ISO 13849: funktionale Sicherheit von Maschinen

Bestimmung des erreichbaren PL

Zentraler Bestandteil bei der Bestimmung des erreichbaren PL ist die Bewertung der Ausfallwahrscheinlichkeit der entsprechenden Steuerungsteile. Sie erfolgt auf Basis der (in Kapitel 6 der Norm behandelten) Parameter:

• PFH (Probability of Dangerous Failure per Hour): mittlere Häufigkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde).
• Kategorie: Einstufung des Teilsystems eines SRP/CS bezüglich seines Widerstands gegen Fehler und des nachfolgenden Verhaltens bei einem Fehler.

Neben den systematischen Voraussetzungen der eingesetzten Komponenten, deren Zusammenspiel sowie einem Redundanz- bzw. Testkanal fordert jede Kategorie die Einhaltung bestimmter Metriken. Diese sind:

• MTTFD (Mean Time to Dangerous Failure): durchschnittliche Betriebszeit bis zum gefährlichen Ausfall (Maß für die Zuverlässigkeit).
• DC (Diagnosedeckungsgrad): Kennzahl für die Zuverlässigkeit, mit der ein System gefährliche Fehler erkennt.
• CCF (Common Cause Failure): Wahrscheinlichkeit von Fehlern, die auf einer gemeinsamen Ursache in redundanten Systemen beruhen.

Die komplett überarbeitete, neu gegliederte Version ISO 13849-1 wurde im April 2023 veröffentlicht und enthält nun u. a. detailliertere Vorgaben zur Gestaltung der Safety Requirements. Mit dem Kapitel 7 „Software-Sicherheitsanforderungen“ erhält Software nun einen deutlich höheren Stellenwert. Dabei geht die Norm auf verschiedene Programmiersprachen ein und betrachtet auch unterschiedliche Softwaretypen (sicherheitsbezogene Anwendungssoftware, sicherheitsbezogene Embedded Software, Software zur Parametrierung). Auch der Schutz der Daten in der Maschinensoftware wird berücksichtigt.

Mit dem neuen Kapitel 10 wird Teil 1 der Norm um den Aspekt der Validierung erweitert, der bisher nur in Teil 2 abgehandelt wurde (siehe oben). Zudem werden in der Neufassung eine Reihe von Leitlinien präzisiert, insbesondere auch für die Ermittlung des erreichbaren Performance Levels.

Hersteller und Konstrukteure finden zudem im Anhang ausführlichere, konkretere Hilfestellungen für das Safety-Design eines Systems, etwa in Bezug auf elektromagnetische Störfestigkeit. Für Softwareentwickler werden die Verifikationsschritte und die Ergebnisse der Phasen im V-Modell genauer spezifiziert und dabei der gesamte Software-Sicherheitslebenszyklus abgedeckt. Für Programmiersprachen mit eingeschränktem Sprachumfang (LVL), die validierte Funktionsblöcke verwenden und auf geprüfter Hardware laufen, gibt es nun eine vereinfachte, zweistufige Variante des V-Modells.

Die ISO 13849 ist in zentralen Aspekten kompatibel mit der Norm der funktionalen Sicherheit für den Maschinenbau IEC 62061 und der Grundnorm der funktionalen Sicherheit IEC 61508. Allerdings beschränkt sich IEC 62061 auf elektrische, elektronische und programmierbare Systeme (E/E/PES), während ISO 13849 neben elektrischen auch mechanische, hydraulische und pneumatische Komponenten einbezieht.

Auch die generische Norm IEC 61508 fokussiert E/E/PES, deckt jedoch zudem Qualitätsmanagement und Produktlebenszyklus umfassend ab (ISO 13849 konzentriert sich dagegen auf sicherheitstechnische Gestaltung und Bewertung von Steuerungsteilen). Sowohl bei der Grundnorm als auch der IEC 62061 erfolgen die Klassifizierungen nicht nach PL, sondern nach SIL (Safety Integrity Level).

Bei der Entwicklung sollte die Wahl der Norm abhängig von der gewählten Technologie und den Sicherheitsanforderungen erfolgen. Da die Normen aber weitgehend kompatibel sind, dürfen sicherheitsbezogene Teile von Maschinensteuerungen, die nach ISO 13849 entwickelt werden, IEC 62061- bzw. IEC 61508-konforme Komponenten enthalten.

Die Maschinenverordnung (Verordnung (EU) 2023/1230) ist ein verbindliches Regelwerk der Europäischen Union, das ab 2027 in allen EU-Staaten gelten wird und die bisherige Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ablöst. Sie verlangt, dass die Sicherheit von Maschinen inkl. Sicherheitsbauteilen, Software und mechanischen Komponenten nach „Stand der Technik“ umgesetzt wird. Zudem müssen alle mit dem Gebrauch der Maschinen einhergehenden relevanten Risiken auf ein akzeptables Maß reduziert werden.

Die ISO 13849 ist unter der Maschinenrichtlinie 2006/42/EU harmonisiert. Die Harmonisierung mit der Maschinenverordnung 2023/1230 gilt als sehr wahrscheinlich. Bei Anwendung der Norm gilt also die Vermutung, dass die ISO 13849-konformen sicherheitsbezogenen Teile von Maschinensteuerungen die grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Richtlinie erfüllen. Durch Anwendung der ISO 13849 können Hersteller, Betreiber und Integratoren somit nachweisen, dass die Sicherheitsanforderungen der verbindlichen Maschinenrichtlinie bzw. Maschinenverordnung umgesetzt werden.