什么是 IEC 61508 功能安全标准？

介绍

在当今日益自动化的世界，确保复杂且安全关键型系统的安全比以往任何时候都更加重要。IEC 61508 功能安全标准是管理工业自动化、电子、能源和交通运输等各行各业功能安全的基础全球框架。该国际标准定义了安全生命周期，概述了风险降低要求，并引入了安全完整性等级 (SIL)，以帮助组织系统地识别和缓解电气、电子和可编程电子系统中的危险。

无论您是功能安全新手，还是希望符合 IEC 61508 标准，了解其结构、原理和认证要求都至关重要。在本文中，我们将探讨 IEC 61508 的定义、其关键组件、如何确定 SIL 等级，以及实施和合规的最佳实践，以确保系统的端到端安全。

什么是 IEC 61508？

IEC 61508 是由国际电工委员会 (IEC) 制定的一项国际标准，旨在解决电气、电子和可编程电子系统（E/E/PE 系统）的功能安全问题。它提供了一种基于风险的系统性方法，用于设计和管理可能因故障而导致危险、伤害或环境损害的系统。

IEC 61508 的核心在于确保安全关键系统在需要时，尤其是在应对危险情况时，能够可靠运行。它引入了安全完整性等级 (SIL) 的概念，定义了安全功能所需的风险降低程度和可靠性。

该标准被视为基础功能安全标准，是许多行业特定标准的基础，如 ISO 26262（汽车）、IEC 62061（机械）和 EN 50128（铁路）。

IEC 61508 的目标是什么？

IEC 61508 分为七个部分，涵盖从概念到退役的整个安全生命周期。其主要目标是：

• 通过可靠的安全功能确保降低风险。
• 指导组织进行危害和风险分析、安全要求规范、设计、实施和验证。
• 建立可衡量的功能安全要求。
• 为 IEC 61508 合规性和认证提供框架。
• 确保系统在整个开发和运行生命周期内满足其安全完整性等级 (SIL) 目标。

该标准推广功能安全管理的最佳实践，包括文档、配置控制和持续风险评估。

IEC 61508 标准的关键组成部分

了解 IEC 61508 功能安全标准的关键组成部分，对于确保合规性和管理完整的功能安全生命周期至关重要。该标准内容全面，分为七个部分，并提供了通过明确定义的流程和危害分析来降低风险的详细指导。

IEC 61508 部分细分（第 1-7 部分）

IEC 61508标准分为以下几个部分：

• 第 1 部分 - 一般要求： 概述实现功能安全的总体框架和安全生命周期的结构。
• 第 2 部分 - 电气/电子/可编程电子安全相关系统的要求： 涵盖硬件安全完整性的技术要求。
• 第 3 部分 - 软件要求： 定义实现安全完整性所需的软件开发流程。
• 第 4 部分 - 定义和缩写： 提供整个标准中使用的关键术语和定义。
• 第 5 部分 - 确定安全完整性等级的示例和方法： 提供确定指导 SIL 级别 使用各种风险分析技术。
• 第 6 部分 - 第 2 部分和第 3 部分的应用指南： 解释如何在实际环境中应用硬件和软件要求。
• 第七部分——技术和措施概述： 描述实施安全要求的推荐技术。

这种模块化结构可帮助组织根据其特定系统和运营需求定制标准。

安全生命周期模型

IEC 61508 的核心是安全生命周期模型，该模型确保系统从一开始就融入安全性，并在整个生命周期内保持安全性。生命周期分为三个主要阶段：

• 分析阶段：

• • 危害和风险分析
  • 安全功能规范和SIL确定

• 实现阶段：

• • 系统设计和开发
  • 功能安全要求的确认和验证

• 运维阶段：

1. • 持续风险评估
   • 监控、维护和定期重新评估
   • 报废时退役

遵循此结构化生命周期有助于确保端到端的功能安全和完全符合 IEC 61508 标准。

降低风险和危害分析的重要性

降低风险是 IEC 61508 的核心目标。该标准强调进行彻底的危害和风险分析，以识别可能导致不可接受风险的潜在系统故障。基于此分析，组织可以：

• 定义功能安全要求
• 分配适当的安全完整性等级 (SIL)
• 实施技术和程序风险缓解策略

通过系统地将风险降低到可容忍的水平，IEC 61508 确保了安全关键系统的安全可靠运行。

什么是安全完整性等级 (SIL)？

IEC 61508 功能安全标准最关键的方面之一是安全完整性等级 (SIL) 的概念。SIL 提供了一种量化的方法来衡量安全关键系统中安全功能的可靠性和风险降低能力。正确理解和分配 SIL 可确保系统在最关键的时刻（即危险事件期间）按需求运行。

