RESILIENCE ENGINEERING - sicherheit- · PDF file© Fraunhofer EMI –Resilience Engineering, Leismann/Häring/Scharte –11.11.2015 RESILIENCE ENGINEERING Resilienz als Grundprinzip

Fraunhofer EMI Resilience Engineering, Leismann/Hring/Scharte 11.11.2015
RESILIENCE ENGINEERING
Resilienz als Grundprinziptechnischer Systeme
Dr. Tobias Leismann, Dr. Ivo Hring, Benjamin ScharteFraunhofer Ernst-Mach-Institut, EMI
Workshop Die resiliente Stadt und ihre BrgerForschungsforum ffentliche SicherheitFraunhofer FOKUS, Berlin, 11. November 2015
Michael Klapsing/PIXELIO

Fraunhofer EMI Resilience Engineering, Leismann/Hring/Scharte 11.11.2015 2
Herausforderungen Nachhaltigkeit & Resilienz
Resilience Engineering
Quantifizierung von Resilienz
Ausblick und Zusammenfassung
AGENDA

1. Das Fraunhofer EMI Auf einen Blick
Gegrndet 1949 als Institut der Uni Freiburg Seit 1959 eines der ersten Fraunhofer-Institute
Benannt nach dem Physiker Ernst Mach Mach-Zahl als Synonym fr hohe Geschwindigkeiten
Forschungsbudget ca. 25 Mill. pro Jahr 310 Mitarbeiter an drei Standorten
Institutsleiter: Prof. Dr. Stefan Hiermaier Professur fr Nachhaltige Ingenieursysteme an der
Albert-Ludwigs-Universitt Freiburg
RaumfahrtAutomotiveSicherheitVerteidigung Luftfahrt
R. Sturm/PIXELIO
Sechs Kernkompetenzen
Sicherheits- und Risikoanalysen physikalisch-technischer Systeme
Ballistik, Stowellen- und Impaktphysik
Dynamik der Werkstoffe und Bauteile
Methoden und Technologien fr Robuste Bauwerke
Messtechnik und Sensorik
Simulation und Berechnungsverfahren

2. Herausforderungen UN Ziele fr Nachhaltige Entwicklung

2. Herausforderungen Nachhaltigkeit und Resilienz

Resilienz ist die Fhigkeit, tatschliche oder potentielle widrige Ereignisse abzuwehren, sich darauf vorzubereiten, sie einzukalkulieren, sie zu verkraften, sich davon zu erholen und sich ihnen immer erfolgreicher anzupassen.
Widrige Ereignisse sind menschlich, technisch sowie natrlich verursachte Katastrophen oder Vernderungsprozesse, die katastrophale Folgen haben.
Quelle: Scharte et al. 2014: 17.
2. Herausforderungen Was ist Resilienz berhaupt?

Systeme reagieren sehr unterschiedlich auf Strungen
Art der Reaktion kann durch technische Lsungen optimiert werden
Ziel ist es, Leistungsverlust durch Strungen zu minimieren
Langfristig soll das System sogar gestrkt werden.
2. Herausforderungen Resilienz als Grundprinzip fr technische Systeme
Quelle: Hring/Stolz/Ebenhch (2016) submitted.

2. Herausforderungen Resilienz als Grundprinzip fr technische Systeme
Resiliencebridging
Systeme reagieren sehr unterschiedlich auf Strungen
Art der Reaktion kann durch technische Lsungen optimiert werden
Ziel ist es, Leistungsverlust durch Strungen zu minimieren
Langfristig soll das System sogar gestrkt werden.
Frage ist: Wie mssen Systeme entwickelt werden, damit Resilienz ein Grundprinzip ist?

3. Resilience Engeneering Das Konzept
Resiliencebridging
Erforschung resilienten Designs und resilienter Konstruktionsweisen fr kritische Infrastrukturen
Fr RE mssen Prozesse und Technologien genutzt und bereits im Design-Prozess fundamental verankert werden
Systemkritische Leistungen mssen auch im Krisenfall erbracht werden knnen
Leistungen knnen auch von anderen/ neuen/ teilweise zerstrten Systemen erbracht werden
Generische Fhigkeiten: Vorbereitung auf black swan-Events ist logisch unmglich
Heuristiken, die fr eine groe Bandbreite an Strungen anwendbar sind, werden bentigt
Strungen drfen mglichst keinen abrupten Leistungsabfall verursachen
elegantes Abschmelzen einzelner Teilfunktionen
Thoma/Scharte/Hiller/Leismann (2016) submitted

