Biztosítóberendezések biztonságának értékelése

Átírás

1 Žilinská univerzita v Žiline Elektrotechnická fakulta Univerzitná 1, Žilina tel: e mail: kris@fel.uniza.sk Téma: Biztosítóberendezések ának értékelése prof. Ing. Karol Rástočný, PhD. doc. Ing. Izabela Krbilová, PhD. karol.rastocny@fel.uniza.sk Budapest, 2011

2 Rendszer bizonyítása SIL meghatározása a részére A hibátlanság hatása a rendszer SIL jére A diagnosztika hatása a rendszer SIL jére A felújitás hatása a rendszer SIL jére karol.rastocny@fel.uniza.sk 2

3 Az SRCS jelentősége a szemszögéből Kockázatok verzus verzus Közlekedés folyamat Aktívák (utasok, személyzet, tulajdon,...) SRCS R: safety related control system for railway signalling applications (Biztosítóberendezés) karol.rastocny@fel.uniza.sk 3

4 Az SRCS jelentősége a szemszögéből Kockázatok verzus verzus Közlekedés folyamat Aktívák, utasok, személyzet, tulajdon...) SRCS R: safety related control system for railway signalling applications (Biztosító berendezés) karol.rastocny@fel.uniza.sk 4

5 Az SRCS jelentősége a szemszögéből Kockázatok SRCS R verzus Közlekedés folyamat Műszaki intézkedések (Hibák negációja) Aktívák (utasok, személyzet, tulajdon,...) verzus SRCS R: safety related control system for railway signalling applications (Biztosítóberendezés) karol.rastocny@fel.uniza.sk 5

6 Az SRCS jelentősége a szemszögéből Kockázatok SRCS R verzus Közlekedés folyamat Műszaki intézkedések (Hibák negációja) Aktívák (utasok, személyzet, tulajdon,...) verzus SRCS R: safety related control system for railway signalling applications (Biztosítóberendezés) karol.rastocny@fel.uniza.sk 6

7 Részletesebb pillantás az SRCS R ra Biztonság egyike a tulajdonságoknak, amelyek meghatározzák az SRCS R minőségét FUNKCIONÁLIS BIZTONSÁG BIZTONSÁG SZERVEZÉSI BIZTONSÁG MŰSZAKI BIZTONSÁG verzus relatív fogalom verzus karol.rastocny@fel.uniza.sk 7

8 Fő tényezők, amelyek befolyásolják az SRCS R át Töbcsatornás (pld. elektronikus) rendszer FUNKCIONÁLIS BIZTONSÁG BIZTONSÁG MŰSZAKI BIZTONSÁG Biztonságintegritás Rendelkezésreállás verzus verzus Egységek függetlensége Hibátlanság Redundancia Felújitás Biztonság egyike a tulajdonságoknak, amelyek meghatározzák az SRCS R minőségét karol.rastocny@fel.uniza.sk 8

9 Fő tényezők, amelyek befolyásolják az SRCS R át Egycsatornás (pld. jelfogós) rendszer FUNKCIONÁLIS BIZTONSÁG BIZTONSÁG MŰSZAKI BIZTONSÁG Biztonságintegritás Rendelkezésreállás verzus verzus Egységek függetlensége Hibátlanság Redundancia Biztonság egyike a tulajdonságoknak, amelyek meghatározzák az SRCS R minőségét karol.rastocny@fel.uniza.sk 9

10 elfogadásának folyamata Verifikálás «document» Verifikálási jelentés Validálás «document» Software validálási jelentés Rendszer validálási jelentés Biztonságigazolási folyamat «document» Biztonságigazolási dokumentáció verzus Biztonság elbírálás «document» Biztonság elbírálási jelentés verzus Biztonság elfogadás «document» Engedélyező levél E folyamat valamenyi fázisának tevékenységei összefüggnek a értékelésével karol.rastocny@fel.uniza.sk 10

11 Alapvető jogi keret verzus verzus EN EN EN EN Railway applications The specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) Part 1: Basic requirements and generic process Part 2: Guide to the application of EN for safety Railway applications Communication, signalling and processing systems Software for railway control and protection systems Railway applications Communication, signalling and processing systems Safety related electronic systems for signalling Railway applications Communication, signalling and processing systems Part 1: Safety related communication in closed transmission systems Part 2: Safety related communication in open transmission systems karol.rastocny@fel.uniza.sk 11

