Redundanz (Technik)

Zwei Fallschirme bei Apollo 15 waren ausreichend beim Ausfall des dritten

Redundanz (von lateinisch redundare, überlaufen, sich reichlich ergießen) ist das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems, wenn diese bei einem störungsfreien Betrieb im Normalfall nicht benötigt werden. Ressourcen können z. B. redundante Informationen, Motoren, Baugruppen, komplette Geräte, Steuerleitungen und Leistungsreserven sein. In der Regel dienen diese zusätzlichen Ressourcen zur Erhöhung der Ausfall-, Funktions- und Betriebssicherheit.

Man unterscheidet verschiedene Arten der Redundanz: Funktionelle Redundanz zielt darauf ab, sicherheitstechnische Systeme mehrfach parallel auszulegen, damit beim Ausfall einer Komponente die anderen den Dienst gewährleisten. Zusätzlich versucht man, die redundanten Systeme voneinander räumlich zu trennen. Dadurch minimiert man das Risiko, dass sie einer gemeinsamen Störung unterliegen. Schließlich verwendet man manchmal Bauteile unterschiedlicher Hersteller, um zu vermeiden, dass ein systematischer Fehler sämtliche redundanten Systeme ausfallen lässt (diversitäre Redundanz). Die Software von redundanten Systemen sollte sich möglichst in den folgenden Aspekten unterscheiden: Spezifikation (verschiedene Teams), Spezifikationssprache, Programmierung (verschiedene Teams), Programmiersprache, Compiler.

Untergliederung der Redundanzauslegung

Absperrung im Straßenverkehr mit mehreren Warnleuchten (heiße Redundanz), ergänzend verschiedene reflektierende Verkehrszeichen

Beim Aufbau eines redundant arbeitenden Systems kann man über gleichartige Komponenten zwei Arten unterscheiden, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der IEC 61508 verwendet wird:

Viele Litzen in einem Stahlseil der Golden Gate Bridge Diversitäre Redundanz mit verschiedenartigen Einzelerzeugern in einem Verbund
(Virtuelles Kraftwerk)

Ausfallverhalten redundanter Systeme

Tritt in redundanten Anlagen ein Fehler auf, so sind diesem Ausfallverhalten folgende Begriffe zugeordnet worden:

  1. Fail-Safe bedeutet, dass im Fehlerfall die ausgefallene Anlage nicht mehr zur Verfügung steht und einen beherrschbaren Ausgangszustand einnimmt. Der Ausfall einer Komponente muss durch zusätzliche Maßnahmen in der Anlage zu einem beherrschbaren Endergebnis führen. Ein Beispiel dafür wären gegenüber der Automatik im manuellen Betrieb größer dimensionierte Hydraulikzylinder. So kann gewährleistet werden, dass man mit einer manuellen Maßnahme eine fehlerhafte Automatik immer „überstimmt“.
  2. Fail Passive bedeutet, dass die Anlage aus zwei Fail-Safe-Systemen aufgebaut sein muss und über eine Fehlererkennung und Fehlerunterdrückung verfügen muss. Beide Systeme müssen ihre Ausgangsergebnisse miteinander vergleichen können. Kommen sie zu verschiedenen Ergebnissen, muss das resultierende Ausgangsergebnis null sein. Somit verhält sich die Anlage passiv.
  3. Fail Operational bedeutet, dass die Anlage im Fehlerfall weiterarbeitet. Die Anlage nimmt keinen Fehlerzustand ein, sie bleibt operativ. Um das zu erreichen, muss die Anlage mindestens aus drei Systemen bestehen, die ebenfalls über eine Fehlerdiagnose und Fehlerunterdrückung verfügen müssen. Durch den Vergleich der Systeme untereinander lässt sich herausfinden, dass ein Fehler vorliegt und auch welches System den Fehler hat. Diesen Anlagenaufbau kann man dann auch als fehlertolerant bezeichnen.

Industrielle Anwendungen

Auch in Unternehmen sind Redundanzen erforderlich. Sie betreffen in der Produktionstechnik die Verminderung oder Beseitigung der Gefahr einer Betriebsunterbrechung. Die Risikodiversifizierung kennt im Rahmen der Produktionssicherung folgende Arten von Redundanzen:

Betriebliche Funktionen sind daraufhin zu untersuchen, ob fehlende Redundanzen zu Betriebsstörungen im Produktionsprozess führen können. So hat beispielsweise bei Volkswagen der Lieferstopp durch zwei Automobilzulieferer im August 2016 die Schwachstelle gezeigt, dass auch eine zu große Abhängigkeit in der Beschaffung von Fahrzeugteilen – bei Just-in-time-Produktion – zu sofortigen Produktionsausfällen führen kann.

Siehe auch

Weblinks

Anschauliches Beispiel: Viele Einzelfasern beim Kernmantelseil erhöhen die Sicherheit. Commons: Redundanz – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. a b M 1.52 Redundanz, Modularität und Skalierbarkeit in der technischen Infrastruktur, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, abgerufen am 28. August 2018.
  2. n-1-Kriterium, Bundesnetzagentur, abgerufen am 28. August 2018.
  3. Certification specifications all weather operations der EASA (CS-AWO) (Memento vom 13. Oktober 2006 im Internet Archive)
  4. Reinhold Hölscher, Ralph Elfgen (Hrsg.): Herausforderung Risikomanagement. Identifikation, Bewertung und Steuerung industrieller Risiken. Gabler, Wiesbaden 2002, S. 15