功能安全,机器人安全运行的护身符
赵斌
德国莱茵TÜV大中华区工业服务总经理 | 是德国以外全球第一个取得功能安全技术审核员资格的专家,也是IT 产品、音视频产品、实验室设备、控制产品的技术审核员及签证官。同时也是中国功能安全标准委员会的成员。
智能制造是目前工业领域的热门话题,也日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容。很多国家都将智能机器人作为未来技术发展的制高点,而随着技术的推进,制约机器人产业发展及推广使用的关键问题便是安全性。
在机器人设计阶段,就考虑到控制系统等电气电子部件的功能安全,将为机器人将来的使用安全打下良好的基础。何谓功能安全,机器人功能安全评估的范畴有哪些,评估标准是什么?本文将进行这些基本信息的简述。
一、 什么样的系统可以称为是功能安全的?
在产品的设计时,不仅仅要考虑到软硬件失效时可能造成的危险,还需要保证系统安全,从而不会导致人员的损失、环境的污染以及设备的损失,才可以认证它是功能安全的。
举个例子,如果一个协作式机器人发现在其行进的路上有工作人员,它就应该停止运行避免撞到人的风险。机器人的安全目标就是出现危险状况时要停机,不会对人员造成伤亡。
功能安全标准应用领域非常广,除了机器人领域,机械、石油化工、电气电子、汽车、医疗等领域同样适用。TÜV莱茵目前已在全球颁发了800多张功能安全产品认证证书。工业机器、自动产线、化工设备、石油平台、核电产品、锅炉、电机、机器人等等,只要和电子电气相关,基本上都有相应的安全评估。
TÜV莱茵安全功能证书
二、 现行功能安全的标准及其要求
现在应用最广的功能安全的基本标准是TÜV莱茵和IEC的专家们在30年前提出来的,涉及了很多原则、软件开发、功能安全管理、系统回路计算和评估的方法论。随着科技和互联网的发展,现在的安全评估将更多安全部件、PLC控制器、系统集成、软件等方面纳入新的标准,如:ISO 10218,ISO/TS 15066,ISO 13849-1,IEC 61508,IEC 62061。
另外,目前全球仅有三家机构能进行信息安全评估,TÜV莱茵是其中一家, 其对安全认证人员能力和资质要求非常严格。
关于Performance Level PL和SIL这两个指标。是目前客户最关心的问题。机械安全领域的最高安全完整性等级是SIL3。目前通过认证最多的是SIL2和SIL3的产品。PL / SIL / Cat.三者的粗略对应关系如下:
PL-SIL关系对比
一个典型的安全系统包括传感器、逻辑解算器和执行器。传感器采集外部开发状态信号并告知逻辑解算器,逻辑解算器经过逻辑运算处理后把结果发送给执行器,执行器接收到信号后断开机床电力线,然后机床停止运转。
安全系统工作原理
三、 安全功能的核心问题
1.安全功能怎样定义?
2.什么是安全状态?
3.故障响应时间如何?
以上三个问题的答案回答了安全功能的核心问题,目前国内的企业很容易忽视其中的某一点,很少三点同时注意到。
TÜV莱茵的证书含金量相对比较高,功能安全认证中包含了对人员资质和能力的功能安全管理的要求。目前在功能安全领域,TÜV莱茵在全球颁发超过11,000张功能安全工程师,行业专家70余人,在绝大部分进行安全产品开发相关的企业中享有卓越的口碑。
关于机器人的功能安全,本文只是抛砖引玉、浅尝辄止,还有更多关于如何考虑软硬件设计、如何进行相关测试等话题,敬请咨询TÜV莱茵专家。
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