SIS – Normung und Wirklichkeit Sicherheitsnorm IEC 61511 Systems

Josef Neumann _______________________________ TÜV NORD Systems GmbH & Co. KG Funktionale Sicherheit Halderstr. 27 D-86150 Augsburg  +49.821.450954-4276 F +49.821.450954-4269 http://www.tuevnord.de [email protected] TÜV NORD Systems

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TÜV NORD Ihr Partner Systems

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TÜV NORD Systems

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TÜV Nord e.V.: 1869 RWTÜV e.V.: 1872 TÜV Hannover/Sachsen-Anhalt e.V.: 1873

 Foundation of TÜV NORD: 2004  Permanent staff: more than 10300  Turnover in 2012: €1,085 billion Thema: SIS – Normung und Wirklichkeit Verfasser: JNEU

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TÜV NORD Ihr Partner Systems

Machinery Industry Safety Devices

Railway Industry

Process Industry Safety Instrumented Systems

ProtectionCommunication Systems Protection-, Communication

Automotive Industry Avionic Industry X-By-Wire

Fly-By-Wire

Medical Industry

TÜV NORD Systems

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Übersicht Systems

TÜV NORD Systems

1.

Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer

2.

Risikoidentifizierung und Analyse

3.

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511

4.

Zertifizierung von Schutzfunktionen

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Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer Systems

Temperaturtransmitter Temperatursensor PT100

Verstärker, Schaltgerät

Hilfsrelais

Leistungsschütz TÜV NORD Systems

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Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer Systems

Anforderung - SIL2

53

TÜV NORD Systems

52

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Beispiel - Überwachung Lagertemperatur Mischer Systems

PFDavgTT

PFDavgSYS

PFDavgRelais PFDavgSchütz

PFDavgRMA

PFDavgTS

SIL2: PFDavg < 1e-2 PFDavgSYS =

PFDavgS

+

PFDavgL

+

PFDavgA

PFDavgSYS = PFDavgTS + PFDavgTT + PFDavg2WireRTD + PFDavgRMA + PFDavgRelais + PFDavgSchütz

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Anwendungsbereich der IEC 61508/61511

Notfallplan

Passive mech. Schutzmaßnamen

Aktive mech. Schutzmaßnamen Sicherheitsbezogene elektronisches System (SIS)

Alarmeben

Steuer- und Regelungseben TÜV NORD Systems

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Schutzsysteme können auf unterschiedlichen Technologien (chemische, mechanische, hydraulische, pneumatische, elektrische, elektronische, programmierbar elektronische Einrichtungen etc.) beruhen. Um diesen Ansatz zu erleichtern, führt diese Norm den Gebrauch bestimmter Tätigkeiten, wie z. B. Sicherheits-Management, im einzelnen auf, die sich auf alle Methoden zur Erlangung der funktionalen Sicherheit anwenden lassen. Sie gilt sie für einen weiten Bereich von Industrien innerhalb der Prozessindustrie einschließlich Chemieindustrie, Raffinerien, Öl- und Gasförderung, Papierherstellung, konventionelle Stromerzeugung Quelle: DIN EN 61511-1

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

• Risiko ist die Kombination aus der Wahrscheinlichkeit, mit der ein Schaden auftritt, und dem Ausmaß des Schadens. • (IEC 61508-4, 3.1.6)

Mathematik

• Wahrnehmung von Gefahren • Unterschiedlich von Person zu Person

Ingenieurswissenschaften

psychologisch

Was ist Risiko ?

• Beschreibung der Auswirkungen des Zufalls

Das Risiko ist abhängig von •Region/Land •Gesellschaft/Kultur TÜV NORD Systems

•Gesetze •Kosten

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Gefahrenpotential

Risiko ohne Schutzfunktion Risiko Reduktion Akzeptiertes Risiko

Auswirkung

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Quelle EN 61511-3

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Schadenausmaß C CA: leichte Verletzung einer Person; kleinere schädliche Umwelteinflüsse

CA

X1

CB: Schwere irreversible Verletzung einer oder mehrerer Personen oder Tod einer Person; vorübergehende größere schädliche Umwelteinflüsse

X2 PA

CC: Tod mehrerer Personen; lang andauernde größere schädliche Umwelteinflüsse

CB Start

CD: Katastrophale Auswirkungen, sehr viele Tote

FB CC

Aufenthaltsdauer (in der Gefährdeten Zone) F FA: selten bis öfter FB: häufig bis dauernd

CD

Gefahrenabwendung P PA: möglich unter bestimmten Bedingungen

FA

FA FB FA FB

PB PA PB PA PB

W1: sehr gering, weniger als 0,1 D p.a.

