IEC 61508-5 Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related system

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作者:IEC
出品人:
页数:46
译者:
出版时间:2010
价格:0
装帧:平装
isbn号码:9782889105281
丛书系列:
图书标签:
  • 标准规范
  • 控制科学与技术
  • IEC
  • Expertise
  • IEC 61508-5
  • Functional Safety
  • Safety-Related Systems
  • Electrical Engineering
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  • Programmable Electronic Systems
  • Industrial Safety
  • Standards
  • Reliability
  • Risk Assessment
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具体描述

现代工业控制系统可靠性工程:基于成熟实践的系统设计与验证 本书聚焦于现代工业自动化和过程控制领域中,如何通过严谨的工程方法,确保复杂电子、电气和可编程电子安全相关系统的长期、可靠运行。 本书深入探讨了从概念设计到系统退役全生命周期中,确保系统满足预定安全完整性要求(SIL/PL)的关键技术和管理流程。它并非仅仅停留在理论层面,而是大量结合了全球领先制造业和高风险行业(如石油化工、核能、轨道交通和高端装备制造)的实际工程案例与最佳实践。 第一部分:系统可靠性基础与需求定义 本部分为后续深入分析奠定理论和方法论基础。我们将首先回顾系统可靠性工程的基本原理,包括故障率模型、失效模式与影响分析(FMEA/FMECA)以及可靠性分配的工程方法。核心内容在于如何将高层次的安全目标,转化为可量化、可验证的系统需求。 安全生命周期模型概述: 介绍一个结构化的安全生命周期框架,强调需求分析在整个流程中的核心地位。 风险评估与量化: 详细阐述如何进行定性和定量的风险评估,包括事件树分析(ETA)和故障树分析(FTA)在早期设计中的应用,以及如何确定所需的系统安全完整性等级(SIL/PL)。 安全需求规范的精确性: 重点讲解如何撰写无歧义、可测试的安全需求规格说明书(SRS),特别是针对软件和硬件接口的需求定义。 环境影响与操作场景分析: 讨论了环境因素(温度、振动、电磁兼容性EMC)对系统长期可靠性的影响,以及如何将特定运行场景纳入设计验证计划。 第二部分:硬件架构设计与冗余策略 硬件层面的可靠性是系统安全性的基石。本部分专注于设计满足特定SIL等级的硬件架构,强调容错能力和故障检测机制。 失效统计与硬件度量: 深入分析硬件失效数据的使用,如平均故障间隔时间(MTBF)的计算,以及如何利用行业标准数据库(如SN 29500, OREDA)进行预测。 冗余技术与架构选择: 全面比较了不同的冗余架构(如1oo2, 2oo3, 1oo3D等)的优缺点,并提供基于SIL目标和成本效益的架构选择指南。重点探讨了投票机制的设计与实现,确保投票逻辑本身不成为单点故障源。 故障检测与诊断覆盖率(DC): 这是衡量硬件安全性能的关键指标。本书详细介绍了各种内部诊断技术(如自检、校验和、看门狗定时器等)的设计原理,并指导读者如何计算和优化系统的诊断覆盖率,使其满足目标SIL等级的要求。 安全相关部件的鉴定与使用: 讨论了如何选择和评估“安全相关部件”(Safety-related Parts),包括其成熟度、认证状态以及在非安全关键系统共存时的隔离要求。 第三部分:软件开发与验证的严谨性 软件在现代安全系统中占据核心地位,其复杂性也带来了独特的验证挑战。本部分严格遵循结构化和形式化的软件工程方法,以最小化潜在的编程错误。 安全软件开发生命周期(S-SDLC): 介绍一种严格的、瀑布与迭代相结合的软件开发流程,强调需求的可追溯性、设计文档的详尽性,以及代码实现过程中的强制性规范。 编程语言的选择与限制: 讨论了在安全攸关软件中,为何倾向于使用受限的子集语言(如MISRA C/C++标准)以及对动态内存分配、递归等高风险特性的严格限制。 静态分析与动态测试: 深度讲解了代码覆盖率的各种度量标准(语句覆盖、分支覆盖、MC/DC等)及其在不同SIL等级下的应用要求。重点介绍使用自动化工具进行深度静态分析,以检测潜在的运行时错误和违反编码规范的行为。 软件集成与接口测试: 阐述了如何通过系统化的方法验证不同软件模块之间、以及软件与硬件之间的接口功能是否完全符合安全规范。 第四部分:系统集成、确认与生命周期管理 系统的最终安全性是在集成和实际运行中体现出来的。本部分关注系统层面的验证活动和长期的维护策略。 集成测试与确认: 区分了“验证”(Verification,是否正确地构建了系统)和“确认”(Validation,系统是否满足了最初的预期目标)。详细介绍了如何设计和执行压力测试、边界条件测试以及故障注入测试,以模拟真实世界中最坏的情况。 功能安全评估与审计: 介绍了第三方独立安全评估(ISA)的流程和关注点,以及如何准备完整的功能安全案例(Functional Safety Case)来支持最终的批准。 操作、维护与变更管理: 强调了即使是经过认证的系统,也需要在整个服役期内进行严格的管理。讨论了对维护人员的资质要求、安全相关变更的控制流程(确保变更不引入新的隐患),以及定期的系统性能再评估。 退役规划: 即使是系统寿命终结,也需要安全地进行退役处理,以防止意外启动或数据泄露,本书提供了相应的安全关闭程序建议。 本书的特色在于: 本书内容深度贴合实际工程挑战,旨在为安全系统工程师、项目经理和质量保证人员提供一套可操作、可审计的工程蓝图。通过对大量工业实践的反思和提炼,它帮助读者超越单纯的合规性检查,建立起一种以可靠性为导向的系统思维。书中的案例分析着重于“为什么会失败”以及“如何通过设计避免这些类型的失败”,而非仅仅展示标准条款的字面要求。

