Begriffswelt rund um Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit


Projektarbeit, 2014
28 Seiten, Note: 1,3

Leseprobe

I
NHALTSVERZEICHNIS
Abbildungsverzeichnis ... 3
Tabellenverzeichnis ... 3
1.
Motivation zur teamorientierten Projektarbeit ... 4
2.
Begriffswelt "Sicherheit, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit" ... 4
2.1. Zuverlässigkeit / reliability (R): ... 4
2.2. Verfügbarkeit / availability (A): ... 6
2.3. Sicherheit / safety (S):... 8
3.
Zusammenhang zwischen den Begriffen ,,Sicherheit, Verfügbarkeit und
Zuverlässigkeit"
... 10
3.1. Zusammenhang Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ... 10
3.2. Zusammenhang Zuverlässigkeit und Sicherheit ... 10
3.3. Zusammenhang Verfügbarkeit und Sicherheit ... 11
3.4. Zusammenhang Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit ... 11
4.
Methoden und Konzepte sicherheitstechnischer Systeme ... 13
4.1. Konkrete Maßnamen ... 13
4.1.1.
Redundanz... 13
4.1.2.
Diversität... 14
4.1.3.
Ausfallverhalten von Redundanzen ... 15
4.2. Mathematische Modelle ... 16
4.3. Praktische Beispiele und Trends in der Sicherheitstechnik ... 22
5.
Beurteilung und Fazit ... 26
Quellenverzeichnis... 28

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A
BBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit ... 12
Abbildung 2: Schematische Darstellung Diversitäres Sicherheitssystem ... 15
Abbildung 3: Ausfallzeiten ... 16
Abbildung 4: Absolute Ausfallhäufigkeit... 17
Abbildung 5: Relative Ausfallhäufigkeit... 17
Abbildung 6: Relative Ausfallhäufigkeit (klassiert) ... 18
Abbildung 7: Relative Ausfallhäufigkeit (Interpolation) ... 18
Abbildung 8: Verteilungsfunktion F(t) der relativen Ausfallhäufigkeit ... 19
Abbildung 9: Badewannenkurve ... 20
Abbildung 10: Parallelschaltung... 21
Abbildung 11: Informations- und Reaktionskreislauf in einem nuklearen Forschungsreaktor 23
Abbildung 12: Redundante Kühlsysteme in einem KKW ... 24
T
ABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Indikatoren menschlicher und technischer Zuverlässigkeit ... 5
Tabelle 2: Definitionen des Begriffs "Sicherheit" ... 8

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1. Motivation zur teamorientierten Projektarbeit
In der Praxis kommt es immer wieder zu unterschiedlichen, falschen oder teils
widersprüchlichen Interpretationen der Begriffe Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit.
Aus diesem Grund soll mit dieser teamorientierten Projektarbeit eine Übersicht über die
Begriffe geschaffen, eindeutige Definitionen gesammelt und der Zusammenhang zwischen
diesen aufgezeigt werden. Nach der Definition und Erklärung der Begriffe folgt anschließend
eine weitere Erläuterung anhand von Beispielen, mathematischen Modellen und konkreten
Anwendungen. Abschließend wird eine Beurteilung und ein Fazit formuliert.
2. Begriffswelt "Sicherheit, Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit"
In den folgenden Unterpunkten sollen die Begriffe kurz definiert und auf die wichtigsten
existierenden Normen eingegangen werden.
2.1. Zuverlässigkeit / reliability (R):
Definition allgemein:
Gemäß DIN EN 954-1 versteht man unter der Zuverlässigkeit einer Einheit, ihre Fähigkeit
eine geforderte Funktion unter spezifischen Bedingungen und für einen vorgegebenen
Zeitraum ohne Fehler auszuführen.
1
Diese Zielsetzung wird in der ISO 9000-4 Zuverlässigkeitsmanagement durch die
weiterführende Richtlinie IEC 300-2 Zuverlässigkeitsplanung ergänzt. Diese Richtlinie führt
ein komplettes Ablaufschema für alle Zuverlässigkeitsaktivitäten in einem Unternehmen auf.
Daher ist es aus wirtschaftlicher Sicht ratsam, sich über eine zweckdienliche Organisation
der Zuverlässigkeit Gedanken zu machen. Grundsätzlich ist die Zuverlässigkeit einer
technischen Einrichtung nur gewährleistet, wenn die Kombination aus menschlicher
Zuverlässigkeit und technischer Zuverlässigkeit vorhanden ist. Zudem beeinflussen auch
externe Faktoren (z.B. Stromausfall in der Region) die Zuverlässigkeitsgrößen einer
Maschine.
1
vgl. Gerhard H. Schlick; Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen, Geräten und Anlagen mit
Ventilen; expertverlag; 1.Auflage; 2001; S.145