PB

W2: gering, zwischen 0,1 und D p.a. W3: relativ hoch, zwischen D und 10 D p.a.

TÜV NORD Systems

C F P W

= = = =

X4

X5

W2

W1

a

-

-

SIL 1

a

-

SIL 2

SIL 1

a

SIL 3

SIL 2

SIL 1

SIL 4

SIL 3

SIL 2

b

SIL 4

SIL 3

PA

PB: kaum möglich Eintrittswahrscheinlichkeit W

X3

W3

Consequence parameter Exposure time parameter Probability of aciuding the hazardous event In the absence of the SIF under consideration

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X6

- = No safety requirements a = No special safety requirements b = A single SIF is not sufficient SIL 1,2,3,4 = Safety integrity level

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Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Eine gefährliche Situation kann durch eine potentielle Gefahrenquelle verursacht werden

TÜV NORD Systems

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Folie: 13

Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Was ist funktionale Sicherheit überhaupt? Wenn zufällige Fehler, systematische Fehler und Common Cause Fehler nicht zu einer Fehlfunktion des sicherheitsrelevanten Systems führen und als Ergebnis dadurch:

die Verletzung oder Tod von Menschen eine katastrophale Auswirkung auf die Umwelt

die Zerstörung von Produktionseinrichtungen und Produktionsgüter

verhindert wird.

TÜV NORD Systems

Funktionale Sicherheit, (en: functional safety) [IEC 61508 Teil 4; 3.1.12] Teil der Gesamtsicherheit, bezogen auf die EUC und das EUC-Leit- oder Steuerungssystem, der von der korrekten Funktion des sicherheitsbezogenen E/E/PE-Systems und anderer risikomindernder Maßnahmen abhängt.

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Folie: 14

Risikoidentifizierung und Analyse Systems

1

Spezifikation 44,1%

2

Realisierung 14,1%

3

Installation und Inbetriebnahme 14,1%

4

Betrieb und Wartung 14,7%

5

Modifikation und Nachrüstung 14,1%

5

4

1

3 2

Quelle: Health and Safety Executive (GB): Out of Control. Why control systems go wrong and how to prevent failure. HSE Books 1995 TÜV NORD Systems

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Folie: 15

Risikoidentifizierung und Analyse Systems

Definition systematischen Fehler: Fehler in der Spezifikation Design Fehler (z.B. falsche oder unvollständige Umsetzung der Spezifikation, Fehler in der Dimensionierung oder im Layout)

Produktionsfehler

Installationsfehler

Handhabungsfehler

Wartungsfehler

Fehler während einer Modifikation

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Folie: 16

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [1] Systems

In Anbetracht der vorgenannten Definition ist eine Anlage demzufolge so sicher zu erstellen, zu betreiben und zu überwachen, dass sie allen vorhersehbaren Belastungen d. h. sowohl den inneren aus der Anlage herrührenden, als auch den äußeren von der Umwelt ausgehenden Belastung sicher Stand hält und dicht bleibt.

