Entwicklung von Bahnautomatisierungssystemen: Eine Herausforderung für die Softwareentwicklung Siemens AG 2015 siemens.

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Günter Elmar Lorentz
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1 Mobility Management Entwicklung von Bahnautomatisierungssystemen: Eine Herausforderung für die Softwareentwicklung siemens.com/mobility

2 Inhalt Vorstellung Mobility Management Das sicherheitsrelevante System Bahn Herausforderungen Aus der Vergangenheit In der Zukunft Page 2

3 Siemens Mobility Management Zahlen und Fakten Augsburg Erlangen Berlin Hamburg Poole Braunschweig München Austin New York Chippenham London Zilina Brünn Novato Louisville Châtillon Vienna Marion Jacksonville Pittsburgh Lissabon Wallisellen Ankara Peking X'ian Caracas Madrid Rouiba Dubai Singapur Mumbai São Paolo Midrand Brisbane Mitarbeiter: Stammhaus: Berlin Stammhaus Segment-Stammhaus Standort Melbourne Page 3

4 Portfolio-Überblick Bahnautomatisierung Mainline Mass Transit Freight & Products Leit- und Sicherungstechnik sowie Steuerungs- und Überwachungssysteme zur Gewährleistung eines sicheren und effizienten Fernverkehrs Zugbeeinflussungs- und Signalsysteme zur Überwachung aller Zugfahrten für einen effizienten und wirtschaftlichen Nahverkehr Lösungen für die besonderen Anforderungen von Rangierbahnhöfen und den Industrie-, Minen- und Güterverkehr für eine Lieferung just-in-time Page 4

5 Schrankenantrieb Funkanrückmelder Betriebsleitzentrale Zugfunk (GSM-R) Bahnübergangssicherungsanlage ETCS- Fahrzeuggerät Kompaktsignal ETCS- Signal Gleisstromkreis Lineside Electronic Unit (LEU) Euroloop Bahnautomatisierung Mainline Eurobalise Elektronisches Stellwerk Funkstreckenzentrale (RBC) Achszähler Page 5

6 Herausforderung: Sehr lange Produktlebenszyklen Bestandsaufnahme Stellwerkstechnik in Deutschland: Etwa mechanische Stellwerke Mehrere hundert elektromechanische Stellwerke Etwa 40% Alttechnik von vor dem zweiten Weltkrieg Relaisstellwerke verschiedener Bauformen von 1950 bis Ende 1980er Elektronische Stellwerke (computergesteuert) seit Ende 1980er Page 6

7 Herausforderung: Sehr lange Produktlebenszyklen Von moderner Zugbeeinflussung! Eurobalisen! Übertragung Signalbegriff auf den Zug! Übertragung von Datenpaketen (mehrere Bytes)! Übertragung von Fahrprofilen! Verbesserte Ortung Page 7

8 Herausforderung: Sehr lange Produktlebenszyklen zu historischen Varianten! Indusi (links)! ab 1930! Induktive Übertragung! Krokodil (rechts)! ab 1920! Übertragung +/- 20V Page 8

9 Herausforderung: Funktionale Sicherheit Sicherheit (EN 50126): Freiheit von nicht akzeptablen Risiken Risiko- und Gefährdungsanalyse Risiko (EN 50126): Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Gefahr, die einen Schaden verursacht, sowie der Schweregrad eines Schadens Vereinfacht: Risiko = Schadensausmaß * Schadenshäufigkeit Page 9

10 Risikoklassifikation und Safety Integrity Level Gefährdungsrate Risikoklassifikation (pro Funktion pro Stunde) häufig unzulässig unzulässig unzulässig unzulässig wahrscheinlich unzulässig unzulässig unzulässig Grenzrisiko gelegentlich unzulässig unzulässig Grenzrisiko zulässig kaum vorstellbar unzulässig Grenzrisiko zulässig zulässig unwahrscheinlich Grenzrisiko zulässig zulässig zulässig unglaublich zulässig zulässig zulässig zulässig katastrophal kritisch marginal unbedeutend Schadensausmaß Page 10 SAFETY INTEGRITY LEVEL Tolerable Hazard Rate THR per hour and per function <THR < < THR < < THR < < THR < 10-5

