機能安全において、機械の安全機能は一度反応するだけでは不十分です。 予測可能な動作条件および故障条件の下で信頼性高く機能する必要があります。
そこでパフォーマンスレベル、またはPLが重要となります。 パフォーマンスレベルは、ｺﾝﾄﾛｰﾙｼｽﾃﾑの安全関連部品が定義された安全機能を実行する能力を規定するものです。 実際には、これによりエンジニアが安全回路または安全サブ回路が必要なリスク低減レベルを提供しているかどうかを評価するのに役立ちます。
この記事では、パフォーマンスレベルを決定するために使用される主要なパラメーターの簡潔な概要を紹介します。 これは技術ｶﾞｲﾄﾞとして意図されており、プロジェクト固有のリスク評価、検証、または規格のレビューの代替ではありません。
パフォーマンスレベルは、安全回路が予見可能な条件下で安全機能を実行する能力を表します。 パフォーマンスレベルは、5つの個別レベルとして指定されています。
PL aはこの分類における最低レベルを、PL eは最高レベルを表します。
パフォーマンスレベルは、完全な安全回路または完全な安全サブ回路についてのみ決定されます。 完全な安全関連機能と回路構造を考慮せずに、単独の標準コンポーネントに割り当てられることはありません。
パフォーマンスレベルを評価する前に、機械のリスクを評価する必要があります。 リスクアセスメントは、各安全機能に必要なリスク低減のレベルを定義します。
そのリスクアセスメントに基づき、安全機能または安全サブ機能を実行する各安全回路に必要なパフォーマンスレベルが割り当てられます。 実装された回路が達成したパフォーマンスレベルは、その要件に対して評価される必要があります。
この順序は重要です：
1. 危険を特定する
2. 必要なパフォーマンスレベルを決定する
3. 必要な安全機能を定義する
4. 安全回路または安全サブ回路をﾃﾞｻﾞｲﾝする
5. 達成されたパフォーマンスレベルが要件を満たしているか評価する
6. 機械のコンテキストにおいて安全機能を検証する
いくつかの定量的および定性的なパラメーターが達成されたパフォーマンスレベルに影響を与える。 以下の概要では、最も重要な点を説明します。
安全回路の構造は、コンポーネントの配置、診断、および信頼性対策に依存します。 これらの構造は、カテゴリBから4に分類されます。
このカテゴリは、安全回路が故障に対してどの程度耐性があるか、また故障が発生したときに回路がどのように動作するかを説明します。 例えば、アーキテクチャは、単一の故障が安全機能の喪失につながるか、または故障が検出され管理されるかに影響を与える可能性があります。
安全回路で使用されるコンポーネントの信頼性を考慮する指標である危険な故障までの平均時間、またはMTTFDです。
MTTFDは危険な故障に焦点を当てています。 これらは安全機能が正しく実行されるのを妨げる故障です。 すべての関連する安全関連コンポーネントの信頼性データは、完全な回路のコンテキストで考慮されなければなりません。
診断範囲、またはDCは、安全回路における診断の有効性を測定します。
これは、検出可能な危険故障と未検出のままの危険故障の割合を示します。 一般的に、リスクが高いほど、より効果的な診断が必要です。 そのため、診断措置は達成されるパフォーマンスレベルに大きな影響を与える可能性があります。
共通原因故障、またはCCF）は、同じ問題が原因で2つ以上の別個の故障が発生することを指します。
これは、特に多チャンネル安全回路ににおいて特に重要です。 たとえ2つのチャネルが個別に設計されていたとしても、環境ストレス、不適切な取り付け、不適切なﾃﾞｻﾞｲﾝ前提、あるいは共通の供給上の問題といった要因が、双方のチャネルに影響を及ぼす可能性があります。 共通原因故障に対する対策は、複数のチャンネルが同じ理由で故障する確率を減らすのに役立ちます。
安全回路の故障時の挙動を評価する必要があります。 重大な不具合や故障については、以下のような適切な方法を用いて分析する必要があります：
アプリケーション、回路カテゴリ、および選択されたコンポーネントに応じて、ISO 13849 要件を満たすために、追加のﾃﾞｻﾞｲﾝまたは診断措置が必要になる場合があります。
安全関連のﾕｰｻﾞｿﾌﾄｳｪｱがｺﾝﾄﾛｰﾙｼｽﾃﾑの一部である場合、開発プロセスには故障を防ぐための措置を含める必要があります。
V モデルのような構造化された開発モデルは、仕様策定、実装、検証、そして妥当性確認をｻﾎﾟｰﾄできます。 目標は、読みやすく、理解しやすく、テスト可能で、保守が容易で、できるだけ欠陥のないｿﾌﾄｳｪｱです。
体系的な障害は、ランダムなハードウェア障害ではありません。 それらはしばしば、人間のミスやプロセス、またはﾃﾞｻﾞｲﾝに関連する原因の結果です。
例としては以下が含まれます：
機能安全計画は、体系的な失敗に対処するための最も重要なツールの1つです。 安全関連機能の不正な仕様、実装、検証、妥当性確認、または後のﾓﾃﾞｨﾌｨｹｰｼｮﾝを防ぐための措置を定義します。
最終的なパフォーマンスレベル評価では、すべての関連パラメータが統合されます。 概要には、回路カテゴリ、MTTFD、診断範囲、共通原因故障対策、故障動作、ｿﾌﾄｳｪｱ品質、および体系的故障対策が安全機能の達成されたPLにどのように貢献しているかが示されるべきです。
パフォーマンスレベルの評価は、単なる計算の練習ではありません。 それは、完全な機械のコンテキストに依存する安全工学の課題です。
同じコンポーネントでも、安全機能、回路構造、診断、ｿﾌﾄｳｪｱ、環境、および検証コンセプトによって異なる動作をすることがあります。 そのため、安全関連の回路は、個々のコンポーネントではなく、全体的な機能やサブ機能との関連で評価されるべきです。
Festoは、機械製造業者に、安全関連のﾃﾞｻﾞｲﾝ作業をｻﾎﾟｰﾄするための自動化コンポーネント、部署か、およびアプリケーション知識を提供します。 リスク評価、実装、および検証についての最終的な責任は、機械製造業者またはエンジニアチームにあります。