Was ist eine SISTEMA-Berechnung und wer braucht sie?

Eine SISTEMA-Berechnung ist eine rechnerische Bewertung von Sicherheitsfunktionen in Maschinensteuerungen, mit der nachgewiesen wird, ob eine sicherheitsbezogene Steuerung den geforderten Performance Level (PLr) gemäß EN ISO 13849-1 erreicht. Die Berechnung erfolgt mithilfe der gleichnamigen kostenlosen Software der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA). Wer braucht sie? Im Wesentlichen alle, die Maschinen herstellen, wesentlich verändern oder in Betrieb nehmen. Die folgenden Abschnitte erklären Einsatzgebiete, Verpflichtungen, Normen und den konkreten Ablauf.

Wofür wird eine SISTEMA-Berechnung konkret eingesetzt?

Die SISTEMA-Berechnung wird eingesetzt, um zu berechnen und zu dokumentieren, ob eine sicherheitsbezogene Steuerungsfunktion einer Maschine einen bestimmten Performance Level erreicht. Sie macht das Sicherheitsniveau einer Steuerung rechnerisch sichtbar und bildet damit die zentrale Grundlage für den Sicherheitsnachweis im Rahmen der CE-Kennzeichnung.

Konkret kommt die SISTEMA-Software überall dort zum Einsatz, wo Maschinen Sicherheitsfunktionen besitzen, die Personen vor gefährlichen Bewegungen oder Zuständen schützen sollen. Typische Beispiele sind:

Not-Halt-Kreise, die eine Maschine bei Betätigung sicher stoppen
Schutztürüberwachungen, die bei geöffneter Schutztür den Antrieb abschalten
Zweihandsteuerungen, die sicherstellen, dass beide Hände des Bedieners außerhalb der Gefahrenzone sind
Lichtgitterauswertungen, die das Eingreifen in Gefahrenbereiche erkennen
Sicherheitsgerichtete Antriebsfunktionen wie Safe Torque Off (STO)

Die Software zerlegt jede Sicherheitsfunktion in ihre Subsysteme und Bauelemente, berechnet Zuverlässigkeitskennwerte wie den mittleren Zeitraum bis zum gefahrbringenden Ausfall (MTTF_d) sowie den Diagnosedeckungsgrad (DC) und ordnet das Ergebnis einem der fünf Performance Level a bis e zu. Dieser berechnete PL wird dann mit dem geforderten PLr verglichen, der zuvor in der Risikobeurteilung der Maschine festgelegt wurde.

Wer ist gesetzlich zur SISTEMA-Berechnung verpflichtet?

Gesetzlich verpflichtet zur Durchführung einer SISTEMA-Berechnung sind in erster Linie Maschinenhersteller und Personen, die Maschinen wesentlich verändern. Die Pflicht ergibt sich nicht direkt aus dem Namen der Software, sondern aus der EU-Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) beziehungsweise ab 2027 aus der neuen EU-Maschinenverordnung (2023/1230), die einen rechnerischen Nachweis für sicherheitsbezogene Steuerungsfunktionen fordert.

Im Einzelnen betrifft das folgende Personengruppen:

Maschinenhersteller: Sie müssen vor dem Inverkehrbringen einer Maschine nachweisen, dass alle sicherheitsbezogenen Steuerungsfunktionen den geforderten Performance Level erfüllen.
Integratoren und Anlagenbauer: Wer eine Maschine oder Anlage aus Komponenten zusammenstellt und als Gesamtheit in Verkehr bringt, übernimmt die Herstellerverantwortung und damit die Nachweispflicht.
Betreiber bei wesentlicher Veränderung: Wer eine bestehende Maschine so verändert, dass sich das Risiko oder die Sicherheitsarchitektur ändern, gilt rechtlich als Hersteller der veränderten Maschine.

SISTEMA ist dabei nicht die einzige zulässige Berechnungsmethode, aber sie ist die in der Praxis am weitesten verbreitete und von Behörden sowie Berufsgenossenschaften anerkannte Lösung für den Nachweis nach EN ISO 13849-1. Betreiber, die Maschinen lediglich nutzen, ohne sie zu verändern, sind grundsätzlich nicht zur Neuberechnung verpflichtet, müssen aber sicherstellen, dass vorhandene Nachweise vollständig und aktuell sind.

Welche Normen liegen der SISTEMA-Berechnung zugrunde?

