SIL предоставляют количественный способ измерения надежности и возможностей снижения риска функций безопасности в критически важных для безопасности системах. Правильное понимание и назначение уровней SIL гарантирует, что система будет работать так, как нужно, когда это важнее всего — во время опасных событий.

Уровни целостности безопасности (SIL) — это определенные уровни снижения риска, обеспечиваемые функцией безопасности. Каждый уровень SIL соответствует целевой вероятности отказа по требованию (PFD) и представляет собой степень снижения риска, необходимую для предотвращения неприемлемых последствий.

В IEC 61508 существует четыре уровня SIL:

• Уровень безопасности 1 – Самый низкий уровень безопасности
• Уровень безопасности 2 – Умеренное снижение риска
• Уровень безопасности 3 – Высокий уровень снижения риска
• Уровень безопасности 4 – Высочайший уровень функциональной безопасности (применяется редко из-за высоких требований к надежности)

Эти уровни служат руководством для организаций при проектировании систем с соответствующей функциональной безопасностью и соответствием стандарту IEC 61508 в зависимости от серьезности связанных с ними рисков.

Объяснение SIL 1 - SIL 4 с примерами

По мере повышения уровня SIL увеличиваются сложность конструкции, объемы проверки и стоимость внедрения, поэтому точная оценка SIL имеет решающее значение на протяжении жизненного цикла функциональной безопасности.

Определение уровней SIL с использованием анализа рисков

Чтобы назначить правильный уровень SIL, организации должны провести анализ опасностей и рисков. Можно использовать несколько методов, в том числе:

• Графики риска
• Анализ уровня защиты (LOPA)
• Анализ дерева неисправностей (FTA)
• Исследование опасности и работоспособности (HAZOP)

Эти методы оценивают серьезность, вероятность и подверженность потенциальным опасностям. На основе анализа определяется требуемый целевой показатель SIL, чтобы гарантировать, что функция безопасности системы соответствует приемлемым пороговым значениям снижения риска.

Точное определение уровня безопасности (SIL) имеет решающее значение для получения сертификата IEC 61508 и обеспечения соответствия системы требованиям безопасности на протяжении всего жизненного цикла.

Требования функциональной безопасности согласно IEC 61508

Стандарт функциональной безопасности IEC 61508 определяет строгие требования к функциональной безопасности, чтобы гарантировать, что системы последовательно выполняют свои функции, связанные с безопасностью, в определенных условиях. Эти требования охватывают весь жизненный цикл безопасности, от концепции и проектирования до эксплуатации и вывода из эксплуатации. Правильное рассмотрение как качественных, так и количественных требований, наряду с надежным управлением функциональной безопасностью, является ключом к достижению соответствия IEC 61508.

Качественные и количественные требования безопасности

IEC 61508 классифицирует требования безопасности на две основные категории:

• Качественные требования – Они включают в себя ориентированные на процесс практики, такие как систематическая способность, квалификация инструмента, управление конфигурацией и соблюдение процессов разработки безопасности. Они направлены на сокращение систематических отказов с помощью передовой практики и являются существенными для всех уровней SIL.
• Количественные требования – Они относятся к числовым показателям целостности безопасности, таким как вероятность отказа по требованию (PFD) и отказоустойчивость оборудования. Каждый уровень целостности безопасности (SIL) имеет свои собственные целевые показатели отказов, особенно в режимах работы с низким или высоким спросом.

Сочетание обоих подходов необходимо для создания целостной и надежной системы функциональной безопасности.

Управление функциональной безопасностью и документирование

Эффективное управление функциональной безопасностью (FSM) является краеугольным камнем IEC 61508. Оно гарантирует, что безопасность учитывается в каждой деятельности и решении на протяжении всего жизненного цикла безопасности. Ключевые практики FSM включают:

• Назначение четких обязанностей для ролей, связанных с безопасностью
• Внедрение управления компетенциями и обучения
• Обеспечение независимости при проверке и валидации
• Проведение регулярных оценок и аудитов безопасности

Документация играет решающую роль в демонстрации соответствия стандарту IEC 61508. Она включает в себя:

• Планы безопасности и отчеты о проверке
• Документация по анализу опасностей и рисков
• Записи определения SIL
• Результаты проверки и испытаний
• Журналы контроля изменений и конфигураций

Надлежащее документирование необходимо не только для аудиторских проверок — это передовая практика для поддержания прослеживаемости и ответственности на протяжении всего жизненного цикла функциональной безопасности.

