Verwundbarkeitsanalyse maritimer Systeme
Tom Philipson M. Sc., Technische Universität Hamburg
Zuverlässigkeitsanalysen sind in der Technik weit verbreitet und finden insbesondere bei komplexen technischen Systemen und Anlagen, wie beispielsweise Flugzeugen oder Kernkraftwerken, Anwendung, um sicherheitstechnische Zertifizierungen zu ermöglichen. Auch maritime Systeme erreichen durch technische Weiterentwicklungen, wie autonomes Fahren und gestiegene Anforderungen an Redundanz, einen vergleichbaren Komplexitätsgrad. Dabei reichen rein deterministische Nachweisverfahren häufig nicht aus, um die Sicherheit dieser Systeme vollständig zu bewerten.
Um die Sicherheit maritimer Systeme umfassend analysieren und bewerten zu können, ist daher der Einsatz von Zuverlässigkeitsanalysen auf Grundlage von Funktionsketten erforderlich. Funktionsketten beschreiben die Abfolge und Vernetzung einzelner Funktionen, durch die ein Gesamtsystem seine Aufgaben erfüllt. Die Betrachtung von Funktionsketten ist essenziell, um die Auswirkungen von Ausfällen einzelner Funktionen auf das gesamte System nachvollziehen und bewerten zu können. Insbesondere die Analyse der funktionalen Abhängigkeiten und deren Verkettungen ermöglicht es, kritische Systempfade zu identifizieren und damit die Resilienz des Systems zu steigern.
Zur Modellierung dieser Funktionsketten wird ein „Top-down“-Ansatz basierend auf der Fehlerbaumanalyse vorgestellt. Dieser Ansatz erlaubt die strukturierte Erstellung von Funktionsketten, die qualitative und quantitative Zusammenhänge zwischen Funktionen und Fehlern abbilden. Durch die Integration einer Netzwerkebene wird zusätzlich die physische Beziehung zwischen verschiedenen funktionalen Bereichen erfasst. In diesem Modell sind die Netzwerke aus Knoten aufgebaut, welche als Quelle, Senke oder Wegpunkt fungieren, während Verbindungen mit kontrollierenden Elementen ausgestattet sein können. Diese neuartige Struktur ermöglicht eine realistische und detaillierte Darstellung funktionaler Verbindungen und deren Einfluss auf die Systemstabilität.
Die Kopplung der Netzwerkstruktur mit der Fehlerbaumanalyse bildet die Basis für eine integrative Betrachtung der Funktionsketten. Dadurch kann die Ausbreitung von Fehlern innerhalb des Systems nachvollzogen und deren Auswirkungen auf andere Funktionen erkannt werden. Dieses Modell stellt somit einen wichtigen Schritt hin zu einer umfassenden und automatisierten Analyse maritimer Systeme dar.
Einzelne Schadensszenarien werden systematisch mittels Monte-Carlo-Simulationen erzeugt und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Funktionsketten bewertet. Die schrittweise Deaktivierung von Netzwerkelementen entlang der Fehlerfortpflanzung bis hin zu Begrenzungselementen, wie beispielsweise Ventilen oder Sicherungskästen, ermöglicht eine realistische Abbildung möglicher Fehlerpfade innerhalb des Systems. Die kumulative Integration der Einzeleffekte liefert eine Gesamtkennzahl zur Systemverwundbarkeit. Diese Gesamtverwundbarkeit wird durch eine neuartige Berechnungsgleichung ermittelt, die sich an bekannten Indizes wie dem Lecksicherheitsindex orientiert. Der so definierte Funktionssicherheitsindex bietet eine standardisierte und vergleichbare Größe, mit der unterschiedliche Systeme trotz variierender Komponenten und Strukturen bewertet werden können.
Beispielhafte Berechnungsergebnisse der Methode werden im Rahmen des Vortrags anhand ausgewählter Funktionsketten präsentiert. Die Arbeit ist neu und wurde noch nicht veröffentlicht.
Vulnerability analysis of maritime systems
