Elektronische Systeme Funktionale Sicherheit mittels zuverlässiger Hard- und Software realisieren

Redakteur: Margit Kuther

Maschinen und Geräte dürfen auch bei einer Fehlfunktion Mensch und Umwelt nicht gefährden. Auf der Suche nach sicheren Bauteilen und Unterstützung beim Design-in helfen Distributoren wie EBV.

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Hand in Hand: Die Interaktion von Maschine und Mensch erfordert neue Sicherheitskonzepte.
Hand in Hand: Die Interaktion von Maschine und Mensch erfordert neue Sicherheitskonzepte.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Technik wird immer komplexer, weil heute Mikroprozessoren viele Funktionen elektronisch und per Software steuern. Damit steigt die Vielfalt der Fehlermöglichkeiten, etwa im Auto, in der Medizin oder bei der Energieerzeugung. Parallel dazu wächst weltweit das Bewusstsein für den Nutzen von Systemen zur funktionalen Sicherheit.

Denn diese schützen bei einer Fehlfunktion Menschen, die mit der Technik umgehen, als auch das technische System an sich vor schweren Schäden. Damit gewährleisten Systeme zur funktionalen Sicherheit nicht nur eine sicherere Arbeitsumgebung, sondern steigern auch die Produktivität und die Rentabilität von Produktionsprozessen und -anlagen.

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Der Markt für funktionale Sicherheit wächst ständig, etwa in der Industrie und im Automobilbau. Maßgeblich hierfür sind die zunehmende Anzahl an elektronischen Systemen sowie die neuen Gesetzesvorgaben. Details zu dem komplexen Thema erläutert Antonio Fernandez, Director Technisches Marketing bei EBV Elektronik.

ELEKTRONIKPRAXIS: Herr Fernandez, wird funktionale Sicherheit nach wie vor unterbewertet und sind sich die Hersteller von Maschinen und Ausrüstung der Thematik bewusst?

Antonio Fernandez: Täglich nimmt das Bewusstsein im Hinblick auf Funktionssicherheit zu, vor allem wegen der Anforderung, neue Richtlinien in bestimmten Märkten einzuhalten, wie in der Automobil-, Medizingeräte-, Luftfahrt-, Maschinenbau- und Eisenbahnindustrie, bei Kraftwerken und sogar bei Hausgeräten. Dies macht sich besonders in puncto Qualität positiv bemerkbar: Elektronische Systeme müssen einwandfrei funktionieren, dabei aber auch zuverlässig und sicher für den Anwender sein.

Steigt die Nachfrage nach sicheren elektronischen Bauteilen oder Mikroprozessoren?

Bei einigen aufgabenkritischen Anwendungen werden seit längerem Verfahren zur funktionalen Sicherheit in der einen oder anderen Form implementiert. In der jüngsten Zeit verlangen jedoch wesentlich mehr Anwendungen nach funktionaler Sicherheit und auf dem Markt tauchen immer mehr neue elektronische Bauteile auf, die speziell für diesen Zweck konzipiert sind. Die Prozessoren, die ein System steuern, erfordern besondere Aufmerksamkeit, aber nicht nur die, sondern auch die zugehörigen Speicher, das Netzteil, die analogen Schaltungen, die die Signale von den Sensoren verarbeiten, und die Schnittstellen, die die Aktoren steuern. Alle Teile eines Systems müssen abhängig von ihrer Funktionalität berücksichtigt werden.

Gibt es bestimmte Trends, die sich besonders stark auf die Anforderung von funktionaler Sicherheit auswirken?

Elektronik hält in allen Bereichen verstärkt Einzug und immer mehr kritische Entscheidungen sind von einer elektronischen Steuerung abhängig. Wir dürfen keine Menschenleben durch einen Ausfall in der Elektronik aufs Spiel setzen, somit lässt sich leicht voraussagen, dass bei allen Anwendungen, die Verletzungsgefahr bergen oder gesundheitsschädlich sein können, in naher Zukunft Verfahren zur Gewährleistung von funktionaler Sicherheit eingesetzt werden, um die Risiken möglichst gering zu halten.

Inwieweit betrifft die funktionale Sicherheit elektronischer Bauteile die Hardware bzw. die Software?

Funktionale Sicherheit verlangt nach zuverlässiger Hardware und bewährter Software, um das Ausfallrisiko gering zu halten. Dazu sind ständige Integritätsprüfungen bei Hard- und Software notwendig. Einige speziell für funktionale Sicherheit ausgelegte Softwarepakete unterstützen den Zertifizierungsprozess eines Systems ganz erheblich. Aber ohne zuverlässige Hardware und umgekehrt geht gar nichts.

EBV liefert nicht nur elektronische Bauteile, sondern bietet auch weitere Dienstleistungen an. Welche Dienstleistungen bieten Sie Ihren Kunden genau an?

