Πιθανότητα Βλάβης Κατ' Απαίτηση (PFD)

είναι ένα βασικό μέτρο λειτουργικής ασφάλειας, που ορίζεται συγκεκριμένα στο Πρότυπο EN 61508 Μέρος 6 (Εκδ. 2). Ποσοτικοποιεί την πιθανότητα μια λειτουργία ασφαλείας να μην εκτελέσει την απαιτούμενη ενέργεια κατόπιν ζήτησης και συνήθως χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας των συστημάτων ασφαλείας.

Για να υπολογίσετε το PFD για ένα σύστημα σύμφωνα με EN 61508 Μέρος 6, χρειάζονται αρκετές παράμετροι εισόδου κλειδί. Αυτές οι παράμετροι βοηθούν στον καθορισμό της αξιοπιστίας του συστήματος και του επιπέδου ασφάλειας που μπορεί να παρέχει.

Βασικές παράμετροι εισόδου για τον υπολογισμό της PFD σύμφωνα με το πρότυπο EN 61508 Μέρος 6, Έκδ. 2:

Επίπεδο Ακεραιότητας Ασφάλειας (SIL):

SIL 1, SIL 2, SIL 3 ή SIL 4Το απαιτούμενο επίπεδο ακεραιότητας ασφαλείας καθορίζει τη συνολική αξιοπιστία και τη μείωση του κινδύνου που απαιτείται για τη λειτουργία ασφαλείας. Κάθε SIL έχει συγκεκριμένες PFD και εύρη πιθανοτήτων που είναι αποδεκτά για το σύστημα.

Το SIL συνήθως καθορίζεται με βάση την αξιολόγηση του κίνδυνος (ή πίνακας κινδύνου) του συστήματος.

Ποσοστό αστοχίας εξαρτήματος (λ):

λ (Ποσοστό Αποτυχίας): Το ποσοστό αστοχίας των εξαρτημάτων που σχετίζονται με την ασφάλεια (αισθητήρες, ενεργοποιητές, λογικοί επιλυτές κ.λπ.), εκφρασμένο σε βλάβες ανά ώρα (για παράδειγμα, βλάβες/ώρα ή βλάβες/έτος).

Τα ποσοστά αποτυχίας συχνά βασίζονται σε δεδομένα αξιοπιστίας που παρέχονται από τους κατασκευαστές ή σε συγκεκριμένα βιομηχανικά πρότυπα, όπως π.χ. IEC 61508, IEC 61511 ή FIT (Βλάβες στον Χρόνο).

Διάστημα δοκιμής (T):

T (Διάστημα δοκιμής): Ο χρόνος μεταξύ δοκιμών ή επιθεωρήσεων των λειτουργιών ασφαλείας. Αυτή η τιμή είναι σημαντική για τον υπολογισμό του PFD, καθώς λαμβάνει υπόψη τη συχνότητα των δοκιμών ή της συντήρησης του συστήματος.

Όσο μικρότερο είναι το διάστημα δοκιμής, τόσο χαμηλότερο είναι το PFD, καθώς οι δοκιμές μπορούν να βοηθήσουν στον εντοπισμό βλαβών πριν από την εμφάνιση ζήτησης.

Μέσος Χρόνος Επισκευής (MTTR):

Μήνας/Μήνας: ο μέσος χρόνος επισκευής ενός ελαττωματικού εξαρτήματος ή συστήματος.

Σε περίπτωση βλάβης, το MTTR επηρεάζει την ταχύτητα με την οποία το σύστημα μπορεί να αποκατασταθεί σε ασφαλή κατάσταση.

Κάλυψη Διαγνωστικών (DC):

DC (Διαγνωστική Κάλυψη): το ποσοστό των σφαλμάτων που είναι σε θέση να ανιχνεύσει το διαγνωστικό σύστημα. Εκφράζεται ως τιμή μεταξύ 0 και 1 (0% έως 100%).

Η διαγνωστική κάλυψη βοηθά στον προσδιορισμό του ποσοστού των βλαβών που μπορούν να ανιχνευθούν πριν προκαλέσουν μια επικίνδυνη βλάβη. Ένα υψηλότερο CC σημαίνει χαμηλότερο PFD.

