功能安全的概念源于國際電工委員會(huì)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——IEC61508。該標(biāo)準(zhǔn)的全稱是:《E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》。該標(biāo)準(zhǔn)由7個(gè)分標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成,共有700頁的篇幅,分別是:
《IEC61508.1整體安全生命周期》;
《IEC61508.2 E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)的安全生命周期》;
《IEC61508.3安全相關(guān)軟件的安全生命周期》;
《IEC61508.4術(shù)語和概念》;
《IEC61508.5確定安全完整性的方法示例》;
《IEC61508.6 IEC61508,2和IEC61508.3的應(yīng)用指南》;
《IEC61508.7技術(shù)和措施概覽》。
其中前4個(gè)分標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范性文件,后3個(gè)是信息性文件。標(biāo)準(zhǔn)一經(jīng)發(fā)布,就引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。由于該標(biāo)準(zhǔn)提煉了不同行業(yè)安全工作的經(jīng)驗(yàn),并總結(jié)出一套基本的思想方法,因此在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用。目前國際上已基本形成了以功能安全為思路基礎(chǔ)的,包括風(fēng)險(xiǎn)分析、基礎(chǔ)安全產(chǎn)品生產(chǎn)、安全產(chǎn)品認(rèn)證、安全集成、安全評(píng)估等在內(nèi)的安全保障產(chǎn)業(yè)鏈。國際電工委員會(huì)也將這套標(biāo)準(zhǔn)作為IEC的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。
為說明功能安全的理念,首先必須理解工業(yè)技術(shù)界安全的概念,及其理念變遷。
根據(jù)傳統(tǒng)詞典解釋,“安”的含義是:平靜,穩(wěn)定,如安定、安心、安寧、安穩(wěn)、安閑等;對生活、工作等感覺滿足合適;沒有危險(xiǎn),不受威脅;做動(dòng)詞,有使得平靜、安定(多指心情)的含義,如安民、安慰、安撫。“全”的含義是:完備,齊備,完整,不缺少,如齊全、完全;整個(gè)、遍,全部;做動(dòng)詞有使得不受損傷,保全的含義。
“安全”的基本解釋是:沒有危險(xiǎn);不受威脅;不出事故。從傳統(tǒng)的理念上看,安全是一個(gè)美好而絕對的境界,表現(xiàn)出人們對這種境界的追求。但現(xiàn)實(shí)中的絕對安全是不存在的,以絕對安全為目標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的。但這并不意味著放棄安全工作,而是將安全工作的目標(biāo)確定在一個(gè)相對安全的點(diǎn)上。為此,工業(yè)技術(shù)界為安全作出一個(gè)全新的定義,即:安全是不存在不可接受的風(fēng)險(xiǎn)。
這個(gè)定義有兩個(gè)劃時(shí)代的意義:一是把安全從一個(gè)絕對的概念轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對的概念,在這個(gè)概念中,安全不再是一個(gè)高不可攀的絕對目標(biāo),而是風(fēng)險(xiǎn)可接受即是安全。從此,安全成為了有現(xiàn)實(shí)目標(biāo)的工作。此處引入了一個(gè)概念——可容忍風(fēng)險(xiǎn)(tolerable risk),根據(jù)當(dāng)今社會(huì)的水準(zhǔn),即在給定的范圍內(nèi)能夠接受的風(fēng)險(xiǎn)。在這個(gè)概念的引導(dǎo)下,安全工作的全部內(nèi)涵就是將風(fēng)險(xiǎn)控制在可容忍的風(fēng)險(xiǎn)以內(nèi)。
這個(gè)定義的另一個(gè)劃時(shí)代的意義就是把對安全的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷︼L(fēng)險(xiǎn)的控制。此處引入了另一個(gè)概念——風(fēng)險(xiǎn)(risk),即:出現(xiàn)傷害的概率及該傷害嚴(yán)重性的組合。以這一概念為引導(dǎo),安全工作產(chǎn)生了兩種方式,一種是降低傷害的概率;另一種是降低傷害的嚴(yán)重程度。此處都含有一個(gè)傷害(harm)的概念,即:對人體健康的損害或損傷,以及對財(cái)產(chǎn)或環(huán)境的損害。也就是說,安全工作的保護(hù)對象可以是人、環(huán)境或財(cái)產(chǎn)。當(dāng)然,再延伸一下,還可以是動(dòng)物、植物等。不論對象是誰,風(fēng)險(xiǎn)一定要與保護(hù)對象連在一起才可以分析。
新的安全概念確立之后,我們就有基礎(chǔ)來理解什么是功能安全。
