中文翻译《ASPICE in practice》之“5 功能安全”

5 功能安全

由于安全相关车辆部件中越来越多的机械和液压系统正在被电气和电子解决方案取代或至少补充,因此关于这些系统的“功能安全”的问题越来越多地出现。客户必须能够依赖这些系统,这个问题将决定性地影响他的购买行为。众所周知,由于公众广泛讨论某些车型的底盘和制动系统的安全问题,销售额急剧下降。如果在产品责任索赔的情况下,可以证明未遵守有关开发方法的技术状态,制造商可能面临高额的赔偿索赔和法律成本,尤其是在北美市场。

领先的标准是 [IEC 61508],它被指定为“IEC 基本安全出版物”。这意味着它将被用作特定应用标准的基础。有一个 ISO 工作组 (ISO TC22 SC3 WG16) 正在制定基于 IEC 61508 的道路车辆安全功能 (ASIL – 汽车安全完整性等级) 的标准之一。其目的是制定 ISO 26262 标准。如今,大多数汽车制造商已经要求其供应商开发符合 IEC 61508 的控制单元和软件。

IEC 61508 关注可能造成严重后果的潜在危险故障或故障,例如死亡或损害人员健康或损害环境。其目的是识别这些危险并在最大允许统计范围内抵消它们。在此过程中,识别出可能导致此类危险的系统。这些系统被描述为“安全相关”。单个故障或与其他系统故障相结合的故障可能构成危险。

根据潜在危险事件发生概率的最大允许上限,所有相关系统(例如传感器、电缆、连接器、控制单元)都需要根据其贡献程度达到“安全完整性等级”(SIL):分为四个等级,从 SIL 1 到 SIL 4。实现 SIL 1 和 2 相对容易,但已经需要先进的设计方法和彻底的测试和审查。如果要达到 SIL 3,工作量会急剧增加;例如,这是由于更改后需要重新验证。如果要达到 SIL 4,情况也是如此,因为这需要部署非常复杂的方法,例如正式设计方法。所需的 SIL 可以通过两种方式确定:

  1. 定量:预测硬件故障的频率并将其与可容忍的风险限度进行比较。
  2. 定性:通过定性评估确定 SIL,通常使用风险图(见图 5-1)。这种方法最好用于软件。

图 5–1 风险图示例

IEC 61508 涵盖概念、规划、开发、实现、安装、维护和修改,直至系统退役。在此背景下,所有安全相关任务的规划、协调和记录都是涵盖所有阶段的中央管理任务。关于软件开发,这些任务包括:

  1. 建立功能安全管理,明确界定职责
  2. 概念阶段
  1. 定义安全相关功能,
  1. 定义此功能的软件安全生命周期
  2. 执行危害分析和风险评估
  3. 建立功能安全概念
  1. 开发阶段
  1. 规划软件安全验证
  2. 类似 V 模型的过程模型,其中规范了软件安全要求、软件架构、软件系统设计、模块设计、编码、单元测试、集成测试、验证
  3. 软件安全验证规划
  4. 软件验证规划
  5. 变更管理系统,具有不同程度的更新验证和确认

开发要求因各个 SIL 级别而异。这特别涉及在某些情况下非常详细的关于要应用的方法、文档和配置管理的规定(见图 5-2)。

图 5–2 软件开发领域不同 SIL 等级对开发方法的要求示例

实施 IEC/61508 需要成熟的开发流程以及相关方法和支持工具。许多汽车 SPICE 流程有助于满足这些要求。但是,IEC/61508 要求通常明显超出汽车 SPICE 流程的要求,尤其是对于更高的 SIL。标准中没有有效的要求联系(例如,“某些汽车 SPICE 流程中的 X 级等于 SIL Y”)。简而言之:在 HIS 流程中达到 2 级是开发安全关键软件(SIL 1 及更高级别)的必要(但不是充分)先决条件。除此之外(即 3/4/5 级),几乎没有通用实践可以直接映射到 IEC/61508 要求之一。主要区别在于 Automotive SPICE 要求做什么,而 IEC/61508 则要求如何做,即用什么方法去做。

