功能安全开发的 “双重保险”:安全确认与评审

在智能汽车、工业机器人、医疗设备等依赖复杂电子系统的领域,“功能安全” 早已不是陌生词汇。它指的是通过技术设计和流程管控,确保系统在故障或异常时不会对人员、设备或环境造成不合理风险。而在功能安全开发的全流程中,安全确认(Safety Validation)与安全评审(Safety Review)如同两道 “防火墙”,前者用实证数据验证安全目标是否达成,后者通过系统性检查确保开发过程合规,二者共同织就安全防护网。


安全确认:用 “数据说话” 的终极验证

安全确认的核心是回答一个问题:“系统是否真的满足了预先定义的安全需求?”

它不同于普通的功能测试,而是聚焦于安全相关的失效模式,通过模拟极端场景、注入故障信号、采集海量运行数据,验证系统在 “最坏情况下” 的行为是否可控。

1. 确认的三大维度

需求追溯性:每一条安全需求(如 “自动驾驶系统在传感器失效时需在 200ms 内触发紧急制动”)都需被测试用例覆盖,确保设计没有偏离安全目标。例如,汽车电子领域的 ISO 26262 标准要求将安全需求分解到软件、硬件、系统层,每个层级都需独立确认。

失效场景模拟:通过 FTA(故障树分析)或 FMEA(失效模式与影响分析)提前识别潜在风险,再用工具注入故障(如模拟传感器信号漂移、芯片时钟异常),观察系统是否触发预设的安全机制。比如,测试 ADAS 系统时,会故意遮挡摄像头或干扰雷达信号,验证系统是否能降级为安全状态。

统计性验证:对于概率性失效(如硬件随机失效),需通过 MTBF(平均无故障时间)计算和长时间运行测试,确保失效概率低于安全目标(如 ISO 26262 要求 ASIL D 等级系统的单点故障概率<10⁻⁹/ 小时)。

2. 技术工具的支撑

现代安全确认依赖仿真平台(如 MATLAB/Simulink、dSPACE)和硬件在环(HiL)测试台,可在虚拟环境中复现千万次极端工况,避免实车测试的高成本与高风险。例如,某自动驾驶公司通过 20 万小时的 HiL 测试,验证了自动泊车系统在暴雨、电磁干扰等场景下的安全响应。


安全评审:全流程的 “显微镜” 与 “校准仪”

安全评审是贯穿开发周期的系统性检查机制,通过专家团队对文档、设计、代码的多维度审视,确保开发过程符合功能安全方法论,避免 “流程性漏洞”。

1. 评审的三个关键阶段

前期策划评审:在项目启动阶段,评审安全目标是否合理(如根据风险等级确定 ASIL 等级)、开发流程是否适配(如是否采用 V 模型开发、是否定义了清晰的安全生命周期)。例如,医疗设备开发需评审 IEC 62304(软件生命周期)与 IEC 60601(医疗安全)的合规性。

阶段性技术评审:在需求分析、架构设计、详细设计等节点,检查技术方案是否存在逻辑缺陷。例如,评审硬件架构时,需确认冗余设计是否满足故障容错要求(如双 MCU 的同步机制是否可靠);评审软件代码时,需检查是否存在未处理的异常分支(如除零错误、指针越界)。

最终交付评审:在系统集成后,评审安全确认报告的完整性,确认测试覆盖度是否达标,以及残留风险是否被合理管控(如定义了 “驾驶员需保持注意力” 的用户告知机制)。

2. 评审的 “硬指标” 与 “软能力”

评审不仅依赖检查表(如 ISO 26262 的 200 + 项合规性条款),更需要专家的经验判断。例如,在评审汽车制动系统的软件设计时,除了代码覆盖率等量化指标,还需判断中断处理逻辑是否可能导致优先级反转,这种隐性风险往往需要十年以上嵌入式开发经验才能识别。


确认与评审:缺一不可的安全闭环

安全确认与评审虽目标不同,却构成互补:

确认是 “结果导向”:用测试数据证明系统 “能做对”,解决 “正确性” 问题;

评审是 “过程导向”:用流程检查确保开发 “不会错”,解决 “合规性” 问题。

以电动车电池管理系统(BMS)为例:

通过安全确认,验证电池过充保护功能在电压传感器偏差 ±5% 时仍能触发切断继电器;

通过安全评审,确认开发团队在硬件设计时已考虑了传感器与 MCU 之间的电气隔离,且软件中预留了看门狗复位机制,避免因软件死锁导致保护失效。

两者的结合,让安全开发从 “事后纠错” 转向 “事前预防”。根据 TÜV 莱茵的统计,同时严格执行确认与评审的项目,后期现场失效概率可降低 70% 以上。


最后

安全是 “设计” 出来的,更是 “验证” 出来的

在智能化浪潮中,系统复杂度呈指数级增长,功能安全的挑战从未像今天这般严峻。安全确认与评审作为开发流程的 “质检关卡”,不仅是标准合规的要求,更是对用户生命安全的承诺。无论是汽车 “刹车失灵” 的极端场景,还是工业机器人 “失控运行” 的潜在风险,背后都离不开这两道防线的守护。当技术创新与安全底线并重,才能真正实现 “智能更安全” 的终极目标。


本文转自:FMEA大师,聪脉信息,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。如不支持转载,请联系小编demi@eetrend.com删除。

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