Funktionale Sicherheit (FuSa) für Robotik

Funktionale Sicherheitsnormen und -technologien stellen Unternehmen verlässliche Ansätze zur Schadensverhütung bei der Entwicklung und Implementierung von Robotern und anderen Maschinensystemen zur Verfügung.

Auf einen Blick

  • Das Zusammenspiel von Mensch und Roboter wird in allen Industriezweigen immer wichtiger und erhöht den Bedarf an funktionaler Sicherheit.

  • Funktionale Sicherheit hilft Systemen, Fehlfunktionen zu erkennen und abzumildern, um die Sicherheit von Menschen zu gewährleisten.

  • Intels Produkte für funktionale Sicherheit helfen, die Entwicklung von sicherheitskritischen Anwendungen für Robotiklösungen gemäß internationalen Normen für funktionale Sicherheit zu rationalisieren und zu beschleunigen. Der Kunde ist für die Sicherheit des Gesamtsystems und der Systemebene verantwortlich, in denen 1.

  • Mit den funktionalen sicherheitsfähigen Technologien von Intel kann die Entwicklung ihrer sicherheitskritischen Anwendungen, Arbeitsabläufe, Robotik, autonomen Systeme und Industriesteuerungen beschleunigt und gleichzeitig die internationalen Normen erfüllt werden. Der Kunde ist für die Sicherheit des Gesamtsystems und der Systemebene verantwortlich, in denen 2.

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Was ist funktionale Sicherheit?

Je mehr Unternehmen in allen Branchen kollaborative und autonome Robotertechnologie in ihr Geschäft integrieren und je fortschrittlicher und leistungsfähiger die Roboter werden, desto wichtiger wird die Erfüllung der Anforderungen an die funktionale Sicherheit (FuSa).

Funktionale Sicherheit bedeutet einfach gesagt, dass Menschen physisch vor der Technik geschützt werden sollten. Dieses Konzept basiert auf einer Reihe von Normen und automatisierten Sicherheitssystemen, die in größere Maschinensysteme integriert sind. Die integrierten automatisierten Sicherheitssysteme ermöglichen die Erkennung und Behebung von Fehlfunktionen in Technologien. Die Internationale Normungsorganisation 26262 (ISO 26262) definiert FuSa als „ein Mangel an unangemessenem Risiko, das durch fehlende elektrische und/oder elektronische Systeme verursacht wird.“

Funktionale Sicherheit kann in verschiedenen vertikalen Bereichen erreicht werden, z. B:

  • Industrielle Automatisierung und Steuerung
  • Energie und Versorgungsunternehmen 
  • Autonome und intelligente Objekte
  • Automobiltechnik
  • Verkehr und Flotte

Das Hauptziel von FuSa besteht unabhängig von der Branche darin, sicherzustellen, dass ein automatisches Schutzsystem vorhanden ist, um systematische Ausfälle abzumildern. Häufig sind diese Fehler auf Mängel in der Konstruktion, der Herstellung, den Verfahren oder der Dokumentation zurückzuführen. Sie können auch das Ergebnis von plötzlichen, unvorhersehbaren Hardwareausfällen sein.

„FuSa wird erreicht, wenn es „einen Mangel an unangemessenem Risiko gibt, der durch fehlende elektrische und/oder elektronische Systeme verursacht wird.”

ISO 26262

Was sind die Vorteile der funktionalen Sicherheit?

Die Umsetzung eines funktionalen Sicherheitsansatzes bietet Unternehmen mehrere Vorteile:

Vorteile  
Bietet frühzeitige Gefahrenabwehr  Die FuSa-Analyse unterstützt Unternehmen dabei, potenzielle Gefahren in einem frühen Stadium der Systementwicklung zu erkennen, wenn die Mittel zur Realisierung der Funktionen (z. B. Hardware, Software oder menschliches Handeln) noch nicht definiert sind.
Ermöglicht die Konzentration auf kritische Entwicklungsbereiche  Die FuSa-Analyse konzentriert die Anstrengungen der Entwickler auf kritische Bereiche der Systementwicklung.
Ermöglicht die frühzeitige Behebung möglicher betrieblicher Schwachstellen und Fehler FuSa unterstützt die Entwickler bei der frühzeitigen Erkennung von Konzeptions- und Betriebsfehlern sowie von Hardware- und Softwarefehlern. 
Hält sowohl die Hardware als auch die Software mit den vorgeschriebenen Standards in Einklang Die Anwendung der FuSa-Analyse sowohl auf Software- als auch auf Hardware-Lösungen gewährleistet ein sicheres Zusammenspiel. 
Erfüllt Sicherheitsstandards bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung Bewertungen der funktionalen Sicherheit gewährleisten, dass die Anforderungen und Normen erfüllt werden. Es spart Zeit und Geld, indem es den Herstellern ermöglicht, die Sicherheitsentwicklung zu rationalisieren.

