IEC TR 631612022 安全完整性要求的分配-基本原理标准立项发展报告

安全完整性要求的分配-基本原理标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AssignmentofaSafetyIntegrityRequirements-BasicRationale摘要随着工业自动化与机械安全技术的深度融合，安全相关控制系统的功能安全与完整性要求已成为国际标准化研究的前沿热点。IECTR63161:2022《安全完整性要求的分配-基本原理》由国际电工委员会（IEC）正式发布，作为技术报告类标准，其核心任务在于阐明安全完整性要求（SIL）分配环节的底层逻辑与基本原理。该标准立足IEC61508系列功能安全基础标准框架，针对安全功能分配到安全相关子系统时普遍存在的SIL分配不明确、责任边界模糊、架构选择缺乏依据等行业痛点，系统性地提供了从风险分析到SIL分配的技术路径和理论基础。本报告在全面梳理该标准编制背景的基础上，详细分析了标准的主要内容框架、核心技术观点及其在机械安全领域的应用价值，重点介绍了标准归口技术委员会及主要起草单位的组织架构与工作职责，并对该标准在推动我国功能安全标准化体系建设、促进高端装备安全认证与国际互认等方面的未来发展前景进行了展望。报告认为，IECTR63161:2022的发布为全球机械安全领域实施科学合理的安全完整性分配提供了重要技术指引，对提升安全相关系统的可信性与规范性具有里程碑式意义。关键词：功能安全；安全完整性等级；SIL分配；机械安全；IEC61508；安全相关控制系统AbstractWiththedeepintegrationofindustrialautomationandmachinerysafetytechnology,functionalsafetyandintegrityrequirementsofsafety-relatedcontrolsystemshavebecomeafrontierhotspotininternationalstandardizationresearch.IECTR63161:2022,*AssignmentofaSafetyIntegrityRequirements-BasicRationale*,wasofficiallypublishedbytheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)asatechnicalreport.Itscoremissionistoclarifytheunderlyinglogicandfundamentalprinciplesintheassignmentprocessofsafetyintegrityrequirements.GroundedintheframeworkoftheIEC61508seriesoffunctionalsafetybasicstandards,thisstandardsystematicallyaddressesprevalentindustrypainpoints——unclearSILassignment,blurredresponsibilityboundaries,andlackofevidentialbasisforarchitectureselection——whensafetyfunctionsareallocatedtosafety-relatedsubsystems,providingatechnicalpathwayandtheoreticalfoundationfromriskanalysistoSILassignment.Thisreportcomprehensivelyreviewsthebackgroundofthestandard'sdevelopment,analyzesitsmainstructuralframework,coretechnicalviewpoints,andapplicationvalueinthefieldofmachinerysafety,withparticularfocusontheorganizationalarchitectureandresponsibilitiesoftheresponsibletechnicalcommitteeandmajorcontributingorganizations.Thereportfurtherdiscussesthestandard'sprospectsinpromotingChina'sfunctionalsafetystandardizationsystem,facilitatingconformityassessmentandinternationalmutualrecognitionofhigh-endequipmentsafety.ThereportconcludesthatthepublicationofIECTR63161:2022providesimportanttechnicalguidanceforimplementingscientificallysoundsafetyintegrityassignmentglobally,markingamilestoneinenhancingthecredibilityandstandardizationofsafety-relatedsystems.Keywords:FunctionalSafety;SafetyIntegrityLevel;SILAssignment;MachinerySafety;IEC61508;Safety-RelatedControlSystems一、引言1.1研究背景随着工业4.0进程的持续推进以及智能制造装备复杂度的不断提高，机械装备的安全性能已不再仅由硬件本身的可靠度决定，而是越来越多地依赖于嵌入其中的安全相关控制系统的功能安全水平。