Drei wichtige Einflussfaktoren Beschaffenheit einer Rohrleitung Korrosion, Ermüdung, Betriebs- Zusatzbelastungen Wanddicken inkl.Toleranzen

Betriebsbedingung Leitungslänge, Transportmedium, Durchsatzmenge, Druck, Temperatur Wassereinzugsgebiet (höherer Sicherheitsbeiwert 2), Personal, Betriebsweise

Umgebungsbedingte Einflussfaktoren Bergbau, Steilhänge mit Rutschgefahr, Hochwasser, Beben, Explosionsgefährdeter Bereich, Temperatur, Auftrieb, Vandalismus

Erkennen von Verlusten und das Orten von Leckstellen sowie Maßnahmen zur Begrenzung von Schadensauswirkungen

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Folie: 17

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [2] Systems

Übersicht

1. Streng anforderungsorientiertes Phasenmodell

Entwicklung

Hersteller 1 Planer 1

Planung/Validierung

Betrieb / Wartung

Außer-Inbetriebnahme

Hersteller2 Planer 2

2. Deckt den den gesamten Lebenszyklus einer Anlage ab TÜV NORD Systems

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Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [3] Systems

Safety life cycle Konzept, Planung Kompetenz von Personen

EntwicklungProzeduren

Sicherheitsrelevantes System

Unfallursachen

Risikoanalyse

Sicherheitsanforderungsspezifikation Validierung

Technische Anforderungen

Sicherheitsplanung Installation und Inbetriebnahme

Verifikation

Betrieb und Wartung

Funktionales SicherheitsManagement

Reparatur

Außerbetriebnahme

Quelle: Eigene Darstellung auf Basis des ganzheitlichen Ansatzes der IEC 61511 TÜV NORD Systems

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Folie: 19

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [4] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [1] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits

Gefährdungs- und Risikobeurteilung Abschnitt 8 1

Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus

2

Systems

Verifikation

Zuordnung der Sicherheitsfunktionen zu Schutzebenen

Spezifikation der Sicherheitsanforderungen an das SIS 3 Stufe 1 Entwurf und Planung des SIS

Entwurf und Planung anderer Maßnahmen zur Risikoreduzierung

4 Stufe 2

Montage Inbetriebnahme und Validierung 5 Stufe 3 Betrieb und Instandhaltung 6 Stufe 4 Änderung 7 Stufe 5

Außerbetriebssetzung 10

TÜV NORD Systems

11

8

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9

Folie: 20

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [5] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [2]

Systems

Ziele:  Spezifikation aller Managementaktivitäten und technischen Aktivitäten während der Lebenszyklus-Phasen, die für das Erreichen der erforderlichen funktionalen Sicherheit notwendig sind.  alle Schritte, Aktivitäten und Verfahren mit denen sichergestellt wird, dass alle sicherheitsrelevanten Anforderungen identifiziert und erfüllt werden.  Spezifikation von Verantwortlichkeit von Personen, Abteilungen und Organisationen für die verschiedenen Phasen und Aktivitäten. TÜV NORD Systems

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Folie: 21

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [6] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [3]

Systems

Was versteht man unter Sicherheitsmanagement und Sicherheitsprozess? Das Sicherheitsmanagement ist die Managementstruktur, welche sicherstellt, dass der Sicherheitsprozess ordnungsgemäß umgesetzt wird.

Unter dem Sicherheitsprozess versteht man alle Schritte, Aktivitäten und Verfahren mit denen sichergestellt wird, dass alle sicherheitsrelevanten Anforderungen identifiziert und erfüllt werden.

TÜV NORD Systems

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Folie: 22

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [7] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [4]

Systems

Sicherheitspolitik und Sicherheitsstrategie

Definition des Anwendungsbereiches Verantwortliche Personen im sicherheitsbezogenen Lebenszyklus

Kompetenz der beteiligten Personen Versions- und Konfigurationsmanagement

FSM

Anzuwendende Phasen des sicherheitsbezogenen Lebenszyklus

.

Periodische Audits zur funk.Sicherheit mit Sicherheitszustimmungsprozeß Verfahren der funktionalen Sicherheitsbeurteilung Regelkreis für Empfehlungen und Modifikationen

TÜV NORD Systems

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Folie: 23

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [8] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits [5]

Systems

Aspekte des Sicherheitsmanagements

       

Einführung eines Sicherheitsmanagements Festlegung, wer ist verantwortlich für was Kompetenz und Fortbildung von Mitarbeitern Verfahren zur Risikobewertung und Risikomanagement Einführung einer Sicherheitsplanung Aktivitäten bzgl. Beurteilung der funktionalen Sicherheit Prozeduren für die Durchführung von Audits Verfahren für die Einleitung, Zustimmung und Ermächtigung von Modifikationen  QM-Verfahren für das Konfigurations- und Versionsmanagement  Die Art und Weise wie Informationen strukturiert werden und der Umfang  Im Grunde alles, was das sichere Funktionieren einer Anlage direkt oder indirekt beeinflusst. TÜV NORD Systems

