Funktionale Sicherheit

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 20.0 vom 24.02.2023

11B1265

Functional Safety

• Elektrotechnik (B.Sc.)
• Elektrotechnik im Praxisverbund (B.Sc.)
• Informatik - Technische Informatik (B.Sc.)
• Mechatronik (B.Sc.)
• Informatik - Medieninformatik (B.Sc.)

2

Die Funktionale Sicherheit fokussiert sich auf Gefahren und Risiken, die sich durch Maschinen, Anlagen, Fahrzeuge und dergleichen ergeben können und mit Hilfe von steuerungstechnischen Maßnahmen bestehend aus Hardware-/Software- und Mechatronik-Systemen beherrscht bzw. gelindert werden sollen. Hierbei kommen heutzutage vermehrt elektrische, elektronische, mechanische und Software basierende Systeme zum Tragen, die unter den Aspekten von Fehler beherrschenden und Fehler vermeidenden Maßnahmen entwickelt werden. Dabei müssen basierend auf Fehlermodellen die Systeme in ihrer Hardware und Software so konstruiert werden, dass sie mit ihren Versagenswahrscheinlichkeiten die gesetzlichen und normativen Anforderungen erfüllen. Daraus ergeben sich entsprechend fehlertolerante Systeme, die sich durch Eigendiagnosen, Redundanzen und erhöhte Qualitätsanforderungen auszeichnen. Anwendungen dieser Systeme finden sich zum Beispiel in Notstoppeinrichtungen von Fertigungsmaschinen, Temperatur- und Überlaufüberwachungen in Prozessanlagen, Airbag und Bremssystemen von Automobilen, medizintechnischen Produkten oder Luft- und Raumfahrt Systemen.

1. Definition der Begriffe „Gefahren und Risiken“, safety vs security.
2. Sicherheitsziele erkennen und definieren können
3. Grundlagen der Zuverlässigkeitsbetrachtungen (Redundanzen, Diversität, Ausfallraten)
4. Grundlegende Bedeutung von Metriken und Kennwerte der Funktionalen Sicherheit(SIL, ASIL, PL, DC, HFT, MTTF, etc)
5. SW Anforderungsmanagement
6. SW Qualitätsmanagement zur Fehlervermeidung im Entwicklungsprozess z. B. V-Modell
7. Die Verwendung und Qualifizierung von Entwicklungswerkzeugen für die Entwicklung von sicheren Softwaresystemen.
8. Kodierrichtlinien und Qualifizierung von Programmiersprachen.
9. Validierung und Verifikationsmethoden.
10. Grundlegende Techniken zur Fehlervermeidung in System-Architekturen.

Wissensverbreiterung
Die Studierenden erhalten in diesem Modul ein grundlegendes Wissen über steuerungstechnische Sicherheitssysteme, Zuverlässigkeitsbetrachtung und Softwarequalitätskriterien und deren besondere Anforderungen an die Entwicklung. Insbesondere kennen sie die Prozesse der funktional sicheren Softwareentwicklung für diese Systeme.
Wissensvertiefung
Die Studierenden verfügen über das Wissen, wie Software für sichere Systeme strukturiert ist. Sie kennen den Entwurfsprozess und die Werkzeuge zur Erstellung von Hard- und Software für sichere und zuverlässige Rechnersysteme. Sie verstehen die Konzepte der SW Qualitätssicherung.
Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden können die Werkzeuge und Methoden, mit denen der Entwurfsprozess für sichere Software-Systeme unterstützt wird, auswählen und bewerten.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden können geeignete sichere Systeme für eine vorgegebene Aufgabe definieren, ein geeignetes Softwareentwicklungskonzept dazu erstellen und notwendige Methoden zur Validierung und Verifikation auswählen. Dabei gehen sie methodisch und strukturiert vor und nutzen professionelle Hilfsmittel.
Sie können Problemstellungen und ihre Lösungsvorschläge argumentativ gegenüber Fachleuten vertreten.

Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, verstehen, die Grundlagen der Funktionalen Sicherheit und deren Anforderungen an den Entwicklungs- und Qualitätsanspruch.

Die Veranstaltung besteht aus einer Vorlesung und Übungen. In der Vorlesung und den darauf abgestimmten Übungen werden die Inhalte des Moduls theoretisch vermittelt und durch Übungen an Beispielen angewendet

Mathematik 1 und 2 (I oder E/ME oder vergleichbar), Programmierung 1 und 2 (I oder E/Me oder vergleichbar)

Wübbelmann, Jürgen

Iyenghar, Padma

5

• Börcsök : Funktionale Sicherheit, VDE Verlag, 2021
• Löw, Papst, Petry: Funktionale Sicherheit, dpunkt.verlag 2010
• Wratil, Kieviet: Sicherheit für Komponenten und Systeme, VDE Verlag 2010
• Wratil, Kieviet, Röhrs: Sicherheit für Maschinen und Anlagen, VDE Verlag 2015
• Ross: Funktionale Sicherheit im Automobil, Hanser 2014
• Montenegro, Sichere fehlertolerante Steuerungen, Hanser 1999
• Liggesmeyer: Software-Qualität, Spektrum Akademischer Verlag 2009
• Kemnitz: Test und Verlässlichkeit von Rechnern, Springer 2007
• Rausand: Relaibility of Safety-Critical Systems, Wiley 2014

• Klausur 2-stündig
• Projektbericht, schriftlich

Experimentelle Arbeit

Nach Wahl der Lehrenden

1 Semester

Unregelmäßig

Deutsch und Englisch