Κοινή Αιτία Βλάβης (CCF):

CCF: η πιθανότητα να συμβεί μια βλάβη που θα επηρεάσει πολλά εξαρτήματα ταυτόχρονα. Συνήθεις αιτίες βλαβών μπορεί να προκύψουν λόγω περιβαλλοντικών συνθηκών ή κοινών πόρων.

Είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη οι συνήθεις αιτίες βλαβών κατά τον υπολογισμό της συνολικής αξιοπιστίας του συστήματος.

Αρχιτεκτονική συστήματος:

Διαμόρφωση συστήματοςΗ διαμόρφωση του συστήματος, όπως 1oo1 (ένα προς ένα), 1oo2 (ένα προς δύο), 2oo2 (δύο προς δύο), 2oo3 (δύο προς τρία), κ.λπ., καθορίζει τον αριθμό των στοιχείων που απαιτούνται για τη σωστή λειτουργία του συστήματος και επηρεάζει τον υπολογισμό της PFD.

Η αρχιτεκτονική θα καθορίσει εάν χρησιμοποιείται πλεονασμός για τη βελτίωση της αξιοπιστίας του συστήματος (π.χ., δύο αισθητήρες παράλληλα για τη μείωση της πιθανότητας βλάβης).

Διάστημα δοκιμαστικής εκτέλεσης:

Διάστημα δοκιμής (PTI): Αυτό είναι το προγραμματισμένο χρονικό διάστημα κατά το οποίο το σύστημα δοκιμάζεται πλήρως για να διασφαλιστεί ότι εξακολουθεί να λειτουργεί σωστά.

Ένας μικρότερος χρόνος PTI μπορεί να μειώσει την PFD διασφαλίζοντας ότι τα μη ανιχνευμένα σφάλματα εντοπίζονται πριν προκαλέσουν βλάβη στο σύστημα.

Τύπος υπολογισμού PFD

Ο ΠΦΔ για ένα σύστημα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο γενικό τύπο:

PFD=λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR2PFD = \frac{\λάμδα \cdot T + (1 - DC) \cdot \text{MTTR}}{2}PFD=2λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR

Οπου:

λ είναι το ποσοστό αστοχίας του ή των εξαρτημάτων,

Τ είναι το διάστημα δοκιμής,

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ είναι η διαγνωστική κάλυψη,

Το MTTR Είναι ο μέσος χρόνος για την επισκευή του συστήματος.

Για πιο σύνθετες αρχιτεκτονικές, όπως συστήματα με πλεονασμό, το PFD υπολογίζεται διαφορετικά με βάση την συγκεκριμένη αρχιτεκτονική (π.χ., συστήματα ψηφοφορίας, 1oo2, 2oo3, κ.λπ.).

Τυπικά εύρη PFD για SIL

Το πρότυπο EN 61508 ορίζει τα ακόλουθα αποδεκτά εύρη PFD για κάθε Επίπεδο Ακεραιότητας Ασφάλειας (SIL):

ΣΙΛ 1: PFD = 0,1 έως 0,01

ΣΙΛ 2: PFD = 0,01 έως 0,001

ΣΙΛ 3: PFD = 0,001 έως 0,0001

ΣΙΛ 4: PFD < 0,0001



Παράδειγμα υπολογισμού PFD

Ας υποθέσουμε ένα σύστημα με τις ακόλουθες τιμές:

ΣΙΛ: 2

Ποσοστό αποτυχίας (λ): 0,0001 βλάβες/ώρα

Διάστημα δοκιμής (T): 6 μήνες (ή 4380 ώρες)

Διαγνωστική κάλυψη (DC): 90% (0,9)

Μέσος Χρόνος Επισκευής (MTTR): 20 ώρες

Χρησιμοποιώντας τον απλοποιημένο τύπο για το PFD:

