Electronic Safety Systems

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1 Electronic Safety Systems Hardware Concepts, Models, and Calculations Bearbeitet von Josef Börcsök Neuerscheinung Taschenbuch. XVII, 565 S. Paperback ISBN Format (B x L): 17 x 24 cm Gewicht: 1390 g Weitere Fachgebiete > Technik > Technische Instrumentierung > Technische Zuverlässigkeit, Sicherheitstechnik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 1 Introduction Basic Requirements Basic Safety Technology Principles for Processing Systems Risk Definition and Analysis Risk and Consequences of a Malfunction Risk Assessment Risk Graphs Requirement Classes Risk Acceptability Standard Institutes and the Role of Standards and Norms Developing Safety-Critical Computer Systems: General Concepts General Abstract System Description Description System Correctness and Failure Probability Faults Fault Sources Fault Effects Basic Principles Failures and Faults Fault Sources Internal Fault Sources External Fault Sources Significance of Fault Sources Fault Effects Development Aspects for Safe Hardware Safe Computer Systems and Assumptions about Hardware Component Faults Software Development Models for Safety-Related Systems Waterfall Model Spiral Model Rapid Prototyping V Model Software Development for Safety-Related Systems Determining the Safety Requirements Implementation Procedure Structured Programming Modularisation...55

3 XII Orientation to the Object Coding Rules Proving the Reliability Inspection Review Walkthrough Structural Analysis Program Correctness Proof Testing Measures for Avoiding and Detecting Faults in Software Systems Software Diversity Program Sequence Monitoring Temporal Monitoring Logic Monitoring Bus Expansion Monitoring Using a Counting Procedure Monitoring with Offset Control Degree of Fault Detection of Program Sequence Monitoring A Real Monitoring Measure Verification, Validation and Safety Plan Verification and Validation Planning Safety Plan Failure Diagnostic Methods Fault tree analysis Event tree analyses Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) FMEA history and application Definitions and basic terminology Deviation/Loss/Failure/Mistake Availability Reliability Main kinds of FMEAs Carrying out an FMEA General Section I: System Description Section II: Failure Analysis Section III: Risk Ranking Section IV: Activities / quality improvement Section V: Assessment Results / Overview improvement measures Carrying out an FMEA Differences between a general FMEA and a special FMEA Possibilities for improvement Short description of a sample FMEA Failure rate collection...105

4 XIII 10 Mathematical and Statistical basis for Risk Analysis of Technical Systems Combinatorial Mathematics; Combination, Variation, Permutation Permutation Variation Combination Failure combination examination safety related computer systems Failure combinations of a 1oo2 system Internal path examination of a 1oo2 system Failure of one path element Failure of both elements in the path Failure of a path Failure combinations of a 1oo2 architecture in table format Failure combinations of a 1oo3 system Internal path analysis of a 1oo3 system Failure of one path element Failure of both path elements Path analysis of a 1oo3 system Loss of a path Loss of two paths Minimum of two failures in two paths Three failures in two paths Maximum of four failures in two paths Total of possible failure combinations in a 1oo3 systems Tabular failure combinations Failure combinations for a 2oo3 system with two elements Internal path analysis 2oo3 system Failure of one path element Loss of both path elements Tabular failure combinations Failure combination possibilities 2oo3 system with three elements Internal path analysis 2oo3 system Failure of one path element Loss of two path elements Three failures in a path Path analysis in a 2oo3 system Loss of a path Failure combination possibilities of a 2oo4 system Internal path analysis 2oo4 system Loss of an element in a path Loss of both elements in a path Path analysis 2oo4 system Loss of a path Loss of two paths Minimum two failures in two paths Three failures in two paths Maximum of four failures in two paths Total possible failure combinations for a 2oo4 system...130