Funktionale Sicherheit und Robotik

Da die Technologie voranschreitet und Roboter und Menschen immer enger zusammenarbeiten, ist die Sicherheit von Industrierobotern immer wichtiger geworden. In der nachstehenden Grafik sehen Sie, wie sich die Rolle und die Notwendigkeit von FuSa je nach dem Grad der Interaktion zwischen Roboter und Mensch entwickelt:

Warum Robotersicherheit wichtig ist

Die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern wird immer häufiger. Deshalb müssen Roboter sicher arbeiten, um schwere Schäden, einschließlich des Verlusts von Menschenleben, zu vermeiden.

Obwohl Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz immer oberste Priorität haben, können sicherheitsrelevante Vorfälle bei Robotern auch erhebliche Auswirkungen auf das Geschäft haben. Die Erfüllung gesetzlicher Sicherheitsanforderungen, Geldbußen der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) in den Vereinigten Staaten oder ähnlicher Organisationen in anderen Ländern, Rufschädigung des Unternehmens, Klagen verletzter Arbeitnehmer und längere Ausfallzeiten sind weitere Überlegungen zur Robotersicherheit, die ernst genommen werden sollten.

FuSa und Roboter Sicherheitsstandards

FuSa- und Robotersicherheitsstandards werden von verschiedenen globalen Gremien erarbeitet, die sich aus Vertretern verschiedener Branchen, Regierungen, Verbrauchergruppen und Berufsgruppen zusammensetzen. Bei der Ausarbeitung von Sicherheitsnormen verwenden diese Gruppen häufig die Methodik der gefährdungsbasierten Sicherheitstechnik, die es ihnen ermöglicht, einen „systematischen und analytischen Ansatz für die Sicherheit zu wählen, indem sie alle gefährlichen Quellen identifizieren und Maßnahmen ergreifen, um die Energieübertragung auf den menschlichen Körper entweder zu reduzieren oder zu mildern.“ 

Die internationalen Sicherheitsstandards werden festgelegt von:

  • Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC)
  • Internationale Organisation für Standardisierung (ISO)

Länder wie die Vereinigten Staaten, Kanada, das Vereinigte Königreich und andere haben ihre eigenen Normungsgremien. Einige bekannte Organisationen umfassen:

  • Kanada: CSA Group
  • Vereinigtes Königreich:
  • Vereinigte Staaten: ANSI

Bei der Konstruktion von Industrierobotertechnologien müssen drei grundlegende Sicherheitsstandards für Roboter berücksichtigt werden: 

ISO 13849

Der von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) festgelegte Sicherheitsstandard ISO 13849 für Maschinensteuerungssysteme hilft den Kunden, funktionale Sicherheit bei der Entwicklung und Integration von sicherheitsrelevanten Teilen, einschließlich Software, zu erreichen. Dieser Standard gilt für eine Vielzahl von Technologien, einschließlich elektrischer, mechanischer, hydraulischer und anderer, sowie für spezifische Teile, die in Maschinensteuerungssystemen verwendet werden. Kunden, welche die ISO 13849 befolgen, kann sicherstellen, dass das Kontrollsystem in der Lage ist, die identifizierten Risiken im Falle eines Ausfalls zu mindern. 

ISO 26262

Der von der Internationalen Organisation für Normung festgelegte Sicherheitsstandard ISO 26262 für elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen hilft den Kunden, systematische Fehler zu vermeiden und auch zufällige Hardware-Probleme, die zu einer Fehlfunktion des Systems führen könnten, zu erkennen, zu kontrollieren und zu entschärfen.

IEC 61508

Die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission geschaffene IEC 61508 bietet Normen zur funktionalen Sicherheit für den „Lebenszyklus elektrischer, elektronischer oder programmierbarer elektronischer (E/E/PE) Systeme und Produkte“ an. Die Kunden müssen die potenziellen Risiken oder Gefahren der Komponenten von Systemen oder Geräten analysieren, die die automatischen Sicherheitsfunktionen ausführen. In dieser Analyse müssen die Kunden die Wahrscheinlichkeit bestimmen, dass die identifizierten potenziellen Gefahren und ihre Folgen eintreten. In der IEC 61508 werden den Kunden außerdem vier Sicherheitsintegrationsstufen (SIL) zur Verfügung gestellt, die den Grad des Systemausfallrisikos angeben; je höher die SIL-Zahl, desto geringer das Ausfallrisiko.

