Antriebslösungen: Diese Normen müssen Sie kennen

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Die Anforderungen im Bereich Antriebe in Sachen Vernetzung nehmen stark zu, gleichzeitig verschärfen sich viele Normen gerade im Bereich Safety und Security zusehends. Wie kann dieser Spagat gelingen?
Antriebslösungen

Quelle: ParabolStudio/shutterstock

Entwickler von Antriebslösungen sehen sich zunehmend einem Dilemma gegenüber: auf der einen Seite sollen möglichst alle integrierten Systeme miteinander kommunizieren und durchgängig vernetzt sein – am besten cloudbasiert. Auf der anderen Seite nimmt die Zahl der rechtlich verpflichtenden Normen im Hinblick auf Safety und Security stetig zu. Ziel ist es, Antriebslösungen zunehmend funktional sicher zu machen als auch vor Manipulation von außen zu schützen.

Antriebslösungen: Sichere Systeme gewährleisten

Im Bereich der funktionalen Sicherheit gilt es, sämtliche potenzielle Risiken zu bewerten und zu beherrschen. Gerade die Hersteller von Elektronikkomponenten wie beispielweise sensiblen Steuerungen und Motorstartern, haben das Thema der funktionalen Sicherheit auf dem Radar. Doch auch Maschinenbauer und Systemintegratoren müssen in ihrem jeweiligen Bereich die geltenden Normen gut kennen, um möglichen Haftungsansprüchen seitens des Anwenders zu entgehen.

Die normative Basis für funktional sichere Systeme ist der Safety Standard EN 61508. Dieser international akzeptierte siebenteilige Standard richtet sich als Basisnorm der Funktionalen Sicherheit an Entwickler und Systemintegratoren gleichermaßen. Er ist damit „die“ Leitplanke für alle Tätigkeiten während des Sicherheitslebenszyklus für Systeme, die aus elektrischen und/oder elektronischen beziehungsweise programmierbaren elektronischen Elementen bestehen und eine Sicherheitsfunktion ausführen.

Antriebslösungen
Das zusammenstecken á la Lego hat sich in der Antriebsentwicklung nicht voll bewährt. Trotz allem lässt sich erarbeitetes im Prozess nutzen und modularisieren. Bild: Leber Systemtechnik

Diese Normen sollte man kennen

Im speziellen Bereich der drehzahlveränderlichen Antriebe für Anwendungen in der industriellen Automatisierungstechnik und im Maschinenbau, gilt die Produktnorm EN 61800-5-2, welche Empfehlungen für Entwurf, Entwicklung, Integration und Validierung von sicherheitsbezogenen Leistungsantriebssystemen gibt. Diese gilt für Systeme mit hoher Anforderungsrate oder kontinuierlichen Betrieb und stellt einen breiten Katalog an Stopp- und Überwachungsfunktionen zur Verfügung.

Im Automotive-Bereich gilt die ISO26262 für elektrische und/oder elektronische Systeme in Straßenfahrzeugen. Diese ist beispielsweise für Fensterheber, Lichtverstellung, Bremse, Lenkung oder Sitzverstellung anzuwenden.

Antriebslösungen
Diese Normen sollten Sie gehört haben. Bild: Leber Systemtechnik

Das jeweils geltende Safety-Normenspektrum muss bereits bei Start der Produktentwicklung berücksichtigt werden – wobei der Terminus Entwicklung hier nicht für das Realisieren von Hardware oder Software steht, sondern bereits die Konzept- und Entwurfsphase umfasst und in jedem Fall mit einer Risiko- und Gefährdungsbeurteilung des Gesamtsystems verbunden ist.

Antriebslösungen: Nicht nur sicher, sondern secure

Neben der funktionalen Sicherheit spielt die Security eine immer größere Rolle. Sind die entwickelten, funktional sicheren Systeme vernetzt, müssen sie vor Angriffen von außen geschützt – und damit „secure“ gemacht – werden. Im Bereich der ICS (Industrial Control Systems) muss die Entwicklung hierzu nach dem Standard IEC 62443-4-1 erfolgen.

Die zunehmende Vernetzung der Systeme im Internet der Dinge sowie im autonom fahrenden Fahrzeug der Zukunft machen eine Kombination von Safety- und Security-Aspekten erforderlich und erfordern die „Vereinigung“ der sich scheinbar widersprechenden Ansprüche an die Sicherheit bei gleichzeitig durchgängiger Vernetzung.

Schneller mit modularen Lösungskonzepten

Sprich: in der Produktentwicklung wird es zunehmend komplex. Die vielen, teilweise neuen Anforderungen haben Auswirkungen auf den gesamten Entwicklungs­prozess.

Im Vorteil sind da Entwicklerteams, die auf bereits erprobte und in der Praxis bewährte Konzepte zurückgreifen können – auf einen „Baukasten“, der nicht nur neueste Technologieplattformen, sondern auch Prozessmodelle und im Verlauf vieler Projekte angesammelte Lösungskonzepte umfasst.

