نظام بالغ الأهمية للسلامة

أمثلة ^{[ 1 ]} على الأنظمة الحساسة للسلامة. من اليسار إلى اليمين، من الأعلى إلى الأسفل: قمرة القيادة الزجاجية لطائرة C-141 ، وجهاز تنظيم ضربات القلب ، ومكوك الفضاء ، وغرفة التحكم في محطة الطاقة النووية .

النظام الحرج للسلامة ^{[ 2 ]} أو النظام الحرج للحياة هو نظام قد يؤدي فشله أو خلله إلى واحد (أو أكثر) من النتائج التالية: ^{[ 3 ] [ 4 ]}

• الموت أو الإصابة الخطيرة للأشخاص
• فقدان أو تلف جسيم للمعدات/الممتلكات
• ضرر بيئي شديد

يشمل النظام المتعلق بالسلامة (أو أحيانًا النظام الذي يتضمن السلامة ) كل ما يلزم (من أجهزة وبرامج وعناصر بشرية) لأداء وظيفة أو أكثر من وظائف السلامة، حيث يؤدي أي عطل فيه إلى زيادة كبيرة في مخاطر السلامة للأفراد أو البيئة المعنية. ^{[ 5 ]} لا تتحمل الأنظمة المتعلقة بالسلامة المسؤولية الكاملة عن السيطرة على المخاطر مثل الخسائر في الأرواح أو الإصابات البليغة أو الأضرار البيئية الجسيمة . ولا يكون عطل النظام الذي يتضمن السلامة خطيرًا إلا إذا اقترن بعطل أنظمة أخرى أو خطأ بشري . وتقدم بعض منظمات السلامة إرشادات حول الأنظمة المتعلقة بالسلامة، على سبيل المثال، الهيئة التنفيذية للصحة والسلامة في المملكة المتحدة . ^{[ 6 ]}

تُدار المخاطر من هذا النوع عادةً باستخدام أساليب وأدوات هندسة السلامة . يُصمَّم النظام الحرج للسلامة بحيث لا تتجاوز خسائر الأرواح فيه مليار ساعة تشغيل ( ^{10⁹ ). [ 7 ] [ 8 ]} تشمل أساليب التصميم النموذجية تقييم المخاطر الاحتمالي ، وهو أسلوب يجمع بين تحليل أنماط الفشل وتأثيراتها (FMEA) وتحليل شجرة الأعطال . وتعتمد الأنظمة الحرجة للسلامة بشكل متزايد على الحواسيب .

تُستخدم الأنظمة بالغة الأهمية للسلامة غالبًا مع نموذج الجبن السويسري لتمثيل (عادةً في مخطط ربطة العنق ) كيفية تصاعد التهديد إلى حادث كبير نتيجة فشل عدة حواجز حرجة. وقد شاع هذا الاستخدام، لا سيما في مجال سلامة العمليات ، وتحديدًا عند تطبيقه على عمليات حفر وإنتاج النفط والغاز، سواء لأغراض التوضيح أو لدعم عمليات أخرى، مثل إدارة سلامة الأصول والتحقيق في الحوادث . ^{[ 9 ]}

توجد عدة أنظمة موثوقية للأنظمة الحساسة للسلامة:

• تستمر الأنظمة العاملة عند تعطل أنظمة التحكم الخاصة بها في العمل . ومن أمثلة هذه الأنظمة المصاعد ، ومنظمات حرارة الغاز في معظم أفران المنازل، والمفاعلات النووية ذات الأمان السلبي . إلا أن نمط التشغيل عند تعطل الأنظمة قد يكون غير آمن في بعض الأحيان. فقد رُفض نظام إطلاق الأسلحة النووية عند انقطاع الاتصالات كنظام تحكم للقوات النووية الأمريكية لأنه يعمل عند تعطل الأنظمة: إذ أن انقطاع الاتصالات سيؤدي إلى الإطلاق، ولذلك اعتُبر هذا النمط من التشغيل شديد الخطورة. ويتناقض هذا مع سلوك نظام "بيريميتر" الذي بُني خلال الحقبة السوفيتية، والذي يؤدي إلى كارثة عند تعطل الأنظمة. ^{[ 10 ]}
• تستطيع الأنظمة ذات القدرة على العمل بشكل مؤقت مع انخفاض الكفاءة في حالة حدوث عطل. ^{[ 11 ]} تُعدّ معظم الإطارات الاحتياطية مثالاً على ذلك: فهي عادةً ما تأتي مع قيود معينة (مثل تحديد السرعة) وتؤدي إلى انخفاض كفاءة استهلاك الوقود. مثال آخر هو "الوضع الآمن" الموجود في معظم أنظمة تشغيل ويندوز.
• تصبح الأنظمة الآمنة عند تعطلها آمنةً تمامًا. تندرج العديد من الأنظمة الطبية ضمن هذه الفئة. على سبيل المثال، قد تتعطل مضخة التسريب ، وطالما أنها تُنبه الممرضة وتتوقف عن الضخ، فلن تُشكل خطرًا على الأرواح لأن فترة الأمان فيها طويلة بما يكفي للسماح بتدخل بشري. وبالمثل، قد يتعطل جهاز التحكم في الموقد الصناعي أو المنزلي، ولكن يجب أن يتعطل في وضع آمن (أي إيقاف الاحتراق عند اكتشاف الأعطال). ومن المعروف أن أنظمة الأسلحة النووية التي تُطلق عند الطلب هي أنظمة آمنة، لأنه في حال تعطل أنظمة الاتصالات، لا يمكن إصدار أمر الإطلاق. كما أن إشارات السكك الحديدية مصممة لتكون آمنة.
• تحافظ الأنظمة الآمنة عند انقطاع التيار الكهربائي على أعلى مستويات الأمان حتى في حال تعطلها. فعلى سبيل المثال، بينما تُفتح الأبواب الإلكترونية الآمنة عند انقطاع التيار الكهربائي، تُغلق الأبواب الآمنة عند انقطاع التيار الكهربائي، مما يحافظ على أمان المنطقة.
• تستمر الأنظمة الاحتياطية في العمل حتى في حالة تعطل أحد الأنظمة. ومن الأمثلة على ذلك نظام الطيار الآلي في الطائرات . ففي حالة حدوث عطل، تبقى الطائرة في حالة قابلة للتحكم، مما يسمح للطيار بتولي القيادة وإكمال الرحلة والهبوط بسلام.
• تتجنب الأنظمة المقاومة للأعطال توقف الخدمة عند حدوث أعطال فيها. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة التحكم في المفاعلات النووية التقليدية . وتتمثل الطريقة المعتادة لتحمل الأعطال في قيام عدة حواسيب باختبار أجزاء النظام باستمرار، وتشغيل قطع غيار احتياطية للأنظمة الفرعية المعطلة. وطالما يتم استبدال أو إصلاح الأنظمة الفرعية المعطلة في فترات الصيانة الدورية، تُعتبر هذه الأنظمة آمنة. ويجب أن تكون الحواسيب ومصادر الطاقة ووحدات التحكم التي يستخدمها البشر مُطابقة في هذه الأنظمة بطريقة أو بأخرى.