11 Welche Fehler führen zu Gefährdungen? Klassifikation von Fehlern: Physische (zufällige) Fehler Hardwarefehler als Folge von Alterung Verschleiß ausgefallene Transistoren Ursache: Physik Systematische Fehler mangelhafter Entwurf Programmierfehler fehlerhafte Dimensionierung der Hardware Ursache: Mensch Versagen der Signaltechnik ODER systematische Fehler Ausfälle u. Störungen Nicht quantifizierbar, daher qualitative Stufung (SILs) Quantifizierbar ( Ausfallraten ) Page 11

12 Beherrschung von physischen Fehlern - Mehrkanaligkeit Definition: 2-out-of-3 (2oo3 oder 2v3) 1. 2 der 3 Kanäle müssen funktionstüchtig sein und dasselbe Ergebnis errechnen 2. Das Ergebnis der 2 gleichen Kanäle wird zur Weiterverarbeitung verwendet Eingabe Kanal 1 Kanal 2 Voter Ausgabe Kanal 3 Page 12

13 Beherrschung von systematischen Fehlern in der Software EN 50128! Verfahren und technische Anforderungen für die Entwicklung von programmierbaren elektronischen Systemen! gesamter Bereich der Sicherheitsanwendungen! Gilt für jegliche sicherheitsrelevante Software, die in Eisenbahnsteuerungsund -überwachungssystemen verwendet wird, einschließlich: Anwendungsprogrammierung; Betriebssysteme; unterstützende Werkzeuge; Firmware.! gilt auch für Änderungen und Erweiterungen an bestehender Software Ver Val Phase Ergebnisse Quelle: EN Page 13

14 EN Rollen und Unabhängigkeiten Anerkannter Fachbetrieb: Der Gutachter kann auch der entwickelnden Firma unterstellt sein, wenn eine ausreichende Unabhängigkeit zur entwickelnden Abteilung gewährleistet ist Voraussetzung: Anerkennung durch Zulassungsbehörde wie z.b. EBA Page 14 Quelle: EN 50128

15 EN Aufgaben und Rollen Page 15

16 Testende-Kriterien Applikation Test Testende-Kriterien! Code-Abdeckung EN 50128, DO-178 C Anweisungsüberdeckung Pfadüberdeckung Modified Condition/Decision Coverage (MC/DC)! Funktionsüberdeckung! Requirementsüberdeckung! Schnittstellenüberdeckung Herausforderung des Testens:! Der Testling besitzt einen großen internen Zustandsraum (vielleicht interne Zustände)! Testfälle sind separat zu erstellen! 2 15 manuell erstellte Testfälle sind schon sehr viel, aber bestimmt nicht erschöpfend Zum Vergleich: Anzahl Elektronen im sichtbaren Universum Eddington number N_edd = = Page 16

17 EN Zusammenfassung Vorgaben für den Entwicklungsprozess Festlegung von Maßnahmen und Tools Anforderungen an Dokumente Unabhängige Stellen Page 17

18 Herausforderung: Immer komplexere Systeme Page 18 Heute Morgen

19 InnoTrans-Studie Stellwerk in der Cloud Integration von Stellwerkstechnik und Betriebsleittechnik Flexibilisierung: Verlagerung der Funktion z. B. von München nach Berlin Integration weiterer Dienste wie z. B. Diagnose und weiterer Subsysteme IT-Security Page 19

20 Kontakt Dr. Ralf Pinger MO MM R&D PPD PI Siemens AG Mobility Division Mobility Management Research & Development Portfolio, Processes. & Documentation Portfolio & Innovation Management Ackerstraße Braunschweig Deutschland Page 20

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