Sicherheit & Zuverlässigkeit

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Gotthilf Arnold
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1 Fakultät Elektrotechnik & Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik Sicherheit & Zuverlässigkeit Einführung VL PLT-2 Professur für Prozessleittechnik

2 Übersicht Begriffe Sicherheit, Zuverlässigkeit Gefahr, Risiko Fehler, Ausfall, Arten von Fehlern und Ausfällen Qualitative Prinzipien zur Erhöhung von Sicherheit Forderung nach quantitativem Nachweis der Erfüllung einer Anforderung: Zuverlässigkeitstechnik TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 2

von Sicherheit Forderung nach quantitativem Nachweis der Erfüllung einer

3 Zuverlässigkeit = Sicherheit? Im Alltagsgebrauch oft fast synonym gebraucht Sicherheit = Schutz Das sichere Ereignis, mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit In technischen System (und der PIV) jedoch: Zuverlässigkeit: Verhinderung des Ausfalls eines Systems Sicherheit: Verhinderung einer Gefahr Achtung: Die Eigenschaften sicher und zuverlässig können in technischen Systemen weitgehend unabhängig voneinander auftreten! Beispiel Verkehrsmittel: zuverlässig (ich kann mich darauf verlassen, pünktlich anzukommen), sicher (ich kann darin vertrauen, dass mir nichts passiert) TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 3

(und der PIV) jedoch: Zuverlässigkeit: Verhinderung des Ausfalls eines Systems Sicherheit: Verhinderung einer Gefahr Achtung: Die Eigenschaften sicher und

4 Definition Zuverlässigkeit Gesamtheit der Eigenschaften, welche sich auf die Eignung zur Erfüllung der Erfordernisse unter gegebenen Bedingungen für ein gegebenes Zeitintervall beziehen Sicherheit Fähigkeit, innerhalb vorgegebener Grenzen für eine gegebene Zeitdauer keine Gefahr zu bewirken oder eintreten zu lassen Maßnahmen richten sich gegen Gründe für Maßnahmen Nachweisverfahren Auftreten von Fehlern und Ausfällen Wirtschaftlichkeit Zuverlässigkeitsberechnung, Garantiezeiten Gefährlichen Auswirkungen von Fehlern und Ausfällen Genehmigung durch eine Zulassungsbehörde Sicherheitsnachweis (nach Lauber & Göhner 1999) TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 4

richten sich gegen Gründe für Maßnahmen Nachweisverfahren Auftreten von Fehlern und Ausfällen Wirtschaftlichkeit Zuverlässigkeitsberechnung, Garantiezeiten Gefährlichen

5 Safety vs. Security Sicherheit (Safety) Verhinderung von Gefahren, die von der PLT ausgehen Sicherheit (Security) Verhinderung von Bedrohungen, die während des Betriebs von Menschen oder der Umwelt ausgehen (Lauber & Göhner 1999) TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 5

PLT ausgehen Sicherheit (Security) Verhinderung von Bedrohungen, die

6 Definition von Sicherheit Risiko (DIN VDE Teil 2) Das Risiko eines Systems wird zusammenfassend durch eine Wahrscheinlichkeitsaussage beschrieben, die die erwartete Häufigkeit und das Schadensausmaß eines Ereignisses berücksichtigt Grenzrisiko Das größte noch vertretbare Risiko eines bestimmten Vorgangs oder Zustands TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 6

Häufigkeit und das Schadensausmaß eines Ereignisses berücksichtigt Grenzrisiko Das größte noch

7 Ausfälle und Fehler Fehler (Anlehnung an DIN 40041) Nichterfüllung vorgegebener Forderungen durch einen Merkmalswert (Zustand) Ausfall Das Aussetzen der Ausführung einer festgelegten Aufgabe. Übergang vom fehlerfreien in den fehlerhaften Zustand (Ereignis) TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 7

Aussetzen der Ausführung einer festgelegten Aufgabe.

8 Arten von Fehlern und Ausfällen 2 Grundübel physikalisch-chemische Ausfallmechanismen Menschliche Fehlermechanismen (Lauber & Göhner 1999) TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 8

9 Strategien Perfektions- oder Intoleranzstrategie Vermeidung von Fehlern und Ausfällen. Optimierungsziel: fehler/ausfallfreies System Methode 1: Fehlerabwehr (Planung). Methode 2: Fehleroffenbarung (z.b. bei Inbetriebnahme). Fehlertoleranz-Strategie Tolerieren von Ausfällen als technik -gegeben. Optimierungsziel: Abwendung von Schaden Methode 1: Redundanz-Maßnahmen Methode 2: Schutzmaßnahmen Vorgabe durch Gesetzgeber bei bestimmten Anlagen BimSch, Störfallverordnung,... Prozessleittechnik: Kombination TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 9

Fehlertoleranz-Strategie Tolerieren von Ausfällen als technik -gegeben.

10 Störfallverordnung Vorgaben: Anlage ist mit ausreichenden Warn- Alarm- und Sicherheitseinrichtungen auszurüsten mit ausreichend zuverlässigen PLT-Einrichtungen i auszustatten tt in sicherheitstechnischer Hinsicht ständig zu überwachen und regelmäßig zu warten Die erforderlichen sicherheitstechnischen Vorkehrungen zur Vermeidung von Fehlbedienungen sind zu treffen. Für Wartungsarbeiten und Funktionsprüfungen an sicherheitstechnisch bedeutsamen PLT-Einrichtungen sind Checklisten zu erstellen Die sicherheitstechnisch bedeutsamen Wartungs- und Reparaturarbeiten sowie Funktionsprüfungen sind zu dokumentieren Unterlagen sind mindestens 5 Jahre aufzubewahren. TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 10

11 Qualititative Prinzipien der Sicherheitstechnik 1. Prinzip der Redundanz Wichtige sicherheitstechnische Komponenten werden mehrfach und parallel derart eingesetzt, dass bei zufälligem Versagen einer Komponente die entsprechende weitere die Aufgabe sofort übernehmen kann 2. Prinzip der Diversität Erkennen von Fehlern und einleiten von Maßnahmen durch jeweils physikalisch verschiedene Vorgänge 3. Prinzip der räumlichen Trennung Redundante Einrichtungen werden soweit getrennt, dass sie durch gemeinsamen Ursachen nicht gleichzeitg gestört werden 4. Fail-Safe-Prinzip Ausfall von Komponenten in die sichere Richtung. TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 11

entsprechende weitere die Aufgabe sofort übernehmen kann 2.

12 Quantitative Bewertung der Maßnahmen Forderung: Sicherheitsnachweis Schwachstellenermittlung, Schwachstellenanalyse Festlegung von Reparatur- und Wartungsstrategien Entscheidung bei Alternativen Quantitative Bewertung des Risikos notwendig Auswirkungen eines Ereignisses Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 12

Wartungsstrategien Entscheidung bei Alternativen Quantitative Bewertung des Risikos

13 Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit (engl. Reliability) ist ein Maß für die Fähigkeit des Systems, funktionstüchtig zu bleiben, z.b. die Wahrscheinlichkeit, dass das System während einer bestimmten Zeitdauer t nicht versagt DIN 40041: Zuverlässigkeit ist die Beschaffenheit bezüglich der Eignung, während oder nach vorgegebenen Zeitspannen bei vorgegebenen Arbeitsbedingungen die Zuverlässigkeitsanforderungen zu erfüllen TU Dresden, PLT-2 (c) , UR Folie 13

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