Funktionale Sicherheit für nicht-e/e/ep Systeme. Übertragbarkeit der Methoden

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1 Funktionale Sicherheit für nicht-e/e/ep Systeme Übertragbarkeit der Methoden 1

2 GLIEDERUNG 1. Einführung 2. Funktionale Systemdefinition 3. Umsetzung 4. Sicherheitsnachweismethoden 5. Berücksichtigung des Bedieners 6. Schluss 2

3 Einführung 3

4 Einführung Definition: Funktionale Sicherheit Abwesenheit unakzeptabler Risiken aufgrund von Fehlerverhalten beim Arbeiten von Systemen Safety Funktional FuSi 4

5 Einführung Definition Safety Kombination aus Schadenshöhe und -häufigkeit Billigung aufgrund eines Vergleichs mit subjektiven Kriterien Risiko Akzeptanz Safety 5

6 Einführung Umgang mit Risiken akzeptieren senken 6

7 Einführung Risiko senken Risikoklassen unbedeutend Auswirkung kritisch marginal (1 Toter XOR 1 Schwerverletzter) katastrophal (mehrere Tote Schwerverletzte) häufig unerwünscht intolerabel intolerabel intolerabel wahrscheinlich tolerabel unerwünscht intolerabel intolerabel Häufigkeit gelegentlich tolerabel unerwünscht unerwünscht intolerabel selten vernachlässigbar tolerabel unerwünscht unerwünscht unwahrscheinlich vernachlässigbar vernachlässigbar tolerabel tolerabel unvorstellbar vernachlässigbar vernachlässigbar vernachlässigbar vernachlässigbar 7

8 Einführung Möglichkeiten der Risikominimierung aktiv passiv Vorbeuge (prevention) Schutz (protection) Schadensbegrenzung (mitigation) Reaktion (response) Wiederherstellung (recovery) Umsetzung 8

9 Funktionale Systemdefinition Polymorphismus des Begriffs funktional Definition Umsetzung Nachweis Funktionales Lastenheft 9

10 Funktionale Systemdefinition 10

11 Funktionale Systemdefinition Idee Definiere System anhand von Funktionen (Verwendung, Zweck) um unabhängig von Realisierung zu sein um Aktionen zu definieren, die zum Einsatzzeitpunkt durch das System zu erfüllen sind 11

12 Funktionale Systemdefinition Vorteil für Safety Frühe Gefährdungsanalyse möglich Unabhängigkeit von Realisierung Überwindung der Grenzen struktureller Sicherheit Fehlfunktion elektrischer / elektronischer Geräte Berücksichtigung der Funktionen einer Komponente Beherrschung von Komplexität Komponenten / Funktion Funktionen / Komponente Kommunikationskanäle zwischen Komponenten Komponenten K 1 K n Funktionen F 1 x - x x - - F m - x - 12

13 Funktionale Systemdefinition Beispiel Funktionen einer Schiene Kritikalität Aufnahme und Ableitung von Kräften Führung der Fahrzeuge Tragen der Fahrzeuge Aufnahme von Brems- und Beschleunigungskräfte Bereitstellen von induktiven Eigenschaften Bildung einer Wirbelstrominduktion Leitung von Strom / Daten Vermeidung von Schall Vermeidung der Lichtreflexion / Blendung Meldung von Defekten SAS 4 SAS 4 SAS 4 SAS 2 SAS 1 13

14 Funktionale Systemdefinition Übertragbarkeit auf nicht E/E/EP (= funktionale Systemdefinition) safety goals & safety targets (z.b. SIL) (= funkt. Lastenheft m. funkt. Anforderungen) 14

15 Funktionale Systemdefinition Literatur Normen EN Funktionsgruppen Kennzeichnungssystematik für Schienenfahrzeuge Z.B. Fahrzeuge verbinden Kräfte zwischen Fahrzeugen aufnehmen und übertragen Übertragung von Medien, Signalen und Energie (Versorgung) zwischen den Fahrzeugen EN Funktionale Anforderungsspezifikation Betriebsleit- und Zugsicherungssysteme für den städtischen schienengebundenen Personennahverkehr Projekte MODSafe D5.2 - Functional Model 15

16 Umsetzung 16

17 Umsetzung Zusammenhang Logische Architektur Req01 Req02 Req03 F2 F1 F3 LK2 Req04 Req05 Req06 F4 F5 LK1 LK3 Req07 Req08 F6 F7 F8 Req09 Funktionales Lastenheft Funktionshierarchie TK1 TK2 Technische Architektur 17