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在阅读这本书的过程中,我最直观的感受是其对“过程安全”理念的深入贯彻。IEC 61508-5 并没有将功能安全仅仅局限于设备本身,而是将其置于整个工艺流程的背景下进行考量。书中详细阐述了如何将安全相关的系统集成到更广泛的工艺控制系统中,并强调了在工艺操作、维护以及紧急情况下的安全管理。我特别被书中关于“安全仪表系统(SIS)”的配置和验证部分的详细内容所吸引。它提供了量化的方法来评估SIS在降低工艺风险方面的有效性,并明确了其与基本过程控制系统(BPCS)之间的界限和接口要求。这对于确保整个工厂或装置的整体安全运行具有决定性的意义。

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作为一名从事系统集成工作的技术人员,这本书为我提供了宝贵的体系结构设计指导。IEC 61508-5 在系统层面的方法论,让我能够更清晰地理解如何构建一个具有良好安全冗余和故障隔离能力的系统。书中对不同安全机制的组合和互补性进行了深入的分析,并提供了关于如何进行系统层面的风险再评估的建议。我尤其欣赏书中关于“安全链”的概念,以及如何确保整个安全链上的每一个环节都能达到所需的SIL级别。这对于避免出现“短板效应”,确保整体安全性能至关重要。书中丰富的图示和流程图,将复杂的系统设计思路可视化,极大地提升了我的理解效率。

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这本书的内容,从我个人的阅读体验和对相关领域知识的理解来看,无疑是一部在功能安全领域具有里程碑意义的著作。它所涵盖的理论深度和实践广度,都深深地吸引了我。在阅读过程中,我尤其被作者对于风险评估方法论的详尽阐述所打动。书中提出的系统性方法,不仅仅是简单的列举各种潜在风险,而是深入到风险产生的根源,并为如何量化和评估这些风险提供了清晰的指导。例如,它详细解释了如何根据不同行业和应用场景的特性,选择最恰当的风险评估工具和技术,并提供了大量的案例研究来佐证这些方法的有效性。这种严谨的态度,让我对如何科学地识别、分析和控制与电气、电子和可编程电子安全相关系统相关的风险有了全新的认识。

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这本书所强调的“安全生命周期”的概念,对我理解功能安全的整体性具有深刻的意义。IEC 61508-5 并非将安全视为一个一次性的设计任务,而是贯穿于产品或系统的整个生命周期,从概念阶段到退役。书中详细阐述了在不同生命周期阶段,需要进行的活动和交付物,以及如何保持安全在整个过程中得到持续的管理和控制。我特别被书中关于“操作和维护”阶段的安全考量所吸引,认识到即使一个设计上非常安全的产品,如果操作和维护不当,也可能导致严重的事故。这种全局观,让我对功能安全有了更全面和深刻的认识。

