Post on 22-Jul-2018
TÜV NORD Systems Thema: SIS – Normung und Wirklichkeit
Verfasser: JNEU
Folie: 1
Systems
SIS – Normung und Wirklichkeit
Sicherheitsnorm IEC 61511
Josef Neumann
_______________________________
TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG
Funktionale Sicherheit
Halderstr. 27
D-86150 Augsburg
+49.821.450954-4276
F +49.821.450954-4269
http://www.tuevnord.de
jneumann@tuev-nord.de
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Folie: 2
Systems
Foundation of the associations:
TÜV Nord e.V.: 1869
RWTÜV e.V.: 1872
TÜV Hannover/Sachsen-Anhalt e.V.:
1873
Foundation of TÜV NORD: 2004
Permanent staff: more than 10300
Turnover in 2012: €1,085 billion
Competence with broad expertise, impartial and
independent
International present at locations throughout the world
Your partner Comprehensive service and reliable expert
consultancy
Strategic M&A Investor partnership approach focusing on long-term
relationships
TÜV NORD Ihr Partner
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Folie: 3
Systems
Automotive Industry
Avionic Industry
Machinery Industry
Safety Devices
Process Industry Safety Instrumented Systems
Railway
Industry
Protection-
Communication
Systems
Medical Industry
Protection-, Communication
X-By-Wire Fly-By-Wire
TÜV NORD Ihr Partner
Systems
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Übersicht
1. Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer
2. Risikoidentifizierung und Analyse
3. Lebenszyklusplanung nach IEC 61511
4. Zertifizierung von Schutzfunktionen
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Folie: 5
Systems
Temperatur- sensor PT100
Temperatur- transmitter
Verstärker, Schaltgerät Hilfsrelais
Leistungsschütz
Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer
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Systems
53 52
Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer
Anforderung - SIL2
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Folie: 7
Systems
PFDavgSYS PFDavgTS
PFDavgTT
PFDavgRMA
PFDavgRelais
PFDavgSchütz
PFDavgSYS = PFDavgS + PFDavgL + PFDavgA
PFDavgSYS = PFDavgTS + PFDavgTT + PFDavg2WireRTD + PFDavgRMA + PFDavgRelais + PFDavgSchütz
SIL2: PFDavg < 1e-2
Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer
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Systems
Notfallplan
Passive mech. Schutzmaßnamen
Aktive mech. Schutzmaßnamen
Sicherheitsbezogene elektronisches System (SIS)
Alarmeben
Steuer- und Regelungseben
Anwendungsbereich der IEC 61508/61511
Risikoidentifizierung und Analyse
Systems
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Folie: 9
Schutzsysteme können auf unterschiedlichen Technologien (chemische, mechanische, hydraulische, pneumatische,
elektrische, elektronische, programmierbar elektronische Einrichtungen etc.) beruhen. Um diesen Ansatz zu
erleichtern, führt diese Norm den Gebrauch bestimmter Tätigkeiten, wie z. B. Sicherheits-Management, im einzelnen
auf, die sich auf alle Methoden zur Erlangung der funktionalen Sicherheit anwenden lassen.
Sie gilt sie für einen weiten Bereich von Industrien innerhalb der Prozessindustrie einschließlich Chemieindustrie,
Raffinerien, Öl- und Gasförderung, Papierherstellung, konventionelle Stromerzeugung
Quelle: DIN EN 61511-1
Risikoidentifizierung und Analyse
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Systems
Was ist Risiko ?
psych
olo
gis
ch
• Wahrnehmung von Gefahren
• Unterschiedlich von Person zu Person
Ingenie
urs
wis
senschaften
• Risiko ist die Kombination aus der Wahrschein-lichkeit, mit der ein Schaden auftritt, und dem Ausmaß des Schadens.
