Funktionale Sicherheit
Grundzüge sicherheitstechnischer Systeme
Josef Börcsök
Diese Publikation zitieren
Josef Börcsök, Funktionale Sicherheit (2014), VDE Verlag, Berlin, ISBN: 9783800738199
2504
Accesses
Accesses
51
Quotes
Quotes
Beschreibung / Abstract
Funktionale Sicherheit ist der Teil der Gesamtanlagensicherheit, der von der korrekten Funktion sicherheitsbezogener Systeme zur Risikoreduzierung abhängt. Die bestimmungsgemäßen Funktionen dieser Systeme, die Sicherheitsfunktionen, müssen unter definierten Fehlerbedingungen und mit definierter hoher Wahrscheinlichkeit ausgeführt werden.
Mit der relevanten, generischen Norm IEC 61508 fordert eine Norm erstmals einen quantitativen Nachweis für das verbleibende Risiko! Die Normen IEC 61511 (Prozessindustrie),
IEC 61513 (Kernkraftwerke) oder IEC 62061 (Maschinenbereich) spezifizieren die Anforderungen für die verschiedenen Anwendungen. Moderne technische Systeme, die sicherheitskritische Prozesse steuern und regeln, werden immer komplexer, weil die Anforderungen immer vielfältiger werden. In diesem Buch werden u. a. die Überwachung oder Steuerung von Fahrzeugen, Zügen und Flugzeugen oder auch von Maschinen, Kraftwerken und chemischen Anlagen sowie im medizinischen oder sonstigen sicherheitskritischen Bereich behandelt. Sehr interessant ist auch der Abschnitt zur Softwareentwicklung. Zuverlässigkeit bedeutet generell das Funktionieren unter allen Bedingungen.
Gerade in modernen Systemen ist die darin verwendete Software aber so komplex, dass Fehler nie vollständig auszuschließen sind. Sicherheit bedeutet hier, dass selbst bei einem Auftreten eines Fehlers das System nicht in einen kritischen Zustand gerät.
Dieses Buch betrachtet die Normen, behandelt Maßnahmen zur Risikobestimmung und Risikoreduzierung, die verschiedenen Sicherheitsstufen (SIL1 bis SIL4), Hardware- und Software-Komponenten sowie entsprechende Modelle, erforderliche mathematische
Verfahren, verschiedene Sicherheitssysteme und enthält zahlreiche Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Branchen. So bietet es einen fundierten Einstieg in das Thema, wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer
und programmierbarer elektronischer Systeme (E/E/PES) und eignet sich auch als Nachschlagewerk für den erfahrenen Anwender.
Mit der relevanten, generischen Norm IEC 61508 fordert eine Norm erstmals einen quantitativen Nachweis für das verbleibende Risiko! Die Normen IEC 61511 (Prozessindustrie),
IEC 61513 (Kernkraftwerke) oder IEC 62061 (Maschinenbereich) spezifizieren die Anforderungen für die verschiedenen Anwendungen. Moderne technische Systeme, die sicherheitskritische Prozesse steuern und regeln, werden immer komplexer, weil die Anforderungen immer vielfältiger werden. In diesem Buch werden u. a. die Überwachung oder Steuerung von Fahrzeugen, Zügen und Flugzeugen oder auch von Maschinen, Kraftwerken und chemischen Anlagen sowie im medizinischen oder sonstigen sicherheitskritischen Bereich behandelt. Sehr interessant ist auch der Abschnitt zur Softwareentwicklung. Zuverlässigkeit bedeutet generell das Funktionieren unter allen Bedingungen.
Gerade in modernen Systemen ist die darin verwendete Software aber so komplex, dass Fehler nie vollständig auszuschließen sind. Sicherheit bedeutet hier, dass selbst bei einem Auftreten eines Fehlers das System nicht in einen kritischen Zustand gerät.
Dieses Buch betrachtet die Normen, behandelt Maßnahmen zur Risikobestimmung und Risikoreduzierung, die verschiedenen Sicherheitsstufen (SIL1 bis SIL4), Hardware- und Software-Komponenten sowie entsprechende Modelle, erforderliche mathematische
Verfahren, verschiedene Sicherheitssysteme und enthält zahlreiche Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Branchen. So bietet es einen fundierten Einstieg in das Thema, wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer
und programmierbarer elektronischer Systeme (E/E/PES) und eignet sich auch als Nachschlagewerk für den erfahrenen Anwender.