Процесс проектирования и разработки функций безопасности

Проектирование и разработка систем безопасности должны соответствовать строгим процессам для обеспечения функциональной безопасности. Это включает в себя:

• Спецификация требований: Четко определить функции безопасности и соответствующие уровни безопасности (SIL)
• Проектирование архитектуры системы и оборудования: Применяйте отказоустойчивость и избыточность
• Разработка программного обеспечения: Используйте проверенные инструменты, стандарты кодирования и формальные методы
• Подтверждение и проверка: Проведение тщательного тестирования на соответствие требованиям
• Анализ режима отказа: Определите и устраните потенциальные точки отказа

Каждая функция безопасности должна быть проверена, чтобы убедиться, что она соответствует определенному целевому уровню SIL, гарантируя надежную работу как в нормальных, так и в ненормальных условиях эксплуатации.

Соответствие и сертификация IEC 61508

Достижение соответствия IEC 61508 имеет важное значение для организаций, разрабатывающих или эксплуатирующих критически важные для безопасности системы. Оно демонстрирует, что системы соответствуют международно признанным стандартам функциональной безопасности. Соответствие не только снижает риск, но и облегчает доступ на рынок и укрепляет доверие клиентов и регулирующих органов. В этом разделе описывается, как соответствовать, как выглядит типичный контрольный список соответствия IEC 61508, кто предоставляет сертификацию IEC 61508 и основные преимущества для бизнеса.

Как соблюдать IEC 61508

Для соответствия IEC 61508 организации должны внедрить структурированный подход на протяжении всего жизненного цикла безопасности. Соответствие включает в себя:

• Проведение анализа опасностей и рисков
• Определение уровней полноты безопасности (SIL) для каждой функции безопасности
• Проектирование и разработка систем для достижения целей SIL
• Следование определенным процессам управления функциональной безопасностью
• Проверка и валидация систем безопасности
• Поддержание прослеживаемости и надежной документации

Использование инструментов управления требованиями и прослеживаемости может значительно повысить эффективность усилий по обеспечению соответствия, особенно при работе со сложными системами и множеством заинтересованных сторон.

Контрольный список соответствия IEC 61508

Ниже представлен контрольный список соответствия стандарту IEC 61508:

• Выполнить полную идентификацию опасностей и оценку рисков
• Определить функции безопасности и определить требуемые уровни SIL
• Применять соответствующие качественные и количественные меры безопасности.
• Внедрить формальный процесс управления функциональной безопасностью
• Разработать подробные спецификации требований безопасности
• Проверка программного и аппаратного обеспечения в соответствии с SIL
• Поддержание конфигурации и контроль изменений
• Документируйте каждый этап жизненного цикла безопасности
• Проведение независимых оценок или аудитов
• Подготовка к сертификации третьей стороной (при необходимости)

Этот контрольный список обеспечивает тщательную подготовку к сертификации и повышает общее качество и надежность критически важных для безопасности приложений.

Что включает в себя процесс?

Процесс сертификации по IEC 61508 обычно включает:

1. Анализ пробелов или предварительная оценка
2. Обзор документации по функциональной безопасности
3. Аудиты на месте и технические оценки
4. Функциональное тестирование и тестирование производительности
5. Выдача официального сертификата соответствия

В зависимости от системы и отрасли сертификация может применяться к компонентам, подсистемам или целым системам безопасности.

Преимущества сертификации IEC 61508

Получение сертификации дает ряд ощутимых преимуществ:

• Демонстрирует соблюдение международных стандартов безопасности
• Снижает ответственность и повышает юридическую защищенность
• Повышает доверие и авторитет клиентов
• Обеспечивает доступ к критически важным для безопасности отраслям и мировым рынкам
• Упрощает получение разрешений регулирующих органов
• Улучшает внутренние процессы разработки и управления рисками

В конечном итоге сертификация по стандарту IEC 61508 служит конкурентным преимуществом и показателем инженерного совершенства в области функциональной безопасности.

Этапы внедрения IEC 61508

Внедрение стандарта функциональной безопасности IEC 61508 требует структурированного и методичного подхода на протяжении всего жизненного цикла безопасности. Каждая фаза имеет решающее значение для обеспечения соответствия, снижения рисков и достижения требуемых уровней полноты безопасности (SIL). В этом разделе описываются ключевые фазы внедрения, выделяются общие проблемы и приводятся практические рекомендации для успешного выполнения.