• (IEC 61508-4, 3.1.6)
Math
em
atik
• Beschreibung der Auswirkungen des Zufalls
Das Risiko ist abhängig von
•Region/Land
•Gesellschaft/Kultur •Gesetze
•Kosten
Risikoidentifizierung und Analyse
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Gefahrenpotential
Auswirkung
Akzeptiertes
Risiko
Risiko ohne Schutzfunktion
Quelle EN 61511-3
Risiko
Reduktion
Risikoidentifizierung und Analyse
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Systems
a - -
SIL 1 a -
SIL 2 SIL 1 a
SIL 3 SIL 2 SIL 1
SIL 4 SIL 3 SIL 2
b SIL 4 SIL 3
W3 W2 W1
CA
CB
CC
CD
FA
FB
FA
FB
FA
FB
PA
PB
PA
PB
PA
PB
PA
PB
X1
X2
X3
X4
X5
X6
Start
- = No safety requirements
a = No special safety requirements
b = A single SIF is not sufficient
SIL 1,2,3,4 = Safety integrity level
Schadenausmaß C
CA: leichte Verletzung einer Person;
kleinere schädliche Umwelteinflüsse
CB: Schwere irreversible Verletzung einer oder
mehrerer Personen oder Tod einer Person;
vorübergehende größere schädliche
Umwelteinflüsse
CC: Tod mehrerer Personen; lang
andauernde größere schädliche
Umwelteinflüsse
CD: Katastrophale Auswirkungen,
sehr viele Tote
Aufenthaltsdauer (in der Gefährdeten Zone) F
FA: selten bis öfter
FB: häufig bis dauernd
Gefahrenabwendung P
PA: möglich unter bestimmten
Bedingungen
PB: kaum möglich
Eintrittswahrscheinlichkeit W
W1: sehr gering, weniger als 0,1 D p.a.
W2: gering, zwischen 0,1 und D p.a.
W3: relativ hoch, zwischen D und 10 D p.a.
SIL 2
C = Consequence parameter
F = Exposure time parameter
P = Probability of aciuding the hazardous event
W = In the absence of the SIF under consideration
Risikoidentifizierung und Analyse
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Folie: 13
Systems
Risikoidentifizierung und Analyse
Eine gefährliche Situation kann durch eine
potentielle Gefahrenquelle verursacht werden
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Folie: 14
Was ist funktionale Sicherheit überhaupt?
die Verletzung oder Tod von Menschen
verhindert wird.
Wenn zufällige Fehler, systematische Fehler und Common Cause Fehler nicht zu
einer Fehlfunktion des sicherheitsrelevanten Systems führen und als Ergebnis
dadurch:
eine katastrophale Auswirkung auf die Umwelt
die Zerstörung von Produktionseinrichtungen und Produktionsgüter
Funktionale Sicherheit, (en: functional safety) [IEC 61508 Teil 4; 3.1.12]
Teil der Gesamtsicherheit, bezogen auf die EUC und das EUC-Leit- oder Steuerungssystem,
der von der korrekten Funktion des sicherheitsbezogenen E/E/PE-Systems und anderer
risikomindernder Maßnahmen abhängt.
Risikoidentifizierung und Analyse
Systems
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Folie: 15
1
2
3
4
5 1
Spezifikation
44,1%
Realisierung
14,1%
Installation und
Inbetriebnahme
14,1%
Betrieb und Wartung
14,7%
Modifikation und
Nachrüstung
14,1%
2
3
4
5
Quelle: Health and Safety Executive (GB): Out of Control. Why control systems go wrong and how to prevent failure. HSE Books 1995
Risikoidentifizierung und Analyse
Systems
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Fehler in der Spezifikation
Design Fehler (z.B. falsche oder unvollständige Umsetzung der Spezifikation, Fehler in der Dimensionierung oder im Layout)
Produktionsfehler
Installationsfehler
Handhabungsfehler
Wartungsfehler
Fehler während einer Modifikation
Definition systematischen Fehler:
Risikoidentifizierung und Analyse
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Folie: 17
In Anbetracht der vorgenannten Definition ist eine Anlage demzufolge so sicher zu
erstellen, zu betreiben und zu überwachen, dass sie allen vorhersehbaren
Belastungen d. h. sowohl den inneren aus der Anlage herrührenden, als auch den
äußeren von der Umwelt ausgehenden Belastung sicher Stand hält und dicht bleibt.