EBV ist ein kundenorientierter Distributor, der die gesamte Lieferkette mit Logistik, flexiblen Finanzdienstleistungen und umfassender Kundenunterstützung von der Konzeption bis hin zur Produktion abdeckt.

Warum erfordert funktionale Sicherheit so intensive Beratung und warum ist so viel Erläuterung und Unterstützung notwendig?

Funktionale Sicherheit erfordert eine eingehende Analyse sämtlicher Funktionen des Systems, damit eine korrekte Risikobewertung ausgeführt werden kann und die Sicherheitsziele festgelegt werden können. Beim Entwicklungsprozess müssen Best Practices im Design Anwendung finden, um Systemausfälle auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Mit Hilfe von Zuverlässigkeitsstudien muss festgelegt werden, welchen Anteil bestimmte Ausfälle von Software oder Hardware an der Systemausfallrate insgesamt haben. Bei zufälligen, nicht vorhersehbaren Ausfällen sollte das System den Fehler durch zyklische Selbsttests erkennen können und sofort in einen ausfallsicheren Zustand gehen. Die Systeme müssen den Zertifizierungsprozess erfolgreich durchlaufen.

Wie schafft es EBV, den Überblick über sämtliche Verordnungen und Richtlinien zu behalten, so dass Sie Ihre Kunden richtig beraten können?

Dank unseres Ansatzes der vertikalen Segmente kennen wir die Herausforderungen, die unsere Kunden in verschiedenen Anwendungsszenarien meistern müssen, ganz genau. Wir arbeiten mit Partnern zusammen, die über Fachkenntnisse im Bereich der funktionalen Sicherheit verfügen. Wir schulen unsere Applikationsingenieure in diesem Bereich und sie arbeiten mit den Fachleuten unserer Lieferanten zusammen, so dass sie gemeinsam auf die Bedürfnisse unserer Kunden reagieren können.

In welcher Phase der Produktentwicklung sprechen Kunden in der Regel mit Ihren Fachleuten?

Je eher, desto besser. Funktionale Sicherheit erfordert einen Systemansatz von der Produktkonzeption über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes.

Wie genau kann EBV Kunden bei der Entwicklung ihrer Produkte helfen?

Wir können ihnen einen Überblick über die Anforderungen geben, sie an anerkannte Fremdfirmen verweisen, eine geeignete Hardwareplattform empfehlen und sie bei der Entwicklung unterstützen. Außerdem organisieren wir spezielle Kundenseminare. Da wir bei EBV seit Jahren die Entwicklung und das Design von Hightech-Produkten aktiv begleiten und die Systemlösungen genau kennen, sind wir für jeden Kunden, der funktionale Sicherheit implementieren möchte, ein optimaler Partner.

EBV bietet Mikroprozessoren in Form von EBVChips. Könnten Sie erläutern, was EBVChips überhaupt bedeutet?

In enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern in der Herstellung bieten wir Lösungen, die von bestehenden Standardprodukten derzeit nicht zufriedenstellend abgedeckt werden. Und in Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln wir neue Halbleiter, die ihren Anwendungsbedürfnissen entsprechen. Dabei kann es sich um ein Upgrade oder einen Teil eines bestehenden Prozessors handeln, bei dem einige Peripheriefunktionen hinzugekommen sind oder weggelassen wurden, oder es könnte sich um die Integration eines Prozessors mit Mixed-Signal- und Powerfunktionalität handeln.

Bieten Sie EBVChips auch für Anwendungen in sicherheitsrelevanten Systemen an?

Warum nicht? Wir arbeiten mit erstklassigen Partnern in der Fertigung zusammen, die über das notwendige Knowhow und die Technologie verfügen, um uns bei derart anspruchsvollen Aufgaben unterstützen zu können. Tatsächlich entwickeln wir mit unseren Herstellern derzeit bereits EBVChips für Märkte wie die Automobilindustrie und erneuerbare Energien, in denen hohe Zuverlässigkeit unabdingbar ist.

Wie unterscheiden sich Mikroprozessoren für sicherheitsrelevante Systeme von standardmäßigen Prozessoren?

Sie werden gemäß höchster Qualitätsstandards gefertigt und geprüft, verfügen über die notwendige Peripherie für Selbsttest-Funktionen, besitzen Redundanz bei kritischen Funktionen und werden von bestimmten Betriebssystemen unterstützt.

Wie viel Sicherheit kann man sich leisten – ist „totale Sicherheit“ tatsächlich erreichbar?

Die Herausforderung liegt im Entwurf eines Systems mit einer Ausfallwahrscheinlichkeit unter dem akzeptablen Niveau, abhängig von der Funktionalität, der erforderlichen Verfügbarkeit und den Folgen eines Ausfalls. Es gibt verschiedene Sicherheitsanforderungsstufen (Safety Integrity Levels). Derzeit sieht es danach aus, dass SIL3 der bei verschiedenen industriellen Anwendungen geforderte Standard wird (99,9 % Verfügbarkeit, höchstens ein Ausfall in 11.000 Jahren).

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