SIL – „Safety Integrity Level“
SIL (allgemeine) Basis Informationen

Ziel ist das Risiko zu bewerten und durch Schutzmaßnahmen das Risiko zu reduzieren

2. Standard

Der 61508-Standard definiert die Sicherheit in Abhängigkeit vom Grad der Be-
schädigung und der Wahrscheinlichkeit, die eine bestimmte Anwendung hinsichtlich einer risikorelevanten Situation hat. 61508 hat eine eigene Risiko-bewertung mit der die Sicherheits-Integritätslevel (SIL) für die Geräte und Systeme mit Sicherheitsaufgaben ermittelt werden. Der IEC-Standard kennt die vier SIL-Level SIL1 bis SIL4, die als Sicherheitsausführungen von elektrischen und elektronischen Geräten definiert sind. Im SIL-Wert drückt sich die spezifizierte Sicherheitsfunktion im Fehlerfall aus: Mit welcher Wahrscheinlich-
keit arbeitet das System im angeforderten Fehlerfall (PFD).

3. Kennwerte

PFD = Probability of failure on demand

Der Wert PFD_av gibt den direkten Zusammenhang der Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion wieder.
Der Begriff "High-Demand" wird immer dort gefordert, wo sicherheitsrelevante Aktionen ständig erfolgen, wie z.B. beim einer sicheren Regelung im Roboter-bereich oder einer kontinuierlichen Temperaturmessung. Die Unterschiede machen sich auch sehr stark bei der mathematischen Betrachtung der Sicher-
heit bemerkbar. Die quantitative Einordnung erfolgt über die Ausfallwahr-scheinlichkeit der Sicherheitsfunktion. Beim "Low-Demand" wird eine bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit pro Sicherheitsanforderung gefordert. Bei der "High-Demand"-Forderung hingegen, wird die Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde betrachtet.

SIL – PFD_av – PFH – Betriebsarten

Safety Integrity Level (SIL)	Betriebsart „Low demand mode“	Betriebsart „High demand mode“
SIL4	≥ 10-5 bis < 10-4	≥ 10-9 bis < 10-8
SIL3	≥ 10-4 bis < 10-3	≥ 10-8 bis < 10-7
SIL2	≥ 10-3 bis < 10-2	≥ 10-7 bis < 10-6
SIL1	≥ 10-2 bis < 10-1	≥ 10-6 bis < 10-5

MTBF = Mean Time Between Failure

MTBF ist zu deutsch die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen. Sie gilt für Einheiten, die instandgesetzt werden; Betriebsdauer meint die Betriebszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen einer instandzusetzenden Einheit.

Die MTBF kann zur Abschätzung von Ausfällen in Zeitintervallen verwendet werden. Aus dieser Zahl kann die Wahrscheinlichkeit berechnet werden, dass es während der Nutzungsdauer (z.B. 10 Jahre bei Schischek Antrieben) zu einem Ausfall kommt. Schätzwerte für die MTBF können durch Lebensdauerversuche, fallweise auch mit erhöhten Beanspruchungen, ermittelt werden – in denen das Gerät z.B. Strahlung, Feuchtigkeit, Erschütterungen, Hitze und Ähnlichem ausgesetzt wird, wie z.B. einem „Highly Accelerated Life Test“.

Eine andere Möglichkeit der Ermittlung der MTBF, die oft in den frühen Ent-
wicklungsphasen angewendet wird, ist die Zuverlässigkeitsprognose. Damit lässt sich abschätzen, ob gesetzte Zuverlässigkeitsziele erreicht werden können. Dazu sind genaue Kenntnisse des Aufbaus des Gerätes und der verwendeten Bauelemente notwendig.

Für viele Bauelemente existieren in Handbüchern Ausfallraten. Werte werden
oft in FIT angegeben („Failure in Time“, 1 FIT = 109 pro 1 Stunde). Die MTBF ist der Kehrwert der berechneten Ausfallrate der Baugruppe/Einheit, die sich aus der Summe der in Abhängigkeit von der Beanspruchung gewichteten Bau-
elementeausfallraten ergibt.

Bei der Berechnung der MTBF aus FIT muß berücksichtigt werden, dass FIT in der Regel ohne die Einheit „Ausfälle pro 109 Stunden“ angegeben wird. Wird beispielsweise die MTBF eines reparierbaren Gerätes von einem Bauelement bestimmt, für das FIT bekannt ist, dann ergibt sich die folgende Umrechnungs-formel für die zu erwartende mittlere Zeit, die zwischen dem Ersatz dieses Bauelementes durch ein neues Bauelement verstreichen wird:

Formel:

MTBF = 114.000 Jahre : FIT

Beispiel:

für eine FIT von 1140 ergibt sich MTBF = 100 Jahre

MTTF = Mean Time To Failure

MTTF ist die Abkürzung für die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall und wird auch als mittlere Lebensdauer bezeichnet oder MTTFd, heißt die mittlere Zeit bis zum gefahrbringenden Ausfall. Durch die europäische Norm EN ISO 13849-1 erlangt die MTTF neue Bedeutung, da sie innerhalb der Konformitätsuntersuch-
ungen zur Bewertung der Maschinensicherheit herangezogen wird.

Die MTTF ist eine statistische Kenngröße/Kennzahl die über Versuche oder Er-
fahrungswerte ermittelt wird. Sie gibt keine garantierte Lebensdauer oder garantierte ausfallfreie Zeit an. MTTF wird aus der Zuverlässigkeitsfunktion R(t) berechnet. Sie gilt für nichtreparierbare und reparierbare Einheiten unter der Annahme, dass die Betrachtungseinheit nach der Reparatur neuwertig ist.

MTTR = Mean Time To Repair

MTTR wird als die mittlere Reparaturzeit nach einem Ausfall eines Systems definiert. Diese gibt an, wie lange die Wiederherstellung des Systems im Mittel dauert. Sie ist somit ein wichtiger Parameter für die Systemverfügbarkeit.
In dieser Zeit ist auch das Planen der Aufgaben sowie der Betriebsmittel ent-
halten. Sie sollte so kurz wie möglich gehalten werden.

λ = Failure Rate

Die Fehlerate λ ist umgekehrt proportional zur MTBF. (λ = 1 / MTBF)

µ = Repair Rate

Die Reparaturrate µ ist umgekehrt proportional zur MTTR. (λ = 1 / MTTR)

SFF = Safe Failure Fraction

SFF ist der Anteil sicherer Fehler (λsafe) im Verhältnis zu gefährlichen Fehlern (λdangerous). Je höher der Wert desto geringer die Ausfallwahrscheinlichkeit.

λ_total = λ_S + λ_D

SFF = 1-λ_DU / λ_total