Nuova edizione della serie IEC 61508: analisi e metodologie per le architetture di sicurezza

The following thesis provides a deep analysis of the updated version of the IEC 61508 standard, which focused on functional safety assessment of electrical, electronic and programmable electronic (E/E/PE) safety-related systems. The current edition, published in 2010, required an extensive revision to integrate new approaches and concepts that have emerged over the years, driven by the technological evolution of these devices. The first part of my work is dedicated to the modifications introduced in the calculation of the Probability of Failure on Demand (PFD) and the Probability of Failure per Hour (PFH). The new version refines these calculations, making β factor, which stands for common cause failures between redundant channels, more specific and better aligned with realistic system behavior. For high demand rates, where the safety function is required more than once per year, the new edition includes additional PFH formulas, adapted for diagnostics that can or cannot switch from a faulty channel to a safe one. For each safety architecture, the updated formulas have been examined in detail. Applications examples are provided to compare results between the current and future editions. Furthermore, for high demand functions, the PFH values obtained using IEC 61508 formulas have been compared with the same calculated using IEC 62061. A second key topic is the introduction of methods for handling mixed systems, architectures that combine components operating in low and high demand, commonly found in industrial processes. Various approaches proposed by the standard have been analyzed and compared to evaluate their applicability and limitations. Finally, the thesis examines the innovations introduced in diagnostic function evaluation. The updated IEC 61508 standard introduces new parameters aimed at estimating the reliability of diagnostic functions. The calculation of failure rates, including failure within diagnostic function, is revised through three different approaches: Fault Tree Analysis, Multi-phase Markov model, and simplified formulas provided in the standard. Overall, this work offers an integrated overview of the new concepts introduced in the future IEC 61508 standard and their implications for the design, the assessment and management of safety-related systems.

La presente Tesi tratta in modo approfondito l’aggiornamento della norma IEC 61508, la quale si concentra sugli aspetti che influenzano la valutazione della sicurezza funzionale per i dispositivi elettrici, elettronici ed elettronici programmabili (E/E/PE) destinati alla sicurezza. La norma vigente, essendo redatta nel 2010, andava aggiornata con nuovi approcci che sono maturati negli anni, insieme all’evoluzione tecnologica dei dispositivi considerati. Una prima parte del mio Lavoro `e dedicata alle modifiche apportate nel calcolo della Probability of Failure on Demand (PFD) e della Probability of Failure per Hour (PFH). La norma affina questi calcoli, rendendo più specifici i valori di β, il fattore di guasto di causa comune (CCF) tra canali. Per le funzioni di sicurezza richieste in alto funzionamento (più di una volta all’anno) vengono introdotte ulteriori metodi di calcolo di PFH. Tali formulazioni tengono conto dell’eventuale intervento della diagnostica, ossia che vada o meno a spostare la funzione di sicurezza da un canale che presenta un guasto ad uno sicuro. Per ogni architettura di sicurezza sono state analizzate nel dettaglio le modalità di aggiornamento delle formule, e vengono riportati esempi applicativi di comparazione tra la versione attuale e la futura. Inoltre, per la funzione in alta richiesta di funzionamento, `e stato confrontato il valore di PFH ottenuto usando le espressioni nella norma IEC 61508 e quelle presenti nella IEC 62061. Un secondo aspetto approfondito nel presente documento `e l’introduzione in ambito normativo delle modalità di gestione dei sistemi misti. Si tratta di architetture che integrano componenti in bassa modalità di funzionamento con parti ad alta modalità di funzionamento, tipiche delle realtà industriali. Sono stati analizzati i vari approcci affrontati o suggeriti dalla norma e sono stati confrontati tra di loro. Infine, viene esaminato a fondo il tema delle innovazioni introdotte in ambito diagnostico. All’interno della norma vengono introdotti nuovi parametri per poter stimare l’affidabilità della funzione di diagnostica. Il calcolo dei tassi di guasto, comprensivo di guasti della funzione diagnostica, viene ripreso seguendo tre approcci: l’analisi Fault Tree, il metodo di Markov Multifase e l’uso di formule semplificative espresse nella Nuova Edizione della norma. Nel complesso, il Lavoro offre una visione integrata delle novità adottate nella norma IEC 61508 e delle loro implementazioni nella pratica industriale per la progettazione, valutazione e gestione di sistemi E/E/PE legati alla sicurezza.