安全完整性等级 (SIL) 是指安全功能所提供的风险降低程度的定义。每个 SIL 等级对应一个目标按需失效概率 (PFD)，并表示为防止不可接受的后果所需的风险缓解程度。

IEC 61508 中有四个 SIL 级别：

• 安全等级 1 – 最低安全完整性等级
• 安全等级 2 – 适度降低风险
• 安全等级 3 – 高水平的风险缓解
• 安全等级 4 – 最高级别的功能安全完整性（由于极端的可靠性要求而很少应用）

这些级别指导组织根据所涉及风险的严重程度设计具有适当功能安全性和符合 IEC 61508 标准的系统。

SIL 1 至 SIL 4 示例讲解

随着 SIL 级别的提高，设计复杂性、验证工作量和实施成本也会增加，这就是为什么在功能安全生命周期中准确的 SIL 评估至关重要。

使用风险分析确定 SIL 等级

要分配正确的 SIL 等级，组织必须进行危害和风险分析。可以使用多种方法，包括：

• 风险图
• 保护层分析（LOPA）
• 故障树分析（FTA）
• 危险与可操作性研究 (HAZOP)

这些技术评估潜在危险的严重程度、可能性和暴露程度。基于分析，确定所需的 SIL 目标，以确保系统的安全功能达到可接受的风险降低阈值。

准确的 SIL 确定对于获得 IEC 61508 认证和确保整个安全生命周期内的系统合规性至关重要。

符合 IEC 61508 的功能安全要求

IEC 61508 功能安全标准定义了严格的功能安全要求，以确保系统在规定条件下始终如一地执行其安全相关功能。这些要求涵盖整个安全生命周期，从概念设计到运行和退役。妥善满足定性和定量要求，并实施强大的功能安全管理，是实现 IEC 61508 合规性的关键。

定性与定量安全要求

IEC 61508 将安全要求分为两大类：

• 定性要求 – 这些实践涵盖面向流程的实践，例如系统能力、工具认证、配​​置管理以及遵守安全开发流程。它们专注于通过最佳实践减少系统故障，对于所有 SIL 等级而言都至关重要。
• 定量要求 – 这些指的是数值化的安全完整性目标，例如按需故障概率 (PFD) 和硬件容错率。每个安全完整性等级 (SIL) 都有各自的目标故障率，尤其是在低需求或高需求运行模式下。

两种方法的结合对于实现全面可靠的功能安全系统至关重要。

功能安全管理和文档

有效的功能安全管理 (FSM) 是 IEC 61508 的基石。它确保在整个安全生命周期中的每项活动和决策中都考虑到安全性。关键的 FSM 实践包括：

• 明确安全相关角色的职责
• 实施能力管理和培训
• 确保验证和确认的独立性
• 定期进行安全评估和审计

文档在证明符合 IEC 61508 方面起着至关重要的作用。其中包括：

• 安全计划和验证报告
• 危害和风险分析文件
• SIL 测定记录
• 验证和测试结果
• 变更和配置控制日志

适当的文档不仅仅用于审计跟踪 - 它是在整个功能安全生命周期中保持可追溯性和可问责性的最佳实践。

安全功能的设计和开发流程

安全相关系统的设计和开发必须遵循严格的流程，以确保功能安全。这包括：

• 需求规范：明确定义安全功能和相应的SIL
• 系统及硬件架构设计：应用容错和冗余
• 软件开发：使用经过验证的工具、编码标准和形式化方法
• 验证和验证：根据要求进行严格测试
• 失效模式分析：识别并缓解潜在的故障点

必须验证每个安全功能，以确保其符合定义的 SIL 目标，确保在正常和异常操作条件下都能可靠地执行。

IEC 61508 合规性和认证

对于开发或运营安全关键型系统的组织而言，获得 IEC 61508 合规性至关重要。这表明系统符合国际公认的功能安全标准。合规性不仅可以降低风险，还能促进市场准入，并赢得客户和监管机构的信任。本节概述了如何合规、典型的 IEC 61508 合规性检查清单、IEC 61508 认证机构以及关键业务优势。

