了得網工業技術_汽車功能安全

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博世集團功能安全總監汽車功能安全領域20餘年專業經驗的總結
馬瑞利安全工程師深刻理解的翻譯
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內容簡介

本書是作者在汽車功能安全領域20餘年專業經驗的總結。本書第1章是概述，包含ISO 26262中的定義和翻譯以及ISO 26262中表示錯誤的術語，第2章講述為何在道路車輛上應用功能安全，第3章從繫統工程角度講述汽車功能安全，第4章講述應對需求與架構開發的繫統工程，第5章講述產品開發中的繫統工程，第6章講述繫統集成，第7章講述功能安全認可。本書適合汽車行業開發工程師尤其是汽車電子開發工程師閱讀使用，也適合高等院校車輛工程專業師生參考閱讀。

作者序言
前言
致謝
第1章概述1
1.1ISO 26262中的定義和翻譯2
1.2ISO 26262中表示錯誤的術語4
參考文獻5
第2章在道路車輛上應用功能安全的
意義6
2.1汽車的風險、安全和功能安全6
2.2質量管理體繫11
2.3先進質量計劃16
2.4過程模型17
2.4.1V模型18作者序言
前言
致謝
第1章概述1
1.1ISO 26262中的定義和翻譯2
1.2ISO 26262中表示錯誤的術語4
參考文獻5
第2章在道路車輛上應用功能安全的
意義6
2.1汽車的風險、安全和功能安全6
2.2質量管理體繫11
2.3先進質量計劃16
2.4過程模型17
2.4.1V模型18
2.4.2瀑布模型26
2.4.3螺旋模型27
2.5汽車和安全生命周期28
2.5.1汽車產品開發的安全生命
周期30
2.5.2符合ISO 26262的安全生命
周期31
2.5.3安保和安全生命周期33
參考文獻33
第3章繫統工程35
3.1歷史和哲學背景35
3.2可靠性工程37
3.2.1可靠性的基礎39
3.2.2可靠性和安全性42
3.3架構開發44
3.3.1架構利益相關者46
3.3.2架構視圖49
3.3.3水平抽像層51
3.4需求和架構開發58
3.5需求和設計規範60
參考文獻64
第4章應對需求與架構開發的繫統
工程65
4.1功能分析68
4.2危害與風險分析69
4.2.1根據ISO 26262進行的危害分析與
風險評估71
4.2.2安全目標79
4.3安全概念82
4.3.1功能安全概念85
4.3.2技術安全概念95
4.3.3微控制器安全概念99
4.4繫統分析103
4.4.1繫統分析方法103
4.4.2根據ISO 26262進行的安全
分析108
4.4.3安全和安保的錯誤傳播155
4.5開發過程中的驗證156
4.6繫統級產品開發157
4.7組件層級的產品開發160
4.7.1機械開發163
4.7.2電子開發164
4.7.3軟件開發168
參考文獻174
第5章產品開發中的繫統工程175
5.1產品實現175
5.1.1為開發而進行的產品設計176
5.1.2機械176
5.1.3電子件177
5.1.4軟件178
5.2功能安全和時序約束179
5.2.1與錯誤響應時間間隔相關的安全
領域179
5.2.2安全領域和實時繫統180
5.2.3時序與確定性182
5.2.4和控制流與數據流監控有關的
時序領域184
5.2.5安全的處理環境187
第6章繫統集成189
6.1驗證和測試190
6.1.1驗證和測試的基本原則195
6.1.2基於安全分析的驗證198
6.1.3對安全和安保等不同目標的
驗證202
6.1.4測試方法203
6.1.5技術要素的集成204
6.2安全確認206
6.3基於模型的開發209
6.3.1功能安全模型210
6.3.2模型的基礎213
6.3.3基於模型的安全分析214
6.4批準/發布215
6.4.1流程發布216
6.4.2量產發布216
6.4.3生產件批準程序（PPAP）218
參考文獻219
第7章功能安全認可221
7.1認可評審225
7.2功能安全審核229
7.3功能安全評估229
7.4安全檔案231
參考文獻232

