掌握 ISO 25119 风险评估和 ASIL：在农林机械设计中的实际应用

在自动化、电气化和互联技术的推动下，农林机械领域正经历着快速的变革。随着这些机械设备日益复杂，对稳健的功能安全机制的需求也呈指数级增长。此类强大的移动机械一旦发生故障，可能导致严重的人身伤害，因此，遵守国际安全标准不仅是法规要求，更是道德义务。本文深入探讨了 ISO 25119 的实际应用，重点关注 ISO 25119 风险评估和 ASIL 等级确定在农林领域的应用，这是设计更安全、更可靠设备的关键要素。

1. 功能安全的基础：ISO 25119 中的风险评估

农林领域的功能安全从根本上来说，是防止由电气、电子或可编程电子 (E/E/PE) 系统故障引起的不合理风险。 ISO 25119 通常与 ISO 19014 结合使用，为农业、林业和工程机械提供了一个专门定制的综合框架。该标准确保制造商能够在产品生命周期的各个阶段（从最初的概念到最终的报废）实施功能安全。

UL Solutions 的培训重点强调了功能安全在应对快速发展的移动机械相关风险方面的关键作用，并强调遵循该标准能够实现系统、硬件和软件层面的可追溯性。对于希望验证其在该重要领域专业知识的专业人士，TÜV SÜD 农业和林业 ISO 25119 - 功能安全专业人员考试 (22-34-25-3002) 提供一项权威认证。该课程专为从事农业和林业机械功能安全的工程师设计，涵盖从管理原则到操作考量的整个安全生命周期。

2. 理解农林机械的物项定义

功能安全设计的旅程始于清晰的“物项定义”。在 ISO 25119 标准中，“项目”是指该标准适用的系统或系统组合。这一初始步骤是概念阶段的一部分，对于确定安全分析的范围至关重要。

什么是“项目”？

对于农林机械而言，“项目”可以是：

• 拖拉机上的自动转向系统。

• 伐木起重机的液压控制系统。

• 打捆机上的自动包膜装置。

• 特定的传感和控制功能，例如自动喷雾器的障碍物检测功能。

定义“项目”需要精确描述其功能、运行模式、环境条件以及与其他系统和操作人员的接口。一个定义明确的“项目”为后续的风险评估和功能安全设计活动提供了必要的边界和背景，确保所有相关的危险因素都包含在分析范围内。

3. 执行全面风险评估：识别现场危险及其严重程度

一旦明确定义了设备，安全生命周期中的下一个关键步骤就是 ISO 25119 风险评估。此过程旨在识别与设备故障相关的潜在危险，并评估这些危险带来的风险。在农林环境中，由于地形、天气条件、重载以及操作人员和旁观者的存在，危险可能尤为复杂。

风险评估的关键步骤：

• 危险识别：系统地识别可能因设备故障而发生的潜在危险事件。例如，意外加速、制动失效、农具失控移动或安全联锁失效。

• 情景分析：针对每个已识别的危险，描述其可能发生的运行场景。考虑不同的操作模式、环境因素（例如，地面潮湿、能见度低）以及操作人员的操作。

• 严重性评估：评估危险事件可能造成的潜在伤害或损失。ISO 25119 使用定义的严重性等级对人员受伤的可能性进行分类，这对于后续的 ASIL 等级确定至关重要。

这种全面的方法确保在实施设计方案之前，充分了解在农林业中实际应用 ISO 25119 标准所固有的风险。

4. 确定农业安全完整性等级 (ASIL)：分步指南

风险评估之后，ISO 25119 概念阶段的下一个关键步骤是确定农业安全完整性等级 (ASIL)。ASIL 是一种分类方案，用于规定安全功能的完整性要求，本质上表明了确保安全功能按预期运行所需的严格程度。

ASIL 的目的：

ASIL 的确定是一个系统化的过程，它考虑了风险评估期间识别的每个危险事件相关的特定风险参数。ASIL 等级直接影响开发过程，决定了硬件和软件为达到所需安全完整性而必须采取的措施。更高的 ASIL 等级需要更严格的开发、验证和确认活动。

对于农林机械而言，ASIL（安全完整性等级）确保安全关键功能（例如重型收割机的紧急制动或林业集材机的稳定性控制）的设计、实施和验证都具备适当的鲁棒性，能够抵御随机硬件故障和系统性故障。农业和林业 ISO 25119 - 功能安全专业人员考试 (22-34-25-3002) 专门涵盖了这一概念阶段，包括项目定义、风险评估和 ASIL 确定，使专业人员能够正确执行这些步骤。