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这本书在“失效概率”的量化计算和评估方面,给了我很大的启发。IEC 61508-5 详细介绍了如何根据元器件的失效率数据,以及系统的硬件结构,来计算硬件随机失效的概率,并判断其是否满足SIL级别的要求。书中对于“安全失效”和“危险失效”的区分,以及如何评估不同失效模式的概率,都讲解得非常清晰。这让我意识到,在安全系统设计中,仅仅依靠经验是不够的,必须要有量化的依据来支持安全决策。书中提供的计算方法和表格,为我进行了准确的概率评估提供了实际的工具。

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这本书在验证和确认(V&V)方面的内容,对我而言具有极其重要的实践价值。IEC 61508-5 详尽地阐述了在不同开发阶段,如何通过一系列的验证和确认活动来证明系统的安全性。我非常赞赏书中对于独立性原则的强调,以及如何通过不同的V&V方法,如审查、测试、仿真和现场试验,来发现潜在的安全缺陷。书中列举了大量具体的V&V技术和工具,并根据不同的SIL级别给出了相应的要求。这为我制定详细的V&V计划,并有效执行提供了坚实的依据,从而确保最终交付的安全系统真正符合预期。

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在接触这本书之前,我对软件在安全系统中的作用一直存在一些模糊的认识。IEC 61508-5 的出版,无疑填补了我在这方面的知识空白。书中对可编程电子安全相关系统的软件开发过程进行了详尽的规范。它不仅仅关注软件的编码,更重要的是强调了从需求分析、设计、实现、测试到维护的整个生命周期中的安全考量。我特别被书中关于软件故障检测和容错机制的讨论所吸引。作者列举了多种先进的技术和方法,比如冗余、多样化、校验和、监控程序等,并详细说明了它们在不同SIL级别下的适用性和有效性。这让我深刻理解到,一个真正可靠的安全系统,软件的健壮性和可信度是至关重要的。

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这本书最让我印象深刻的一点,是它对安全完整性等级(SIL)的细致剖析。作者并非简单地定义SIL,而是深入探讨了SIL的确定过程,包括如何根据风险评估结果,结合失效概率、失效模式以及失效的潜在后果,来层层递进地确定所需的SIL级别。在这一点上,书中的讲解非常具象化,通过各种图表和公式,以及与实际工业应用相结合的例子,让原本抽象的概念变得易于理解。我特别欣赏书中对于不同SIL级别所要求的硬件和软件设计、验证和确认活动的详细说明。这些信息对于工程技术人员来说,是极其宝贵的实践指南,可以帮助他们避免在设计和实施安全系统时走弯路,确保最终交付的系统能够满足最严格的安全标准。

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对于我这样一个对国际标准体系不太熟悉的读者来说,IEC 61508-5 提供了对该系列标准背后逻辑和目的的清晰解读。虽然书中并未直接阐述其他子标准的内容,但它作为核心标准之一,其所蕴含的原理和方法论,可以类比并推导至其他相关领域。我深刻理解到,功能安全并非孤立的技术范畴,而是需要与风险管理、质量管理等体系紧密结合。书中对管理体系的关注,包括组织结构、人员能力、文件记录以及变更管理等方面,都为建立一个持续有效的安全管理提供了框架。这让我认识到,技术上的先进性固然重要,但健全的管理体系更是保证安全长期有效的基石。

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在阅读过程中,我尤其被书中关于“失效分析”的深度所吸引。IEC 61508-5 提供了多种系统性的失效分析技术,例如故障树分析(FTA)、失效模式与影响及危害性分析(FMEA)等,并详细解释了如何将其应用于安全相关系统的设计和评估中。书中通过具体的例子,展示了如何运用这些工具来识别潜在的失效模式,评估其发生的可能性和潜在的后果,并提出相应的预防和缓解措施。这种严谨的分析方法,使我能够更深入地理解系统的脆弱性,并有针对性地采取措施来提高系统的可靠性和安全性。

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