Drei wichtige Einflussfaktoren
Beschaffen-
heit einer
Rohrleitung Betriebs-
bedingung
Umgebungs-
bedingte
Einflussfaktoren
Leitungslänge, Transportmedium, Durchsatzmenge, Druck, Temperatur
Wassereinzugsgebiet (höherer Sicherheitsbeiwert 2), Personal, Betriebsweise
Bergbau, Steilhänge mit
Rutschgefahr, Hochwasser, Beben,
Explosionsgefährdeter Bereich,
Temperatur, Auftrieb, Vandalismus
Korrosion, Ermüdung,
Betriebs- Zusatzbelastungen
Wanddicken inkl.Toleranzen
Erkennen von Verlusten und das Orten von Leckstellen sowie Maßnahmen zur Begrenzung von Schadensauswirkungen
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [1]
Systems
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Folie: 18
2. Deckt den den gesamten Lebenszyklus einer Anlage ab
Außer-Inbetriebnahme Betrieb / Wartung Entwicklung Planung/Validierung
1. Streng anforderungsorientiertes Phasenmodell
Planer 2 Planer 1
Hersteller2 Hersteller 1
Übers
icht
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [2]
Systems
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Folie: 19
Unfallursachen
Kompetenz von
Personen
Funktionales
Sicherheits-
Management
Technische
Anforderungen
Konzept,
Planung Entwicklung-
Prozeduren
Sicherheits-
relevantes
System Risikoanalyse
Sicherheits-
anforderungs-
spezifikation Validierung
Reparatur
Außerbetrieb-
nahme
Ve
rifika
tion
Safety life cycle
Sicherheits-
planung
Installation
und In-
betriebnahme
Betrieb und
Wartung
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [3]
Quelle: Eigene Darstellung auf Basis des ganzheitlichen Ansatzes der IEC 61511
Systems
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Management
und
Beurteilung
der
funktionalen
Sicherheit
und Audits
Aufbau und
Planung
des
Sicherheits-
lebenszyklus
10 11
Gefährdungs- und Risikobeurteilung
Abschnitt 8 1
Zuordnung der
Sicherheitsfunktionen zu
Schutzebenen 2
Spezifikation der
Sicherheitsanforderungen an das SIS
3
Verifikation
9
Entwurf und Planung des SIS
4
Entwurf und Planung anderer
Maßnahmen zur Risikoreduzierung
Montage Inbetriebnahme und
Validierung
5
Betrieb und Instandhaltung
6
Stufe 1
Stufe 3
Stufe 4
Stufe 2
Änderung
7
Außerbetriebssetzung
8
Stufe 5
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [4]
Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [1]
Systems
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Folie: 21
Ziele:
Spezifikation aller Managementaktivitäten und technischen
Aktivitäten während der Lebenszyklus-Phasen, die für das Erreichen
der erforderlichen funktionalen Sicherheit notwendig sind.
alle Schritte, Aktivitäten und Verfahren mit denen sichergestellt wird,
dass alle sicherheitsrelevanten Anforderungen identifiziert und erfüllt
werden.
Spezifikation von Verantwortlichkeit von Personen, Abteilungen und
Organisationen für die verschiedenen Phasen und Aktivitäten.
Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [2]
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [5]
Systems
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Folie: 22
Was versteht man unter Sicherheitsmanagement
und Sicherheitsprozess?
Das Sicherheitsmanagement ist die Managementstruktur,
welche sicherstellt, dass der Sicherheitsprozess
ordnungsgemäß umgesetzt wird.
Unter dem Sicherheitsprozess versteht man alle Schritte,
Aktivitäten und Verfahren mit denen sichergestellt wird, dass
alle sicherheitsrelevanten Anforderungen identifiziert und
erfüllt werden.
Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [3]
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [6]
Systems
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Folie: 23
FSM
Sicherheitspolitik
und
Sicherheitsstrategie
Definition des
Anwendungsbereiches
Verantwortliche
Personen im
sicherheitsbezogenen
Lebenszyklus
Anzuwendende
Phasen des
sicherheitsbezogenen
Lebenszyklus
Verfahren der funktionalen
Sicherheitsbeurteilung
Regelkreis für
Empfehlungen und
Modifikationen
Kompetenz der
beteiligten Personen
Versions- und
Konfigurations-
management
.