12 Az SRCS R ának Biztonság értékelése Rendszer sajátosságai SRCS R(BB) verzus verzus Funkcionális Igazolható teszttel és/vagy formális verifikálási módszerrel (modulok tesztelése, integráló tesztek, FAT, SAT,...). Funkcionális Igazolható a elemzés kvalitatív és kvantitatív módszereivel. Példa: Miért nem lehet a műszaki ot igazolni teszttel? A tolerálható veszélyes meghibásodás gyakorisága (THR) legyen a rendszernél 10 7 h 1 A közepes idő értéke a rendszer veszélyes meghibásodásáig 10 7 óra (kb év!) karol.rastocny@fel.uniza.sk 12

13 verzus verzus Biztonságigazolás (EN 50129) Part 6: Conclusion Part 5: Related Safety Case Part 4: Technical Safety Report Part 3: Safety Management Report Part 2: Quality Management Report Part 1: Definition of System Safety Case 4. rész: Műszaki i jelentés Ahelyes funkcionális működés biztosítása A meghibásodási állapotok következményei Működés külső befolyásokkal gal összefüggő használat feltételei Biztonságot igazolóvizsgálatok karol.rastocny@fel.uniza.sk 13

14 verzus verzus SIL Táblázat (EN 50129) Tolerable Hazard Rate THR per hour and per function Safety Integrity Level 10 9 THR < THR < THR < THR < Megjegyzés: A táblázat csak a véletlenszerű hibák rendszerra gyakorolt befolyásának értékelésére alkalmazható (kvantitatív elemzése) A táblázatot nem lehet alkalmazni a szisztematikus hibák befolyásának értékelésére a rendszer ára (kvalitatív elemzés) : integritás szintje a szisztematikus hibákkal szemben integritás szintje a véletlenszerű hibákkal szemben karol.rastocny@fel.uniza.sk 14

15 A veszélyek és a k közti kapcsolat H F verzus verzus H 1 Funkció halmaz SIL funkciók H 2 H 3 H 21 H 22 H 23 SRCS SIL SRCS F 1 F 2 F 3 F 21 F 22 F 23 i funkciók implementálása Funkció halmaz F 1 F 2 F 3 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 SRCS SIL meghatározása az F 1 F n funkciókat végrehajtó modulok számára: SIL M = max { SIL F1, SIL F2,..., SIL Fn } karol.rastocny@fel.uniza.sk 15

16 SIL meghatározása a számára verzus verzus karol.rastocny@fel.uniza.sk 16

17 i funkcióhoz tartozó SIL értékelése Az F megvalósítása S SIL S K1 L K2 A SIL K1 SIL L SIL K2 SIL A verzus verzus λ DS λ DK1 λ DL λ DK2 λ DA λ DF = λ DS + λ DK1 + λ DL + λ DK2 + λ DA SIL F karol.rastocny@fel.uniza.sk 17

18 i funkciókhoz tartozó SIL értékelése S1 F 1 S2 F 2 L F 1, F 2 A1 F 1 A2 F 2 F 1... THR F1 F 2... THR F2 λ DF1 = λ DS1 + λ DL + λ DA1 λ DF1 THR F1 λ DF2 = λ DS2 + λ DL + λ DA2 λ DF2 THR F2 A rendszer SIL értékelése verzus S1 F 1 L F 1, F 2 A1 F 1 verzus S2 F 2 A2 F 2 λ DS = λ DS1 + λ DS2 + λ DL + λ DA1 +λ DA2 karol.rastocny@fel.uniza.sk 18

19 verzus verzus Hibátlanság SRCS R Figyelembe vett hibák Véletlenszerű hardver hibák Zavarok, amelyeket a környezet okoz Szisztematikus hibák Véletlenszerű hardver hibák Probléma: Hogyan állapítsuk meg, hogy mely elemhibák kritikusak? Az adott elem számára hogyan határozzuk meg a hibátlansági tényezőt? Megoldás: Konzervatív hozzáállás valamenyi elemhiba veszélyes λ Hi = λ i Reális hozzáállás az elemhibák egy része veszélyes λ Hi kλ. i karol.rastocny@fel.uniza.sk 19 k i = 0,1) A meghibásodási tényező meghatározása a gyártó, laborvizsgálatok,...