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Indikatoren
menschlicher
Zuverlässigkeit
Indikatoren technischer Zuverlässigkeit
Fehlendes Know-How
MTBF = mittlerer Ausfallabstand
Unkonzentriertheit
Ausfallrate
(t)=Ausfalldichte
Falscher
Informationsfluss
von
Vorgesetzten
Ausfallquote
=relative Bestandsver
änderung in
einem Zeitintervall
Bewusste
Einflussnahme
durch
Sabotage
Zuverlässigkeit R(t)= 1-F(t)
F(t)= Ausfallhäufigkeit bis zu einem bestimmten
Zeitpunkt
Tabelle 1: Indikatoren menschlicher und technischer Zuverlässigkeit
Zur mathematischen Berechnung des Ausfallverhaltens einer Maschine werden
hauptsächlich verschiedene Lebensdauer-Verteilungen verwendet. Im Maschinenbau sind
die Weitbull- und die Lognormal-Verteilung am bekanntesten und werden am häufigsten
verwendet.
2
nach Weitbull-Verteilung Zuverlässigkeit(R):
( )
(
)
wobei:
t = Beanspruchungszeit
T = Charakteristische Lebensdauer
b = Formparameter zum Ausgleich der Streuung
Lognormal-Verteilung:
Ausfallwahrscheinlichkeit F(t)
( ) ( )
Daraus berechnet sich die Zuverlässigkeit R:
( ) ( )
Bei der Beurteilung wird davon ausgegangen, dass zum Beanspruchungsbeginn die
Betrachtungseinheit fehlerfrei war.
Die Dokumentation der Maschinenzuverlässigkeit erfolgt in einer Vielzahl der Betriebe in
eigens dafür vorgesehenen Excel-Programmen. In diesen Auflistungen wird in der Regel zu
Jahresbeginn neben einem Soll-Zuverlässigkeitsplan, der Betrachtungszeitraum für die
2
vgl. Gerhard H. Schlick; Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen, Geräten und Anlagen mit
Ventilen; expertverlag; 1.Auflage; 2001; S.166

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Erfassung der Istwerte festgelegt. In den meisten betrachteten Modellen folgt eine Aufteilung
der erfassten Maschinenausfälle die je nach "Art, Ursache oder Auswirkung der Störung"
3
unterschieden wird. Dank dieses Schemas ist es in der Produktion möglich, die erfassten
Ausfälle einer Periode zu analysieren und durch Gegenmaßnahmen die Zuverlässigkeit einer
Maschine zu erhöhen.
2.2. Verfügbarkeit / availability (A):
Definition allgemein:
Unter der Verfügbarkeit A versteht man die Wahrscheinlichkeit eines reparierbaren Systems
zu einem vorgegebenen Zeitpunkt dieses in einem funktionsfähigen Zustand anzutreffen.
Dies entspricht dem zeitlichen Anteil der Benutzbarkeit eines Systems.
Zur Gewährleistung der Verfügbarkeit eines Systems ist es notwendig, Prüfungen vor der
Inbetriebnahme sowie regelmäßig, wiederkehrende Funktionsprüfungen, Prüfungen zu
besonderen Anlässen (z.B. jährliche Inspektion) oder auch Wartungs- und
Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen.
Die Verfügbarkeit stellt also ein Maß der Einsatzbereitschaft bzw. der Einsatzbeständigkeit
dar und hängt von Eigenschaften der Bauteile, Baugruppen und Komponenten des Systems
ab. Deren Funktionsbereitschaft ist ein wichtiger Bestandteil für die Funktion des gesamten
Systems. Daher sollten diese Elemente möglichst instandhaltbar sein, um den Betrieb und
somit die Verfügbarkeit zu steigern bzw. aufrecht zu halten.
Instandhaltbarkeit ist nach der DIN IEC 60300-3-10 "[die] Fähigkeit einer Einheit, unter
gegebenen Anwendungsbedingungen in einem Zustand erhalten bzw. in ihn zurückversetzt
werden zu können, in dem sie eine geforderte Funktion erfüllen kann, wobei vorausgesetzt
wird, dass die Instandhaltung unter den gegebenen Bedingungen mit den vorgeschriebenen
Verfahren und Hilfsmitteln durchgeführt wird."
4
Folgende Kennzahlen werden in der Literatur im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit
immer wieder genannt und verwendet:
a) MTBF = Mean Time between failture
Der Kennwert gibt die durchschnittliche Zeitdauer an, in der ein System innerhalb eines
bestimmten Zeitrahmens verfügbar ist.
3
F.J.Brunner/K. Wagner; Taschenbuch Qualitätsmanagement; 4.überarbeitete Auflage; Carl Hanser Verlag;
2008;S.45
4
Zuverlässigkeitsmanagement - Teil 3-10: Anwendungsleitfaden - Instandhaltbarkeit (IEC 60300-3-10:2001),
Beuth Verlag, 2004

