Was ist Fail-safe?

Das Entwurfsprinzip, ein System bei einem Ausfall oder einer Störung in einen sicheren Zustand übergehen zu lassen. Beispiele sind Eisenbahnsignale, die bei einem Ausfall auf Rot oder Halt fallen, und stromlos geschlossene Ventile, die schließen, wenn Strom oder Druckluft wegfallen.

Japanische Bezeichnung: フェールセーフ

„Fail-safe“ kommt in 3 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Systemarchitektur und Zuverlässigkeit.

Fachgebiet: Systemarchitektur und Zuverlässigkeit

Die sichere Seite wird für jedes System festgelegt

Beim Fail-safe-Entwurf wird für jedes System überlegt und festgelegt, welcher Zustand bei einem Ausfall sicher ist. Bei einem Zufuhrventil für gefährliches Gas ist Schließen die sichere Seite, bei einem Aufzug das Anhalten mit angezogener Bremse. Manche Systeme werden jedoch gerade durch das Anhalten gefährlich; für sie sind statt des Anhaltens die Konzepte Fail-soft, das auch mit eingeschränkter Funktion weiterarbeitet, oder Fehlertoleranz, das die Funktion trotz Ausfällen erhält, nötig.

Beispiele in Halbleiterfabriken

Halbleiterfertigungsanlagen verarbeiten giftige und brennbare Gase, daher ist der Fail-safe-Entwurf weit verbreitet. Gaszufuhrventile sind stromlos geschlossene Typen, die mit Druckluft öffnen und durch Federkraft schließen, wenn Druckluft oder Strom wegfallen. Außerdem stoppen Verriegelungen (Interlocks) die Gaszufuhr automatisch, wenn die Absaugung ausfällt oder ein Gasleck erkannt wird.

Unterschied zu Fail-soft und Fool-proof

Fail-safe zielt darauf, das System bei einem Ausfall in einen sicheren Zustand zu bringen, und stoppt dabei in vielen Fällen seine Funktion. Fail-soft zielt darauf, den ausgefallenen Teil abzutrennen und weiterzuarbeiten, auch mit eingeschränkter Funktion oder Leistung. Fool-proof richtet sich nicht auf Maschinenausfälle, sondern auf menschliche Fehlbedienung und macht Fehlbedienungen unmöglich oder ungefährlich.

Jetzt üben: Fragen zu Fail-safe

Welches Beispiel zeigt einen Entwurf nach dem Fail-soft-Prinzip?

  1. AWird ein Fehler erkannt, wird die Anlage in einen sicheren Zustand gebracht und angehalten
  2. BBedienabläufe und Bauteilformen werden so gestaltet, dass eine Fehlbedienung unmöglich ist
  3. CIn einem System, in dem vier Server die Verarbeitung teilen, setzen bei Ausfall eines Servers die übrigen drei die Verarbeitung fort, wenn auch mit verringerter Kapazität
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Antwort: C. In einem System, in dem vier Server die Verarbeitung teilen, setzen bei Ausfall eines Servers die übrigen drei die Verarbeitung fort, wenn auch mit verringerter Kapazität

Fail-soft bedeutet, dass bei einem Ausfall eines Teils des Systems der ausgefallene Teil abgetrennt wird und das System insgesamt weiterarbeitet, auch mit eingeschränkter Funktion oder Leistung. Wenn bei Ausfall eines von vier Servern die übrigen drei die Verarbeitung mit verringerter Kapazität fortsetzen, ist das ein Beispiel dafür. Bei einem Ausfall auf der sicheren Seite anzuhalten, ist Fail-safe, und Fehlbedienungen zu verhindern, ist das Fool-proof-Prinzip.

In Halbleiterfertigungsanlagen werden stromlos geschlossene Gaszufuhrventile verwendet, die mit Druckluft öffnen, sodass sich bei einem Stromausfall oder einem Ausfall der Druckluft die Ventile schließen und die Zufuhr gefährlicher Gase stoppt. Welches Entwurfsprinzip ist das?

  1. AFail-safe
  2. BFail-soft
  3. CFool-proof
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Antwort: A. Fail-safe

Das Prinzip, ein System so zu entwerfen, dass es bei einem Ausfall oder einer Störung in einen sicheren Zustand übergeht, heißt Fail-safe. Ein stromlos geschlossenes Ventil schließt durch Federkraft, wenn die Druckluft oder der Strom, die es öffnen, wegfallen; eine Störung bei Strom oder Luft führt daher in den sicheren Zustand, in dem kein Gas mehr fließt. Trotz eines Ausfalls mit eingeschränkter Funktion weiterzuarbeiten, ist Fail-soft, und menschliche Fehlbedienung zu verhindern, ist das Fool-proof-Prinzip.

Häufige Fragen

Wann wird Fail-safe und wann Fail-soft eingesetzt?

Fail-safe kommt in Frage, wenn das Anhalten die Sicherheit wahrt, Fail-soft, wenn ein Anhalten Probleme verursachen würde. Was nach dem Anhalten sicher ist, wie Gase in Fertigungsanlagen, wird fail-safe ausgelegt, während etwas, dessen Stillstand große Auswirkungen hat, wie von vielen Menschen genutzte Geschäftssysteme, fail-soft ausgelegt wird und auch mit eingeschränkter Leistung weiterläuft. Beides kann in einem System kombiniert werden.

Gilt Fail-safe auch für Informationssysteme?

Ja. Ein Entwurf, der den Zugang verweigert, statt Nutzer durchzulassen, wenn der Authentifizierungsserver nicht erreichbar ist, ist zum Beispiel aus Sicht der Sicherheit fail-safe. Weil das die Verfügbarkeit senkt, wird nach dem Zweck des Systems entschieden, zu welcher Seite es fallen soll.

„Fail-safe“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Fail-safe“ (3)

  1. Welches Beispiel zeigt einen Entwurf nach dem Fail-soft-Prinzip?
  2. In Halbleiterfertigungsanlagen werden stromlos geschlossene Gaszufuhrventile verwendet, die mit Druckluft öffnen, sodass sich bei einem Stromausfall oder einem Ausfall der Druckluft die Ventile schließen und die Zufuhr gefährlicher Gase stoppt. Welches Entwurfsprinzip ist das?
  3. Welcher Ansatz zur Erhöhung der Systemzuverlässigkeit entspricht der Fehlervermeidung (Fault Avoidance)?

Verwandte Begriffe

Fail-soft Fool-proof Burn-in Badewannenkurve Fehlertoleranz (Fault Tolerance) Differenzielles Backup Dualsystem Duplexsystem Hot Standby Inkrementelles Backup

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