Die FuSa Robotertechnik von Intel

Intels funktionale Sicherheitstechnologien helfen Kunden, die Entwicklung ihrer sicherheitskritischen Anwendungen, Arbeitsabläufe, Robotik, autonomen Systeme und Industriesteuerungen zu beschleunigen und gleichzeitig internationale Normen wie IEC 61508 (Industrie) und ISO 13849 (Robotersteuerungen) zu erfüllen. 

Unsere FuSa-fähigen Lösungen beruhen auf einem Vier-Säulen-Konzept:

  • Ein hausinternes Team von engagierten Technikern mit FuSa-Erfahrung 
  • Intels funktionaler Sicherheitslebenszyklus-Prozess wurde von einer externen Seite für bis zu SIL 3 gemäß IEC 61508 und bis zu ASIL-D nach ISO 26262 zertifiziert.
  • Software-Tools und -Methoden, die die Sicherheitsanalyse seines Systems standardisieren und automatisieren
  • Technische Dokumentation, Software-Bibliotheken und hardwarebasierte Diagnose, die Kunden bei der Schaffung von leistungsstarken, funktionalen Sicherheitssystemen auf erschwingliche, skalierbare Art, helfen.

Wir haben unsere Technologien so konzipiert, dass sie nicht nur die strengen Normen für funktionale Sicherheit erfüllen, die unsere Kunden in der Industrie fordern, sondern ihnen auch helfen, Kosten zu senken und die Markteinführung zu beschleunigen.

Intel Atom® x6000E Prozessoren helfen dabei, die Entwicklung und die Bereitstellung von Anwendungen für stationäre Robotersteuerungen und AMRs zu vereinfachen und zu beschleunigen. Ausgewählte SKUs der Intel Atom® x6000E Prozessorreihe wurden von der Zertifizierungsagentur TÜV SÜD nach IEC61508 SIL2 und ISO13849 zertifiziert. Außerdem stellen unsere Verarbeiter ihren Kunden eine vollständige technische Dokumentation zur Verfügung - Sicherheitshandbuch, Sicherheitsanalyse und Benutzerhandbücher.

Intel® Core™ Prozessoren der 11. Generation wurden mit dem Intel® Functional Safety Essential Design Package verbessert, um die Entwicklung und Zertifizierung von unternehmenskritischen Anwendungen zu beschleunigen, die den FuSa-Standards entsprechen müssen.

Um die Entwicklung weiter zu rationalisieren, die Zertifizierungsrisiken zu verringern und die Markteinführung zu beschleunigen, haben wir eng mit internationalen Normungsgremien zusammengearbeitet, um die FuSa-Zertifizierung für Intel® FPGAs zu erreichen.

Erfolgsstorys von Kunden

Branchenübergreifend nutzen Unternehmen die FuSa-fähigen Technologien und Lösungen von Intel, um den Prozess der Zertifizierung von Robotik und automatisierten Technologien für den Einsatz zu verbessern und zu beschleunigen. 

Ein Beispiel, Computerhersteller und Softwareentwickler SECO das SM-C93 SMARC-Modul entwickelt, um OEMs bei der schnellen Entwicklung neuer zertifizierter Lösungen zu unterstützen. Der SM-C93 von SECO basiert auf Intel Atom® x6427FE und x6200FE Prozessoren - der ersten für das Internet der Dinge (IoT) optimierten Plattform von Intel mit integrierten FuSa-Funktionen - und bietet eine modulare, flexible und kleinformatige FuSa-Technologie für Smart Mobility ARChitecture (SMARC) Implementierungen.

NexCOBOT hat sich auch an Intel gewandt, um den Einsatz von Robotern mit der Intel-betriebenen, FuSa-fähigen SCB 100 Industrie-PC (IPC) Karte zu beschleunigen. Das SCB 100-Angebot liefert Roboterherstellern und ihren Kunden die Unterstützung und Dokumentation, die sie benötigen, um ihren Zertifizierungsprozess auf Systemebene für Cat 3 PLd zu beschleunigen.