在这一背景下，以IEC61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》为代表的功能安全基础标准体系在全球范围内获得了广泛应用，已成为工业安全领域最具影响力的国际标准之一。安全完整性等级（SafetyIntegrityLevel,SIL）作为衡量安全相关系统在规定条件下、规定时间内完成安全功能概率能力的量化指标，是功能安全设计与评估的核心技术参数。根据IEC61508的划分，SIL共分为4个等级（SIL1至SIL4），等级越高，要求的安全功能失效概率越低，系统的安全完整性要求也越为严格。然而，在实际工程设计过程中，从整体风险分析到具体安全功能SIL等级的确定与分配，长期缺乏系统性、普适性的方法论指导。不同设计人员、不同行业领域对SIL分配的理解和执行方式存在较大差异，直接影响了安全相关系统设计的一致性、可验证性和监管认可度。1.2标准编制意义正是在上述背景下，国际电工委员会（IEC）下属的IEC/TC44（机械安全—电工技术委员会）组织专家编制了IECTR63161:2022《安全完整性要求的分配-基本原理》。该技术报告并非重新定义SIL的概念，而是聚焦于回答"如何科学合理地完成安全完整性要求的分配"这一关键工程问题，为SIL分配环节提供了统一的理论基础和实操逻辑。本报告的编写旨在全面解读和传播该标准的核心内容，梳理其编制的技术背景和逻辑脉络，分析其与IEC61508等基础标准的衔接关系，评价其对机械安全领域工程设计实践的影响，以期为我国从事功能安全设计、评估、认证和监管的专业技术人员提供有价值的参考和借鉴。二、安全完整性要求分配的基本概念与理论基础2.1安全完整性与安全完整性等级安全完整性（SafetyIntegrity）是指在所有规定的条件下，安全相关系统在规定的时段内成功执行所要求的安全功能的概率。这一概念的核心在于量化度量安全相关系统在需要其发挥作用时"有多可靠"。安全完整性等级（SIL）则是对这一概率进行分级的离散化表达。在IEC61508的框架中，安全完整性由硬件安全完整性和系统安全完整性两个组成部分构成。其中，硬件安全完整性主要与随机硬件失效相关，涉及失效率、诊断覆盖率、共因失效等量化指标；系统安全完整性则主要与系统性失效相关，涉及设计流程管理、能力水平、配置管理、验证与确认等定性要求。两者互为补充，共同决定了一个安全相关系统能否在要求的SIL等级上执行其安全功能。2.2SIL分配的总体逻辑框架IECTR63161:2022提出的SIL分配逻辑框架可概括为一个从整体风险分析到安全功能SIL要求确定的多层次、递进式过程。该框架主要包括以下关键环节：（1）风险评估与安全目标确立这一环节的出发点在于识别被保护对象（人员、环境、财产）面临的风险。通过对特定机械装备在全生命周期内可能产生的危险事件进行系统识别，确定每一个危险事件的严重程度、发生频次和避免可能性，从而建立风险图谱，确定安全目标。（2）整体安全功能的定义在风险评估的基础上，确定为消除或充分降低风险所必需的安全功能。每个安全功能应明确表述为"检测到特定危险条件时，使系统进入并保持安全状态"。这一阶段需要清晰地界定安全功能的触发条件、响应行为和安全状态定义。（3）安全完整性要求的初步分配在这一环节，设计人员需要根据每个安全功能所对应的风险降低需求，初步确定该安全功能所需的SIL目标值。这一分配过程需要综合考虑风险降低的需求程度、安全功能的复杂度以及可实现性等约束条件。（4）安全相关子系统的划分与分配细化安全功能通常由传感器子系统、逻辑运算子系统和执行元件子系统共同实现。整体SIL要求需进一步细化分配到各个子系统中。这一环节需要依据架构约束、失效行为特性和诊断能力等因素来确定各子系统应达到的SIL能力。2.3与IEC61508系列标准的衔接关系IECTR63161:2022作为IEC61508系列标准家族的重要补充文件，其核心定位在于充实和完善SIL分配这一环节的技术指导。在IEC61508-1中，对安全功能的安全完整性要求分配给出了总体框架性描述，但并未深入展开分配方法的具体原理和操作路径。IECTR63161:2022正是在这一缺口上提供了补充性、解释性的指导内容，帮助标准使用者更准确地理解SIL分配的技术逻辑，减少因理解差异而导致的不一致性。三、标准主要内容解析3.1标准适用范围与定位IECTR63161:2022适用于涉及电气、电子和可编程电子（E/E/PE）安全相关系统的机械装备领域，覆盖从简单机械到复杂自动化生产线的广泛范围。