Beitrag zur Betrachtung des Einflusses der Anforderungen auf die Hazard-Rate unter besonderer Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Anforderungsrate, Ausfallrate, Probability of Dangerous Failure on Demand, Probability of Dangerous Failure per Hour und Hazard-Rate

Durch die Digitalisierung verstärkt sich der Einsatz von komplexen elektronischen Systemen. Diese Systeme müssen sowohl gesetzlich und normativ geforderte Sicherheitsaspekte erfüllen als auch betriebswirtschaftlich ihre Rendite durch Verfügbarkeit erzielen. Einhergehend mit der Komplexität steigen die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit für das Gesamtsystem bestehend aus dem zu überwachenden System und dem Sicherheitssystem. In dieser Monographie werden Erweiterungen von existierenden Modellen zur Berechnung der Sicherheitsparameter vorgestellt. Ziel ist es, dem Sicherheitsingenieur analytische Lösungen zur Berechnung von Sicherheitsparametern zur Verfügung zu stellen, um verschiedene Derivate einer 1oo1-Sicherheitsarchitektur konsistent beurteilen zu können. Als Modellierungsansatz sind modifizierte Markov-Modelle gewählt, die – in einem weiteren Abschnitt – für mehrkanalige Sicherheitssysteme erweitert werden. Sowohl für verschiedene 1oo1- als auch für XooY-Sicherheitsarchitekturen werden Gleichungen für die Sicherheitsparameter Ausfallwahrscheinlichkeit PFD, Ausfallhäufigkeit PFH und Hazard-Rate HR vorgestellt, jeweils in Abhängigkeit der Anforderungsrate und weiterer Einflussparameter wie

• Langsame und schnelle Diagnose • Online-Diagnosen in Form von Vorder- und Hintergrundtest • Manuelle Diagnosen durch Wiederholungsprüfungen (Proof-Tests), Partial-Stroke-Test oder Unvollständige Wiederholungsprüfungen • Zweitfehler • Sicherheitszeit • Verschiedene Sicherheitszustände

Für jedes Markov-Modell werden auf Basis des daraus abgeleiteten Differentialgleichungssystems Näherungslösungen unterschiedlicher Ordnung für die Sicherheitsparameter angegeben. Bei den komplexeren Modellen muss dabei darauf geachtet werden, dass die Näherungslösungen eine genügend hohe Ordnung besitzen. Hintergrund ist, dass manche Einflussparameter sich erst bei höheren Ordnungen in den Näherungslösungen wiederfinden.

Die in dieser Arbeit betrachteten Architekturen können für Sicherheitssysteme mit einer hohen bzw. kontinuierlichen Anforderung eingesetzt werden, um eine geforderte Risikoreduzierung zu gewährleisten. Anwendungen solcher Sicherheitssysteme findet man beispielsweise sowohl in Form von verschiedenen Verkehrsmitteln auf Straße, Schiene oder in der Luft als auch in der Medizintechnik bei Systemen und Geräten für Operationen oder für eine kontinuierliche Patientenversorgung.