موضوع مقاله: شکست امن | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # شکست امن | مقدمه: در مهندسی، شکست امن یک ویژگی یا روش طراحی است که در صورت بروز یک نوع علل شکست خاص، ذاتاً به گونه‌ای پاسخ می‌دهد که کمترین آسیب را به سایر تجهیزات، محیط زیست یا افراد وارد می‌کند. | ## بخش 1: شکست امن | برخلاف ایمنی ذاتی برای یک خطر خاص، «ایمن بودن سیستم» به این معنی نیست که خرابی غیرممکن یا غیرمحتمل است، بلکه به این معنی است که طراحی سیستم از عواقب ناایمن خرابی سیستم جلوگیری می‌کند یا آن را کاهش می‌دهد؛ یعنی اگر زمانی که یک سیستم «شکست امن» از کار بیفتد، حداقل به همان اندازه سالم باقی می‌ماند که قبل از شکست وجود داشت."Fail-safe". برخی از سیستم‌ها را هرگز نمی‌توان در برابر خرابی ایمن کرد، زیرا در دسترس بودن مداوم مورد نیاز است. افزونگی، تاب‌آوری خطا، یا برنامه احتیاطی برای این حالت‌ها استفاده می‌شود (مثلاً چندین موتور مستقل با کنترل و تغذیه سوخت). چنین دریچه ای را می‌توان طوری طراحی کرد که در صورت از بین رفتن هوای فعال، با استفاده از فشار فنر از کار بیفتد. مثال‌ها عبارتند از: درهای ضد حریق کرکره‌ای که توسط سیستم‌های هشدار ساختمان یا آشکارسازهای دود محلی فعال می‌شوند، باید بدون توجه به قدرت، به‌طور خودکار بسته شوند. در صورت قطع برق، درب ضد حریق سیم پیچی نیازی به بسته شدن ندارد، اما باید در صورت دریافت سیگنال از سیستم‌های هشدار ساختمان یا آشکارسازهای دود، قابلیت بسته شدن خودکار را داشته باشد. ممکن است از یک پیوند قابل ذوب حساس به دما برای باز نگه داشتن درهای آتش‌نشانی در برابر جاذبه یا فنر بسته‌کننده استفاده شود. برخی از ارابه‌های بار فرودگاه نیاز دارند که فرد سوئیچ ترمز دستی یک سبد را همیشه نگه دارد. اگر سوئیچ ترمز دستی آزاد شود، ترمز فعال می‌شود و با فرض اینکه تمام قسمت‌های دیگر سیستم ترمز به درستی کار می‌کنند، گاری متوقف می‌شود؛ بنابراین، الزامات نگه داشتن ترمز دستی هم مطابق با اصول «ایمنی خرابی» عمل می‌کند و هم به خرابی ایمن سیستم کمک می‌کند (اما لزوماً تضمین نمی‌کند). چمن زن‌ها و برف خورها دارای یک اهرم دستی هستند که باید همیشه پایین نگه داشته شود. در مورد کامیون‌ها اگر خط ترمز شکافته شود، یا واگنی جدا شود، فشار هوا از بین می‌رود و ترمزها اعمال می‌شود، یا در قطارها توسط یک مخزن هوای داخلی اعمال می‌شود. (کامیون‌ها همچنین ممکن است از کلاه گیس برای نشان دادن فشار کم هوا استفاده کنند) درب‌های موتوری - در صورت قطع برق می‌توان دروازه را با دست و بدون نیاز به میل لنگ یا کلید باز کرد. با این حال، از آنجایی که عملاً به هر کسی اجازه می‌دهد از دروازه عبور کند، از طراحی خرابی ایمن استفاده می‌شود: در قطع برق، دروازه را فقط می‌توان با یک لنگ دستی باز کرد که معمولاً در یک منطقه امن یا زیر قفل و کلید قرار می‌گیرد. هنگامی که چنین دروازه ای دسترسی وسایل نقلیه به خانه‌ها را فراهم می‌کند، از یک طرح ایمن استفاده می‌شود، جایی که در باز می‌شود تا امکان دسترسی آتش‌نشانی فراهم شود. شیرهای ایمنی - دستگاه‌های مختلفی هستند که با سیالات کار می‌کنند از فیوزها یا شیرهای ایمنی به عنوان مکانیزم‌های شکست امن استفاده می‌کنند. یک سیگنال سمافور راه‌آهن به‌طور ویژه طراحی شده است که در صورت شکسته شدن کابل کنترل‌کننده سیگنال، بازو به موقعیت «خطر» بازمی‌گردد و سیگنال غیرفعال از عبور قطار جلوگیری می‌کند. سوپاپ‌های ایزوله سازی و شیرهای کنترلی که به عنوان مثال در سیستم‌های حاوی مواد خطرناک استفاده می‌شوند، می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که در صورت از دست دادن نیرو، به عنوان مثال