功能安全—機器人安全運行的護身符
趙斌
德國萊因TÜV大中華區工業服務總經理 | 是德國以外,全球第一個取得功能安全技術審核員資格的專家,也是IT 產品、音視頻產品、實驗室設備、控制產品的技術審核員及簽證官。同時也是中國功能安全標準委員會的成員。
智慧製造是工業領域的熱門話題,逐漸明朗是製造產業發展的未來趨勢和核心價值。許多國家將智慧型機器人視為未來技術發展的制高點,隨著科技的快速發展,影響機器人產業發展及使用的關鍵便是「安全性」。
機器人設計階段就必須考慮驅動系統、邏輯控制系統、人機介面系統等電子/電機/可編成系統的功能安全,為機器人使用安全建立良好的措施。何謂功能安全?機器人功能安全評估的範疇有哪些?評估標準又是什麼?本文將進行這些基本資訊的簡述。
一、 什麼樣的系統可以稱為是「功能安全」?
產品設計的階段,不僅僅要考慮到軟硬體失效時可能造成的危險,還需要保證系統的安全性,是能夠避免導致人員的損失、環境的污染以及設備的損失,才可以認證它是「功能安全」。
舉個例子,如果一個協作式機器人發現在其運行軌跡有工作人員,它就應該停止運行、降速或特定安全狀態以避免人員傷害的風險。機器人的安全目標,就是出現危險狀況時進入安全狀態,不對人員造成傷害或死亡。
功能安全標準應用領域非常廣,除了機器人領域,機械、石油化工、電氣電子、汽車、醫療等領域同樣適用。德國萊因TÜV目前已在全球頒發了上千張功能安全產品及系統證書。工業機器、自動產線、化工設備、石油平臺、核電產品、鍋爐、電機、機器人等等,只要和電子電氣相關,都有相應的安全評估。
德國萊因TÜV安全功能證書
二、 現行功能安全的標準及其要求
目前應用最廣泛的功能安全基本標準是由德國萊因TÜV和國際電工委員會各領域專家們在30年前提出來的,涉及很多原則、軟體發展、功能安全管理、系統迴路計算和評估的方法論。隨著科技和互聯網的發展,現在的安全評估將更多安全零件、PLC控制器、系統集成、軟體等方面納入新的標準,如:ISO 10218-1/-2、ISO/TS 15066、ISO 13849-1、IEC 61508,以及IEC 62061。
關於Performance Level PL和SIL這兩個指標,是目前客戶最關心的問題。機械安全領域的最高安全完整性等級是SIL3,目前通過認證最多的是SIL2和SIL3的產品。PL / SIL / Cat.三者的簡略對應關係如下:
PL-SIL關係對比
一個典型的安全系統包括傳感器、邏輯控制器和執行器。傳感器採集外部開發狀態信號並告知邏輯控制器,邏輯控制器經過邏輯運算處理後把結果發送給執行器,執行器接收到信號後斷開機器設備電力線,然後機器設備停止運轉。
安全系統工作原理
三、 「安全功能」的核心問題
1.安全功能該如何定義?
2.什麼是安全狀態?
3.故障回應時間?
以上三個問題的答案就回答了安全功能的核心關鍵,但目前大部分企業很容易忽視其中的某一點,很少三點同時注意到。
德國萊因TÜV是功能安全最早且唯一參與功能安全標準母標準IEC 61508 制定的第三方公正機構,累積數十年功能安全產品及系統認證經驗,包含人員資質與能力的培訓與認證,德國萊因TÜV全球擁有各產業專家70餘人,全球安全產品企業中享有卓越的口碑。
關於機器人的功能安全,本文只是抛磚引玉,還有更多關於如何考慮軟硬體設計、如何進行相關測試等話題,敬請諮詢我們的專家。
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