يُعدّ هندسة البرمجيات للأنظمة بالغة الأهمية للسلامة أمرًا بالغ الصعوبة. هناك ثلاثة جوانب يمكن تطبيقها لدعم هندسة برمجيات هذه الأنظمة. أولًا، هندسة العمليات وإدارتها. ثانيًا، اختيار الأدوات والبيئة المناسبة للنظام، مما يُمكّن مطوّر النظام من اختباره بفعالية من خلال المحاكاة ومراقبة أدائه. ثالثًا، مراعاة أي متطلبات قانونية وتنظيمية، مثل متطلبات إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) في مجال الطيران. يُلزم وضع معيار يُطوّر النظام وفقًا له المصممين بالالتزام بهذه المتطلبات. وقد نجح قطاع إلكترونيات الطيران في وضع أساليب قياسية لإنتاج برمجيات إلكترونيات الطيران بالغة الأهمية . توجد معايير مماثلة للصناعة بشكل عام ( IEC 61508 )، وللصناعات الخاصة، مثل صناعة السيارات ( ISO 26262 )، والصناعات الطبية ( IEC 62304 )، والصناعات النووية ( IEC 61513 ). يتمثل النهج القياسي في كتابة الكود بعناية، وفحصه، وتوثيقه، واختباره، والتحقق منه، وتحليله. وهناك نهج آخر يتمثل في اعتماد نظام إنتاجي، ومترجم برمجي ، ثم توليد كود النظام من المواصفات. يستخدم نهج آخر أساليب رسمية لإنشاء براهين تثبت أن الكود يفي بالمتطلبات. ^{[ 12 ]} تعمل جميع هذه الأساليب على تحسين جودة البرمجيات في الأنظمة الحساسة للسلامة من خلال اختبار أو إلغاء الخطوات اليدوية في عملية التطوير، لأن البشر يخطئون، وهذه الأخطاء هي السبب الأكثر شيوعًا للأخطاء التي قد تهدد الحياة.

• الهندسة الطبية الحيوية – تطبيق مبادئ الهندسة ومفاهيم التصميم على الطب وعلم الأحياء 
• عامل الأمان – قوة النظام تتجاوز الحمل المخطط له 
• الأساليب الرسمية – مواصفات البرامج الرياضية 
• برامج عالية الموثوقية
• مهمة بالغة الأهمية – عامل بالغ الأهمية لتشغيل المنظمة 
• المفاعل النووي – جهاز للتفاعلات النووية المتحكم بها 
• التكرار (الهندسة) - تكرار المكونات الأساسية لزيادة موثوقية النظام 
• الحوسبة في الوقت الحقيقي
• هندسة الموثوقية – فرع من فروع هندسة النظم يركز على الاعتمادية 
• نادي الأنظمة الحيوية للسلامة – جمعية مهنية في المملكة المتحدة 
• SAPHIRE – برامج تحليل النظم لإجراء تقييمات موثوقية متكاملة عملية (برنامج تحليل المخاطر) 
• جهاز العلاج الإشعاعي Therac-25 – متورط في ستة حوادث 
• تحليل السلامة المناطقية

• مثال على نظام حيوي
• المكتبة الافتراضية للأنظمة الحساسة للسلامة
• شرح لفشل التشغيل وفشل الوضع السلبي في إلكترونيات الطيران (مؤرشف بتاريخ 15 يوليو 2020 على موقع Wayback Machine)
• معايير ناسا التقنية لضمان سلامة برمجيات النظام ومعايير سلامة البرمجيات

أُرشف بتاريخ 15 يوليو 2020 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .