Integration eines Standards zur funktionalen Sicherheit in eine bestehende Organisation

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1 Integration eines Standards zur funktionalen Sicherheit in eine bestehende Organisation Herausforderungen und Lösungswege BICCtalk Wie entwickelt die Zukunft Embedded-Systeme? Garching, 5. Februar 2013

2 BICCtalk Integration funktionale Sicherheit Knorr-Bremse ist der weltweit führende Hersteller von Bremssystemen für Schienen- und Nutzfahrzeuge Systeme für Schienenfahrzeuge Systeme für Nutzfahrzeuge Metros Trambahnen Triebzüge Hochgeschwindigkeits- Lokomotiven Reisezugwagen Güterwagen Lastkraftwagen Anhänger Reise- und Nahverkehrsbusse Sonderfahrzeuge züge Mehr als 1 Milliarde Menschen weltweit vertrauen täglich Systemen von Knorr-Bremse 2

3 Produktbeispiele im Bereich Bremssysteme für Nutzfahrzeuge Luftbeschaffung / -aufbereitung Ein- und Zwei- Zylinderkompressoren Modulare Luftaufbereitungs- Systeme Integrierte Komponenten mit elektronischer Steuerung Brems- / Fahrwerksteuerung Antiblockiersystem ABS und Elektronisches Bremssystem EBS mit Stabilisierungsprogrammen für Zug- und Anhängerfahrzeug Elektronisches Niveauregelsystem Adaptiver Geschwindigkeitsregler Konventionelle Ventile Radbremse / Bremszylinder Membran- und Kombizylinder Spezielle Scheibenbremsenapplikationen für Zug- und Anhängefahrzeug Trommelbremse inklusive Gestängesteller 3

4 Motivation: Höchste Sicherheitsstandards für unsere Kunden Q-First Quality Policy (Safety) wir haben uns in Entwicklung und Produktion Null Fehler zum Ziel gesetzt, um Maßstab in Sachen Qualität und Produktsicherheit zu werden. wir engagieren uns für die permanente Verbesserung der Qualität unserer Produkte und Dienstleistungen Wir entwickeln und fertigen Produkte, die unseren Kunden ermöglichen, ihre Fahrzeuge sicher zu beherrschen und keine Menschenleben zu gefährden 4

5 Von der System / Produkt-Sicherheit zur funktionalen Sicherheit System / Produkt-Sicherheit Abwesenheit von unangemessenen Risiken durch Gefährdungen, die ihre Ursachen in Fehlern oder dem Versagen von sicherheitskritischen Systemen oder Produkten und deren Zusammenwirken haben Dies wird erreicht durch eine Anzahl an Sicherheitsmaßnahmen, die in unterschiedlichen Technologien realisiert sind Qualitätsmanagement Ein etabliertes QM-system ist die Voraussetzung für die Einführung eines Sicherheitsmanagements Basierend üblicherweise auf ISO/TS (oder ISO 9001) Mechanisch Hydraulisch Pneumatisch elektrisch Mechatronisch elektronisch programmierbar 5

6 Von der System / Produkt-Sicherheit zur funktionalen Sicherheit System / Produkt-Sicherheit Abwesenheit von unangemessenen Risiken durch Gefährdungen, die ihre Ursachen in Fehlern oder dem Versagen von sicherheitskritischen Systemen oder Produkten und deren Zusammenwirken haben Dies wird erreicht durch eine Anzahl an Sicherheitsmaßnahmen, die in unterschiedlichen Technologien realisiert sind Qualitätsmanagement Ein etabliertes QM-system ist die Voraussetzung für die Einführung eines Sicherheitsmanagements Basierend üblicherweise auf ISO/TS (oder ISO 9001) Sicherheitsmanagement ist die logische Erweiterung der QM-Anforderungen um die Aspekte der funktionalen Sicherheit Mechanisch Hydraulisch Pneumatisch Anmerkung: Funktionale Sicherheit bezieht sich nicht auf Gefährdungen wie z.b. Elektroschlag, Feuer, Rauch, Hitze, Strahlung, Gift, Korrosion, freiwerdende Energie und ähnliches soweit diese nicht direkt durch das Fehlverhalten eines E/E Systems hervorgerufen werden. Mechatronisch elektrisch elektronisch programmierbar Abwesenheit von unangemessenen Risiken durch Gefährdungen, die ihre Ursachen im Fehlverhalten von E/Esicherheitsbezogenen Systemen und deren Zusammenwirken haben. Funktionale Sicherheit 6

7 Auswahl des geeigneten Standards DIN V / 51 DIN V VDE 0801 Im Jahr 2004 zurückgezogener DIN Entwurf zur Realisierung sicherheitsbezogener elektronischer Systeme IEC DIN EN Funktionale Sicherheit - Sicherheitssysteme (E/E/PES) Heutige Basisnorm mit Gültigkeit seit 2002 ISO ISO Applikationsspezifischer Standard für Kraftfahrzeuge bis 3,5 t basierend auf der IEC Applikationsspezifischer Standard für Traktoren und Maschinen in der Land- und Forstwirtschaft Basierend auf der IEC Weitere ISO 15998, EN 5012x, IEC 62061, ISO

8 Auswahl des geeigneten Standards ISO Applikationsstandard auf Basis IEC gültig seit 11/2011 primäre Applikation: Serien-PKW bis 3,5 t Nutzfahrzeuge derzeit (noch) nicht integriert aber auch nicht ausgeschlossen definiert auf Basis eines Produktentstehungsprozesses (V-Modell) einen Sicherheitslebenszyklus von der Konzeptphase bis zur Außerbetriebnahme XXXX 8

9 Herausforderungen Integration in den aktuellen Produktentwicklungsprozess (PDP) Ein global gültiger PDP Seit 1985 mehr als 75 Akquisitionen und Joint Ventures 13 neue Standorte (teilweise mit lokaler Entwicklung) seit 2005 eröffnet Aktuell 87 Standorte in 27 Ländern auf allen Kontinenten, davon 56 Produktionsstandorte Weltweit ca Mitarbeiter in Forschung und Entwicklung 9

10 Herausforderungen Integration in den aktuellen Produktentwicklungsprozess (PDP) Ein global gültiger PDP Seit 1985 mehr als 75 Akquisitionen und Joint Ventures 13 neue Standorte (teilweise mit lokaler Entwicklung) seit 2005 eröffnet Aktuell 87 Standorte in 27 Ländern auf allen Kontinenten, davon 56 Produktionsstandorte Weltweit ca Mitarbeiter in Forschung und Entwicklung Besondere Anforderungen Abbildung lokaler Standards und Gesetze SAE ISO NHTSA FMVSS ECE DIN JSAE GB AIS 10

11 Herausforderungen Integration in den aktuellen Produktentwicklungsprozess (PDP) Ein global gültiger PDP Seit 1985 mehr als 75 Akquisitionen und Joint Ventures 13 neue Standorte (teilweise mit lokaler Entwicklung) seit 2005 eröffnet Aktuell 87 Standorte in 27 Ländern auf allen Kontinenten, davon 56 Produktionsstandorte Weltweit ca Mitarbeiter in Forschung und Entwicklung Besondere Anforderungen Abbildung lokaler Standards und Gesetze Gemeinsamer effektiver PDP für alle Standorte 11

12 Herausforderungen Integration in den aktuellen Produktentwicklungsprozess (PDP) Ein global gültiger PDP Seit 1985 mehr als 75 Akquisitionen und Joint Ventures 13 neue Standorte (teilweise mit lokaler Entwicklung) seit 2005 eröffnet Aktuell 87 Standorte in 27 Ländern auf allen Kontinenten, davon 56 Produktionsstandorte Weltweit ca Mitarbeiter in Forschung und Entwicklung Besondere Anforderungen Abbildung lokaler Standards und Gesetze Gemeinsamer effektiver PDP für alle Standorte Unterschiedliche Ansichten über best practice? 12

13 Herausforderungen #1 Global verteilte Produktentwicklung Projektbeispiel Softwarekomponenten / -integration Deutschland, Ungarn, Indien Mechatronik Deutschland Aktiver Sensor (Subsystem) USA Kunde Russland 13

14 Herausforderungen #2 Unterschiedliche lokale Sichtweisen / Anforderungen UN-Initiative 2011 bis 2020 Dekade der Sicherheit auf Straßen Aber ISO wird unterschiedlich gesehen Vorlage für Rechtsstreitigkeiten Stand der Technik Business Killer 14

15 Herausforderungen #3 Unterschiedliche, überlappende Standards Standards ersetzen sich gegenseitig nur in wenigen Fällen Übereinstimmung ist zumindest mit TS 16949, ISO und CMMI ML 2 / 3 gefordert Management System allgemein Management System TS16949 PMI CMMI F&E Prozess Anforderungen detailliert Funktionale Sicherheit Anforderungen detailliert ISO26262 Produkt Qualitätsplan allgemein Projekt Mgmt. Anforderungen detailliert 15

16 Herausforderungen #4 Unterschiede im Reifegrad (Regionen, Organisationen) Die Streuung der Prozessreifegrade einer lokaler Organisationen ist ein Hindernis für konsistente, auditierbare Prozesse Org. 3 Software Development Entwicklung Sicherheitsanforderungen überwiegend beschrieben und verifiziert Elektronik Entwicklung Org.1 Org. 2 Sicherheitsanforderungen grob beschrieben und verifiziert Mechatronik Mechanic development Entwicklung 1 Initial 2 Managed 3 Defined 4 Quantitativly managed 5 Optimizing 16

17 Herausforderungen #5 Integration unterschiedlicher Prozessanforderungen TS16949 APQP PMI CMMI ISO26262 Definition Übereinstimmung Projektspezifische Anpassungen Assessment Überprüfung der funkt. Sicherheit Definierter Prozess Gelebter Prozess Qualitätssicherung Arbeitsergebnisse Nach: Papst, Löw, Petry: Funktionale Sicherheit in der Praxis 17

18 Herausforderungen #6 Unabhängigkeit der Reviewer Abhängig vom notwendigen ASIL muss die organisatorische Unabhängigkeit der Bestätigungsmaßnahmen nachgewiesen werden Organisationsfremden Assessoren fehlt u. U. das notwendige Fachwissen Confirmation Measure Review of Functional Hazard Assessment Degree of independency ASIL A B C D Review of Safety Plan - I1 I2 I3 Review of Integration and Test Plans I0 I1 I2 I2 Review of Validation Plan I0 I1 I2 I2 Review of Safety Analysis (Hardware Proofs) I1 I1 I2 I3 Qualification Review of Software Tools - I0 I1 I1 Qualification of Proven in Use Argument I0 I1 I2 I3 Confirmation of Completeness of Safety Case I0 I1 I2 I3 Process Audit of Functional Safety - I0 I2 I3 Functional Safety Assessment - I0 I2 I3 I3 -: No Requirement I0: Recommended, by a different person I1: Mandatory, by a different person I2: Mandatory, by a person from a different team, i.e. not reporting to the same direct superior I3: Mandatory, by a person from a different department or organization, i.e. independent from the department responsible for the considered work product(s) regarding management, resources and release authority. 18

19 Lösung alle notwendigen Bereiche adressieren " Grundsätze und Strategien sind notwendig zur Unterstützung von Entwicklung, Produktion und Betrieb von sicherheitsbezogenen Systemen " Es existiert eine unabhängige Organisation, die die Safety- Manager hinsichtlich Audits, Reviews und Assessments unterstützt " Safety-Manager sind durch die Organisation mit der Verantwortung, der Autorität und der notwendigen Ausbildung ausgestattet und den Projekten zugeordnet " Das Kernteam der Projekte ist in Bezug auf funktionale Sicherheit hinreichend geschult " Erfahrungen (Lessons learnt) werden systematisch erfasst und genutzt Kultur Projekte/ Produkte Standards " Alle E/E Projekte nutzen die dem ASIL spezifische Methoden " Alle E/E Produkte werden durch eine projektunabhängige Organisation in Übereinstimmung mit den Sicherheitsanforderungen validiert und freigegeben " In allen E/E Projekten und Produkten ist der notwendige Produktentwicklungsprozess (PDC) etabliert " Anforderungen des Sicherheitslebenszyklus an die unterschiedlichen Stardards sind in den PDC integriert " Standardisierte Vorlagen unterstützen den Safety-Manager 19

20 Lösung der Realisierung der organisatorischen Unabhängigkeit Product Safety Group (PSG) der Teilkonzerne SfN & SfS Kernaufgabe der PSG ist es die Entwicklung sicherer Produkte entsprechend der Standards zu unterstützen Sie ist unabhängig Sie unterstützt die Verantwortlichen für funktionale Sicherheit in den Projekten Sie überwacht die Umsetzung von Sicherheitsrichtlinien Übernimmt die Überprüfungen bei ASIL C/D Berichtet regelmäßig an die Geschäftsführung Sorgt für Informationsaustausch unter den Sicherheitsverantwortlichen Corporate Functional Safety Manager CoC Functional Safety Manager Project Functional Safety Manager 20

21 Lösung Unterteilen des PDP in performance level" Performance Level Ist eine organisationabhängiges Maß des erreichten Reifegrades Der PDP beschreibt die Gesamtheit aller Anforderungen Über den gesamten Prozess können die zu erfüllenden Anforderungen abhängig von den Projektanforderungen ausgewählt werden 1 TS16949 / APQP 4 CMMI ML3 3 CMMI, ASPICE CL2 / ISO PMI (OPM3) Project Management 5+n PEP ohne funktionale Sicherheit 21

22 Lösung Unterteilen des PDP in performance level" Für jeden Performance Level sind spezifische Prozesse, Methoden, Werkzeuge und Rollen definiert (Beispiel) 4 CMMI ML3 Project Asset Library; Test Management MKS TM 3 CMMI, ASPICE CL2 / ISO PMI (OPM3) Project Management 1 TS16949 / APQP DPP HW/SW/ ME development, PI FHA, PI SSA, gps PAM DPP Reliability GCM PDP 6.2 Sec. P. S Requirements Management; Bidirectional tracability ASIL; Safety Goals; DIA; KPI PM Workbook, PM Dashboard, Reliability Workbook, IOP, Lessons learnt; DVP; BoM Tracking; PSPP FMEA, Control Plan, Gate Review, Project Plan, Business Case, S/C, C/C MKS RM, ITEM CVS-PLM, SCIO Project Folder; MS Office Safety Managers, Assessor PPC, SC; PM, Core team Project Team Processes Methods Tools Roles 22

23 PDP mit integriertem Sicherheitslebenszyklus Performance Level 3 (PL3) Übersicht PDP beschreibt den vollständigen Lebenszyklus des Produktentwicklungsprozesses inklusive Sicherheitslebenszyklus Bisherige PDP Struktur ist beibehalten, Sicherheitsaktivitäten sind zu den Arbeitspaketen hinzugefügt Neue Arbeitspakete der Rolle des Managers Funktionale Sicherheit sind definiert Eine in sich geschlossene Definition Projekte ohne Elektronik / Software können den PDP an ihre Anforderungen anpassen ohne ihn zu verlassen 23

24 Beispiel Qualitäts- und Sicherheitsplan (QSP) Notwendige Ergänzungen oder zugeschnittene Aktivitäten, Methoden und Werkzeuge Erstellt durch die Projektverantwortlichen für Qualität und funktionale Sicherheit Wird projektunabhängig überprüft 24

25 Beispiel Übersicht über die notwendigen Arbeitsprodukte (IOP) Beinhaltet alle möglichen Arbeitsergebnisse eines PDP Projektes Wird nach den Definitionen im QSP projektspezifisch angepasst 25

26 Beispiel Anpassen von Checklisten für Freigabetore Gate Checklisten Beinhalten alle Pflichtfragen für ein Freigabetor Wird nach den Definitionen im QSP projektspezifisch angepasst 26

27 Beispiel PDP Tool Schlüsselidee: Ein gemeinsamer Zugang zu Prozessanforderungen, Projektaktivitäten und -ergebnissen Direkter und einfacher rollenbasierter Zugriff Informationen verschiedener Quellen werden gebündelt Keine zusätzlichen Ablagen Web-basierendes Interface Volltextsuche für Projekte und Aktivitäten Schneller Projektzugang Schneller Zugang über Rollen / Dokumente / Aktivitäten / Methoden und Werkzeugen Schneller Zugang zu Prozessdefinitionen Übersicht 27

28 Beispiel PDP Tool Assistent 28

29 Zusammenfassung #1 Globale Produktentwicklung #2 lokale Sichtweisen #3 Unterschiedliche Standards Identischer Produktentwicklungsprozess an allen Standorten Werden respektiert und unterstützt durch die Realisierung von Prozessreifegraden (Performance Level) und projektspezifischem Zuschneiden der Prozesse Sind im PDP integriert und gegenseitig abgegrenzt durch die Definitionen in den Prozessreifegraden #4 Unterschiede im Reifegrad #5 Prozessanforderungen #6 unabhängige Reviewer Sind temporär akzeptiert und im Fokus eines ständigen Verbesserungsprozesses Sind verständlich etabliert durch den Qualitäts- & Sicherheitsplan PDP Tool sorgt für eine effektive Prozessanwendung und Effizienzsteigerung Installation einer Product Safety Group aus beiden Teilkonzernen 29

30 Das Vertrauen von mehr als einer Milliarde Menschen ist der tägliche Ansporn, die Welt auch in Zukunft ein Stück sicherer zu machen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Ulrich Kanzler Tel.: Fax: Frankenstraße 150C D Nürnberg

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