功能安全的基本概念由來已久。它的目的是保護用戶在使用設備或機器時免受傷害。在工業設備、家電應用、自動駕駛等相關活動中，功能安全的范疇廣泛而多樣。機電設備，例如家用電器、自動駕駛、空調系統、供暖設備、消防系統和其他工業系統（輸送機等）都有可能在操作過程中，因機器故障造成對人員的傷害。對于半自動或全自動的電控設備也是如此。總而言之，功能安全是機器或系統能否實施對操作人員安全保障的一種信心尺度。

IEC 61508為電氣、電子和機電設備的功能安全標準提供了相應的方案，為類似設備應用于特定場景提供了專用安全準則。功能安全標準旨在為各種不同的設備提供必要的規則以及合規測試要求，以保證操作人員和用戶受到保護，避免設備的潛在故障或設備的不恰當使用給人員造成的危害。

隨著企業越來越重視通過工業4.0、智慧工廠和工業物聯網（IIoT）等技術來提高生產和經營效率，自動化系統和機器已經成為產線的重要組成部分。雖然可以通過它們來降本增效優化產線效率，但也為整個流程引入了因不恰當的操作帶來的失效可能。尤其是自動化系統由軟件控制，軟件故障可能導致設備停機，甚至整個系統停機，影響工廠運營。遵循功能安全措施不僅可以通過使用合規的綜合方法來識別和分析可能對操作員安全產生影響的危險，以保護工人免受傷害，同時還可以避免或減少系統停機的時間。

功能安全包含兩個基本概念：安全功能和安全等級。在安全功能中，包括傳感器、控制系統和執行部件在內的所有單元都需要被檢查，以確定失效的概率和頻率。而安全等級衡量的是：能多大程度上把風險降低到可接受的范圍之內。安全功能包括確保設備安全運行所需的任何行為或操作。該功能通常涉及各種形式的傳感器/執行器、控制電路、機電設備，如電機等，以及維護系統安全的機制。這些設備上的意外狀況可能會造成系統的嚴重事故。在這種時刻需要執行的操作就定義了安全功能的基本范疇。此外，這些相互關聯的操作之間的時序也是至關重要的，尤其是當檢測和控制由不同器件控制的情況下。

近十年來，瑞薩電子一直是多個功能安全工作組的積極成員，并為相關功能安全標準做出了重大貢獻。我們提供一站式的功能安全解決方案，包括多個系列的MCU和相關軟件框架。無論其特定領域的應用如何，瑞薩都能提供經過TUV認證的軟件套件，可為用戶節省大量用于構建功能安全系統和MCU認證流程的時間。

瑞薩MCU，以及各種傳感器，從MEMS加速度計、環境傳感器到一些可視化設備，構成了控制系統的主要組成部分。MCU的內部硬件特性與必要的軟件相結合，極大地簡化了用戶實現功能安全合規的開發過程。經過認證的軟件和解決方案已經支持瑞薩MCU中的大部分RA和RX系列，符合IEC 61508標準，并包含證書和安全手冊。這些軟件模塊通過了IEC 61508第1至7部分和IEC 61508第3部分的認證，規定要使用規范的軟件設計架構、驗證和測試作為實現功能安全的核心部分。

隨著工業自動化機器的部署越來越廣泛，對功能安全的需求也越來越迫切。在自動化設備中集成功能安全是工業設備制造商成功的關鍵因素。

為功能安全增加人工智能

機器學習/人工智能的演進和更高計算性能硬件的發展正在推動更高效的安全解決方案——無論是防止系統失效還是預測和減少潛在的未知風險，采用哪種人工智能模型也是工程師在設計功能安全系統時的一個關鍵考慮因素。

下圖簡要描述了一個在功能安全中集成AI的工業應用。在運行過程中，能夠及時識別故障以及故障發生的位置，并提供故障發生的原因是至關重要的。人工智能/機器學習系統可以有效應對上述問題，即使在惡劣的工作環境也能勝任。瑞薩基于MCU的方案，可以實現數據收集和AI/ML算法運行，以預測機器異常狀態和突發事故。整套解決方案包括嵌入式硬件系統和專門的軟件框架，能夠針對系統運營狀態提供警報，并推薦相應的糾正措施，最終提高系統安全性，并減少相應的停機時間和相關善后成本。

AI/ML加持的產線/資產監測系統工作流程圖

工業領域注重產線自動化，以避免任何可能的系統故障和相關事故，這些事故通常會導致工廠停運或操作人員受傷。在設備級別結合相關的機器學習模型將使系統/操作人員能夠及時采取糾正措施，進而利用功能安全設計流程來提高整體系統的可靠性、診斷性、彈性和冗余度。

作者介紹

Author

Mohammed Dogar

Vice President, Renesas Electronics Corporation.

瑞薩電子副總裁

瑞薩電子“全球業務發展”和“技術生態系統”的負責人，負責瑞薩微控制器產品線和其他關鍵產品的推廣和業務拓展。作為瑞薩電子副總裁，在推動全球業務增長和整合市場、銷售和發展戰略方面發揮了重要作用，特別是在物聯網、e-AI（嵌入式人工智能）、安全、智能嵌入式電子產品和通信領域。此外，還助力瑞薩建立愿景，為智能社會和不斷發展的物聯網經濟開發產品和解決方案。

作為電子行業的代表人物之一，常在相關產業及應用領域進行各種交流，包括近期在CES、ArmTechcon、Embedded World、Industrial Open Day和全球其他AIoT和電子行業活動中發表主題演講等。

曾在英國哈德斯菲爾德大學學習電子與信息工程，并在英國開放大學獲得項目管理MBA。他曾在包括羅克韋爾自動化在內的多家工業和技術公司工作，為各種工業和消費類應用開發基于微處理器和PLC的自動化控制系統。2001年，他加入了NEC，隨后進入瑞薩電子，并在工程、應用、市場和業務開發等方面擔任過各種重要職務。

他喜歡打高爾夫球和羽毛球，也喜歡和孩子們一起參加各種戶外活動。

1

END

1

往期推薦

1

如何使用CPK-RA2L1/CPK-RA2E1板創建基于FreeRTOS的CapTouch觸摸按鍵demo工程

2

如何解決e2 studio編譯時遇到的“make”not found in PATH

3

如何使用SNOOZE mode sequencer（1）

瑞薩電子 (TSE: 6723)

科技讓生活更輕松，致力于打造更安全、更智能、可持續發展的未來。作為全球微控制器供應商，瑞薩電子融合了在嵌入式處理、模擬、電源及連接方面的專業知識，提供完整的半導體解決方案。成功產品組合加速汽車、工業、基礎設施及物聯網應用上市，賦能數十億聯網智能設備改善人們的工作和生活方式。

更多信息，敬請訪問renesas.com