<think>嗯,用户这次想了解ASPICE功能安全在软件开发过程中的区别对比。从提问看,用户应该是对汽车电子领域的开发流程有一定了解的专业人士,可能需要用于项目实践或供应商管理。注意到用户特意强调了“在软件开发过程中”,说明需要聚焦在具体开发活动的差异点上。结合系统记录的引用资料,有四个关键信息点可以展开:引用1提到ASPICE的V模型应用,引用3讨论功能安全ASPICE的融合实践,引用4指出主机厂对ASPICE等级的具体要求,引用2则说明过程域之间的依赖关系。用户可能存在的深层需求:1)想知道开发团队如何同时满足这两套要求2)需要判断供应商资质时侧重点3)在流程设计时避免重复工作。尤其是引用3提到的“融合实践”特别值得展开。需要区分三个层次:标准定位差异(前者是过程改进模型,后者是安全标准)、开发活动覆盖差异(ASPICE全生命周期,功能安全聚焦安全相关部分)、具体实践差异(如安全分析活动)。特别要注意引用2描述的过程域依赖关系——功能安全活动需要嵌入到ASPICE的过程链中。用户没有提问但可能关心的点:1)认证成本对比2)常见不符合项差异3)工具链支持。但在当前回答中先聚焦核心差异为宜。最后考虑设计相关问题引导用户进一步说明应用场景,比如涉及的具体标准版本(ISO26262?)或产品类型(ECU?传感器?)。</think> ASPICE功能安全在软件开发过程中的核心区别在于:**ASPICE关注**过程能力的体系化改进,**功能安全(如ISO 26262)** 侧重安全风险的针对性管理。以下是详细对比: --- ### **1. 目标差异** - **ASPICE** 建立可量化的软件开发过程评估模型,覆盖**需求分析→设计→编码→测试→维护全流程**[^1][^2]。重点通过过程域(如SYS.1需求挖掘、SWE.1软件需求分析)提升整体开发质量和管理能力[^3]。 - **功能安全** 确保系统在故障或失效时仍能维持安全状态。核心是**识别安全风险**(如HARA分析)、定义安全目标(ASIL等级)、实施安全机制[^3]。 --- ### **2. 过程覆盖范围** | **维度** | ASPICE | 功能安全 (ISO 26262) | |----------------|-------------------------------------------|---------------------------------------| | **需求开发** | 强调需求可追溯性、完整性[^2][^3] | 要求安全需求独立分析(如安全完整性要求) | | **设计阶段** | 规范系统/软件架构设计层级[^1] | 强制安全机制设计(如冗余、诊断) | | **测试验证** | 通过V模型确保阶段输出匹配输入[^1][^4] | 安全机制有效性验证(如故障注入测试) | | **工具链管理** | 要求工具认证和能力证明[^4] | 对安全相关工具进行更高等级认证(如TCL) | --- ### **3. 关键实践差异** - **ASPICE特有实践** - 过程能力等级评估(0~5级)[^4] - 供应商过程能力审核(如HIS要求16个过程域≥2级)[^4] - **功能安全特有实践** - **安全分析**:FMEA、FTA - **安全机制**:监控层设计、安全状态切换 - **安全生命周期管理**:从概念阶段到退役[^3] --- ### **4. 协同关系** 二者在实践中融合紧密: 1. ASPICE提供**过程框架**,功能安全要求嵌入到各过程域中(如SYS.2系统需求分析需包含安全需求)[^3]; 2. 功能安全依赖ASPICE的**可追溯性管理**实现安全需求覆盖[^2]; 3. ASPICE能力等级是功能安全合规的**基础保障**(如大众/宝马要求ASPICE L2以上)[^4]。 > **类比**:ASPICE是“工厂生产质量管理体系”,功能安全是“产品安全检测标准”;前者确保过程可控,后者确保结果安全。 --- ### **场景示例** > 开发汽车刹车控制器: > - **ASPICE要求**:需求→设计→代码的双向追溯、测试用例覆盖率≥90% > - **功能安全要求**:定义ASIL D级安全需求、添加刹车信号冗余校验、实施ECU监控诊断 --- **相关问题** 1. ASPICE Level 2与Level 3在功能安全实施中的具体区别? 2. 如何设计同时满足ASPICE和ISO 26262的需求追溯矩阵? 3. 功能安全中的ASIL等级如何影响软件开发工具链选择? 4. 医疗设备开发(如IEC 62304)与汽车ASPICE安全流程上的异同? [^1]: V模型与瀑布模型在行业应用的差异 [^2]: 过程域依赖关系对开发连贯性的影响 [^3]: ASPICE功能安全在需求阶段的融合实践 [^4]: 主机厂对供应商ASPICE等级的具体要求
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