安全完整性等級

安全完整性等級（，簡稱SIL）是機能安全的一部份，定義為由於安全機能所降低風險的相對水準，或是風險降低後，風險的相對水準。簡單來說，安全完整性等級就是度量安全儀表系統（Safety Instrumented Function，簡稱SIF）所需要的性能。[1]

在不同安全法規中，對於特定SIL需滿足的條件也有所不同。依照歐盟的機能安全標準，定義有4種SIL，分別是 SIL 1、SIL 2、SIL 3及SIL 4。在安全機能的執行上，SIL 4 是最可靠的，SIL 1是最不可靠的。SIL 等級越高，代表設備正確執行安全機能的機率越高。[2]SIL 的評定依據許多量化指標，不過也和一些非量化指標有關，例如產品開發流程及安全生命周期管理等。

SIL的分配

有許多種分配SIL的方式，一般常會合併使用，包括以下幾種：

  • 風險矩陣（Risk Matrices）
  • 風險圖（Risk Graphs）
  • 防护层分析（Layers of Protection Analysis，LOPA）

SIL分配可以依照英國衛生安全局（Health and Safety Executive，HSE）發行的相關資料[3]，用務實、可控制的方式進行測試。依照英國衛生安全局的資料，利用風險矩陣的方式得到的SIL分配已被證實可符合 IEC EN 61508的要求。

SIL應用上的誤解

對於安全完整性等級的應用，存在有許多的問題及誤解，大致有以下幾項：

  • 在應用安全完整性等級時，無法轉換不同標準中標示的安全完整性等級。
  • 依照可靠度的估計來估計安全完整性等級。
  • 由於系統（特別是軟體系統）太過複雜，使得無法估計安全完整性等級。

上述誤解會帶來一些錯誤的陳述，包括「因為此系統開發時使用的流程是開發 SIL N 系統的標準流程，因此此系統是 SIL N 的系統」，或者斷章取義的使用SIL，例如「這是一個 SIL N 的熱交換器」。根據 IEC 61508，SIL 的概念和系統的失效率無關，只和系統的危險失效率（dangerous failure rate）有關。需要透過安全性分析的方式識別危險失效模式，才能決定其失效率[4]。

SIL等級越高的設備表示其安全可靠越高，但其價格也一定相對提高。而且若系統的SIL等級越高，需要的硬體故障裕度也會提高，以確保在部份設備故障時不會有安全性問題。

SIL的認證

國際電工協會（IEC）標準IEC 61508（後來變成IEC EN 61508）將SIL依其要求項目分為二大類：硬體安全完整性（hardware safety integrity）及系統安全完整性（systematic safety integrity）。設備或系統若要達到特定的SIL等級，需同時符合該等級二大類完整性的要求項目。

SIL有關硬體安全完整性的條件是以要求的機率分析為基礎。若要達到特定的SIL等級，設備的最大危险失效機率（probability of dangerous failure）及最小安全故障失效比率（Safe Failure Fraction）需符合該等級SIL的要求。待測系統的「危險失效」需明確的定義，一般會以需求限制的方式表示，而其完整性也會在系統開發的過程中被驗證。實際要達到的目標仍會依需求、設備複雜度及使用的冗餘種類而不同。

IEC EN 61508 針對低要求操作模式（low demand operation）時，不同的安全完整性等級定義以下的要求失效概率（Probability of Failure on Demand，簡稱PFD）及風險減低係數（Risk Reduction Factor，簡稱RRF）：

安全完整性等級（SIL） 要求失效概率（PFD） 風險減低係數（RRF）
1 0.1-0.01 10-100
2 0.01-0.001 100-1000
3 0.001-0.0001 1000-10,000
4 0.0001-0.00001 10,000-100,000

連續操作模式下的要求失效概率及風險減低係數如下所示：

安全完整性等級（SIL） 要求失效概率（PFD） 風險減低係數（RRF）
1 0.00001-0.000001 100,000-1,000,000
2 0.000001-0.0000001 1,000,000-10,000,000
3 0.0000001-0.00000001 10,000,000-100,000,000
4 0.00000001-0.000000001 100,000,000-1,000,000,000

必須透過風險分析的流程，識別及分析控制系統的風險。然後會利用各種方式減輕風險，直到整體的風險降低到可接受的程度為止。風險的允許程度就是安全需求中的項目之一，表示成一段特定時間的目標危險失效概率（target probability of a dangerous failure），對應不同的SIL等級。

一般會用認證的方式確認一項設備是否符合特定的SIL等級[5]。符合認證的方式可以利用建立一個嚴謹的開發流程來達成，或者是搜集許多設備運作的歷史資料，以實際的設備運作資料來證實此設備已達到特定的SIL等級。

電機及電子設備可以依據IEC 61508進行功能安全的認證，以說服客戶此設備可以和客戶的應用系統相容。IEC 61511是依據IEC 61508，應用在程序控制產業的標準，主要用在石化產業及危險化學品的製造產業，也用在其他場合。

用到SIL的安全標準

以下的標準都使用SIL來衡量可靠度或風險降低的程度。

  • ANSI/ISA S84
  • IEC 61508 - 功能安全基础标准
  • IEC 61511 - 製程工业功能安全标准
  • IEC 62061 - 工业机器功能安全标准
  • ISO 26262 - 道路汽车功能安全标准
  • EN 50128
  • EN 50129
  • MISRA - 衡量可靠度
  • Defence Standard 00-56 Issue 2 - 衡量事故後果

在特定安全標準中的SIL其數字或定義可能和IEC EN 61508中所定義的數字及定義不同[6]。

參照

有許多是以IEC 61508為準的標也用到SIL，例如 IEC 62061、ISO 26262。

参考文献
  1. Net Safety Monitoring Inc., SAFETY INTEGRITY LEVEL (SIL) - IEC 61508/61511, http://www.net-safety.com/about/whitepaper/wpt0015.pdf （页面存档备份，存于）
  2. 劉建侯. . 北京: 機械工業出版社. 2008: p9. ISBN 978-7-111-24042-6.
  3. M. Charlwood, S Turner and N. Worsell, UK Health and Safety Executive Research Report 216, “A methodology for the assignment of safety integrity levels (SILs) to safety-related control functions implemented by safety-related electrical, electronic and programmable electronic control systems of machines”, 2004. ISBN 0-7176-2832-9
  4. F. Redmill, "Understanding the Use, Misuse, and Abuse of SILs" http://www.csr.ncl.ac.uk/FELIX_Web/3A.SILs.pdf （页面存档备份，存于） with capture date of 11th October 2010
  5. CASS Scheme, Conformity Assessment of Safety Systems, http://www.cass.uk.net/ （页面存档备份，存于）
  6. F. Redmill, "Understanding the Use, Misuse, and Abuse of SILs" http://www.csr.ncl.ac.uk/FELIX_Web/3A.SILs.pdf （页面存档备份，存于） with capture dates of 9th July 2010 and 11 October 2010

外部連結
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