Ключевые этапы внедрения стандарта IEC 61508

1. Анализ опасностей и рисков – Определите потенциальные опасности и выполните оценку риска, чтобы определить требуемый уровень безопасности. Этот шаг закладывает основу для определения функций безопасности и связанных с ними целевых показателей SIL.
2. Спецификация требований безопасности (SRS) – Определить как функциональные, так и нефункциональные требования безопасности. SRS должна охватывать качественные и количественные аспекты, включая отказоустойчивость, время реагирования и снижение рисков.
3. Определение уровня полноты безопасности (SIL) – Используйте графики рисков, анализ уровней защиты (LOPA) или матрицы рисков, чтобы назначить уровень безопасности (от 1 до 4) каждой функции безопасности на основе серьезности, частоты и вероятности отказа.
4. Проектирование и архитектура системы – Разработать систему, которая соответствует требуемому SIL. Включить избыточность, диагностическое покрытие, обработку неисправностей и взаимодействие оборудования и программного обеспечения на основе результатов анализа рисков.
5. Внедрение и интеграция – Внедрите функции безопасности в соответствии с проектом. Применяйте сертифицированные инструменты, следуйте строгим стандартам кодирования и используйте прослеживаемость для поддержания соответствия требованиям.
6. Проверка и верификация – Проведите тщательное тестирование, чтобы убедиться, что все требования безопасности соблюдены. Проверьте поведение системы в нормальных и неисправных условиях, чтобы убедиться в соответствии с IEC 61508.
7. Оценка функциональной безопасности – Провести независимые оценки безопасности, чтобы проверить соответствие стандарту и подтвердить, что риск был достаточно снижен.
8. Эксплуатация и обслуживание - Установить процессы для постоянного мониторинга, управления функциональной безопасностью и обслуживания. Обновлять документацию и переоценивать безопасность, если происходят изменения в системе.

Распространенные проблемы, решения и передовой опыт

Совет профессионала: используйте правильные инструменты функциональной безопасности

Внедрение надежной платформы управления требованиями, которая поддерживает прослеживаемость, декомпозицию SIL и контрольные списки соответствия, может оптимизировать весь процесс внедрения IEC 61508. Это обеспечивает готовность к аудиту, минимизирует ошибки и ускоряет время сертификации.

IEC 61508 в сравнении с другими стандартами функциональной безопасности

Стандарт функциональной безопасности IEC 61508 служит основополагающей структурой для функциональной безопасности во многих отраслях. Однако отраслевые стандарты, такие как ISO 26262, IEC 62061, EN 50128 и DO-178C, были получены на его основе для решения уникальных доменных требований. Понимание различий между этими стандартами помогает организациям выбирать наиболее подходящий стандарт на основе своего операционного контекста.

IEC 61508 против ISO 26262 (функциональная безопасность автомобилей)

Хотя оба стандарта делают упор на снижение рисков и систематическое развитие безопасности, ISO 26262 адаптирует принципы IEC 61508 к уникальным требованиям автомобильной отрасли.

Сравнение с IEC 62061, EN 50128 и DO-178C

• Стандарт IEC 62061 адаптирует стандарт IEC 61508 для программируемых систем управления в машинном оборудовании и фокусируется на функциях управления, связанных с безопасностью.
• Стандарт EN 50128 регламентирует безопасность программного обеспечения для систем железнодорожной сигнализации.
• DO-178C, хотя и не является производным от IEC 61508, является доминирующим стандартом в области безопасности авиационного программного обеспечения, подчеркивая необходимость строгой разработки и проверки программного обеспечения.

Каждый стандарт определяет различные схемы уровней полноты безопасности (SIL, ASIL, DAL и т. д.), но объединяет общая цель — обеспечение функциональной безопасности посредством процессов жизненного цикла и подходов, основанных на оценке рисков.

Выбор правильного стандарта с учетом особенностей отрасли

Для обеспечения полного соответствия и сертификации функциональной безопасности компании должны принять правильный стандарт, соответствующий их отрасли:

• IEC 61508: Лучше всего подходит для межотраслевых применений, таких как промышленная автоматизация, энергетические системы и перерабатывающая промышленность.
• стандартами качества ISO 26262: Обязательно для поставщиков автомобильных систем и компонентов.
• IEC 62061: Идеально подходит для промышленного оборудования и систем управления.
• EN 50128: Требуется для систем железнодорожного программного обеспечения.
• ДО-178С: общепринятый стандарт разработки программного обеспечения для аэрокосмической отрасли.

Принятие правильного стандарта повышает уровень соответствия, безопасности и доверия на рынке, а также соответствует нормативным требованиям в каждой области.