Kritik
„Insgesamt ein sehr instruktives Werk, das einen fundierten Einstieg in das komplexe Thema bietet." (ZVEH/TECHINFO 3/2011)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (mav 09/2011)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (Newsletter „all-electronics.de" 08/2011)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (Newsletter K-Magazin 29/2011)
„Sehr interessant ist der Abschnitt zur Softwareentwicklung gelungen, der auch Neulingen in puncto Sicherheit einen guten Überblick verschafft. Besonders nützlich, auch für 'alte Hasen', sind die umfangreichen Begriffsdefinitionen." (Design & Elektronik 6/2009)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (mav 09/2011)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (Newsletter „all-electronics.de" 08/2011)
„Das informative Werk bietet eine wertvolle Unterstützung bei dem Verständnis und der Realisierung sicherer elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme." (Newsletter K-Magazin 29/2011)
„Sehr interessant ist der Abschnitt zur Softwareentwicklung gelungen, der auch Neulingen in puncto Sicherheit einen guten Überblick verschafft. Besonders nützlich, auch für 'alte Hasen', sind die umfangreichen Begriffsdefinitionen." (Design & Elektronik 6/2009)
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
- Funktionale Sicherheit
- Geleitwort zur 1. Auflage
- Vorwort zur 2. Auflage
- Vorwort zur 4. Auflage
- Danksagung
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Historische Entwicklung von Sicherheitssystemen und Normen
- 3 Normen und Richtlinien
- 3.1 Normengremien
- 3.2 Normen
- 3.3 Definitionen rund um den Begriff der Sicherheit
- 3.4 Stand der Technik
- 4 Fehler, Fehlerursachen und Ausfälle
- 4.1 Fehlerraten
- 4.2 Fehler-Ausfall-Abweichung
- 4.3 Fehlerquellen
- 4.4 Fehlertoleranz
- 4.5 Fehler gemeinsamer Ursache
- 5 Kenngrößen der Risiko- und Zuverlässigkeitsanalyse
- 5.1 Kenngrößen der Zuverlässigkeit
- 5.2 Ausfallwahrscheinlichkeit
- 5.3 Mittlere Lebensdauer
- 5.4 Mittlere Instandsetzungszeit
- 5.5 Mittlere Brauchbarkeitsdauer
- 5.6 Verfügbarkeit
- 5.7 Ausfallraten
- 5.8 SFF
- 5.9 DC
- 5.10 MTTF
- 5.11 PFD
- 6 Maßnahmen zur Risikobestimmung
- 6.1 Grundsätzliche Konzepte
- 6.2 Methoden der Gefahrenanalyse
- 6.3 Wahrscheinlichkeitsanalyse
- 7 Risikomatrix
- 8 Risikograph
- 8.1 Risikograph nach DIN V 19250
- 8.2 Risikograph nach IEC 61508-5 und IEC 61511-3
- 8.3 Risikograph nach DIN EN 954-1
- 9 Fehlerbaumanalyse
- 9.1 Anwendungsbereich und Zweck der Fehlerbaumanalyse
- 9.2 Begriffe
- 9.3 Bildzeichen
- 9.4 Vorgehen bei der Analyse
- 9.5 Fehlerbaum-Analyse
- 10 Ereignisbaumanalyse
- 10.1 Bestandteile eines Ereignisbaums
- 11 LOPA
- 11.1 Schutzebenen
- 11.2 LOPA-Bewertung
- 11.3 Typische Schutzebenen
- 11.4 Mehrere auslösende Ereignisse
- 12 Zuverlässigkeitsblockanalyse
- 12.1 Zuverlässigkeitsmodelle
- 12.2 Redundante Systeme mit unterschiedlicher Ausfallrate
- 12.3 Ersatz von redundanten Systemkomponenten durch Einzelsystemkomponenten
- 13 Markov-Modell
- 13.1 Einleitung
- 13.2 Möglichkeiten des Markov-Modells
- 13.3 Theoretische Grundlagen der Markov-Modelle
- 13.4 Zeitabhängiges Markov-Modell
- 13.5 Durchführung einer Markov-Berechnung für ein sicherheitsgerichtetes System
- 14 Lebenszyklusbetrachtung eines Sicherheitssystems
- 14.1 Gefahr- und Risikoanalyse
- 14.2 Durchführung einer Risikobewertungsanalyse
- 14.3 Lebenszyklusphasen
- 14.4 Gesamte Planung
- 14.5 Realisierung einer SIS
- 14.6 Installation, Inbetriebnahme und Validierung
- 14.7 Betrieb, Wartung und Reparatur
- 14.8 Verändern und Aufrüsten
- 14.9 Zusammenfassung
- 15 Common Cause Failure
- 15.1 Allgemeines
- 15.2 Ausfälle gemeinsamer Ursache
- 15.3 Common-Mode-Ausfälle