3. Resilience Engineering (RE) Das Konzept
Resilience Engineering heit
Erhalt kritischer Funktionen,
Sicherstellen eines eleganten Abschmelzens und
Untersttzung schneller Erholung
Von komplexen Systemen mit der Hilfe von
generischen Fhigkeiten sowie
anpassbaren und angepassten technischen Lsungen
im Fall von kritischen Problemen und unerwarteten Ereignissen.(Thoma/Scharte/Hiller/Leismann (2016) submitted)

3. Resilience Engineering Resilienz als Grundprinzip fr technische Systeme

4. Quantifizierung von Resilienz
a) Verstndnis fr und Formalisierung von Resilienz-Konzepten
b) Validierung von Resilienzkonzepten
c) Design resilienter Systeme
d) Optimierung und Nachrstung bestehender Systeme im Hinblick auf ihre Resilienz
e) Entwurf und Umsetzung mageschneiderter Konzepte fr Wartung und Zuverlssigkeit sowie die Sicherheit (safety) kritischer (Sub-)Systeme
Zeit ta c db
Prepare
Respond
P(a)
P(d)
P(b)
PerformanceP(t)
Prepare
Respond
Leistungs-verlust ()

4. Quantifizierung von Resilienz Umfassende Indikatoren
Interessant zur Quanti-fizierung von Resilienz:
Dauer der Phasen
Ausma und Steigung der Performanz
Erlaubt Zusammen-fassung zu umfassenden Resilienz-Indikatoren

Lsung im Einsatz:
Expertensoftware zur Entscheidungsuntersttzung bei der Implementierung von Sicherheitskonzepten
Ermglicht Entscheidungstrgern ein kontinuierliches und hoch aufgelstes Monitoring, respektive Steuerung der fr die ffentliche Sicherheit relevanten Einflussgren
Entscheidungsuntersttzung ist notwendig um:
Auswirkungen von Sicherheitslagen und -problemen in ihrer Relevanz fr Stdte besser einschtzen zu knnen
Aufkommende Probleme frhzeitig zu erkennen
Handlungsalternativen aufzeigen zu knnen
Folgen alternativer Manahmen besser bewerten zu knnen
Involvierte Stdte bei der Entwicklung:
Belfast, Den Haag, Freiburg, London Tower Hamlets, London Lewisham, Neapel, Reggio di Calabria, Posen
4. Quantifizierung von Resilienz: Softwareuntersttze Entscheidungsfindung fr urbane Sicherheitsmanahmen

Ziel: Chancen/Risiken, ein bestimmtes Resilienzlevelzu erreichen/nicht zu erreichen, sind akzeptabel.
4. Quantifizierung von Resilienz: Softwareuntersttze Entscheidungsfindung fr urbane Sicherheitsmanahmen

Ziel: Sicherheitsintegrierte Stadtplanungsprozesse
Methode: Computerbasierte Integration von Sicherheitsthemen in den Stadtplanungsprozess aus verschiedenen Disziplinen
Erschaffung von robusten und resilienten stdtischen Rumen durch integrierte Risikoanalyse: empirische und statistische Auswertung gekoppelt mit deterministischen Konsequenzanalysen
Detaillierte Verbesserungsvorschlge fr Gebude, Verkehrssysteme und andere Infrastrukturen
4. Quantifizierung von Resilienz: Risiko- und Resilienzanalyse-Tool fr Stadtplaner

Divesting Table
Passenger queue
X-Ray bag scan
WTMD
4. Quantifizierung von Resilienz: Modellierung und Simulation von Checkpoints Gekoppelte Optimierung von Sicherheit und Effizienz

5. Ausblick Institut fr Nachhaltige Technische Systeme (INATECH)
Interdisziplinres Leistungszentrum Nachhaltigkeit
Neues Institut der Technischen Fakultt der Universitt Freiburg
Thematische Gliederung:
Sustainable Materials
Energy Systemes
Resilience Engineering
Etablierung von Resilience Engineering als eigenstndige ingenieurwissenschaftliche Disziplin

5. Zusammenfassung
Resiliencebridging
Resilienz ist wichtiger Baustein fr nachhaltige Entwicklung
Resilienz als Grundprinzip fr technische Systeme bentigt inter-/transdisziplinre Anstze
Mglich durch Resilience Engineering
Preserving critical functionality
Ensuring graceful degradation
Engineered generic capabilities
Customized technological solutions
Quantifizierung von Resilienz erlaubt Lsungen zur Optimierung von Systemen zu finden (etwa fr Resilience bridging)

Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit
Michael Klapsing/PIXELIO

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