首先看“IEC61508”的定義:功能安全(funetionalsafety),是與EUC(受控設(shè)備)和EUC控制系統(tǒng)有關(guān)的全部安全的一部分,它取決于E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)和其他風(fēng)險(xiǎn)降低措施功能的正確行使。此處要說明,該定義是基于“E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全”這一狹窄領(lǐng)域的,但仍然可以看到功能安全的全貌。首先,什么是全部安全。人類面臨的威脅來自很多方面,因此安全也是多方面的。對安全的分類有多種方式,比如以領(lǐng)域分類,像煤礦安全、非煤礦山安全、石油化工安全、建筑施工安全、電力安全、核工業(yè)安全等;再比如以危險(xiǎn)源分類,像電氣安全、機(jī)械安全等。為更好地說明功能安全,我們不妨做這樣的分類,安全問題可分為內(nèi)部的問題和外部的問題,對于內(nèi)部問題,又可分為產(chǎn)品功能硬件隨機(jī)失效產(chǎn)生的問題和人的錯(cuò)誤產(chǎn)生的問題;對于外部問題,可分為自然的威脅(如地震、洪水、雷、雨等),外界其他非故意的侵害(如各種運(yùn)行的電力設(shè)備之間的相互影響等),人的有意侵害(如外國入侵、敵對勢力破壞、黑客、小偷、強(qiáng)盜等)。這就是所謂的全部安全。
關(guān)于外部安全問題,英語中有一詞,叫security,其定義是:對實(shí)體而言,從外部考慮,沒有不可承受的風(fēng)險(xiǎn)。
對于此詞中文的翻譯,業(yè)界有不同意見,一直用“安全”來翻譯。問題是將safety和security都翻譯成安全,其詞義是不同的,用同一詞來表示,顯然有不妥之處。目前,部分專家建議將security翻譯成“安保”,筆者個(gè)人的看法是,就其含義和用法來看,security有外來的對安全產(chǎn)生威脅的含義,同時(shí)又有人為故意的對安全產(chǎn)生威脅的含義,如:地震、停電、電磁干擾,都是外部的安全問題,一般不用security來描述其防護(hù),但對于黑客、小偷、強(qiáng)盜等的防護(hù)常用security來描述。所以,在沒有發(fā)現(xiàn)更好的詞之前,用“安保”是一個(gè)可接受的翻譯,這一觀點(diǎn)僅供參考。
第二,功能安全是全部安全的一部分。什么是功能呢?人類自從開始生產(chǎn)以后,就產(chǎn)生了人為的產(chǎn)品和服務(wù),隨著人類的進(jìn)步,生產(chǎn)和生活越來越多的依賴于自己生產(chǎn)的產(chǎn)品和服務(wù)。每個(gè)產(chǎn)品和服務(wù)都有其自身的功能,如:電話有通信的功能;筆有寫字的功能;衣服有御寒、遮體、裝飾等功能;車有運(yùn)輸功能。每個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)為其用戶提供的使用特性就是它們的功能。在諸多功能之中,有一些功能是與安全有關(guān)的,如:壓力容器的功能可以承載內(nèi)部壓力,失效可能造成爆炸;鐵路信號(hào)系統(tǒng)能夠指揮火車按預(yù)設(shè)規(guī)程運(yùn)行,失效可能會(huì)導(dǎo)致撞車;一條輸油管線的功能是將油從一個(gè)地方輸送到另一個(gè)地方,失效方式之一是爆裂,另一個(gè)失效方式是泄漏,肯定會(huì)造成環(huán)境污染,還可能會(huì)造成人員傷亡。所有的功能都有可能失效,產(chǎn)品或服務(wù)與安全有關(guān)的功能失效后就會(huì)產(chǎn)生安全問題,這也是目前安全生產(chǎn)領(lǐng)域中造成問題最多的環(huán)節(jié)。
所以,功能安全的定義,就是功能的正確行使。這里包括三重含義:
其一,我們讓功能以一個(gè)預(yù)定的概率實(shí)現(xiàn),比如一旦要求該功能實(shí)現(xiàn)時(shí),其失效的概率要小于1/10、1/100、1/1000、1/10000等。也就是說,我們以與安全有關(guān)的功能能夠?qū)崿F(xiàn)的概率,來保證安全的實(shí)現(xiàn)。
其二,我們讓功能的實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)處于監(jiān)視之下,當(dāng)與安全有關(guān)的功能一旦喪失時(shí),可及時(shí)獲得相應(yīng)信息。
其三,與安全有關(guān)的功能一旦喪失時(shí),使其將會(huì)導(dǎo)致的傷害事件不發(fā)生,或至少降低其嚴(yán)重性。
功能安全雖然在實(shí)踐中起了很大作用,但仍然有其不適用的方面。功能安全完全適用于內(nèi)部的安全問題,即:產(chǎn)品功能硬件隨機(jī)失效產(chǎn)生的問題,以及人的錯(cuò)誤產(chǎn)生的問題,這是它的最長項(xiàng)。對于外部問題,即:自然的威脅和外界其他非故意的侵害,功能安全的辦法是針對其風(fēng)險(xiǎn),設(shè)置一個(gè)降低風(fēng)險(xiǎn)的功能,然后保證功能的正確實(shí)施。但外部風(fēng)險(xiǎn)如果超出所設(shè)置的降低風(fēng)險(xiǎn)的能力范圍,則功能安全的作用將全部或部分喪失,就如一座能抵抗7級(jí)地震的房子遇到了8級(jí)地震。對于人的有意侵害,功能安全的作用就僅限于對防護(hù)設(shè)備的保障,就如同在戰(zhàn)爭中,功能安全僅可保障武器發(fā)揮正常功能,戰(zhàn)爭能否打得贏,就非其能力范圍了。