Sicherheitstechnik

Das Projekt ZuverSicht - wie ein effizienter Safety-Nachweis gelingt

Teil 2: Sicherheitsnachweis auf zwei Rollen

Das ZuverSicht-Konzept sieht eine Aufteilung des Sicherheitsnachweises auf zwei Rollen vor: den Sicherheitsfachmann und den Anlagenbauer. Personen, die der Rolle des Sicherheitsfachmanns zuzuordnen sind, sind Fachleute hinsichtlich Normen und Richtlinien im Bereich der funktionalen Sicherheit. Sie haben Erfahrungen im Bereich der Architekturen für sichere Systeme und kennen sich mit notwendigen Diagnosetechniken aus. Jedoch besitzen sie nicht immer das Wissen über die funktionalen Anforderungen, die sich aus einer konkreten Anlage ergeben. Die zweite Rolle wird durch den Begriff Anlagenbauer beschrieben. Dieser ist kein Sicherheitsexperte und möchte möglichst schnell eine Vorgabe für die Realisierung der Sicherheitsfunktion mit einer entsprechenden rechtlichen Absicherung haben. Die Vorgehensweise für einen effizienten Nachweis beruht auf der Verwendung von Mustern zur Umsetzung von Sicherheitsfunktionen wie beispielsweise dem sicheren Halt oder der sicher reduzierten Geschwindigkeit. Die Muster werden durch den Sicherheitsfachmann erstellt – denn er besitzt die hierzu nötige Kompetenz – und enthalten folgende Bestandteile:

• Beschreibung der erfüllten Sicherheitsfunktion,
• benötigte Bestandteile und Funktionen
• sowie Rechenmodelle für den quantitativen Sicherheitsnachweis und Bestimmung der Verfügbarkeit.

Der Anlagenbauer kann so bei der Umsetzung der Sicherheitsfunktionen aus einem Katalog von Mustern das jeweils passende auswählen. Kriterien zur Auswahl des geeigneten Musters sind beispielsweise:

• benötigte Sicherheitsfunktionalität,
• erforderlicher Performance Level nach DIN EN ISO 13849,
• Art der technischen Umsetzung – zum Beispiel pneumatisch oder elektrisch
• sowie vorhandene Standardkomponenten.

Pilz/Daimler

Die Aufgabenteilung zwischen Sicherheitsfachmann und Anlagenbauer: Der Sicherheitsfachmann erstellt die Muster mit den Rechenmodellen, der Anlagenbauer setzt sie um und berechnet die nötigen Kennwerte.

Jedem Muster im Katalog wird ein Rechenmodell hinterlegt, das zum Nachweis der Sicherheit und für Aussagen zur Anlagenverfügbarkeit dient. Die Rechenmodelle bieten dem Benutzer Optionen zur individuellen Anpassung – wie etwa Einsatz diverser Reparaturstrategien, Ausnutzung von Diagnosepotenzial oder zeitweise degradierter Betrieb des Systems – und werden in einem Tool hinterlegt. Für die Erstellung des Rechenmodells stehen dem Sicherheitsfachmann mehrere Ansätze zur Verfügung. Die Modelle, Rechenvorschriften und Tabellen aus der Norm sind einfach zu verwenden, falls sich die entwickelten Systeme auf diese abbilden lassen. Häufig sind diese Modelle jedoch nicht geeignet, da sie starke Ver-einfachungen enthalten oder wichtige Umstände nicht berücksichtigen. Auch sind die berechneten Sicherheitskennwerte auf Grund von Abschätzungen zur sicheren Seite oftmals deutlich zu schlecht.

Für die Modellierung von Sicherheitssystemen haben sich neben Zuverlässigkeitsblockdiagrammen und Fehlerbäumen speziell die Markov-Modelle etabliert. Ein Markov-Modell ist durch einen Zustandsgraphen darstellbar. Die Knoten entsprechen dabei bestimmten Zuständen des Systems und die Kanten den Übergangsraten von einem Zustand in mögliche Folgezustände. Dieser Graph lässt sich als ein Differenzialgleichungssystem darstellen, dessen Lösung numerisch oder bei einfachen Systemen auch symbolisch erfolgen kann. Insbesondere bei komplexen, reparierbaren Komponenten, die mehrere unterschiedliche Ausfallarten besitzen, sind Markov-Modelle, auf denen auch die Säulendiagramme aus der DIN EN ISO 13849 basieren, eine geeignete Wahl.

• Teil 1: Das Projekt ZuverSicht - wie ein effizienter Safety-Nachweis gelingt
• Teil 2: Sicherheitsnachweis auf zwei Rollen
• Teil 3: Zustand „gefährliches Ereignis“
• Teil 4: Spezifikation in drei Schritten
• Teil 5: Systemmodell im Musterkatalog