Den Diagnosedeckungsgrad / DC-Wert berechnen

In diesem Artikel wird beschrieben, was der Begriff Diagnosedeckungsgrad bzw. DC-Wert bedeutet und wie man diesen DC-Wert berechnen kann.

Begriffserklären - Diagnosedeckungsgrad bzw. DC-Wert

Nach der DIN EN 13849-1 misst der Diagnosedeckungsgrad (kurz DC-Wert) die Güte von (Selbst-) Tests und Überwachungsmaßnahmen innerhalb von sicherheitsbezogenen Teilen einer Steuerung (kurz SRP/CS). Diese Größe hat einen großen Einfluss auf den Performance Level (PL) einer Anlage bzw. einer Funktion.

Den DC-Wert berechnen

Der Diagnosedeckungsgrad ist die Summe aller erkannten gefahrbringenden Ausfälle im Verhältnis zur Gesamtzahl aller gefahrbringenden Ausfälle. Man kann mit der folgenden Formel den DC-Wert berechnen:

Der DC-Wert kann sich dabei auf eine Komponente, einen Block oder das gesamte SRP/CS beziehen. Für den Fall, dass sich der DC auf das gesamte SRP/CS beziehen soll, muss ein durchschnittlicher Diagnosedeckungsgrad ermittelt werden – der DC_avg (average Diagnostic Coverage).
Der DC_avg wird auch zur vereinfachten Ermittlung des PL (Performance Level) mit Hilfe des sog. Säulendiagramms verwendet. Zum Thema Säulendiagramm finden Sie mehr in einem anderen Artikel.

Berechnung des DC-Werts über die Ausfallrate λ

Die Berechnung des DC-Werts mit Hilfe von Ausfallraten (λ_d, λ_dd, λ_du) ist relativ aufwändig und führt über eine Ausfalleffektanalyse (FMEA). Es werden bei dieser Methode für jedes Bauteil die erkennbar gefahrbringenden dd (dangerous detectable) bzw. unerkennbar gefahrbringenden du (dangerous undetectable) Ausfallraten bestimmt und danach ihr Anteil an der Gesamtausfallrate des Bauteils berechnet.
Für die jeweilige betrachtete Einheit kann man den DC-Wert berechnen, indem man die Ausfallrate erkennbarer gefahrbringender Ausfälle durch die Summe aller Ausfallraten dividiert.

λ_d – Ausfallrate
λ_dd –  erkennbar gefahrbringende Ausfallrate dd (dangerous detectable)
λ_du – unerkennbar gefahrbringende Ausfallrate dd (dangerous undetectable)

Berechnung des DC bzw. DC_avg per Schätzung

Eine andere Methode zur Berechnung des DC-Werts bzw. des DC_avg stellt eine konservative Schätzung zur sicheren Seit hin dar. Bewertet wird dabei auf Bauteil- oder Blockebene. Anschließend erfolgt direkt die Berechnung des DC_avg aus den einzelnen DC-Werte mit Hilfe einer Mittelungsformel. Dieser Weg wird von der DIN EN ISO 13849-1 favorisiert. 

In der Näherungsformel werden die einzelnen DC-Werte mit dem zugehörigen MTTF_d-Wert gewichtet.

Vereinfachte Berechnung des PL mit Hilfe des DC und Säulendiagramms

Der berechnete DC_avg (vorhergehende Formel) stellt einen Kennwert dar, der das Qualitätsniveau der Test- und Überwachungsmaßnahmen der gesamten SRP/CS abbildet. Der DC-Wert kann daraufhin in eine von vier Klassen eingeordnet werden, wie in der folgenden Tabelle ersichtlich ist.

Tabelle: Vier Klassen des Diagnosedeckungsgrades nach DIN EN ISO 13849-1

Mit Hilfe dieser Eingruppierung in eine Klasse, kann man anhand des DC_avg-Wertes den PL ermitteln. Für diese vereinfachte Quantifizierung des Performance Level sind jedoch noch eine Eingruppierung in eine von fünf Kategorien und die MTTF_d jedes Kanals erforderlich. Für die weitere Bestimmung wird dann ein sogenanntes Säulendiagramm verwendet.
Dadurch lässt sich mittels der Berechnung des DC-Wertes auch der PL ermitteln.

Quellen:

• BGIA-Report 2/2008 (PDF-File)
  http://www.dguv.de/ifa/Publikationen/Reports-Download/BGIA-Reports-2007-bis-2008/BGIA-Report-2-2008/index.jsp
  
  
• PDF-File: "Produktlebensdauer bei Festo" vom 30.09.2013
  https://www.festo.com/net/de_de/SupportPortal/default.aspx?q=leitfaden+sicherheitstechnik&tab=30&s=t