前言

這本書中的內容，源於我在功能安全領域超過20年的專業經驗。1992年，當我畢業並開始自己作為一名工程師的職業生涯時，工廠的工程和建設正因為博帕爾（Bhopal）事件和塞韋索（Seveso）事件而受到了深遠的影響。套用於闡明功能安全相關問題的規則與規章，源自於1966年面世的VDI/VDE 2180法規“通過流程控制工程保護工業制煉廠”，由此纔衍生出了後來的IEC 61508 和ISO 26262標準。不過，當時的VDI/VDE法規僅僅涉及如何在所述設施的流程中建立起一個安全環境的問題。1984年，出現了更多的細化劃分，安全操作、安全設備與檢視、保護設備的相關內容都被添加到了指導準則之中。在此之後，DIN VDE 31000，即“設計滿足安全要求的技術設備的通用指導”得到了發布，這份指導書中，詳盡地闡明了風險、安全和危險的關繫，並且引入了“可容許風險”的概念。直到此時，在機械標準中，為了實現安全應用而禁止使用微控制器依然是常規的做法。盡管如此，在現實中，早就已經存在一個使用安全相關的控制繫統的市場。對於這樣的繫統而言，存在各式各樣的規則和標準，它們定義了檢查、認證和設計的對應要求。根據DIN V 19250的規定，上述要求被劃分為不同的要求等級（AK 1~8等級），並獨立於應用場景和技術手段而存在；與此同時，標準中還解釋了如何通過一個風險表來量化風險評估的流程。這本書中的內容，源於我在功能安全領域超過20年的專業經驗。1992年，當我畢業並開始自己作為一名工程師的職業生涯時，工廠的工程和建設正因為博帕爾（Bhopal）事件和塞韋索（Seveso）事件而受到了深遠的影響。套用於闡明功能安全相關問題的規則與規章，源自於1966年面世的VDI/VDE 2180法規“通過流程控制工程保護工業制煉廠”，由此纔衍生出了後來的IEC 61508 和ISO 26262標準。不過，當時的VDI/VDE法規僅僅涉及如何在所述設施的流程中建立起一個安全環境的問題。1984年，出現了更多的細化劃分，安全操作、安全設備與檢視、保護設備的相關內容都被添加到了指導準則之中。在此之後，DIN VDE 31000，即“設計滿足安全要求的技術設備的通用指導”得到了發布，這份指導書中，詳盡地闡明了風險、安全和危險的關繫，並且引入了“可容許風險”的概念。直到此時，在機械標準中，為了實現安全應用而禁止使用微控制器依然是常規的做法。盡管如此，在現實中，早就已經存在一個使用安全相關的控制繫統的市場。對於這樣的繫統而言，存在各式各樣的規則和標準，它們定義了檢查、認證和設計的對應要求。根據DIN V 19250的規定，上述要求被劃分為不同的要求等級（AK 1~8等級），並獨立於應用場景和技術手段而存在；與此同時，標準中還解釋了如何通過一個風險表來量化風險評估的流程。
到了1990年，DIN V VDE 0801“安全相關繫統中計算機的原則”得到了發布；而在該標準的1994版中，諸如“得到良好證明的設計原則”這樣的表述，以及對於“得到考慮的相關項”之類的用法，都被添加到了標準之中。在那個時候，“冗餘”是應對格式風險和需求分類時，人們所知的答案。不過，此時在測量控制繫統工程中，為了盡早探測到危害場景，已經有大量的測量原則得到了應用。
考慮到安全問題，對於蒸汽的技術規則、在針對壓力容器的法規中，人們早就要求對蒸汽壓力和溫度應用冗餘化的檢測手段。甚至在德國的水生態法案中，也提到了容器需要根據法規要求具備儲量上限，而獨立的洩出式安全裝置也被定義為一種安全手段。大量類似上述的安全準則出現在指導工廠運營者的安全標準中，甚至成為工廠獲得官方許可或豁免的一個基礎條件。早在20世紀60年代初之前，在法國的DGAC（民用航空指導總則）、英國的CAA（民航局）、美國的FAA（聯邦航空管理局），以及在軍用和航天工業中，“功能安全”（Functional Safety）相關的規則都得到了定義；不過，這類規則所關注的內容，和IEC 61508或是 ISO 26262這樣注重開發的標準也不盡相同。隻有在未來的ISO 26262版本中，像在用安全（safety in use）、失效安全（fail operational）、安保（security）、運行安全（operational safety）等話題纔變得重要起來。
1998年，我開始作為一名銷售經理，負責安全相關的控制繫統，此時，人們正對IEC 61508初期草稿進行討論，尤其是英國、荷蘭和挪威等國家參與較多。此時，可擴展的冗餘性概念已經為人所知，所以討論主要集中於安全冗餘和可用性冗餘的差異。微控制器可以根據鎖步原則進行耦合，並能夠在工廠運行環境下改變程序的順序或是控制邏輯。編程軟件的應用使我們得以在定義的運行環境下配置安全相關的邏輯。

IEC 61508的發布，為安全相關繫統引入了生命周期的理念。除此之外，該標準還論證了產品開發的流程化手段，並闡述了其與質量管理體繫之間的關繫。
當我在巴塞爾大學商業與經濟學繫進行碩士課程學習時，我參加了一次由沃爾特·梅辛教授（博士）主講的講座；梅辛博士在德國的質量管理體繫方面擁有巨大的影響力。此時出現了為功能安全性而應用的診斷，以及對應於上述功能的電氣載波繫統，以上內容的引入，拓寬了人們在實現安全架構時的視野。1998年，我在伯明翰引入了個基於IEC 61508，且被認證為SIL 4等級的被動式電氣繫統。而在1999年，我也見證了SafeTronic實現的個單通道控制繫統獲得由TV南德（TV-Süd）所頒發的證書。上述繫統是完全遵循IEC61508進行開發的。
在VDMA（德國機械和工廠工程協會）的活動中，我彙報了自己關於IEC 61508應用於工廠工程，以及其對安全相關控制繫統開發的經驗。在當時，機械工程行業依舊非常依賴於繼電器行業。沒人會相信，基於軟件的安全技術會如此徹底地改變整個行業，並在如此短的時間內帶來新的解決方案，進而徹底改變既有的繫統。在2001年，我成為產品管理總經理，我的主要任務，則是為新的安全繫統找到新的應用場景。除此之外，當時的另一個主要話題則是關於“網絡安全技術”，直到那時為止，這一技術仍然是基於串行鏈路數據總線構建的。挑戰在於，如何基於動態的、場景化、條件化的安全算法，來實現分布式、去中心式的安全繫統。看起來，可能的解決方案來自以太網（Ethernet）。非常重要的一點是，我們要改造既有的、針對安全技術的信息和數據技術，使之變得易於管理。在挪威，在一些學位論文中，研究了安全控制繫統的分布式管理；在挪威石油礦業組織Statoil（挪威國家石油公司）的數據網絡中，傳輸安全相關的信息。在石油鑽井平臺和岸上的工廠之間，在挪威和德國之間，經由衛星的數

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