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wobei:
b) MTD = Mean Down Time
Unter der Mean Down Time versteht man die Zeit, die benötigt wird um ein System wieder
vollständig in den Zustand der vollen Verfügbarkeit zurückzusetzen.
wobei:
oder
c) MTTR = Mean Time To Repair
Die Mean Time to Repair ist ein statistischer Mittelwert für die durchschnittliche Dauer einer
Reparatur. Ausfallzeit und Reparaturzeit werden dabei als gleich angenommen, d.h. es wird
vorausgesetzt, das die Ausfallzeit nur durch die Reparaturzeit bedingt ist - sonstige
Einflüsse, wie z.B. fehlendes Geld für die Reparatur, sind nicht berücksichtigt.
d) MLDT = Mean Logistic Delay Time
Mittlere logistische Verzögerungszeit
Die Mean Logistic Delay Time beinhaltet Wartezeiten auf Ersatzteile, Transportzeiten,
Wartezeiten infolge Kapazitätsengpässen bei der Instandhaltung, administrative
Verlustzeiten.
Aus den oben genannten Begriffen sowie Berechnungsgrundlagen leitet sich die Formel für
die stationäre Verfügbarkeit ab:
Die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit sind sehr stark miteinander verzahnt. Dieser
Zusammenhang wird in Kapitel 3.1 kurz erläutert.

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2.3. Sicherheit / safety (S):
Definition allgemein:
Allgemein formuliert ist Sicherheit ein Begriff der beschreibt, dass eine Betrachtungseinheit
keine Gefahr für Menschen, Sachen und Umwelt darstellt, wenn ihre Funktionen unter den
Bedingungen der bestimmungsgemäßen Verwendung ausgeführt werden.
5
Grundsätzlich kann sich Sicherheit auf system-interne Vorgänge/Zustände (z.B. Kettenriss in
einer Chemikalienförderanlage) und/oder system-externe Vorgänge/Zustände (z.B.
Auslaufen von chemischen Stoffen) beziehen.
Des Weiteren gibt es folgende Definitionen, die sich auf untengenannte Normen beziehen:
Gemäß DIN EN 61508-4 Freiheit von unvertretbaren Risiken
Gemäß VDE 31000
Sicherheit ist eine Sachlage bei der das Risiko nicht größer als
das Grenzrisiko ist
Tabelle 2: Definitionen des Begriffs "Sicherheit"
Wobei das Grenzrisiko wie folgt definiert ist:
Grenzrisiko ist das größte noch vertretbare Risiko eines bestimmten technischen Vorganges
oder Zustandes. Im Allgemeinen lässt sich das Grenzrisiko nicht quantitativ erfassen.
Für Sicherheit lassen sich mehrere Klassen abgrenzen, welche sich auf Grund Ihrer Art
unterscheiden.
a) Arbeitssicherheit:
,,Arbeitsschutz besteht aus der Gesamtheit aller Maßnahmen, die dazu beitragen, Leben und
Gesundheit der arb
eitenden Menschen zu schützen."
6
b) Betriebssicherheit:
Betriebssicherheit umfasst die ,,Einschränkungen und Gef
ährdungen, bzw. das Vermeiden
von Risiken beim Betrieb von technischen Systemen, so daß sie selbst und ihre unmittelbare
Umgebung (Betriebsstätte, Nachbarsysteme o. ä. ) keinen Schaden nehmen."
7
5
vgl. Gerhard H. Schlick; Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen, Geräten und Anlagen mit
Ventilen; expertverlag; 1.Auflage; 2001; S. 145
6
Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften; Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz - System
und Statistik; Sankt Augustin; 1.Auflage; 1994; S.19
7
Peters & Meyna; Handbuch der Sicherheitstechnik; Carl Hanser Verlag; 1.Auflage; 1985; S. 30
Ende der Leseprobe aus 28 Seiten

Details

Titel
Begriffswelt rund um Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit
Hochschule
Hochschule Ansbach - Hochschule für angewandte Wissenschaften Fachhochschule Ansbach
Note
1,3
Autoren
Jahr
2014
Seiten
28
Katalognummer
V322782
ISBN (eBook)
9783668316270
ISBN (Buch)
9783668316287
Dateigröße
1264 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit
Arbeit zitieren
Sebastian Sgrai (Autor)Jonas Auernhammer (Autor)Andreas Nuber (Autor), 2014, Begriffswelt rund um Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/322782

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