Safety Engineering

Name: Safety Engineering | Das Praxisbuch für funktionale Sicherheit
Brand: Rheinwerk
Price: 49.9 EUR
Availability: OnlineOnly

Das Praxisbuch für funktionale Sicherheit

Derk Rembold(Autor*in)

Rheinwerk (Verlag)

1. Auflage

Erschienen am 5. März 2024

399 Seiten

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978-3-8362-9930-5 (ISBN)

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Inhalt

Intro
Vorwort
1 Einführung
2 Der Weg durch das Buch
2.1 Einleitende Kapitel
2.2 Methoden zur qualitativen Analyse und Mischformen
2.3 Methoden zur quantitativen Analyse
3 Normen
3.1 Überblick
3.2 Fallbeispiel: Deepwater Horizon
3.3 Die Norm IEC-61508
3.3.1 Konzept und Planung
3.3.2 Entwicklung
3.3.3 Integration
3.3.4 Betrieb und Instandhaltung
3.3.5 Außerbetriebsetzung
3.3.6 Dokumente nach IEC-61508
3.4 Weitere Normen
3.4.1 Die Norm ISO-26262
3.4.2 Die Norm IEC-61511
3.4.3 Die Norm ISA-TR-84.0.02
3.4.4 Die Norm DIN-19250
3.4.5 Die Norm DIN-VDE-0801
3.5 Die Norm IEC-62061 und die Norm ISO-13849
3.6 Abschließende Bemerkungen
4 Ausfälle und Fehler
4.1 Fallbeispiele
4.1.1 Das Seveso-Unglück
4.1.2 Das Metrounglück der Red Line in New York
4.2 Definitionen
4.2.1 Sicherheit
4.2.2 Risiko
4.2.3 Schaden
4.2.4 Zuverlässigkeit
4.2.5 Verfügbarkeit
4.3 Ausfall und Fehler
4.3.1 Zufällige Ausfälle der Hardware
4.3.2 Systematische Ausfälle
4.4 Fehlermöglichkeiten
4.5 Fehlerraten
4.5.1 Sicherheitsrelevanter Faktor
4.5.2 Diagnostic Coverage-Faktor
4.5.3 Safe Failure Fraction
4.6 Fehlertoleranz
4.6.1 Hardwareredundanz
4.6.2 Softwareredundanz
4.6.3 Zeitredundanz
4.6.4 Informationsredundanz
4.6.5 Beispiel von Redundanz mit einem ASIC
4.7 Minimale Schnittmenge und Fehler gemeinsamer Ursache
4.8 Abschließende Bemerkungen
5 Softwaresicherheit
5.1 Fallbeispiel: Flight 965
5.2 Softwareentwicklung
5.2.1 Modularisierung und strukturierte Programmierung
5.2.2 Entwurfs- und Codierungsrichtlinien
5.2.3 Rechnergestützte Entwurfswerkzeuge
5.2.4 Statischer Quellcode-Analysator
5.2.5 Dynamischer Quellcode-Analysator
5.2.6 Quellcode-Speicher bzw. Repository
5.2.7 Quellcode-Beautifier
5.2.8 Quellcode-Reviewing
5.2.9 Defensive Programmierung
5.2.10 Semiformale Methoden
5.2.11 Verweise im Dokument Software Safety Requirements
5.3 Modul- und Integrationstests
5.3.1 Verifikation
5.3.2 Validierung
5.3.3 Modul-Logging
5.3.4 Testabdeckung
5.3.5 Blackboxtest
5.3.6 Leistungstest
5.3.7 Software und Hardwareintegration
5.3.8 Ticketmanagementsystem
5.3.9 Konfigurationsmanagementsystem
5.4 Überblick über Entwicklungspläne und Testpläne
5.5 Softwareentwicklungsprozess und Bauplan
5.5.1 Softwareentwicklungsprozess
5.5.2 Bauplan
5.5.3 Bezug zum Fallbeispiel
5.6 Abschließende Bemerkungen
6 Hardwaresicherheit
6.1 Fallbeispiel: Das Spaceshuttle-Challenger-Unglück
6.2 Hardwareentwicklung
6.2.1 Hardware Description Language
6.2.2 Sprachen für speicherprogrammierbare Steuerungen
6.2.3 Ablaufsprachen
6.2.4 Sicherheitstechniken realisiert durch Hardware
6.3 Überblick über Entwicklungs-, Integrations- und Testpläne
6.4 Hierarchische Struktur der Hardware
6.5 Bestimmung des Sicherheitsintegritätslevels
6.5.1 Route-1H-Methode