5 XIV 10.7 Failure combinations of a 2oo4 system with three elements Internal path analysis with 2oo4 systems Failure of one path element Failure of two elements in a path Three failures in a path Path analysis of a 2oo4 system with three elements Loss of a path Failure of two paths Minimum two failures in two paths Three failures in two paths Four failures in two paths Two times two failures Three failures in one path and one in the second path Five failures in two paths Six failures in two paths Total possible failure combinations Probabilities The Term Probability Probability calculation rules Addition of probabilities Multiplication of probabilities Total Probabilities Probability distributions Discrete probability distribution Continuous probability distribution Position and shape parameters discrete and continuous distribution functions Exponential distribution Rectangular or uniform distribution Binominal distribution Weibull distribution Lognormal distribution χ² distribution Student distribution Limit theorem Confidence interval Confidence interval of the expected value via the χ² distribution Confidence interval of the expected value via the t-distribution Circuit measures to increase reliability Reliability parameters Probability of failure Mean lifetime Mean repair time Mean time between failures Availability Failure rate λ(t) Reliability models for system devices

6 XV Systems without redundancy Systems with redundancy Mixed systems Redundant systems with different failure rates Replacement of redundant system components by single system components PFD calculation, β-factor and diagnostic coverage Principles Calculation of the MTTF value for input module Definitions Calculation Calculation of the MTTF values for the logic solver modules Calculation Calculation of the MTTF values for the output modules Calculation Calculation of the MTTF value of a system with I/O- and logic solver modules Calculation Derivation of the PFD avg equations for system architectures General considerations oo1 system oo2 system Calculation of the probability of failure with common cause failures Calculation of the probability of failure for a single failure oo2 system oo3 system Calculation of the probability of failure in case of common cause failures Calculation of the probability of failure for single failures oo3 system Calculation of the probability of failure in case of common cause failures Calculation of the probability of failure in case of single failures oo4 system Calculation of the probability of failure in case of common cause failures Calculation of the probability of failure in case of single failures oo2D System Calculation of the probability of failure in case of common cause failures Calculation of the probability of failure in case of single failures oo4D system Calculation of the probability of failure in case of common cause failures Calculation of the probability of failure in case of single failures Calculation of the PFD avg values for a series architecture Calculation of the PFD avg values for a series-parallel architecture Calculation of the β-factor...257

7 XVI 14 Markov Model Introduction Possibilities of a Markov model Theoretical basics of Markov models Time dependent Markov model Execution of a Markov model calculation for a safety related system Transition matrix P for the system model Tree diagram of a redundant system model Calculation via matrix multiplication of the state probability limit value independent of the starting state Calculation of the state probability limit value depending on the starting probability Start in state Z Start state Z Start in state Z Start in state Z Start in state Z Start in state Z Start in state Z Calculation of the time dependent availability Calculation of the time dependent availability Comparison of availability and reliability Fundamentals and explanation of the systems (procedures and models) Introduction Monitoring designs System configuration and requirements oo1 system PFD Fault tree of a 1oo1 architecture Markov model for the 1oo1 architecture Calculation of the MTTF value oo2 system PFD failure tree of the 1oo2 architecture Markov model for the 1oo2 architecture Calculation of the MTTF values oo2 system PFD fault tree for the 2oo2 architecture Markov model of the 2oo2 architecture Calculation of the MTTF value oo3 system PFD fault tree of the 1oo3 architecture Markov model for a 1oo3 architecture Calculation of the MTTF value oo3 system PFD fault tree of a 2oo3 architcture Markov model of the 2oo3 architecture Calculation of the MTTF values oo4 system

8 XVII PFD fault tree of the 2oo4 system Markov model of the 2oo4 architecture Calculation of the MTTF values oo2D system PFD fault tree of the 1oo2D architecture Markov model of the 1oo2D architecture Calculation of the MTTF-Values oo4D system PFD fault tree of the 2oo4D architekture Markov-Modell der 2oo4D Architecture Calculation of the MTTF values Determining MTTF by Monte Carlo Simulation Introduction Explanations concerning the Monte Carlo simulation Mathematical Basis Random numbers Monte Carlo Algorithm Calculation algorithm for the calculation of the MTTF with Monte Carlo simulation Application to different system architectures oo1 system oo2 system oo2 system with β-factor oo3 system oo4 system oo2D-System with β-factor Literature Abbreviations Index...558

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