با نیروی فنر، بسته شوند. یک آسانسور دارای ترمزهایی است که از لنت ترمز، توسط کشش کابل آسانسور جلوگیری می‌کند. اگر کابل پاره شود، کشش از بین می‌رود و ترمزها روی ریل‌های شفت می‌چسبند تا کابین آسانسور سقوط نکند. تهویه مطبوع خودرو – کنترل‌های یخ زدایی برای عملکرد دمپر دیورتر و برای همه عملکردها به جز یخ زدایی نیاز به خلاء دارند. برقی یا الکترونیکی مثال‌ها عبارتند از: بسیاری از دستگاه‌ها توسط فیوزها، مدارشکن‌های قدرت یا مدارهای محدود کننده جریان از اتصال کوتاه محافظت می‌شوند. | ## بخش 2: شکست امن | قطع برق در شرایط اضافه بار از آسیب یا تخریب سیم کشی یا دستگاه‌های مدار به دلیل گرمای بیش از حد جلوگیری می‌کند. اویونیک با استفاده از افزونگی برای انجام محاسبات مشابه از افزونگی ماجولار سه‌گانه استفاده می‌کند. کنترل‌های درایو به سیم و هدایت پرواز برقی مانند سنسور موقعیت شتاب‌دهنده معمولاً دارای دو پتانسیومتر هستند که در جهت مخالف خوانده می‌شوند، به طوری که حرکت کنترل باعث می‌شود که یکی بالاتر و دیگری معمولاً به همان اندازه پایین‌تر شود. عدم تطابق بین دو قرائت نشان دهنده ایراد در سیستم است و واحد فرمان موتور اغلب می‌تواند استنباط کند که کدام یک از دو قرائت معیوب است. عملیات کنترل یا عملکرد کنترلی که از عملکرد نامناسب سیستم یا شکست فاجعه بار در صورت نقص مدار الکترونیکی یا خطای اپراتور جلوگیری می‌کند. به عنوان مثال، مدار مسیر ایمن که برای کنترل سیگنال‌های بلوک راه آهناستفاده می‌شود. این واقعیت که یک کهربای چشمک‌زن در بسیاری از خطوط راه‌آهن نسبت به کهربای جامد راحت‌تر است، نشانه‌ای از خرابی است، زیرا رله، در صورت کار نکردن، به تنظیمات محدودتری برمی‌گردد. بالاست گلوله آهن روی بثی‌سکف رها می‌شود تا زیردریایی بتواند به سمت بالا حرکت کند. بسیاری از طرح‌های واکنشگاه‌های هسته‌ای دارای میله‌های کنترل جذب نوترون هستند که توسط آهن‌رباهای الکتریکی معلق هستند. اگر قدرت قطع شود، تحت گرانش به درون هسته می‌افتند و با جذب نوترون‌های مورد نیاز برای ادامه شکافت، واکنش زنجیره‌ای را در چند ثانیه متوقف می‌کنند. اگر مدار به‌طور معمول باز بود، خرابی سیم تشخیص داده نمی‌شد و سیگنال‌های هشدار واقعی را مسدود می‌کرد. معمولاً می‌توان سنسورهای آنالوگ و محرک‌های مدوله‌کننده را نصب کرد و سیم‌کشی کرد که خرابی مدار منجر به خواندن خارج از محدوده شود - به حلقه فعلی مراجعه کنید. به عنوان مثال، یک پتانسیومتری که موقعیت پدال را نشان می‌دهد ممکن است فقط از ۲۰٪ تا ۸۰٪ از محدوده کامل خود حرکت کند، به طوری که قطع یا کوتاه شدن کابل منجر به خواندن ۰٪ یا ۱۰۰٪ شود. در سیستم‌های کنترل، سیگنال‌های بسیار مهم را می‌توان توسط یک جفت سیم مکمل (<سیگنال> و <بدون سیگنال>) حمل کرد. اگر هر دو بالا یا پایین باشند، سیستم کنترل می‌داند که مشکلی در سنسور یا سیم‌کشی اتصال وجود دارد. حالت‌های خرابی ساده (سنسور مرده، سیم‌های قطع یا قطع شده) به این ترتیب شناسایی می‌شوند. یک مثال می‌تواند یک سیستم کنترلی باشد که هر دو کلید (مدار) معمولاً باز (NO) و کلید (مدار) معمولاً بسته (NC) یک کلید (مدار) انتخابگر SPDTرا در برابر مشترک می‌خواند و قبل از واکنش به ورودی آنها را از نظر انسجام بررسی می‌کند. در سیستم‌های کنترل تهویه مطبوع، عملگرهای مکانیکی که دمپرها و شیرها را کنترل می‌کنند، ممکن است برای جلوگیری از یخ زدن کویل‌ها یا گرم شدن بیش از حد اتاق‌ها، ایمن باشند. محرک‌های پنوماتیکی قدیمی‌تر ذاتاً در برابر خرابی ایمن بودند، زیرا اگر فشار هوا در مقابل دیافراگم داخلی از کار بیفتد، فنر تعبیه‌شده محرک را به موقعیت اصلی خود می‌برد – البته موقعیت خانه