Periodische Audits
zur funk.Sicherheit
mit Sicherheits-
zustimmungsprozeß
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [7] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [4]
Systems
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Folie: 24
Aspekte des Sicherheitsmanagements
Einführung eines Sicherheitsmanagements
Festlegung, wer ist verantwortlich für was
Kompetenz und Fortbildung von Mitarbeitern
Verfahren zur Risikobewertung und Risikomanagement
Einführung einer Sicherheitsplanung
Aktivitäten bzgl. Beurteilung der funktionalen Sicherheit
Prozeduren für die Durchführung von Audits
Verfahren für die Einleitung, Zustimmung und Ermächtigung von Modifikationen
QM-Verfahren für das Konfigurations- und Versionsmanagement
Die Art und Weise wie Informationen strukturiert werden und der Umfang
Im Grunde alles, was das sichere Funktionieren einer Anlage direkt oder indirekt beeinflusst.
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [8] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [5]
Systems
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Folie: 25
Das funktionale Sicherheitsmanagement
stellt sicher, dass alle Aktivitäten und
Verfahren zur Identifizierung und
Erfüllung der sicherheitsrelevanten Anfor-
derungen ordnungsgemäß durchgeführt
und umgesetzt werden.
Dazu müssen die beteiligten
Personen eine entsprechende
Kompetenz aufweisen
FAZIT
Systems
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Folie: 26
Management
und
Beurteilung
der
funktionalen
Sicherheit
und Audits
Aufbau und
Planung
des
Sicherheits-
lebenszyklus
10 11
Gefährdungs- und Risikobeurteilung
Abschnitt 8 1
Zuordnung der
Sicherheitsfunktionen zu
Schutzebenen 2
Spezifikation der
Sicherheitsanforderungen an das SIS
3
Verifikation
9
Entwurf und Planung des SIS
4
Entwurf und Planung anderer
Maßnahmen zur Risikoreduzierung
Montage Inbetriebnahme und
Validierung
5
Betrieb und Instandhaltung
6
Stufe 1
Stufe 3
Stufe 4
Stufe 2
Änderung
7
Außerbetriebssetzung
8
Stufe 5
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [9]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [1]
Systems
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Folie: 27
Ziele
Phasen des SLZ festzulegen
Technische Tätigkeiten zu definieren
Geeignete Planung die sicherstellt , dass die SAS erfüllt wird
Empfehlungen
In der Sicherheitsplanung muss ein SLZ festgelegt werden
SLZ muss sich auch mit Anwenderprogrammierung beschäftigen
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [10]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [2]
Systems
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Folie: 28
Übersicht zum SLZ Für jede Phase müssen Angaben zu den notwendigen Eingaben, Ereignisse und Verifikationstätigkeiten beschrieben werden
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [11]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [3]
Systems
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Folie: 29
Die Sicherheitsplanung ist phasenbezogen und soll sicherstellen, dass:
Die Sicherheitsanforderungen an das SIS in jeder relevanten Betriebsart des Prozesses erreicht werden.
Einwandfreie Montage und Inbetriebnahme
Aufrechterhaltung der Sicherheitsintegrität während des Betriebes
Beherrschung möglicher Gefährdungen
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [12]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [4]
Systems
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Folie: 30
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [13]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [5]
Systems
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Folie: 31
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [14]
Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [6]
Systems
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Folie: 32
Security SECURITY Security Safety SAFETY Safety
Digitale
Leittechnik
Digitale
Leittechnik
Schutz von Menschen, Umwelt,
Produktionseinrichtungen und
-gütern vor Gefährdungen
Schutz von Daten in IT-Systemen
gegen Bedrohungen, verursacht
durch den Menschen
Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [15]
Systems
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Folie: 33
FAZIT
Die Phasen des SLZ und die damit
verbundenen Anforderungen müssen
festgelegt werden. Außerdem müssen
die technischen Tätigkeiten organisiert
werden und eine Planung dieser erstellt
werden.
Systems
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Folie: 34
Zertifizierung von Schutzfunktionen [1]
Bewertung des Funktionalen Sicherheitsmanagement
Systems
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Folie: 35
Beispiel: Druck-Messumformer
Sobald einer der
beiden Sensoren
Überdruck meldet,
wird die Sicherheits-
funktion ausgelöst.
Wenn 2 von 3
Sensoren Überdruck
melden, wird die
Sicherheitsfunktion
ausgelöst.
Einkanalige
Verwendung: 1oo1
Nur wenn beide
Sensoren Überdruck
melden, wird die
Sicherheitsfunktion
ausgelöst.