6.5.2 Route-2H-Methode
6.6 Abschließende Bemerkungen
7 Kenngrößen
7.1 Fallbeispiel: Starfighter
7.2 Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls
7.2.1 Additionsoperation
7.2.2 Komplementäroperation
7.2.3 Multiplikationsoperation
7.2.4 Bedingte Wahrscheinlichkeit
7.3 Zuverlässigkeit und Ausfallwahrscheinlichkeit
7.4 Dichtefunktionen der Ausfallhäufigkeit
7.4.1 Dichtefunktion der Exponentialverteilung
7.4.2 Dichtefunktion der Weibullverteilung
7.4.3 Dichtefunktion der Normalverteilung
7.4.4 Dichtefunktion der Lognormalverteilung
7.5 Statistische Kennzahlen
7.5.1 Mittlere Betriebszeit
7.5.2 Mittlere Reparaturzeit
7.5.3 Mittlere Ausfallzeit
7.6 Ausfallrate
7.7 Nichtverfügbarkeit und Ausfallrate des Sicherheitssystems
7.7.1 Probability for Dangerous Failure on Demand, PFD
7.7.2 Mittlere Ausfallzeit bei nicht-entdeckbarem Fehler
7.7.3 Mittlere Ausfallzeit bei entdeckbarem Fehler
7.7.4 Mittlere Ausfallzeit bei entdeckbarem und nicht-entdeckbarem Fehler
7.7.5 Average Frequency of dangerous Failures, PFH
7.8 Abschließende Bemerkungen
8 Gefahrenanalyse
8.1 Fallbeispiel: Das Unglück in Bhopal, Indien
8.2 Methoden zur Gefahrenanalyse
8.2.1 Qualitative Methoden zur Gefahrenanalyse
8.2.2 Quantitative Methoden zur Gefahrenanalyse
8.3 Failure Mode Effect Analysis
8.3.1 Ziele von FMEA
8.3.2 Schritte von FMEA
8.3.3 Vorgehen bei der Analyse
8.4 Das ALARP-Prinzip
8.5 Hazard and Operability
8.5.1 Definitionen
8.5.2 Vorbereitung
8.5.3 Analyse
8.5.4 Dokumentation
8.5.5 Vorgehen bei der HAZOP-Untersuchung
8.6 Abschließende Bemerkungen
9 Kenngrößenbestimmung
9.1 Fallbeispiel: Fords Pinto Memo
9.2 Bestimmung der Ausfallrate aus Handbüchern
9.2.1 Part-Stress-Analyse
9.2.2 Part-Count-Analyse
9.2.3 Die Norm IEC-61709
9.3 Parameterfreie statistische Methoden
9.4 Parametrisierte statistische Methoden
9.4.1 Parametrisierte statistische Methoden mit unzensierten Daten
9.4.2 Parametrisierte statistische Methoden mit zensierten Daten
9.5 Datensammlung
9.5.1 Anforderungen an die Daten
9.5.2 Prozess für die Datensammlung
9.5.3 Strukturierung der Daten
9.5.4 Beispieltabellen für die Datenbank
9.6 Abschließende Bemerkungen
10 Fehlerbaumanalyse
10.1 Fallbeispiel: Der Three-Miles-Island-Reaktorunfall
10.2 Anwendung der Fehlerbaumanalyse
10.2.1 Systemanalyse
10.2.2 Definition des unerwünschten Ereignisses
10.2.3 Aufstellung des Fehlerbaums
10.2.4 Auswertung des Fehlerbaums
10.2.5 Dokumentation, Präsentation und Schlussfolgerung
10.3 Symbole
10.3.1 Ereignisse und Kommentarboxen
10.3.2 Gatter
10.4 Fehlerbaumerstellung
10.5 Fehlerbaumanalyse
10.5.1 Qualitative Auswertung
10.5.2 Quantitative Auswertung
10.6 Weitere Analysetechniken
10.6.1 Sensitivitätsanalyse
10.6.2 Monte Carlo-Analyse
10.7 Abschließende Bemerkungen
11 Risikograph
11.1 Fallbeispiel: Das Zugunglück bei East Palastine, Ohio
11.2 Risikograph nach IEC-61508
11.2.1 Parameter des Risikographen
11.2.2 Kalibrierung des Risikograph
11.3 Risikograph nach ISO-26262
11.4 Abschließende Bemerkungen
12 Layer of Protection Analysis
12.1 Fallbeispiel: Das Brandunglück im St.-Gotthard-Tunnel
12.2 Funktionale Sicherheit mit Schutzebenen
12.3 Typische Schutzebenen
12.3.1 Allgemeiner Prozessentwurf