20 verzus verzus Szisztematikus hibák Probléma: Milyen módon lehet kvantitatívan felbecsülni a szisztematikus hibákat? Megoldás: A szisztematikus hibákat lehetetlen kvantitatívan felbecsülni. A megkövetelt SIL től függően szükséges alkalmazni intézkedéseket a szisztematikus hibák minimalizálására. Intézkedések a szisztematikus hibák megelőzésére Formális (félformális) specifikáció Analitikus módszerek és szimulációk alkalmazása a rendszer fejlesztésénél Következetes tesztelés... Zavarok, amelyeket a környezet okoz Kvantitatív értékelés csak az átviteli rendszerek esetében Eljárások alkalmazása a zavarok megelőzésére és hitelesítés vizsgálattal karol.rastocny@fel.uniza.sk 20

21 Hiba valószínűsége Exponenciális eloszlási függvény F λt ( t) = ( 1 e ) verzus verzus ( < T t + t T > t ) P t ( ) Ha λ. t 1, akkor t 1 e t 0 λ = & λ P = ( t < T t + t0, T > t) P( T > t) = e λt. λt0 ( 1 e ) λ t0 = ( 1 e ) e λt P ( t < T t + t0 T > t ) = λ.t 0 karol.rastocny@fel.uniza.sk 21

22 A hibák gyakorisága állandó (exponenciális eloszlás); λ.t << 1 λ [h 1 ] ( t < T t + t T ) P ( t < T t + t T > ) P > t t2 t 1 t 0 t 2 t 0 A hibák gyakorisága időfüggő (pld. Weibull eloszlás) t [h] verzus λ [h 1 ] ( t < T t + t T ) P ( t < T t + t T > ) P > t t2 verzus t 1 t 0 t 2 t 0 t [h] karol.rastocny@fel.uniza.sk 22

23 Az SRCS R diagnosztikája A hibadetektálási idő befolyása a SIL re (többcsatornás rendszer) verzus verzus Elem állandó hibadetektálás nélkül A hibadetektálási időt azonosítjuk a rendszer hasznos élettartamával. Feltételezzük, hogy a hibákat detektálják a preventív vizsgálat során. karol.rastocny@fel.uniza.sk 23

24 Példa: A hibadetektálási és -negációs idő befolyása a SIL-re c A = c B = 1 λ = h verzus verzus karol.rastocny@fel.uniza.sk 24

25 Példa: A diagnosztikai lefedettség befolyása a SIL re i lefedettség E valamenyi hiba halmaza E D detektált hibák halmaza c = E E D λ = h c A = c B = c δ =1h 1 verzus verzus karol.rastocny@fel.uniza.sk 25

26 Rendszer készenlét és felújítás (javítás) A rendszer felújítás befolyásolja a ot, főleg akkor, ha állandóan működő rendszerről van szó. Rendszer készenléti tényező A= MUT MUT + MDT verzus verzus MUT használható állapot átlagos ideje (Mean Up Time) MDT használhatatlan állapot átlagos ideje (Mean Down Time) intenzitás γ = 1 MDT A rendszer felújításának formái a szemszögéből A rendszer egy részének felújítása, miközben a rendszer működőképes. Az üzemképtelen rendszer felújítása. A rendszer preventív vizsgálat utáni felújítása. karol.rastocny@fel.uniza.sk 26

27 Példa: A felújítás hatása a SIL SRCS re Preventív vizsgálat teljes körű verzus verzus λ = h c A = c B = 0,99 δ =1h A vizsgálat során valamenyi hibát elhárítják A vizsgálat során nem volt az összes hiba kiküszöbölve 1 Preventív vizsgálat általános karol.rastocny@fel.uniza.sk 27

28 verzus verzus A szervezési értékelése Nem közvetlenül: A rendszer úgy van megtervezve, hogy ellenálló legyen a személyzet tévedésével szemben. Jó minőségű felhasználói dokumentáció. A funkcionális értékelése Nem közvetlenül: Igazolás, hogy az EN szabványban definiált intézkedéseket betartották. Közvetlenül: Igazolás, hogy a k specifikációja teljes. Igazolás,hogy a kat helyesen valósították meg (statikus elemzés, dinamikus elemzés,...). A műszaki értékelése A megfelelő módszer kiválasztása. A modell kialakítása. Azon megbízhatósági paraméterek meghatározása, amelyek befolyásolják a ot.... karol.rastocny@fel.uniza.sk 28