Каким образом платформа Visure Requirements ALM поддерживает IEC 61508?

Платформа Visure Requirements ALM — это мощный инструмент для обеспечения соответствия IEC 61508 на протяжении всего жизненного цикла безопасности. Она помогает организациям управлять требованиями безопасности, обеспечивать полную прослеживаемость, выполнять оценки рисков и вести документацию, что является критически важными элементами для соответствия стандартам IEC 61508.

Основные характеристики соответствия IEC 61508

1. Комплексное управление требованиями – Легко определяйте и отслеживайте требования функциональной безопасности на протяжении всего жизненного цикла, обеспечивая соответствие уровням полноты безопасности (SIL).
2. Прослеживаемость и проверяемость – Полная прослеживаемость от анализа опасностей до проектирования и проверки, обеспечивающая прозрачность и упрощение аудита.
3. Определение SIL и анализ рисков – Интегрированные инструменты для назначения и управления уровнями SIL с автоматизированной оценкой рисков для достижения целей IEC 61508.
4. Контроль версий и управление изменениями – Эффективно управляйте версиями и изменениями, гарантируя, что все модификации документируются и соответствуют стандартам безопасности.
5. Взаимодействие между командами – Оптимизированное сотрудничество между инженерными группами, гарантирующее согласованность требований безопасности для всех заинтересованных сторон.
6. Автоматизированное тестирование и валидация – Поддержка автоматизированной проверки для обеспечения соответствия стандарту IEC 61508 во время тестирования и проверки.
7. Полная интеграция инструментов – Интегрируется с другими инструментами, обеспечивая комплексный подход к управлению функциональной безопасностью.
8. Отчеты о соответствии нормативным требованиям – Автоматизированные отчеты, упрощающие соблюдение стандарта IEC 61508 во время аудитов и сертификации.

Преимущества использования платформы Visure Requirements ALM для соответствия IEC 61508

• Оптимизированное соответствие: Visure упрощает процесс соответствия стандарту IEC 61508, автоматизируя многие ручные задачи и гарантируя соблюдение всех требований безопасности на каждом этапе жизненного цикла.
• Сниженный риск: Обеспечивая полную прослеживаемость, надежный контроль версий и интегрированное управление рисками, Visure помогает организациям снизить риск ошибок и несоответствий.
• Более быстрое время выхода на рынок: Благодаря автоматизированной проверке, отслеживанию требований и возможностям интеграции Visure ускоряет процесс разработки и сертификации, позволяя сократить время вывода на рынок критически важных для безопасности систем.
• Улучшенная совместная работа: Функции совместной работы Visure позволяют улучшить коммуникацию и координацию между кросс-функциональными командами, улучшая результаты в области безопасности и снижая вероятность сбоев в работе систем безопасности.
• Документация, готовая к аудиту: Visure гарантирует, что ваша документация всегда будет полной и точной, что упрощает процесс аудита и облегчает доказательство соответствия стандарту IEC 61508 во время проверок сторонними организациями.

Подводя итог, можно сказать, что платформа Visure Requirements ALM предоставляет все необходимые инструменты для обеспечения соответствия IEC 61508 на каждом этапе жизненного цикла безопасности. Используя возможности Visure, организации могут уверенно управлять критически важными для безопасности системами, снижать риски и соответствовать самым высоким стандартам функциональной безопасности.

Заключение

В заключение, IEC 61508 является критически важным стандартом для обеспечения функциональной безопасности электрических, электронных и программируемых систем в отраслях с критически важными требованиями к безопасности. Независимо от того, работаете ли вы в промышленной автоматизации, нефтегазовой отрасли или электронике, соблюдение IEC 61508 помогает минимизировать риски, повысить надежность системы и обеспечить соответствие нормативным требованиям.

Следуя структурированному жизненному циклу безопасности и внедряя необходимые уровни полноты безопасности (SIL), организации могут достичь более безопасных и эффективных систем. Такие инструменты, как платформа Visure Requirements ALM, незаменимы для оптимизации всего процесса, от анализа опасностей до валидации и сертификации, обеспечивая всестороннее соответствие и снижение рисков на протяжении всего жизненного цикла.

Для бесперебойного и эффективного достижения соответствия стандарту IEC 61508 рассмотрите возможность использования платформы Visure Requirements ALM.

Начните свое путешествие сегодня, изучая мощные возможности Visure. Попробуйте 14-дневную бесплатную пробную версию и узнайте на собственном опыте, как Visure может поддержать ваши усилия по обеспечению функциональной безопасности и соответствия стандарту IEC 61508.