12.3.2 Basisprozesskontrollsystem
12.3.3 Alarme
12.3.4 Weitere Maßnahmen zur Risikominimierung und eingeschränkter Zugang
12.3.5 Unabhängige Schutzebenen
12.3.6 SIS als IPL
12.3.7 Risikoreduzierung durch Aneinanderreihung der Schutzebenen
12.4 Layer-of-Protection-Analyse, die Erweiterung von HAZOP
12.4.1 Protection Layers
12.4.2 Auswertung der LOPA
12.5 Anwendung von LOPA am Fallbeispiel
12.6 Abschließende Bemerkungen
13 Zuverlässigkeitsblockdiagramme
13.1 Fallbeispiel: Jakarta Incident
13.2 Modellierung der Zuverlässigkeit
13.2.1 Zuverlässigkeitsblockdiagramm und Funktionsblockdiagramm
13.2.2 Zwei Beispiele von Quadschaltungen
13.2.3 Arten von Redundanzen
13.3 Strukturen mit RBD
13.3.1 Zeitunabhängige Serien- und Parallelstrukturen
13.3.2 Gemischte Strukturen
13.3.3 RBD-Strukturen mit Vernetzungen
13.3.4 Zeitabhängige RBD
13.3.5 RBD und Fehlerbäume
13.3.6 doon-Architekturen
13.3.7 Teilsysteme aus Einzelkomponenten und aus redundanten Komponenten
13.4 Abschließende Bemerkungen
14 Markov-Prozess
14.1 Fallbeispiel: Das Seilbahnunglück am Monte Mottarone
14.2 Theoretische Grundlagen
14.2.1 Zustände und Zustandswechsel
14.2.2 Übergangsratenmatrix
14.3 Markov-Prozess eines einfachen Systems
14.4 Markov-Prozess eines einfachen redundanten Systems
14.5 Markov-Prozess eines redundanten Systems mit entdeckbaren und nicht-entdeckbaren Ausfällen
14.6 Abschließende Bemerkungen
15 Markov Decision-Prozess
15.1 Fallbeispiel: Das Autopilotsystem des Tesla Model S
15.2 Einführung in den Markov Decision-Prozess
15.3 Grundlagen des MDP
15.4 Belohnungsfunktionen
15.5 Optimale Belohnungsfunktionen
15.5.1 Berechnung der Belohnungen über Iterationen
15.6 Ausflug in die künstliche Intelligenz
15.6.1 Neuronales Netz
15.6.2 Replay Memory
15.6.3 Algorithmus
15.7 Abschließende Bemerkungen
16 Reliability, Availability, Maintainability und Serviceability
16.1 Fallbeispiel: Das Kursk-Unglück
16.2 Das einfache System
16.2.1 Zuverlässigkeit des einfachen Systems
16.2.2 Verfügbarkeit des einfachen Systems
16.3 Das serielle System
16.3.1 Zuverlässigkeit des seriellen Systems
16.3.2 Verfügbarkeit des seriellen Systems
16.4 Das parallele System
16.4.1 Zuverlässigkeit des parallelen Systems
16.4.2 Verfügbarkeit des parallelen Systems
16.5 Die 1oo2-Architektur
16.5.1 Zuverlässigkeit der 1oo2-Architektur
16.5.2 Verfügbarkeit des 1oo2-Architektur
16.6 Bestimmung der PFDavg von unterschiedlichen Architekturen
16.6.1 PFDavg der 1oo2-Architektur
16.6.2 PFDavg der 2oo2-Architektur
16.6.3 PFDavg der 1oo3-Architektur
16.6.4 PFDavg der doon-Architektur
16.7 Abschließende Bemerkungen
17 Binary Decision Diagramms
17.1 Fallbeispiel: Permissive Action Link
17.2 Fehlerbäume und Zustandsräume
17.3 Binary Decision Diagrams über den shannonschen Zerlegungssatz
17.3.1 Der shannonsche Zerlegungssatz
17.3.2 Und-Gatter, Oder-Gatter und 2oo3-Architektur
17.3.3 Und-Gatter
17.3.4 Oder-Gatter
17.3.5 2oo3-Architektur
17.4 Aufbau von BDD aus Zustandsraum und Reduktion
17.5 Aufbau von BDD aus FT
17.6 Anwendung von BDD am Fallbeispiel
17.7 Abschließende Bemerkungen
Literaturverzeichnis
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