industrial-safety-sistema

name	industrial-safety-sistema
description	Utiliser quand l'utilisateur demande d'évaluer la sécurité des machines (conforme à l'ISO 13849-1), de calculer le niveau de performance (PL) ou d'utiliser le logiciel SISTEMA pour valider des boucles de sécurité.
version	1.0.0
author	EVA
license	Privée EVA St-Étienne
platforms	["linux","macos","windows"]
metadata	{"tags":["sistema","safety-integrity","iso-13849","safety-loops","industrial-standards"],"related_skills":["iso-safety","ot-security"]}

Évaluation de la Sécurité des Machines & SISTEMA (ISO 13849-1)

Vue d'ensemble

L'évaluation de la sécurité des machines selon la norme ISO 13849-1 requiert le calcul du Niveau de Performance (PL - Performance Level) pour chaque fonction de sécurité (SRP/CS - Parties des systèmes de commande relatives à la sécurité).

Pour modéliser et valider la conformité d'une machine, on utilise généralement le logiciel gratuit SISTEMA (Safety Integrity Software Tool for Evaluation of Machine Applications) édité par l'IFA.

SISTEMA évalue la fonction de sécurité à partir de 4 critères fondamentaux :

1. La Catégorie (Structure) : Architecture de la boucle (Cat B, 1, 2, 3 ou 4). La catégorie 3/4 représente des structures double canal (redondantes).
2. Le $MTTF_d$ (Mean Time to Dangerous Failure) : Temps moyen avant une défaillance dangereuse de chaque composant (exprimé en années). Pour les composants pneumatiques ou mécaniques, il est calculé à partir du $B_{10d}$ (nombre de cycles moyen avant défaillance) et du taux d'utilisation annuelle ($n_{op}$).
3. Le DC (Diagnostic Coverage) : Taux de couverture du diagnostic (capacité du système à détecter ses propres pannes, ex: surveillance de la discordance temporelle ou contacts miroirs forcés sur les contacteurs).
4. Le CCF (Common Cause Failure) : Mesures prises contre les défaillances de cause commune (séparation des câbles, diversité des technologies).

$$\text{PL Requis (PLr)} \geq \text{PL Calculé}$$

Quand l'utiliser

À utiliser lorsque l'utilisateur demande :

• De calculer le taux de sollicitation annuelle $n_{op}$ d'un capteur de sécurité.
• De modéliser une fonction de sécurité dans SISTEMA (saisie des blocs : Capteur, Logique, Actionneur).
• De convertir des valeurs de cycles $B_{10d}$ en valeurs temporelles $MTTF_d$.
• D'analyser le diagnostic de couverture (DC) d'une boucle double canal (contacts de retour d'état).

Ne pas utiliser pour :

• La programmation de la logique de sécurité de l'automate (utiliser iso-safety ou rockwell-studio5000).

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1. Calcul du $MTTF_d$ pour un composant électromécanique

Contrairement aux composants électroniques, les composants mécaniques (ex: bouton d'arrêt d'urgence, capteur de porte d'accès mécanique, contacteurs de puissance) s'usent en fonction du nombre de cycles de manœuvres.

Formule de calcul du nombre de cycles annuel ($n_{op}$) :

$$n_{op} = \frac{d_{op} \times h_{op} \times 3600}{t_{cycle}}$$

• $d_{op}$ : jours de fonctionnement par an (ex: 220 jours).
• $h_{op}$ : heures de fonctionnement par jour (ex: 16 heures).
• $t_{cycle}$ : temps moyen entre le début de deux manœuvres successives du composant en secondes (ex: une ouverture de porte toutes les 10 minutes = 600 secondes).

Formule de calcul du $MTTF_d$ :

$$MTTF_d = \frac{B_{10d}}{0.1 \times n_{op}}$$

Exemple de script de calcul en Python :

def calculate_mttfd(b10d, days_per_year, hours_per_day, cycle_time_sec):
    """
    Calcule le MTTFd d'un composant mécanique.
    b10d : cycles avant défaillance dangereuse de 10% des composants (donnée constructeur).
    """
    # Calcul du nombre de manoeuvres annuelles nop
    nop = (days_per_year * hours_per_day * 3600.0) / cycle_time_sec
    
    if nop <= 0:
        return {"success": False, "error": "Le nombre de manoeuvres annuelles doit être supérieur à 0."}
        
    # Calcul du MTTFd en années
    mttf_d = b10d / (0.1 * nop)
    
    # Classification réglementaire selon l'ISO 13849-1
    # Limites : Low (3-10 ans), Medium (10-30 ans), High (30-100 ans)
    if mttf_d < 3:
        status = "INSUFFISANT (inférieur à 3 ans)"
    elif mttf_d < 10:
        status = "LOW (Faible)"
    elif mttf_d < 30:
        status = "MEDIUM (Moyen)"
    else:
        status = "HIGH (Élevé)"
        
    return {
        "success": True,
        "n_op_cycles_per_year": round(nop, 1),
        "mttf_d_years": round(mttf_d, 1),
        "classification": status
    }

# Exemple d'appel :
# Bouton Arrêt d'urgence avec B10d = 100 000 cycles.
# Usine ouverte 300 jours/an, 24h/24. Le bouton est testé (sollicité) une fois par poste (toutes les 8 heures = 28800s).
result = calculate_mttfd(b10d=, days_per_year=, hours_per_day=, cycle_time_sec=)
(result)

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Pièges Courants (Common Pitfalls) (Pièges Courants)

1. Mauvaise classification du DC (Diagnostic Coverage) :
   • Erreur : Déclarer une boucle en Catégorie 3 ou 4 (double canal) mais ne pas câbler de retour d'état (contacts miroirs forcés sur les contacteurs de puissance) vers l'automate de sécurité. Le DC calculé sera alors de 0% (ou "Aucun"), ce qui disqualifie le système pour obtenir un PL d ou PL e.
   • Correction : Toujours connecter le retour d'état des actionneurs en série sur les entrées de diagnostic de l'automate de sécurité, et configurer le DC à "Low/Medium/High" dans SISTEMA selon le niveau de surveillance logicielle mis en place.
2. Ignorer les Common Cause Failures (CCF) :
   • Erreur : Câbler les deux canaux de sécurité (Voie A et Voie B) dans le même câble blindé multibrins. Si le câble est écrasé, les deux canaux peuvent court-circuiter ensemble, annulant la redondance.
   • Correction : Assurer une séparation physique des câbles, ou utiliser des filtres d'impulsions (Test Pulses) de l'automate de sécurité pour détecter les courts-circuits croisés.

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Liste de vérification (Checklist)

• La structure de la fonction de sécurité (SISTEMA : Capteur ➔ Logique ➔ Actionneur) est modélisée conformément au schéma de câblage réel.
• Les données constructeurs ($B_{10d}$ ou $MTTF_d$ en années) des composants de sécurité sont issues des fiches techniques fabricants.
• La fréquence d'utilisation réelle ($n_{op}$) a été validée avec les cadences opérationnelles réelles de l'usine.
• Le calcul de l'indice CCF atteint un score réglementaire de 65 points ou plus dans SISTEMA.