18 Umsetzung Umsetzung der Risikominimierung Ziel Risikominimierung Umsetzungsart funktional strukturell (baulich) Integration Mensch technisches System Konstruktion durch pneumatisch E/E/EP 18

19 Umsetzung Möglichkeiten der Risikominimierung aktiv passiv Vorbeuge (prevention) Schutz (protection) Schadensbegrenzung (mitigation) Reaktion (response) Wiederherstellung (recovery) Umsetzung 19

20 Umsetzung Beispiel: Brand in Dieselmotor Vorbeuge (prevention) Schutz (protection) Schadensbegrenzung (mitigation) Reaktion (response) Wiederherstellung (recovery) Brandhemmende Materialien Kapselung des Motors Selbstschließende Brandtüren Sprinkleranlage Reparatur Temperaturüberwach. 20

21 Umsetzung Beispiele für E/E/EP-lose Realisierungen 21

22 Sicherheitsnachweismethoden 22

23 Sicherheitsnachweismethoden Nachweistempel Safety Regelwerke Referenzsystem Explizite Risikoabschätzung FuSiNa andere 23

24 Sicherheitsnachweismethoden Nachweis des SIL Beherrschung Vermeidung des Einbaus Eintrittsminimierung Erkennung & Beseitigung 24

25 Sicherheitsnachweismethoden Beherrschung von Fehlern Was für Beherrschungsmethoden wurden gewählt? Redundanz Watch-Dog Selbsttest Übertemperaturdetektion. Auszugsweise anwendbar für nicht-e/e/ep 25

26 Sicherheitsnachweismethoden Prozessnachweis gg. systematische Fehler Wurde der Herstellungsprozess geeignet befolgt? Spezifikation Anforderungen Test Konfigurationsmanagement Schulung Verifikation / Validation. Modifiziert anwendbar für nicht-e/e/ep 26

27 Sicherheitsnachweismethoden Beweis Ausfallraten zufällige Fehler Werden die Safety Targets eingehalten? FTA ETA Markov Analyse Vollständig anwendbar für nicht-e/e/ep 27

28 Sicherheitsnachweismethoden Beispiel FTA von nicht-e/e/ep 8,01E-29 Druck > 12 bar & 1,00E-03 Tf reagiert nicht auf Überdruck (> 10,5 bar) 8,01E-26 Sicherheitsventile wirken nicht 1 & 9,73E-08 1,00E-03 5,32E-07 5,32E-07 5,32E-07 5,32E-07 Manometer (=Anzeige) gestört Tf übersieht Anzeige 10,5 bar Sicherheitsventil in Wagen 1 versagt 10,5 bar Sicherheitsventil in Wagen 2 versagt 12 bar Sicherheitsventil in Wagen 1 versagt 12 bar Sicherheitsventil in Wagen 2 versagt 28

29 Sicherheitsnachweismethoden Robustheit gg. Einzelfehler Kann ein einziger Fehler katastrophale Folgen haben? Common-Cause Analysis FMEA Vollständig anwendbar für nicht-e/e/ep 29

30 Sicherheitsnachweismethoden Nachweis der Rückwirkungsfreiheit Welchen Einfluss haben unkritische auf sicherheitsrelevante Komponenten? FMEA Cross-matrix Modifiziert anwendbar für nicht-e/e/ep Programmfluss Speicherzugriff Kommunikation Ablauf Ressourcenverknappung physikalische Kopplung 30

31 Sicherheitsnachweismethoden Feststellung 31

32 Funktionaler Nachweis: Einbindung des Bedieners 32

33 Berücksichtigung des Bedieners Beispiel Triebfahrzeugführer PRM Störeinflüsse systematische Fehler Schulungsfehler zufällige Fehler Fehler in Regelwerken Psyche 33

34 Berücksichtigung des Bedieners Beispiel Triebfahrzeugführer PRM Störeinflüsse systematische Fehler Schulungsfehler zufällige Fehler Fehler in Regelwerken Psyche 34

35 Schluss 35

36 Schluss Zusammenfassung Definition Umsetzung Nachweis Funktionales Lastenheft 36

37 Schluss Resümee FuSi-Methoden für nicht-e/e/ep Systeme anzuwenden 37

38 MIT SICHERHEIT VON DER SPEZIFIKATION BIS ZUR ZULASSUNG 38

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