10月16日，TÜV北德功能安全总监郑威以“功能安全认证的难点与要点”为话题进行了云课堂分享，本文对云课堂直播的精彩内容进行了回顾。
一、功能安全的概念与重要性
功能安全（Functional Safety）的核心是确保控制系统在出现硬件故障、软件错误或人为操作失误时，能及时进入或维持安全状态，从而避免对人员、环境或设备造成严重危害。它并非指产品在正常情况下的功能，而是专指在发生故障时的安全保障能力。 功能安全广泛应用于各个行业，凡涉及安全风险的电子/电气/可编程电子系统都需要考虑，例如：
过程行业（如化工、石化）
安全仪表系统（SIS）是防止灾难性事故（如爆炸、有毒物质泄漏）的最后一道防线。
汽车行业
刹车、转向等系统直接关系到驾乘人员安全。
医疗设备
如起搏器、透析机等，设备失效可能危及生命。
机械设备/机器人
尤其是与人协同作业的场景，需防止意外伤害。
随着自动化、电子化、智能化（如AI、机器学习）技术的深度融入，系统复杂性急剧增加，功能安全的重要性日益凸显。它不再是一个静态的要求，而是随着技术演进、产品迭代和行业认知深化而不断发展的动态领域。
二、功能安全标准与SIL认证
功能安全的通用基础标准是IEC 61508，被视为“母标准”。其他行业标准如汽车ISO 26262、过程工业IEC 61511、机械设备ISO 13849等，均基于IEC 61508衍生。
SIL（安全完整性等级）认证是功能安全领域核心的符合性评估过程。SIL是对安全功能所需性能的量化度量，分为1-4级（或汽车行业的ASIL A-D），等级越高，对风险降低的要求越严格。认证旨在验证产品或系统的设计、开发、生产和管理流程是否符合相关功能安全标准的要求，确保其能够实现指定的安全目标并将风险控制在可接受的水平。
三、SIL认证的难点与要点
SIL认证是一项系统工程，其难点主要体现在以下几个方面：
安全生命周期的全面贯彻
功能安全强调“全生命周期”管理，从概念阶段的风险分析（HARA/HAZOP）、安全目标的设定，到系统设计、硬件/软件开发、集成、测试、验证、运行维护直至报废，每个环节都有明确要求。确保所有环节有效执行并形成完整证据链，工作量巨大且需要跨部门协作。
系统与硬件层面的量化分析
▲ 随机硬件失效的控制：需要通过故障模式、影响及诊断分析（FMEDA）等方法来量化评估硬件的失效率，并证明其能够达到目标SIL等级要求的硬件故障裕度（HFT）和安全失效分数（SFF）。这对元器件的选择、电路设计（如冗余、诊断）提出了精确要求。
▲ 系统性失效的避免：系统性失效源于设计、制造、维护过程中的错误。需要通过严格的设计规范、验证流程、配置管理等手段来避免。这部分无法完全量化，更依赖于流程保障。
软件安全的保证
软件在实现安全功能中占比很高，其复杂性使得保证安全极具挑战。要点包括：
▲ 开发流程成熟度：需要遵循结构化的软件开发生命周期，如ASPICE模型中高成熟度等级的要求。
▲ 软件架构与设计：采用模块化、信息隐藏、故障检测与处理等安全设计原则。
▲ 代码质量与测试：进行严格的单元测试、集成测试、背对背测试等，并使用静态代码分析等工具。
▲ 软件FMEA：分析软件组件潜在的失效模式及其对系统安全的影响。
供应链管理的复杂性
对于复杂产品（如汽车），功能安全要求需要在供应链各级（芯片供应商、IP供应商、零部件供应商、系统集成商、主机厂）之间有效传递和落实。每一级都需要向下分配安全要求，并向上提供符合性证据，协调与管理难度大。
外部要素的符合性
▲ 工具鉴定：用于开发、验证、测试的工具（尤其是高置信度等级TCL 2/3的工具，如编译器、仿真器）若存在潜在故障，可能直接影响产品安全。因此，需对工具进行鉴定，证明其适用性，或采取补偿措施。
▲ 组件/软件模块鉴定：对于未经验证（如无SIL认证）的现成组件或开源软件，需评估其是否能在安全相关应用中可信使用，否则可能成为认证的障碍。
新技术的挑战
人工智能（特别是机器学习）、复杂传感器融合等新技术的应用，带来了输出不确定性、可解释性差、长尾场景等问题。现有功能安全标准对此覆盖不足，如何在其框架下有效评估和保证这些技术的安全性，是当前面临的重大挑战。通常需要对AI模型的训练、验证和运行施加约束。
四、认证周期与趋势展望
SIL认证周期长短主要取决于企业的基础和产品的符合性程度。准备充分、流程成熟、设计优良的项目可能仅需数月；而从零开始或问题较多的项目，则可能持续一至数年。认证并非一劳永逸，后续的变更管理、证书维护同样重要。未来趋势：
国产化替代
底层芯片、元器件国产化浪潮下，相关产品的功能安全设计与认证需求将增长。
AI与功能安全的深度融合
如何为AI“套上安全的笼子”将是长期热点。
跨行业标准融合
各行业功能安全最佳实践将相互借鉴（如汽车标准对过程工业标准的影响）。
全球化与法规驱动
随着中国产品更多走向世界，符合国际功能安全标准将成为市场准入的必备条件，倒逼企业提升安全设计能力。
总结
SIL认证的本质是通过一套系统化、标准化的方法，将安全要求自上而下分解，并通过设计、流程和证据自下而上地证明其已得到满足。其核心难点在于应对系统复杂性，实现硬件失效的量化控制与系统性失效的有效避免。企业需深刻理解功能安全理念，将其融入产品全生命周期，而不仅仅是满足认证的“程序化”要求，才能真正确保产品的安全可靠性。
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