5. 将 ASIL 转化为硬件和软件设计要求

分配给安全功能的 ASIL 不仅仅是一个标签；它直接转化为硬件和软件组件的具体设计要求。在此步骤中，理论风险评估转化为切实可行的机械功能安全设计措施。

硬件要求：

• 冗余：更高的 ASIL 通常需要冗余的硬件组件或多样化的架构来降低单点故障的风险。

• 容错性：设计稳健的故障检测、诊断和优雅降级机制。

• 组件选择：使用可靠性久经考验且故障率符合既定ASIL等级的组件。

• 制造质量：加强对制造流程的控制，以减少系统性硬件故障。

软件要求：

• 稳健的编码标准：严格遵守编码指南和最佳实践，以防止系统性错误。

• 错误检测和处理：实施复杂的错误检测、监控和恢复机制。

• 软件架构：设计模块化、可测试和可验证的软件架构。

• 验证和确认：进行广泛的测试，包括单元测试、集成测试和系统级验证，测试强度与ASIL等级相匹配。

正如UL Solutions所强调的，在现代机械中实现功能安全需要确保系统、硬件和软件层面的可追溯性。ASIL为这些严格的设计和验证工作提供了量化基础，确保在整个开发过程中实现安全目标。

6. 案例研究片段：农林业中的实际案例

为了说明 ISO 25119 的实际应用，我们来探讨一下 ASIL 等级划分如何影响农林设备关键功能的设计。

自主拖拉机：

• 项目：自主路径规划和避障系统。

• 危险：由于传感器故障或软件错误导致与人或其他物体发生意外碰撞。

• ASIL 等级划分：考虑到潜在伤害的严重性和暴露的可能性，避障功能可能被评为高 ASIL 等级。这就对传感器冗余、复杂的融合算法、强大的决策软件以及高度可靠的紧急制动系统提出了严格的要求，通常需要多层独立的保护措施。

伐木设备（例如，收割机头控制系统）：

• 项目：自动锯片控制和伐木臂定位。

• 危险：操作员或旁观者处于危险区域时，锯片/伐木臂意外启动或移动。

• ASIL 等级判定：鉴于切割工具造成的伤害极其严重，防止此类事故发生的安全功能很可能被赋予较高的 ASIL 等级。这需要高度可靠的控制阀、冗余的位置传感器、安全的通信协议以及强大的联锁装置，这些装置只有在满足特定的安全条件（例如操作员在场检测和净空区域监控）时才会启动。

这些示例强调了 ASIL 等级如何指导工程师实施适当的安全措施，从而直接提升机械的整体安全性。

7. 超越 ASIL：持续安全生命周期整合

虽然 ISO 25119 风险评估和 ASIL 等级判定是功能安全的基础，但它们只是持续安全生命周期的一部分。 “农业和林业 ISO 25119 - 功能安全专业人员考试 (22-34-25-3002)”课程强调整个生命周期，超越概念阶段。

扩展的安全生命周期包括：

• 系列开发：实施硬件和软件的设计要求。

• 生产：确保在制造和装配过程中保持安全完整性。

• 操作和维护：提供安全使用、维护和维修指南，包括操作手册和培训。

• 变更：管理系统变更，以确保产品在其整个生命周期内不损害安全性。

• 支持流程：贯穿整个生命周期的配置管理、文档编制以及验证和确认等活动。

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常见问题解答：农林机械功能安全

什么是 ISO 25119？

ISO 25119 是一项国际标准，专门针对农林机械（包括拖拉机）的电气和电子系统的功能安全而设计。它为制造商提供了一个框架，以确保这些系统的故障不会导致不合理的伤害风险。

为什么功能安全对现代农林机械至关重要？

现代农林机械融合了自动化、电气化和自主运行等先进技术。这些复杂系统的故障可能造成严重伤害。功能安全标准（例如 ISO 25119）有助于制造商系统地识别、评估和降低这些风险，从而确保设备的可靠性和安全性，正如 UL Solutions 所强调的那样。

ISO 25119 中的“项目定义”是什么？

项目定义是功能安全生命周期的初始步骤，在此步骤中，需要精确描述待分析安全性的特定系统或功能（“项目”）。这包括其运行模式、接口和环境条件，从而为后续的风险评估和设计活动设定范围。

如何确定农业安全完整性等级 (ASIL)？

ASIL 的确定是 ISO 25119 概念阶段的一部分，在风险评估之后进行。它涉及对与已识别的危险事件相关的各种风险参数进行系统评估，以确定完整性等级。这一级别决定了为降低风险而进行的安全功能设计、实施和验证所需的严谨程度。

TÜV SÜD 农业和林业 ISO 25119 - 功能安全专业人员考试 (22-34-25-3002) 涵盖哪些内容？

农业和林业 ISO 25119 - 功能安全专业人员考试 (22-34-25-3002) 是一项基础级资格认证，涵盖整个功能安全生命周期。内容包括功能安全管理简介、概念阶段（项目定义、风险评估、ASIL 等级确定）、硬件和软件的系列开发、生产、运行、修改以及支持流程。

为什么要考取 ISO 25119 功能安全专业人员认证？

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