Die SISTEMA-Berechnung basiert primär auf der Norm EN ISO 13849-1, die den Titel „Sicherheit von Maschinen: Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen“ trägt. Diese Norm definiert das Konzept des Performance Level, die Kategorien der Steuerungsarchitektur (Kategorien B, 1, 2, 3 und 4) sowie die Berechnungsverfahren für die relevanten Kennwerte.

Eng verwandt und häufig parallel angewendet wird die Norm EN 62061, die einen ähnlichen Ansatz auf Basis des Safety Integrity Level (SIL) verfolgt und vor allem für elektrische, elektronische und programmierbare Steuerungen gilt. Für viele Anwendungen können beide Normen alternativ herangezogen werden. SISTEMA selbst unterstützt primär den Ansatz nach EN ISO 13849-1, bietet aber Schnittstellen für die Kombination beider Welten.

Weitere Normen, die im Kontext einer SISTEMA-Berechnung relevant sind:

EN ISO 12100: Grundsätze der Risikobeurteilung und Risikominderung, aus der der geforderte PLr abgeleitet wird
EN ISO 13849-2: Validierungsanforderungen für die berechneten Sicherheitsfunktionen
Produktnormen einzelner Maschinengattungen, die spezifische PLr-Anforderungen vorgeben können

Wie läuft eine SISTEMA-Berechnung Schritt für Schritt ab?

Eine SISTEMA-Berechnung folgt einem strukturierten Prozess, der mit der Risikobeurteilung beginnt und mit dem dokumentierten Vergleich von berechnetem PL und gefordertem PLr endet. Die Software führt durch die einzelnen Schritte, setzt aber fundiertes Wissen über die Steuerungsarchitektur und die verwendeten Komponenten voraus.

Der typische Ablauf gliedert sich in folgende Schritte:

Risikobeurteilung und PLr-Ermittlung: Zunächst wird für jede identifizierte Gefährdung der geforderte Performance Level (PLr) bestimmt, abhängig von Schwere möglicher Verletzungen, Aufenthaltshäufigkeit und Möglichkeit der Gefahrenvermeidung.
Definition der Sicherheitsfunktionen: Jede Sicherheitsfunktion wird klar beschrieben: Was löst sie aus, was bewirkt sie, welche Komponenten sind beteiligt?
Strukturierung in Subsysteme: Die Sicherheitsfunktion wird in die Bereiche Eingabe (z. B. Sensor), Logik (z. B. Sicherheits-SPS) und Ausgabe (z. B. Schütz) unterteilt.
Eingabe der Komponentendaten: Für jedes Bauelement werden Kennwerte wie MTTF_d, B10_d-Werte (bei mechanischen Bauteilen) und DC eingegeben. Viele Hersteller stellen diese Werte in ihren Datenblättern bereit.
Auswahl der Kategorie: Die Architektur der Sicherheitsfunktion (einkanalig, zweikanalig, mit oder ohne Diagnose) wird der passenden Kategorie nach EN ISO 13849-1 zugeordnet.
Berücksichtigung von CCF: Der Common Cause Failure (CCF), also die Anfälligkeit gegenüber gemeinsamen Ursachen für Ausfälle, wird anhand eines Punktesystems bewertet.
Berechnung und Auswertung: SISTEMA berechnet automatisch den resultierenden PL und zeigt an, ob der PLr erreicht wird.
Dokumentation: Das Projekt wird als SISTEMA-Datei gespeichert und der Ausdruck dient als Teil der technischen Dokumentation für die CE-Kennzeichnung.

Was passiert, wenn der berechnete PL den PLr nicht erreicht?

Wenn der berechnete Performance Level unter dem geforderten PLr liegt, darf die Maschine in dieser Konfiguration nicht in Betrieb genommen oder in Verkehr gebracht werden. Das Ergebnis zeigt, dass die vorhandene Sicherheitsfunktion nicht zuverlässig genug ist, um das identifizierte Risiko ausreichend zu mindern.