- 15.4 Beispiele für den Ausfall durch gemeinsame Ursache
- 15.5 Techniken zur Bewertung von SIS-Entwürfen für CCF
- 15.6 Quantitative Bewertung von Ausfällen mit gemeinsamer Ursache
- 15.7 Beta-Faktor
- 15.8 1oo2-System
- 15.9 Maßnahmen gegen Ausfälle durch gemeinsame Ursache
- 16 Proof-Test
- 16.1 Überwachung und Durchführung von Proof-Tests
- 16.2 Arten von Proof-Tests
- 16.3 Zuverlässigkeitsfunktion und MTTF
- 16.4 Definition des Proof-Tests nach IEC/EN 61508
- 16.5 Auswirkungen eines nicht ausreichenden Proof-Tests
- 16.6 Unterschiede zwischen Diagnose-Test und Proof-Test
- 16.7 Einfluss des Proof-Test-Intervalls auf den PFDavg-Wert
- 16.8 Risikoreduzierung
- 17 Hardware sicherheitsgerichteter Systeme
- 17.1 Normative Architekturvorschriften
- 17.2 Hardware-Sicherheitslebenszyklus
- 17.3 Hardware-Fehlertoleranz
- 17.4 Constraints
- 17.5 1oo1-System
- 17.6 Weitere Architekturen
- 18 Softwareanforderungen an ein System mit funktionaler Sicherheit
- 18.1 Software in Systemen mit funktionaler Sicherheit
- 18.2 Software-Entwicklung
- 19 Anwendungsbeispiele
- 19.1 Praktische Implementierung des IEC 61508 Sicherheitsstandards
- 19.2 Bestimmung des SIL eines Prozessorsystems
- 19.3 Bestimmung des SIL einer Sicherheitsfunktion
- 19.4 Bestimmung des SIL eines Sicherheitsloops
- 19.5 Beispiele zu Zuverlässigkeitsanalysen
- 20 IEC/EN 61508
- 20.1 IEC/EN 61508-1
- 20.2 IEC/EN 61508-2
- 20.3 IEC/EN 61508-3
- 20.4 IEC/EN 61508-4
- 20.5 IEC/EN 61508-5
- 20.6 IEC/EN 61508-6
- 20.7 IEC/EN 61508-7
- 21 IEC 61511
- 21.1 Anwendungsbereich
- 21.2 Aufteilung der Norm 61511
- 21.3 Begriffe und Abkürzungen
- 21.4 Management der funktionalen Sicherheit
- 21.5 Anforderungen an den Sicherheitslebenszyklus
- 21.6 Verifikation
- 21.7 Gefährdungsanalyse und Risikobewertung
- 21.8 Zuordnung von Sicherheitsfunktionen zu Schutzebenen
- 21.9 Sicherheitsspezifikation des SIS
- 21.10 SIS-Entwurf und -Planung
- 21.11 Anforderungen an Anwendungssoftware
- 21.12 Werksendprüfungen
- 21.13 SIS-Montage und -Inbetriebnahme
- 21.14 SIS-Sicherheits-Validierung
- 21.15 Betrieb und Instandhaltung des SIS
- 21.16 Modifikationen am SIS
- 21.17 Außerbetriebnahme des SIS
- 21.18 Anforderungen an die Dokumentation
- 22 Begriffe und Definitionen
- 22.1 Sicherheitssysteme
- 22.1.1 Risiko
- 22.1.2 Teilrisiko
- 22.1.3 Grenzrisiko
- 22.1.4 Risikoparameter
- 22.1.5 Anforderungsklasse
- 22.1.6 Maßnahmen
- 22.1.7 Schutz
- 22.1.8 MSR-Schutzmaßnahmen
- 22.1.9 MSR-Schutzeinrichtung
- 22.1.10 Unerwünschtes Ereignis
- 22.1.11 Fehler
- 22.1.12 Redundanz
- 22.1.13 Diversitäre Redundanz
- 22.1.14 Fail-safe
- 22.2 Verlässlichkeit (Dependability)
- 22.2.1 Zuverlässigkeit
- 22.2.2 Verfügbarkeit
- 22.2.3 Sicherheit
- 22.2.4 Wartbarkeit
- 22.3 Darstellung des Ausfallverhaltens
- 22.3.1 Dichtefunktion bzw. Ausfalldichte f(t)
- 22.3.2 Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. Verteilungsfunktion F(t)
- 22.3.3 Zuverlässigkeit bzw. Überlebenswahrscheinlichkeit R(t)
- 22.3.4 Ausfallrate λ(t)
- 22.3.5 Beschreibung des Ausfallverhaltens anhand von Beispielen
- 22.3.6 Boolesche Theorie
- 22.4 Zeit-Faktor
- 22.4.1 MTTF
- 22.4.2 MTTFspurious
- 22.4.3 MTBF
- 22.4.4 MTTR
- 22.4.5 Beispiel zur Berechnung von MTTF
- 22.4.6 Dauerverfügbarkeit
- 22.4.7 Downtime DT
- 22.4.8 Uptime UT
- 22.4.9 Mean Down Time MDT
- 22.5 Allgemeines zu den Begrifflichkeiten und Normen
- 22.5.1 Diagnoseabdeckungsgrad DC
- 22.5.2 Common Cause Failure CCF
- 22.5.3 Probability of Failure on Demand PFD
- 22.5.4 Ausfallraten
- 22.5.5 Risiko, Schaden und Gefahr
- 22.5.6 Hazard Rate
- 22.5.7 Safety Integrity Level SIL
- 22.6 Prozessleittechnik PLT
- 22.7 Performance Level PL
- Literaturverzeichnis
- Stichwortverzeichnis