Softwarebasierte Fehlertoleranz numerischer Berechnungen für die funktionale Sicherheit am Beispiel der Automatisierungstechnik

Funktionale Sicherheit ist eine Voraussetzung für die Zulassung und den Betrieb von Produktions- und Automatisierungssystemen. Sie garantiert den Schutz von Menschen, Maschinen und der Umwelt vor Schäden. Mit der zunehmenden Flexibilisierung von Produktionsprozessen wachsen jedoch die Anforderungen an die funktionale Sicherheit stetig. Diese Arbeit untersucht softwarebasierte Sicherheitssteuerungen, die Zweikanaligkeit nicht hardwareseitig, sondern durch softwarebasierte arithmetische Codierungsverfahren realisieren. Bisher existierende arithmetische Codierungen stoßen insbesondere bei komplexen numerischen Berechnungen an ihre Grenzen. Vor diesem Hintergrund wird eine neue arithmetische Codierung entwickelt, die numerische Operationen schneller ausführen kann. Aufbauend auf bestehenden Verfahren werden softwarebasierte Ansätze optimiert sowie neue Konzepte unter Nutzung der Floating Point Unit und der Festkommadarstellung konzipiert und analysiert. Die Ergebnisse zeigen Optimierungspotenziale auf und eröffnen neue Perspektiven für leistungsfähige, flexible und zugleich sichere Automatisierungssysteme.