باید موقعیت «امن» باشد. محرک‌های الکتریکی و الکترونیکی جدیدتر به اجزای اضافی (فنجره‌ها یا خازن‌ها) نیاز دارند تا به‌طور خودکار محرک را در صورت از دست دادن توان الکتریکی به موقعیت اصلی هدایت کنند. برای ایجاد یک PLC ایمن در برابر خرابی، سیستم برای متوقف کردن درایوهای مرتبط نیازی به انرژی ندارد. | ## بخش 3: شکست امن | یک اهرم (مدار) با اتصال کوتاه منبع تغذیه به محض تشخیص اضافه ولتاژ از آسیب جلوگیری می‌کند. اگر فرود متوقف شده با شکست مواجه شود، هواپیما می‌تواند با خیال راحت دوباره بلند شود. همچنین دستگاه‌ها و سیستم‌های فیزیکی می‌توانند رویه‌های بی‌خطر ایجاد کنند تا در صورت انجام نشدن یا انجام نادرست رویه، هیچ اقدام خطرناکی حاصل نشود. مثلا: مسیر فضاپیما - در طی ماموریت‌های اولیه برنامه فضایی آپولو به ماه، فضاپیما در مسیر بازگشت آزاد قرار گرفت. - اگر موتورها در قرار گرفتن در مدار ماه از کار می‌افتادند، سفینه با خیال راحت به زمین بازمی‌گشت. خلبان هواپیمایی که بر روی یک ناو هواپیمابر فرود می‌آید، در هنگام تاچ داون، دریچه گاز را به قدرت کامل افزایش می‌دهد. در سیگنال‌دهی راه‌آهن، سیگنال‌هایی که برای قطار مورد استفاده فعال نیستند، باید در موقعیت «خطر» قرار گیرند. موقعیت پیش فرض هر سیگنال مطلق کنترل شده «خطر» است و بنابراین یک اقدام مثبت است - تنظیم سیگنال‌ها برای «تخلیه» - قبل از عبور قطار لازم است. این عمل همچنین تضمین می‌کند که در صورت نقص در سیستم سیگنال دهی، سیگنال دهنده ناتوان، یا ورود غیرمنتظره قطار، هرگز سیگنال «واضح» اشتباه به قطار نشان داده نخواهد شد. به مهندسان راه‌آهن دستور داده می‌شود که سیگنال راه‌آهنی که جنبه گیج‌کننده، متناقض یا ناآشنا را نشان می‌دهد (مثلاً یک سیگنال نور رنگی که دچار خرابی الکتریکی شده است و اصلاً نوری را نشان نمی‌دهد) باید به‌عنوان «خطر» تلقی شود. اصطلاحات دیگر دستگاه‌های شکست امن (ضدخطا) به عنوان دستگاه‌های پوکا یوکه نیز شناخته می‌شود. شکست امن به این معنی است که یک دستگاه در صورت از کار افتادن جان یا دارایی خود را به خطر نمی‌اندازد. شکست امنیت، همچنین شکست بسته نامیده می‌شود، به این معنی که دسترسی یا داده‌ها در یک نقص امنیتی به دست اشتباه نمی‌افتد. به عنوان مثال، اگر ساختمانی آتش بگیرد، سیستم‌های شکست امن برای اطمینان از فرار سریع قفل درها را باز می‌کنند و به آتش‌نشانان اجازه می‌دهند داخل شوند، در حالی که شکست امنیت درها را برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به ساختمان قفل می‌کند. شکست فعال عملکردی شکست فعال عملکرد را می‌توان بر روی سیستم‌هایی نصب کرد که دارای درجه افزونگی بالایی هستند، به طوری که می‌توان یک شکست واحد از هر قسمت از سیستم را تحمل کرد (شکست فعال عملکردی) و می‌توان خرابی دوم را تشخیص داد - در این مرحله سیستم خودش را تغییر می‌دهد. یکی از راه‌های انجام این کار نصب سه سیستم یکسان و یک منطق کنترل است که مغایرت‌ها را تشخیص می‌دهد. نمونه ای برای این امر بسیاری از سیستم‌های هواپیما، از جمله سیستم‌های ناوبری اینرسی و لوله‌های پیتوت هستند. نقطه شکست امن در طول جنگ سرد، «نقطه شکست امن» اصطلاحی بود که برای بمب افکن‌های هسته ای فرماندهی استراتژیک هوایی آمریکا، درست خارج از حریم هوایی شوروی، بدون بازگشت استفاده می‌شد. در صورت دریافت دستور حمله، بمب افکن‌ها موظف بودند در نقطه ایمن مانده و منتظر دستور تأیید دوم بمانند. تا زمانی که یکی از آنها دریافت نشد، آنها بمب‌های خود را مسلح نمی‌کردند یا ادامه نمی‌دادند. | ## جمع‌بندی | طرح این بود که از هر گونه شکست واحد فرماندهی آمریکا که باعث جنگ هسته ای شود جلوگیری کند.