功能安全標準的發展經歷了幾個重要的節點。1996年，ISA首先發布了ISASP84安全聲明周期，這是功能安全標準的技術基礎。隨后，在1998年國際電工委員會（IEC）發布了IEC61508系列標準，2003年，針對過程工業的功能安全標準IEC61511正式發布，該標準共包含3個部分，詳細規范了過程工業中SIS的構架、定義，系統，硬件和軟件要求。2010年，IEC61508 Ed2.0系列標準發布，它帶來了一系列新的理念和評價方法，而標準也從原來的7個部分增加為8個部分。2016年2月IEC 61511-1Ed 2.0已經正式發布，它將結合目前的前沿技術發展，給過程工業，甚至于更多的其他相關涉及財產安全、環境安全、人身安全的行業，帶來規范有效的安全評價方法和技術。

IEC 61511系列標準給出了SIS關于規范、設計、安裝、運行和維護的相關要求。它明確了所需達到的功能安全水平，但是標準中并不明確這些要求的責任方，而相關的責任人員需根據安全計劃、項目計劃和管理以及所在國家的法律法規進行職責的劃分。

IEC61508和IEC61511是2個有著密切關系的標準，從屬關系上來說，IEC61511是IEC61508在過程領域的應用，IEC61508是所有功能安全標準的基礎和支撐。

在IEC 61511-1 Ed2.0中，仍然保留了2個基本概念：安全生命周期和安全完整性等級（SIL）。

①安全生命周期對于功能安全而言至關重要。從功能安全的概念出發，失效可分為隨機失效和系統失效。對于隨機失效，通過硬件試驗、可靠性分析、應力篩選等一系列試驗方法可以有效提供其數值，這里不進行贅述。而系統失效，引入安全生命周期的概念非常必要，它可以有效幫助設計人員從根本上避免和減少設計失誤。安全生命周期本身是一套系統的方法，是工程實際中最行之有效的設計方法。具體表現在：明確活動和工作職責；辨識每個階段的完整性需求；辨識所需文檔；幫助實現功能安全管理（FSM）、系統驗證、系統確認、評估、評審等活動。

而上述活動也可借由安全生命周期的劃分分配給不同的參與人員，包括最終用戶、系統集成商、開發人員（硬件和軟件）等。

②SIL就是功能安全定量方法的體現。從IEC61508系列標準中可以找到許多關于SIL的描述，其中較為重要的兩個概念：平均失效概率（PFD，PFH）及結構約束。得到準確的PFD和PFH，對于定量評價系統的有效性和在關鍵時刻的表現至關重要，也是得到SIL的重要參數之一。

在IEC 61511-1 Ed2.0中有3個顯著的變化：

①許多原來被定義為“應”的活動，新版標準則定義為“必須”，如：安全生命周期必須包含應用編程等。

②原標準中的“應用軟件”被改寫為了“應用編程”，這從根本上提高了系統集成過程中對于軟件評估的重視，在考慮SIS的SIL時，編程過程，即軟件質量成為一個不容忽視的重要過程。

③FAT編程規范性引用，即：出廠試驗成為必備過程。

這些變化體現了IEC 61511-1 Ed2.0對于安全要求的提升，原標準可選的內容在IEC 61511-1 Ed2.0中成為了必須執行的項目，無疑增加了系統制造商、集成商的工作量，需要將更多的時間用于系統的測試，同時需要將更多的精力投入在控制系統失效的工作上。同時，為了迎合數字化發展的進程，軟件的重要程度再次提升，在IEC 61508 Ed2.0中就可以明顯感覺到對編程過程的重視，并在IEC 61511的升版中再次體現出來。

大致可以將SIS安全生命周期歸納成4個階段。

①分析階段。它包括了上圖中1，2，3這3個部分的工作。

②實現階段。它包括了上圖中4，5部分以及標準中第9章的相關內容。

③操作和維護階段。它包括了6，7，8，9這4個部分的內容。

④管理和計劃。它包括了10，11這2個部分的內容。

從順序上來說，管理和計劃是先于一切行動的起點，它將控制整個項目的進度、質量水平以及跟蹤觀察。

功能安全管理概述

對于任何宣稱產品或者系統達到功能安全的廠商或組織，都應該有完整的功能安全管理來確認他們的聲明是合理有效的。在IEC 61511-1 Ed2.0中，對于功能安全管理提出了多方面的要求：

①組織和資源。主要提出了對涉及SIS生命周期中的人員、部門、組織或其他單位的職責以及承擔相關職責所應具備的能力，這些能力可以包括：工程知識、電氣電子可編程電子方面的知識、安全工程知識、法律法規要求、必要的領導技能、風險分析和評價的技能等。

②風險評價和風險管理。這些內容可以通過不同的風險評價方法獲得，例如HAZOP和QRA等，這些方法可從定性到半定量再到定量，以提供準確的評價結果。

③編制可行的安全計劃。安全計劃中需要詳細描述在項目中所執行的生命周期以及在生命周期中所包含的活動，執行活動的人員、部門、組織以及配備的資源等，并且應與所需的SIL相匹配。

④執行和監視。對于項目中涉及的供應商或提供服務的組織都應按所需的SIL要求提出對應的管理規程并進行監督管理，同時對SIS的失效率參數的合理性也要時刻進行監督。

⑤評估、審核和修改。在IEC 61511-1 Ed2.0中對于如何進行評估提供了詳細的建議，而這些建議也可以成為項目執行者編制文件時的參考。項目中所執行的任何相關活動都應留下備查的記錄，尤其是對于修改部分，應建立完整的規程，至少應包含提出、評審、修改、再評審的過程。

⑥配置管理。配置管理可有效地控制系統的版本有序，是避免系統失效的基本要求和重要手段。功能安全管理應該在項目過程中持續有效地執行，并且應貫徹執行統一的準則，并且在實施過程中應按計劃、按階段引入功能安全評審，將會有效提供功能安全管理的水平。

功能安全評審

功能安全管理與功能安全評審密不可分。

①執行功能安全評審，在新版標準中則給出了幾點特別需要注意的事項：

a）執行功能安全評審的人員應該獨立，不應參與到SIS的任何工作。這里的獨立有多層理解，根據不同的SIL要求，可以將獨立的范圍擴大。通常可以將獨立分為3個層次：技術獨立、管理獨立、財務獨立。而通用的做法則是在項目過程中引入第三方獨立機構來執行功能安全評審的工作。

b）IEC 61511-1 Ed2.0中尤其強調了功能安全評審計劃的制定，在原標準中為注意的條款，在新版標準中都變為了必須執行的項目。

c）在維護和操作階段也應當周期性地引入功能安全評審工作，即功能安全工作不僅僅是開車的必要條件，在系統投入運行后，功能安全的評審工作依然重要。而這部分的工作將包括：評判系統的運行情況、收集相關設備的運行參數以便更新功能安全相關參數，發現和評估未預料到的隱患并及時糾正。

d）功能安全評審依賴于操作的實時性。

②根據IEC61511-1Ed2.0可以將功能安全評審劃分為5個階段，這5個階段貫穿系統的安全生命周期全過程：

a）在完成風險評估后，辨識出所需的保護層并在完成完全要求規范（SRS）編制后實施。

b）在完成SIS設計后實施。

c）在完成安裝、試運行、最終確認后，并且已開發完成運行和維護規程后實施。

d）在獲得運行和維護經驗數據后實施。

e）在修改后或在SIS停運前實施。上述的實施階段只是功能安全評審的最低要求，對于有不明確或者有必要的情況下，功能安全評審就應及時進行，避免系統故障的引入。

鑒于IEC 61508 Ed2.0的發布，對于功能安全結構約束的定義有了新的變化，在IEC 61511-1 Ed2.0中，也將延續這種變革。因此，在判斷硬件故障裕度（HFT）時有了更多的選擇。在IEC 61508-2 Ed2.0中有兩種不同的方法，分別為Route1H和Route2H，其判定HFT的要求分別見下表所列。

可見，Route2H取消了關于安全失效分數的要求，而這兩種方法在IEC 61511-1 Ed2.0中都是可行的。而想要設計出符合功能安全要求的SIS，仍然需要設計人員有足夠豐富的功能安全知識和儀表應用經驗。

SIS的應用編程和SRS

前文中提到，在IEC 61511-1 Ed2.0中特別強調了將應用軟件變為應用編程，這就說明軟件編程質量在SIS中的重要性更加明確。在新版標準中提出了對于應用編程的一系列要求：適當的生命周期劃分；系統化的方法；必要的檢驗測試手段；可追溯性；驗證與確認。針對上述要求，設計和開發人員有必要引入行之有效的系統性方法，而目前廣為接受的方法就是改進型V模型系統性方法。

對于應用編程，可以參照IEC 61508-3 Ed2.0中的要求實施，需要特別注意的是，在IEC 61511-1 Ed2.0中，針對通信提出了關于信息安全的要求。對于信息安全的要求需要從硬件和軟件兩個部分去考慮，關鍵的網絡設備應經過相關測試并驗證其有效性。而通信協議本身也應經過評估和必要的攻防測試，這部分內容在IEC 62443系列標準中有詳細的要求，而該部分也是IEC 61511-1 Ed2.0中與時俱進的有力表現。

在IEC 61511-1 Ed2.0中，對于每個安全儀表功能（SIF）定義了共計29條要求，這些內容大多在原版中有相應的要求，而其中有以下4條內容是新版中額外增加的內容：

以上內容在IEC 61511-1 Ed2.0第10.3.1條中有明確提及，根據SIF的具體情況，在編制SRS時，應完整考慮這些要求，以提高SIS的設計準確性。

新版標準修訂內容

在IEC 61511-1 Ed2.0中，還有一些修訂部分內容，通過研讀，將其羅列如下：