如何遵守 IEC 61508

为了符合 IEC 61508 标准，组织必须在整个安全生命周期内实施结构化方法。合规性包括：

• 进行危害和风险分析
• 确定每个安全功能的安全完整性等级 (SIL)
• 设计和开发满足 SIL 目标的系统
• 遵循定义的功能安全管理流程
• 验证和确认安全系统
• 保持可追溯性和可靠的文档

使用需求管理和可追溯性工具可以极大地提高合规性工作，特别是在处理复杂系统和多个利益相关者时。

IEC 61508 合规性检查表

以下是高级 IEC 61508 合规性检查表：

• 进行完整的危害识别和风险评估
• 定义安全功能并确定所需的 SIL 等级
• 采取适当的定性和定量安全措施
• 实施正式的功能安全管理流程
• 制定详细的安全要求规范
• 根据 SIL 验证软件和硬件
• 维护配置和变更控制
• 记录安全生命周期的每个阶段
• 进行独立评估或审计
• 准备第三方认证（如果需要）

此清单确保认证的充分准备，并提高安全关键应用程序的整体质量和可靠性。

过程包括什么？

IEC 61508 认证流程通常包括：

1. 差距分析或预评估
2. 功能安全文档审查
3. 现场审核和技术评估
4. 功能和性能测试
5. 签发正式合规证书

根据系统和行业的不同，认证可能适用于组件、子系统或整个安全系统。

IEC 61508 认证的优势

获得认证可带来多项切实的好处：

• 证明遵守国际安全标准
• 减少责任并增强法律辩护能力
• 增强客户信心和可信度
• 能够进入安全关键行业和全球市场
• 简化监管审批
• 改进内部开发流程和风险管理

最终，IEC 61508 认证将成为一种竞争优势，也是功能安全工程卓越的标志。

IEC 61508 的实施步骤

实施 IEC 61508 功能安全标准需要在整个安全生命周期内采用结构化、系统化的方法。每个阶段对于确保合规性、降低风险和达到所需的安全完整性等级 (SIL) 都至关重要。本节概述了关键的实施阶段，重点介绍了常见的挑战，并提供了成功执行的可行最佳实践。

实施 IEC 61508 标准的关键阶段

1. 危害和风险分析 – 识别潜在危险并进行风险评估，以确定所需的安全等级。此步骤为定义安全功能及其相关的SIL目标奠定基础。
2. 安全要求规范（SRS） – 定义功能性和非功能性安全需求。安全规范 (SRS) 应涵盖定性和定量方面，包括容错能力、响应时间和风险缓解。
3. 安全完整性等级 (SIL) 确定 – 使用风险图、保护层分析 (LOPA) 或风险矩阵根据故障的严重程度、频率和概率为每个安全功能分配 SIL（1 到 4）。
4. 系统设计和架构 – 开发符合所需 SIL 的系统。根据风险分析结果，纳入冗余、诊断覆盖率、故障处理和软硬件交互。
5. 实施与整合 – 根据设计实现安全功能。使用经过认证的工具，遵循严格的编码标准，并使用可追溯性来确保符合要求。
6. 验证和确认 – 进行全面测试，确保满足所有安全要求。验证系统在正常和故障条件下的行为，以确保符合 IEC 61508 标准。
7. 功能安全评估 – 执行独立的安全评估以验证是否符合标准并确认风险已充分降低。
8. 操作和维护 – 建立持续监控、功能安全管理和维护流程。如果系统发生变化，请更新文档并重新评估安全性。

常见挑战、解决方案和最佳实践

专业提示：利用正确的功能安全工具

采用支持可追溯性、SIL 分解和合规性检查表的强大需求管理平台，可以简化整个 IEC 61508 实施流程。这可以确保审核准备就绪，最大限度地减少错误，并加快认证时间。

IEC 61508 与其他功能安全标准

IEC 61508 功能安全标准是跨多个行业功能安全的基础框架。然而，ISO 26262、IEC 62061、EN 50128 和 DO-178C 等特定行业标准正是从该标准衍生而来，以满足特定领域的要求。了解这些标准之间的差异有助于组织根据其运营环境选择最合适的标准。