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Folie: 24

FAZIT

Systems

Das funktionale Sicherheitsmanagement stellt sicher, dass alle Aktivitäten und Verfahren zur Identifizierung und Erfüllung der sicherheitsrelevanten Anforderungen ordnungsgemäß durchgeführt und umgesetzt werden. Dazu müssen die beteiligten Personen eine entsprechende Kompetenz aufweisen

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Folie: 25

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [9] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [1] Management und Beurteilung der funktionalen Sicherheit und Audits

Gefährdungs- und Risikobeurteilung Abschnitt 8 1

Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus

2

Systems

Verifikation

Zuordnung der Sicherheitsfunktionen zu Schutzebenen

Spezifikation der Sicherheitsanforderungen an das SIS 3 Stufe 1 Entwurf und Planung des SIS

Entwurf und Planung anderer Maßnahmen zur Risikoreduzierung

4 Stufe 2

Montage Inbetriebnahme und Validierung 5 Stufe 3 Betrieb und Instandhaltung 6 Stufe 4 Änderung 7 Stufe 5

Außerbetriebssetzung 10

TÜV NORD Systems

11

8

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9

Folie: 26

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [10] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [2]

Systems

Ziele   

Phasen des SLZ festzulegen Technische Tätigkeiten zu definieren Geeignete Planung die sicherstellt , dass die SAS erfüllt wird

Empfehlungen  

TÜV NORD Systems

In der Sicherheitsplanung muss ein SLZ festgelegt werden SLZ muss sich auch mit Anwenderprogrammierung beschäftigen

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Folie: 27

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [11] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [3]

Systems

 Übersicht zum SLZ Für jede Phase müssen Angaben zu den notwendigen Eingaben, Ereignisse und Verifikationstätigkeiten beschrieben werden

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Folie: 28

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [12] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [4]

Systems

 Die Sicherheitsplanung ist phasenbezogen und soll sicherstellen, dass:

 Die Sicherheitsanforderungen an das SIS in jeder relevanten Betriebsart des Prozesses erreicht werden.  Einwandfreie Montage und Inbetriebnahme  Aufrechterhaltung der Sicherheitsintegrität während des Betriebes  Beherrschung möglicher Gefährdungen

TÜV NORD Systems

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Folie: 29

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [13] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [5]

TÜV NORD Systems

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Systems

Folie: 30

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [14] Aufbau und Planung des Sicherheitslebenszyklus [6]

TÜV NORD Systems

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Systems

Folie: 31

Lebenszyklusplanung nach IEC 61511 [15] Systems

Security

SECURITY

Security

Safety

SAFETY Safety

Digitale Leittechnik

Digitale Leittechnik

Schutz von Daten in IT-Systemen gegen Bedrohungen, verursacht durch den Menschen

Schutz von Menschen, Umwelt, Produktionseinrichtungen und -gütern vor Gefährdungen

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Folie: 32

FAZIT Systems

Die Phasen des SLZ und die damit verbundenen Anforderungen müssen festgelegt werden. Außerdem müssen die technischen Tätigkeiten organisiert werden und eine Planung dieser erstellt werden.

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Folie: 33

Zertifizierung von Schutzfunktionen [1] Bewertung des Funktionalen Sicherheitsmanagement

TÜV NORD Systems

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Systems

Folie: 34

Zertifizierung von Schutzfunktionen [2] Architektur und Redundanzbewertung (HFT)

Systems

Beispiel: Druck-Messumformer Einkanalige Verwendung: 1oo1

Redundante Auslegung: 1oo2

HFT = 0

HFT = 1

Sobald der Sensor Überdruck meldet, wird die Sicherheitsfunktion ausgelöst.

Sobald einer der beiden Sensoren Überdruck meldet, wird die Sicherheitsfunktion ausgelöst.