Das Prinzip: man greift auf bereits existierende, möglichst betriebsbewährte – aber gleichzeitig flexibel anpassbare – „Module“ zurück: Prozesse, Konzepte und Technologien, die entweder bereits in der Vergangenheit positive Ergebnisse erzielt haben oder aber mit Fokus auf einer bestimmten Funktionalität so entwickelt und getestet wurden, dass sie effizient in individuelle Produkte integriert werden können. Das hat gleich zwei Vorteile: Zum einen wird so das Risiko von Fehlschlägen in der Entwicklung wesentlich reduziert. Zum anderen bleiben die Kosten für eine solche Lösung kalkulierbar.

Antriebslösungen
In die Werkzeugkiste gehören nicht nur Technologiemodule. Bild: Leber Systemtechnik

Module für die Sicherheit bei Antriebslösungen

Beispiele für derartige Module sind Technologiekomponenten für die Kommunikationstechnik (SoC, SoM), integrierte Security Funktionen und APIs, antriebsregelungsspezifische Design Patterns für Hard- und Software, betriebsbewährte Verifikations- und Validierungskonzepte für Antriebssysteme sowie auf das jeweilige Projekt angepasste Prozessmodelle.

Auf diese Module kann bedarfsorientiert zugegriffen werden. Je nach Anwendung werden sie dann noch angepasst beziehungsweise customized. Im Ergebnis ermöglicht dies eine effiziente Entwicklung von Antriebsregelungssystemen nach beiden Normen-Welten: Safety und Security.

Wichtig: Der Begriff des „Moduls“ im obigen Sinne entspricht nicht dem eines Lego-Bausteins, den man ganz einfach mit anderen Bausteinen verbinden kann. Für einen solchen Ansatz sind die Anforderungen in der Praxis zu spezifisch – und die Erfahrung zeigt, dass der Versuch, Lösungen aus vorgefertigten Modulen nur noch „zusammenzustecken“ immer mindestes einem der drei essenziellen Aspekte – Funktionalität, Performance oder Preis – nicht gerecht wird.

Baukasten in der Praxis

Der modulare Lösungsbaukasten kommt beim Systems-Engineering-Spezialisten Systemtechnik Leber bei der Entwicklung mechatronischer Lösungen regelmäßig zum Einsatz. Das Unternehmen liefert unter anderem Antriebstechnik, Digitalelektronik, Feldbus- und Kommunikationstechnik, Leistungselektronik und individuelle Stromversorgungen sowie Leistungssteller für Medizintechnik, Luftfahrt und industrielle Automatisierung sowie an die Branchen Automotive und Consumer Electronics. Kunden sind beispielsweise VW, Siemens und Airbus.

Der Entwicklungs-Prozess:

  1. Festlegung von Verantwortlichkeiten zu einzelnen Arbeitspaketen zu Projektbeginn
  2. Standard-Entwicklungsprozess nach ISO 9001 sowie dem sogenannten V-Modell inklusive Abbildung in einer Prozesswelt
  3. Genaue Prüfung des normativen Projekt-Umfelds zur korrekten Einordnung zum Entwicklungsprozess
  4. Angepasste Entwicklungsprozesse im Rahmen der Normen Safety EN 61508, und ISO 26262 sowie Security nach IEC 62443-4-1
  5. Projektspezifische Auswahl von Prozesselemente und gegebenenfalls Zuschnitt (Tailoring) nach konkreten Anforderungen

Anspruchsvolle Projekte sicher umsetzen

Die Erfahrung hat gezeigt: zwar bringen die erprobten Module mehr Sicherheit ins Projekt, doch die Hoffnung, eine kunden- und anwendungsspezifische Produktentwicklung durch Plug-And-Play von Komponenten aus einem vorgefertigten, universellen Modulbaukasten völlig risikofrei und in wenig Zeit zu minimalen Kosten durchführen zu können, bleibt unerfüllt. Auch, oder gerade in Zeiten, da komplexe Funktionalitäten zur Sicherstellung der Safety und Security von dezentral vernetzten Systemen immer wichtiger und sogar verpflichtend werden.

Einen Silberstreif am Horizont gibt es dennoch: Es gibt Hersteller und Dienstleister, die sich der Herausforderung systematisch angenommen haben. Sie haben bereits erkannt, dass die Kombination aus spezialisierten Technologien und technischer Kompetenz – sofern eingebunden in professionelle Methoden und Prozesse – selbst anspruchsvollste Projekte zum Ziel führen kann. Und dies auch innerhalb individueller Zielvorgaben für Zeit, Kosten und Qualität.

Die Autoren: Jörg Klenke ist Projektleiter und Produktentwickler Systemtechnik Leber. Martin Bayer ist Functional Safety Engineer, bei Systemtechnik Leber.

Lesen Sie auch: Digitaler Reifegrad: Der Weg zur smarten Prozessfertigung

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