PFD=(0,0001 βλάβες/ώρα)⋅(4380 ώρες)+(1−0,0» 9)⋅(20 ώρες)2PFD = \frac{(0,0001 \, \text{βλάβες/ώρα}) \cdot (4380 \, \text{ώρες}) + (1 - 0,9) \cdot (20 \, \text{ώρες})}{2}PFD=2(0,0001 βλάβες/ώρα)⋅(4380 ώρες)+(1−0,9)⋅(20 ώρες) PFD=0,438+0,12=0,5382=0,269PFD = \frac{0,438 + 0,1}{2} = \frac{0,538}{2} = 0,269PFD=20,438+0,1=20,538=0,269

Αυτή η τιμή θα ήταν αποδεκτή για ΣΙΛ 2 καθώς εμπίπτει στο αποδεκτό εύρος μεταξύ μεταξύ 0,01 και 0,001.

Σύναψη

Για να υπολογίσετε το ΠΦΔ δεύτερος EN 61508 Μέρος 6, είναι απαραίτητο να αξιολογηθούν προσεκτικά τα ποσοστά αστοχίας του συστήματος, τα διαστήματα δοκιμών, η διαγνωστική κάλυψη, οι χρόνοι επισκευής και η συνολική αρχιτεκτονική του συστήματος. Αυτές οι παράμετροι επηρεάζουν άμεσα την ακεραιότητα της ασφάλειας και το επίπεδο μείωσης του κινδύνου που παρέχεται από τη λειτουργία ασφάλειας.

Per calcolare il PFH (Probability of Failure per Hour)  secondo la norma EN 61508 Part 6, Ed. 2 utilizzando i dati che hai fornito, possiamo utilizzare un approccio simile a quello del calcolo PFD, ma applicato per ottenere i valori di PFH. Questo calcolo si concentra sulla probabilità di guasto per unità di tempo, che è la metrica chiave per la sicurezza di un sistema.

Es. Dati di Input:

• Tasso di guasto per errori pericolosi non rilevati (λ): 357,2 FIT
• Tasso di guasto per errori pericolosi rilevati (λ): 1770 FIT
• Intervallo di tempo per il test di prova regolare: 1,5 anni
• Tempo di riparazione per errori rilevati: 78 ore
• Tempo di riparazione per errori non rilevati: 8 ore
• Percentuale di errori non rilevati con causa comune: 15%
• Percentuale di errori rilevati con causa comune: 2%

Calcolo del PFH:

La formula per il calcolo del PFH per un sistema in conformità con la EN 61508 è la seguente:

PFH=(λ⋅T)+(1−DC)⋅MTTRTestTime(inhours)PFH = \frac{(λ \cdot T) + (1 - DC) \cdot MTTR}{Test Time (in hours)}PFH=TestTime(inhours)(λ⋅T)+(1−DC)⋅MTTR​

Dove:

λ è il tasso di guasto per unità di tempo (in FIT)

T è l'intervallo di tempo per il test (in ore)

DC è la copertura diagnostica

MTTR è il Mean Time To Repair (tempo medio di riparazione) in ore

Formula per i diversi sistemi:

PFH per il Sistema a Singolo Canale (1oo1):

PFH1oo1=λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR2PFH_{1oo1} = \frac{λ \cdot T + (1 - DC) \cdot MTTR}{2}PFH1oo1​=2λ⋅T+(1−DC)⋅MTTR​

PFH per il Sistema 2oo2:

PFH2oo2=2⋅PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)PFH_{2oo2} = 2 \cdot PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH2oo2​=2⋅PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 1oo2:

PFH1oo2=PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)PFH_{1oo2} = PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH1oo2​=PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 1oo3:

PFH1oo3=PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)⋅(1−PFH1oo1)PFH_{1oo3} = PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1}) \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH1oo3​=PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)⋅(1−PFH1oo1​)

PFH per il Sistema 2oo3:

PFH2oo3=3⋅PFH1oo1⋅(1−PFH1oo1)⋅(1−PFH1oo1)PFH_{2oo3} = 3 \cdot PFH_{1oo1} \cdot (1 - PFH_{1oo1}) \cdot (1 - PFH_{1oo1})PFH2oo3​=3⋅PFH1oo1​⋅(1−PFH1oo1​)⋅(1−PFH1oo1​)