Güvenlik bütünlük seviyesi analizi, değerlendirilmesi ve belirlenmesi

Gelişen teknoloji ile hayatımızın her alanında yer alan modern teknik sistemlerin ve güvenlik kritiği olan süreçlerin kontrolünün durmadan artan karmaşıklıkta yapılara dönüşmesinin pek çok nedeni mevcuttur. Bu nedenlerin başında sistemlerin daha az alan kaplaması adına gittikçe küçültülmesine karşın daha çeşitli gereksinimleri yerine getirmesi beklentisidir. Bir diğer neden şirketlerin içinde bulunduğu rekabet ortamında avantajlı duruma geçmek için sistemlerin teknik verimliliğini arttırırken sistem güvenliğini de üst düzeyde sağlamaları gerekliliğidir. Bir sistemin hata, arıza ve risk durumlarının önceden tespit edilip önlem alınması ya da mümkünse engellenmesi, güvenlik gerekliliklerinin yanı sıra, hem sonradan ortaya çıkacak kötü sonuçları telafi etmek hem de hata oluştuktan sonra neden olacağı daha büyük maddi kayıpların önüne geçmek için gereklidir. Gerçek hayatta ve uygulamalarda bir sistemin bütün hata durumlarından arındırılması tam olarak mümkün ve gerçekçi olmadığı için bir sistemin güvenlik, güvenirlik ve risk kavramlarının sonunda ulaşılan değerler önceden belirlenmiş aralıklarla ifade edilir. Sistemlere ait güvenlik fonksiyonlarının hata/arıza durumunda işlevlerini belirlenen seviyelerde yerine getirip getirmediğinin bir ölçüsü olarak uluslararası standartlarda kabul gören güvenlik bütünlük seviyeleri olarak ifade edilen SIL değerleri tanımlanmıştır. Güvenlik bütünlük seviyeleri her bir sistem bileşeni için belirli standartlara bağlı olup, bu standartlar IEC, ISO, CENELEC, DIN gibi çeşitli ulusal ve uluslararası kuruluşlar tarafından hazırlanıp kabul görmüştür. Bu standartlar Uluslararası düzeyde en önemlileri olan IEC elektrik ve elektronik konular ile ilgilenirken, ISO mekanik alanında standartları hazırlar. Avrupa kuruluşu olan CENELEC tarafından elektrik elektronik mühendisliği ile ilgili EN standartları hazırlanır. Alman standardizasyon enstitüsü olan DIN ulusal standartları hazırlar. Bu kuruluşlar işbirliği içinde çalışmasının sonucunda EN IEC, EN ISO standartları ortaya çıkar. Bu çalışmada elektrik/elektronik/programlanabilir elektronik sistemlerin fonksiyonel Güvenliği standardı olarak tanımlanan IEC 61508 standardı temel alınarak devam edilecektir. IEC standartları bir sisteme ait güvenlik derecesini güvenlik bütünlük seviyesi olarak ifade edilen SIL derecesi ile tanımlanır. IEC 61508 içinde dört ayrı seviye olarak ifade edilen SIL seviyeleri belirlenirken sisteme ya da cihaza özgü olasılık değerleri kullanılıp, belirli bir zaman aralığında sistemin hatasız çalışmasının olasılık ölçüsü olan PFD değerini verir. Söz konusu güvenlik olduğunda, akla gelen diğer ifadeler risk ve güvenilirlik olmaktadır. Bir sistemin güvenli olması aynı zamanda güvenilirliğinin yüksek olmasını ve var olan risk ihtimallerinin düşük olmasını gerektirir. Sistemlerin risk ve güvenilirlik durumlarını irdelemek için bileşenlere ait özel değerler eşliğinde nicel ve nitel bir takım analiz yöntemleri mevcuttur. Bu yöntemler sistemleri bekleyen tehlikeleri ve tehlikelerin sonucunda ortaya çıkan risklerin önceden belirlenip önlem alınmasını ya da en alt seviyeye çekilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmanın ilk bölümünde fonksiyonel güvenlik kavramı, temel güvenlik standartlarından olan IEC 61508 standardında belirlenen SIL kavramı ve güvenlikle ilgili sistem yapısı açıklanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde risk ve güvenilirlik ile ilgili kavramlar açıklanıp, konu ile ilgili değişkenler verilerek, alt bölümlerde incelenecek olan analiz metotlarına ilişkin ön hazırlık yapılmıştır. İlerleyen alt başlıklarda risk ve güvenilirlik analizleri için literatürde sık yer alan yöntemlerden (Hata Ağacı Analizi, Güvenilirlik Blok Diyagramı ve Markov Modeli) bahsedilmiştir. Yöntemlerin detaylarına inilerek, özelikle güvenilirlik analizinde yapılan hesaplamalar detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Çalışmanın üçüncü bölümünde IEC 61508 standardında yer alan sistem mimari yapılarından 1oo1, 1oo2, 2oo2 ve 2oo3 için güvenilirlik metotlarının uygulamaları anlatılmıştır. Bir sistemin SIL değerini belirlemek için gereken PFDavg değerine ait hesaplamaları yapmak için gereken formüller verilmiştir. Mimari yapıya göre değişen genel hata ağaçları oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Mimari yapıya göre uygulanması değişkenlik gösteren Markov modelleri oluşturulmuş ve sistem güvenilirliğinin bir ifadesi olan MTTF parametresine ait hesaplamalar Markov modelleri üzerinden çıkarımlar yapılarak ayrı ayrı gösterilmiştir. Çalışmanın son bölümde ise bir sistem bileşeni için katalog değerleri kullanılarak PFDavg değeri hesaplanmıştır. Elde edilen güvenlik bütünlük seviyesinin mimari yapı değiştirilerek iyileştirilebileceği hesaplamalar ile desteklenerek çalışma tamamlanmıştır. Bunun dışında PFDavg hesaplamalarında kullanılan belirli parametreler üzerinde değişiklikler yapılarak bunların güvenlik bütünlük seviyesine olan etkisi gösterilmiştir.