In diesem Fall gibt es mehrere Möglichkeiten, das Ergebnis zu verbessern:

Architektur ändern: Der Wechsel von einer einkanaligen (Kategorie 1) zu einer zweikanaligen Architektur (Kategorie 3 oder 4) erhöht den erreichbaren PL erheblich.
Komponenten mit besseren Kennwerten wählen: Komponenten mit höherem MTTF_d-Wert oder besserem Diagnosedeckungsgrad verbessern das Gesamtergebnis.
Diagnosedeckungsgrad erhöhen: Durch den Einsatz von Selbsttest-Funktionen oder geeigneter Auswertungselektronik lässt sich der DC-Wert steigern.
CCF-Maßnahmen verbessern: Zusätzliche konstruktive Maßnahmen gegen gemeinsame Fehlerursachen können die Punktzahl erhöhen.
Risikominderung durch andere Maßnahmen: Alternativ kann geprüft werden, ob der PLr durch konstruktive Änderungen an der Maschine selbst reduziert werden kann, weil das Risiko an der Quelle verringert wurde.

Ein nicht erreichter PLr ist kein Fehler im System, sondern ein wertvoller Hinweis des Berechnungsprozesses. Er zeigt frühzeitig, wo Handlungsbedarf besteht, und ermöglicht gezielte Verbesserungen, bevor die Maschine gebaut oder geliefert wird.

Wann reicht SISTEMA allein nicht aus?

SISTEMA allein reicht nicht aus, wenn die Sicherheitsbetrachtung über die reine Steuerungsarchitektur hinausgeht. Die Software berechnet zuverlässig den Performance Level einer definierten Sicherheitsfunktion, ersetzt aber weder die vollständige Risikobeurteilung noch die Validierung der Sicherheitsfunktion in der Praxis.

Folgende Situationen erfordern ergänzende Schritte oder Methoden:

Risikobeurteilung: SISTEMA setzt eine abgeschlossene Risikobeurteilung voraus. Diese muss separat nach EN ISO 12100 durchgeführt werden und liefert erst den geforderten PLr als Eingangsgröße für SISTEMA.
Validierung nach EN ISO 13849-2: Nach der Berechnung muss die Sicherheitsfunktion validiert werden, also durch Tests und Inspektionen nachgewiesen werden, dass sie in der realen Maschine auch tatsächlich so funktioniert wie berechnet.
Komplexe programmierbare Systeme: Bei Sicherheits-SPS mit komplexer Software kommen ergänzend die Anforderungen aus EN 62061 und IEC 61508 ins Spiel, insbesondere hinsichtlich der Softwareentwicklung.
Gesamtheitliche Sicherheitskonzepte: Für Anlagen mit mehreren Maschinen, Roboterzellen oder vernetzten Steuerungen ist ein übergeordnetes Sicherheitskonzept für die Automatisierungstechnik erforderlich, das die Wechselwirkungen zwischen den Teilsystemen berücksichtigt.
Gefährdungsbeurteilung für den Betrieb: Der Maschinenbetreiber ist darüber hinaus nach der Betriebssicherheitsverordnung verpflichtet, eine eigene Gefährdungsbeurteilung für den Einsatz der Maschine im konkreten Arbeitsumfeld zu erstellen.

Kurz gesagt: SISTEMA ist ein leistungsfähiges Werkzeug für einen klar definierten Teilbereich des Maschinensicherheitsnachweises. Eingebettet in einen vollständigen Sicherheitsprozess entfaltet es seinen vollen Nutzen.

Wie KSV Sie bei der SISTEMA-Berechnung unterstützt

Wir bei KSV berücksichtigen in unseren Projekten die einschlägigen Regelwerke zur Industrial Safety und setzen SISTEMA als zentrales Werkzeug für die Bewertung sicherheitsbezogener Steuerungen ein. Dabei begleiten wir unsere Kunden nicht nur bei der reinen Berechnung, sondern entlang des gesamten Sicherheitsprozesses:

Erstellung und Bewertung von Sicherheitskonzepten für neue Maschinen und Anlagen sowie bei wesentlichen Veränderungen bestehender Systeme
Unterstützung bei der Gefährdungsbeurteilung als Grundlage für die PLr-Ermittlung
Durchführung der SISTEMA-Berechnung inklusive vollständiger Dokumentation für die technische Akte und CE-Kennzeichnung
Planung und Umsetzung sicherheitsgerichteter Steuerungsarchitekturen, von der Komponentenauswahl bis zur Programmierung sicherheitsbezogener Steuerungen
Validierung der Sicherheitsfunktionen im Rahmen der Inbetriebnahme

Ob Sie eine einzelne Sicherheitsfunktion nachweisen müssen oder ein vollständiges Sicherheitskonzept für eine komplexe Fertigungslinie benötigen: Sprechen Sie uns an. Wir helfen Ihnen dabei, Maschinensicherheit rechtssicher und effizient umzusetzen.