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Verknüpfung: 2oo2

HFT = 0

Nur wenn beide Sensoren Überdruck melden, wird die Sicherheitsfunktion ausgelöst.

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Erhöhung der Verfügbarkeit: 2oo3

HFT = 1

Wenn 2 von 3 Sensoren Überdruck melden, wird die Sicherheitsfunktion ausgelöst. Folie: 35

Zertifizierung von Schutzfunktionen [3] Zusammenstellung und Berechnung unter Berücksichtigung der HFT [1] Systems

TemperaturSensor

Temperaturtransmitter Sicherheitsrelevantes Prozessleitsystem

Hilfsrelais

Prozessleitsystem

Temperaturmessung zum DifferenzdruckTemperaturverfahren (DTZ) zur Erkennung von schleichenden Undichtigkeiten

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Leistungsschütz

Folie: 36

Zertifizierung von Schutzfunktionen [4] Aufteilung der Ausfahlwahrscheinlichkeiten bzw. Fehlerraten

Systems

Ein Sicherheitssystem wird integriert um eine gefährlichen/s Prozess/Produkt abzusichern, damit das Risikos eines Unfalls reduziert wird. Der Sicherheitskreis oder das sicherheitsbezogenen Systems besteht im einfachsten Fall neben der LogikEinheit aus einem Sensor und Aktor (Final Element).

Sensorik

15%

LZA 001 Ventil

LZV 001

Die Wahrscheinlichkeiten für einen gefahrbringenden Ausfall der Sicherheitsfunktion bei Anforderung teilen sich erfahrungsgemäß folgendermaßen auf:

35%

Füllstand

Öltank

SIS

50%

Steuerung (z.B. failsave SPS)

Aktorik

… der Ausfahlwahrscheinlichkeit bzw. Fehlerrate Um die Funktionale Sicherheit zu bewerten muss die gesamte Verarbeitungskette betrachtet werden ! TÜV NORD Systems

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Folie: 37

Zertifizierung von Schutzfunktionen [5] Zusammenstellung und Berechnung unter Berücksichtigung der HFT [5] Systems

Beispiel: Zertifizierung vorgefertigter und durchdachten Sicherheitsketten.

… auf Basis IEC61511 und IEC61508 für die weltweit verteilten Applikationsabteilungen eines Herstellers aus der Prozeßtechnik

betrachtete Phasen:

Design of Safety Integrated Systems

TÜV NORD Systems

Functional Safety Management

Projektanforderungen

Betrieb und Wartung

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Folie: 38

Kleine Checkliste zum Sicherheitsassessment Systems

            

Liegt eine genaue Systembeschreibung vor? (Sicherheitsfunktionen, Interface) Sind die Sicherheitsziele definiert? Sind alle Risiken auf Systemebene erfasst? Wurde die Gefährdungs- und Risikoanalyse durchgeführt? Gibt es ein Sicherheits-Management (FSM)? Wurde ein Sicherheitsplan erstellt? Ist die Qualifikation der am Projekt Beteiligten Mitarbeiter bzw. Verantwortlichen ausreichend? Wurden die Risiken auf System- und Komponentenebene erfasst und gegeneinander abgebildet? Liegt ein technisches Sicherheitskonzept zur Risikoreduktion vor? Ist die Sicherheitsspezifikation (SRS) vorhanden? Liegt die Planung V&V Aktivitäten vor? Sind alle Aktivitäten zu Produktion und Betrieb definiert? Ist die erforderliche Dokumentation zum Sicherheit-Assessment vorhanden?

TÜV NORD Systems

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Folie: 39

Verantwortung Systems

Erfreut, dass das Loch nicht auf seiner Seite ist

Wir ALLE partipizieren in Funktionaler Sicherheit TÜV NORD Systems

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Folie: 40

Systems

Leading through knowledge FSCMA Functional Safety Certified Manager Application

FSCCA Functional Safety Certified Coordinator / Consultant Application FSCEA Functional Safety Certified Engineer Application TÜV NORD Systems

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Folie: 41

IEC 61511 Systems

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

TÜV NORD Systems

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Folie: 42