Intel hilft Unternehmen, Menschen, Produkte und Arbeitsumgebungen besser zu schützen

Die Bedeutung der funktionalen Sicherheit in der Robotik kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sich ständig ändernde Normen, ein allgegenwärtiges Sicherheitsbedürfnis und die immer wichtigere Rolle der Datenverarbeitung in der Robotik und Automatisierung lassen Unternehmen nach flexiblen, zuverlässigen und innovativen Lösungen suchen. Intels FuSa-fähige Technologie, Fachwissen, bewährte Methoden und technische Dokumentation können die Anforderungen dieser Unternehmen erfüllen und die Entwicklung sicherheitsrelevanter Anwendungen und Arbeitsabläufe für Robotik und autonome Systeme beschleunigen, während gleichzeitig die Sicherheitsanforderungen erfüllt - und übertroffen - werden.

Die funktionale Sicherheit ist wichtig, weil sie gewährleistet, dass geeignete Maßnahmen und Systeme vorhanden sind, um Technologiefehler zu erkennen und zu beheben, bevor sie zu einer Gefahr oder einem Sicherheitsrisiko für Menschen oder die Umgebung werden, in der die Technologie eingesetzt wird.

Die Hauptgrundsätze eines auf funktionale Sicherheit ausgerichteten Ansatzes bestehen darin, sicherzustellen, dass die Unternehmen die internationalen Normen für funktionale Sicherheit einhalten, systematische Ausfälle verhindern, Systemausfälle kontrollieren, Systeme vor Missbrauch schützen und Risikobewertungen frühzeitig während der Entwicklungsphase durchführen.

Roboter haben die Fähigkeit, die Sicherheit in industriellen Umgebungen zu erhöhen, indem sie Menschen bei möglicherweise gefährlichen Aufgaben unterstützen oder Aufgaben anstelle von Menschen ausführen. Doch bevor Roboter die Sicherheit für Menschen erhöhen können, müssen Unternehmen die FuSa-Normen einhalten, um sicherzustellen, dass Menschen vor roboterbedingten Unfällen physisch geschützt sind. FuSa-Normen stellen sicher, dass ein automatisches Schutzsystem vorhanden ist, das in der Lage ist, systematische Ausfälle von Maschinen, wie z. B. Robotern, abzufangen.

Roboter haben die Fähigkeit, die Sicherheit in industriellen Umgebungen zu erhöhen, indem sie Menschen bei möglicherweise gefährlichen Aufgaben unterstützen oder Aufgaben anstelle von Menschen ausführen. Doch bevor Roboter die Sicherheit für Menschen erhöhen können, müssen Unternehmen die FuSa-Normen einhalten, um sicherzustellen, dass Menschen vor roboterbedingten Unfällen physisch geschützt sind. FuSa-Normen stellen sicher, dass ein automatisches Schutzsystem vorhanden ist, das in der Lage ist, systematische Ausfälle von Maschinen, wie z. B. Robotern, abzufangen.

Produkt- und Leistungsinformationen

1Intel®-Produkte verwendet werden, einschließlich der Einhaltung aller geltenden gesetzlichen Normen oder sicherheitsbezogenen Anforderungen. Intel übernimmt keine Verantwortung, Haftung oder Schuld in Bezug auf Probleme bei der Integration oder auf Systemebene, die mit dem Einbau von Intel® Produkten in ein System verbunden sind, einschließlich der Fälle, in denen der Ausfall des Systems zu Personenschäden führen könnte. Es liegt in der Verantwortung des Kunden, Sicherheitsvorkehrungen zu entwickeln, zu verwalten und zu gewährleisten, um Ausfälle von Komponenten, Systemen, Qualität und/oder Sicherheit zu antizipieren, zu überwachen und zu kontrollieren.
2Intel®-Produkte eingesetzt werden, einschließlich der Einhaltung aller geltenden gesetzlichen Normen oder sicherheitsbezogenen Anforderungen. Intel übernimmt keine Verantwortung, Haftung oder Schuld in Bezug auf Probleme bei der Integration oder auf Systemebene, die mit dem Einbau von Intel® Produkten in ein System verbunden sind, einschließlich der Fälle, in denen der Ausfall des Systems zu Personenschäden führen könnte. Es liegt in der Verantwortung des Kunden, Sicherheitsvorkehrungen zu entwickeln, zu verwalten und zu gewährleisten, um Ausfälle von Komponenten, Systemen, Qualität und/oder Sicherheit zu antizipieren, zu überwachen und zu kontrollieren.