IEC 61508 与 ISO 26262（汽车功能安全）

虽然两者都强调降低风险和系统安全开发，但 ISO 26262 采用了 IEC 61508 原则来满足汽车行业的独特需求。

与 IEC 62061、EN 50128 和 DO-178C 的比较

• IEC 62061 改编了 IEC 61508，适用于机械中的可编程控制系统，并侧重于安全相关的控制功能。
• EN 50128 解决了铁路信号系统的软件安全完整性问题。
• DO-178C 虽然不是源自 IEC 61508，但却是航空软件安全领域的主导标准，强调严格的软件开发和验证。

每个标准都定义了不同的安全完整性等级方案（SIL、ASIL、DAL 等），但其共同目标是通过生命周期流程和基于风险的方法确保功能安全。

根据行业选择正确的标准

为了确保完全合规并获得功能安全认证，公司必须根据其行业采用正确的标准：

• IEC 61508：最适合跨行业应用，例如工业自动化、电力系统和过程工业。
• ISO 26262 ：对于汽车系统和零部件供应商而言是强制性的。
• IEC 62061：适用于工业机械和控制系统。
• EN 50128：铁路软件系统必需。
• DO-178C：航空航天软件开发的首选标准。

采用正确的标准可以提高合规性、安全保障和市场信誉，同时满足每个领域的监管要求。

VisureRequirements ALM 平台如何支持 IEC 61508？

Visure 要求 ALM 平台是一款强大的工具，可确保在整个安全生命周期内符合 IEC 61508 标准。它帮助组织管理安全要求、确保完全可追溯性、执行风险评估并维护文档，这些都是满足 IEC 61508 标准的关键要素。

符合 IEC 61508 的关键特性

1. 全面的需求管理 – 轻松定义和跟踪整个生命周期的功能安全要求，确保符合安全完整性等级 (SIL)。
2. 可追溯性和可审计性 – 从危害分析到设计和验证的完全可追溯性，确保透明度并简化审计。
3. SIL 确定和风险分析 – 用于分配和管理 SIL 级别的集成工具，具有自动风险评估功能，以满足 IEC 61508 目标。
4. 版本控制和变更管理 – 有效地管理版本和变更，确保所有修改都记录在案并符合安全标准。
5. 跨团队协作 – 简化工程团队之间的协作，确保所有利益相关者都遵守安全要求。
6. 自动化测试和验证 – 支持自动验证，以确保测试和验证期间符合 IEC 61508。
7. 无缝工具集成 – 与其他工具集成，提供功能安全管理的整体方法。
8. 监管合规报告 – 自动化报告可简化审计和认证期间的 IEC 61508 合规性。

使用 VisureRequirements ALM 平台满足 IEC 61508 合规性的优势

• 简化合规性：Visure 通过自动执行许多手动任务并确保在生命周期的每个阶段满足所有安全要求，简化了 IEC 61508 合规流程。
• 降低风险：通过提供完整的可追溯性、强大的版本控制和集成风险管理，Visure 帮助组织降低错误和不合规的风险。
• 更快的上市时间：通过自动验证、需求跟踪和集成功能，Visure 加快了开发和认证过程，从而缩短了安全关键型系统的上市时间。
• 改善协作：Visure 的协作功能可以实现跨职能团队之间更好的沟通和协调，从而改善安全结果并降低安全故障的可能性。
• 审计就绪文档：Visure 确保您的文档始终完整准确，简化审核流程，并使您在第三方审查期间更容易证明符合 IEC 61508。

总而言之，Visure 要求 ALM 平台提供了所有必要的工具，以确保在安全生命周期的每个阶段都符合 IEC 61508 标准。通过利用 Visure 的功能，组织可以自信地管理安全关键系统，降低风险并满足最高的功能安全标准。

结语

总而言之，IEC 61508 是确保安全关键行业中电气、电子和可编程系统功能安全的关键标准。无论您从事工业自动化、石油天然气还是电子行业，遵守 IEC 61508 都有助于最大限度地降低风险、提高系统可靠性并确保符合法规要求。

通过遵循结构化的安全生命周期并实施必要的安全完整性等级 (SIL)，组织可以实现更安全、更高效的系统。像 Visure 要求 ALM 平台这样的工具对于简化从危害分析到验证和认证的整个流程至关重要，可确保全面合规并降低整个生命周期的风险。

为了无缝高效地满足 IEC 61508 合规性，请考虑利用 Visure requirements ALM 平台。

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