作为技术报告（TechnicalReport）类文件，该标准不以规范性要求（normativerequirement）的形式呈现，而是提供说明性（informative）的技术说明和指导性建议。这意味着标准本身不引入强制性的符合性要求，而是为IEC61508系列标准的应用提供操作性指导。3.2标准核心技术内容3.2.1安全功能分析与SIL分配安全功能的辨识与分析是SIL分配的前提。标准中详细阐述了安全功能辨识的系统化方法，强调安全功能应涵盖检测功能（感知危险条件）、决策功能（判断是否需要采取动作）和响应功能（触发安全动作并使系统进入安全状态）三个层面，且安全功能的定义应可验证、可量化，使后续的SIL评估有据可依。3.2.2安全相关子系统的架构选择安全相关子系统的架构直接影响系统在给定硬件失效率条件下能够宣称的SIL能力。IECTR63161:2022对多种典型架构形式进行了对比分析，包括1oo1（单通道）、1oo2（双通道并联）、2oo2（双通道串联表决）以及更复杂的2oo3等多通道表决结构，分析了不同架构对诊断覆盖率、安全失效分数和共因失效等参数的影响规律。3.2.3SIL分配中的责任划分与接口管理在分布式控制系统中，安全功能可能横跨多个子系统，SIL分配的责任矩阵和接口管理至关重要。标准中提出了在总体系统设计者、子系统设计者和集成者之间清晰划分安全责任的方法，要求在各接口处明确定义安全功能的输入输出条件、性能参数限制和信息流方向，防止因接口定义模糊而导致的SIL要求悬空或重复分配。3.2.4多种SIL分配方法的对比与选择标准中系统梳理了当前在工程实践中应用较为广泛的多种SIL分配方法论，包括风险图法（RiskGraph）、危险事件严重性矩阵法（SeverityMatrix）、风险矩阵法（RiskMatrix）以及量化风险分析法（QuantitativeRiskAnalysis）等。对于每一种方法，标准均给出了其适用条件、操作步骤、优缺点和输出精度等方面的分析比较，帮助标准使用者根据自身行业特点和风险分析深度选择最适宜的方法。3.3标准创新点IECTR63161:2022相较于既有功能安全标准的技术创新点主要体现在传统SIL分配方法论的基础上引入了一种基于整体安全生命周期全阶段考量的系统化分配策略，将SIL分配从孤立的"风险数值计算"扩展为涵盖系统架构设计、操作模式（低需求/高需求/连续模式）选择、系统行为多维度综合分析的兼容性方案，为复杂安全系统的设计提供了更高维度的视角。四、主要参与编制单位与机构介绍4.1IEC/TC44（机械安全—电工技术委员会）IECTR63161:2022由国际电工委员会下属的IEC/TC44（机械安全—电工技术委员会）负责编制。IEC/TC44成立于1967年，是IEC中专注于机械装备电气安全领域的标准化技术委员会，其工作范围涵盖机械电气设备的安全要求、功能安全以及相关测试方法。该委员会在机械安全与电气安全的交叉领域拥有丰富的标准化经验，其发布的IEC60204-1《机械安全—机械电气设备—第1部分：通用技术条件》等标准在全球范围内被广泛采用。TC44下设多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），其中负责IECTR63161:2022编制的项目团队汇聚了来自德国、美国、日本、中国、意大利、法国等多个国家的功能安全专家、机械装备制造商代表、认证机构技术人员和学术研究机构的学者。4.2主要起草单位介绍4.2.1德国西门子公司（SiemensAG）作为IECTR63161:2022的核心起草单位之一，德国西门子公司在功能安全领域具有超过三十年的工程实践和技术积累。西门子工业自动化部门的安全集成（SafetyIntegrated）概念实现了标准安全控制系统与功能安全控制系统的深度融合，其分布式安全控制系统和SafetyIntegrated系列产品已广泛应用于汽车制造、包装机械、压力机械等大量需要不同SIL等级安全控制的工业装备中。西门子在该标准编制过程中主要负责SIL分配与安全架构设计相关条款的起草工作，将其丰富的安全系统设计经验和多行业应用案例数据贡献给标准编制团队。4.2.2其他参与的重要机构-德国莱茵TÜV集团：作为全球领先的功能安全认证机构，深度参与了SIL验证方法相关内容的编写；-美国罗克韦尔自动化公司：在安全控制系统的工业应用方面贡献了大量实践案例；-日本发那科公司：在机器人安全控制系统应用方面提供了SIL分配的技术输入；-中国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所：代表中国参与了标准编制的讨论与意见反馈工作。五、标准的应用价值与影响分析5.1对机械安全设计的指导意义IECTR63161:2022为机械安全设计人员提供了一套从风险分析到SIL分配的完整方法论框架。在实际设计中，设计人员可依据该标准系统地完成安全功能的辨识与界定，合理选择SIL分配方法，科学确定安全相关子系统的架构方案，从而避免因SIL分配过高导致的成本浪费或因SIL分配不足导致的安全隐患。该标准特别强调了"不确定性"在SIL分配过程中的作用，要求在SIL分配中充分考虑安全目标保守性和工程可实施性之间的平衡。5.2对安全认证与监管的支撑作用在安全认证环节，SIL分配的合理性是认证评估的核心审查内容之一。IECTR