Redundante
Auslegung: 1oo2
Verknüpfung:
2oo2
Erhöhung der
Verfügbarkeit: 2oo3
Sobald der Sensor
Überdruck meldet,
wird die Sicherheits-
funktion ausgelöst.
HFT = 1 HFT = 0 HFT = 1 HFT = 0
Zertifizierung von Schutzfunktionen [2]
Architektur und Redundanzbewertung (HFT)
Systems
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Folie: 36
Temperatur- Sensor
Temperatur- transmitter Sicherheitsrelevantes
Prozessleitsystem
Hilfsrelais
Leistungsschütz Temperaturmessung zum
Differenzdruck-
Temperaturverfahren (DTZ) zur
Erkennung von schleichenden
Undichtigkeiten
Prozessleit- system
Zertifizierung von Schutzfunktionen [3]
Zusammenstellung und Berechnung unter Berücksichtigung der HFT [1]
Systems
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Folie: 37
Ein Sicherheitssystem wird integriert um eine gefährlichen/s
Prozess/Produkt abzusichern, damit das Risikos eines Unfalls reduziert
wird.
Der Sicherheitskreis oder das sicherheitsbezogenen
Systems besteht im einfachsten Fall neben der Logik-
Einheit aus einem Sensor und Aktor (Final Element).
Die Wahrscheinlichkeiten für einen
gefahrbringenden Ausfall der Sicherheitsfunktion
bei Anforderung teilen sich erfahrungsgemäß
folgendermaßen auf:
Sensorik Steuerung (z.B. failsave SPS)
Aktorik
Um die Funktionale Sicherheit zu bewerten muss die gesamte
Verarbeitungskette betrachtet werden !
35% 15% 50%
… der Ausfahlwahrscheinlichkeit bzw. Fehlerrate
Öltank
SIS
LZV
001
Ventil
LZA
001
Füllstand
Zertifizierung von Schutzfunktionen [4]
Aufteilung der Ausfahlwahrscheinlichkeiten bzw. Fehlerraten
Systems
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Folie: 38
Beispiel: Zertifizierung vorgefertigter und durchdachten Sicherheitsketten.
… auf Basis IEC61511 und IEC61508 für die weltweit verteilten Applikationsabteilungen
eines Herstellers aus der Prozeßtechnik
betrachtete Phasen:
Design of
Safety Integrated Systems
Functional
Safety
Management
Projektanforderungen
Betrieb
und
Wartung
Zertifizierung von Schutzfunktionen [5]
Zusammenstellung und Berechnung unter Berücksichtigung der HFT [5]
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Folie: 39
Systems
Kleine Checkliste zum Sicherheitsassessment
Liegt eine genaue Systembeschreibung vor? (Sicherheitsfunktionen, Interface)
Sind die Sicherheitsziele definiert?
Sind alle Risiken auf Systemebene erfasst?
Wurde die Gefährdungs- und Risikoanalyse durchgeführt?
Gibt es ein Sicherheits-Management (FSM)?
Wurde ein Sicherheitsplan erstellt?
Ist die Qualifikation der am Projekt Beteiligten Mitarbeiter bzw. Verantwortlichen ausreichend?
Wurden die Risiken auf System- und Komponentenebene erfasst und gegeneinander abgebildet?
Liegt ein technisches Sicherheitskonzept zur Risikoreduktion vor?
Ist die Sicherheitsspezifikation (SRS) vorhanden?
Liegt die Planung V&V Aktivitäten vor?
Sind alle Aktivitäten zu Produktion und Betrieb definiert?
Ist die erforderliche Dokumentation zum Sicherheit-Assessment vorhanden?
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Folie: 40
Systems
Wir ALLE partipizieren in Funktionaler Sicherheit
Erfreut, dass das Loch nicht auf seiner Seite ist
Verantwortung
TÜV NORD Systems Thema: SIS – Normung und Wirklichkeit
Verfasser: JNEU
Folie: 41
Systems
Leading through knowledge
FSCMA
Functional Safety Certified
Manager Application
FSCCA
Functional Safety Certified
Coordinator / Consultant Application
FSCEA
Functional Safety Certified
Engineer Application
Systems
TÜV NORD Systems Thema: SIS – Normung und Wirklichkeit
Verfasser: JNEU
Folie: 42
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
IEC 61511