Prof. Dr. rer. nat. Jens Braband Prof. Dr.-Ing. Jörn Pachl

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1 i Konstruktion eines Verfahrens zur Signifikanzbewertung von Änderungen im europäischen Eisenbahnwesen Von der Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhemina zu Braunschweig zur Erlangung des Grades eines Doktoringenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation Von Nicolas Petrek geboren am aus Braunschweig Eingereicht am Disputation am 13. Januar Juli 2014 Berichterstatter Prof. Dr. rer. nat. Jens Braband Prof. Dr.-Ing. Jörn Pachl 2014

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG Ausgangssituation und Problemstellung ziel dieser Arbeit 2 2 RECHTLICHER HINTERGRUND Die Eisenbahnsicherheitsrichtlinie Bestimmungen zu Sicherheitsmanagementsystemen Die gemeinsamen Sicherheitsmethoden-CSM Die wesentlichen Teile des harmonisierten Risikomanagementverfahrens Vorläufige Systemdefinition und Verfahren zur Bewertung von Änderungen Systemdefinition Gefährdungsermittlung Risikoanalyse und -evaluierung Risikoanalysen im Eisenbahnwesen Das V-Modell der EN und seine Phasen Vergleich der EN mit dem CSM-Risikomanagementprozess Bewertung des rechtlichen Hintergrunds mit Hinblick auf das Verfahren zur Signifikanzbewertung 14 3 SIGNIFIKANZBEWERTUNG VON ÄNDERUNGEN Verfahren der CSM-Verordnung Veröffentlichungen der ERA zur CSM-Verordnung Vorliegende Dokumente der ERA zur CSM-Verordnung Vorliegende Beispiele von Änderungen der ERA Beispiel 1 einer betrieblichen Änderung Beispiel 2 einer technischen Änderung Beispiel 3 einer technischen Änderung Beispiel 4 einer betrieblichen Änderung Beispiel 5 einer organisatorischen Änderung Neue Erkenntnisse aus der Betrachtung der Beispiele Zusammenfassung der Erkenntnisse und Erläuterung des weiteren Vorgehens Erkenntnisse hinsichtlich der Definition wesentlicher Begriffe Anwendung des Verfahrens und die Gewichtung der Kriterien Verständnis der Kriterien zur Signifikanzbewertung Erläuterung des weiteren Vorgehens 34 4 AUSWEITUNG DER BETRACHTUNG Verfahren zur Änderungsbewertung in eisenbahnfremden Bereichen Safety Scanning in der Europäischen Luftsicherung Der Ursprung des Modells der Safety Fundamentals Anwendung des Safety Scannings Vergleich des Verfahrens mit den Kriterien der CSM-Verordnung Erkenntnisse aus der Betrachtung dieses Verfahrens Die Bewertung von Änderungen an technischen Anlagen und Maschinen Das Verfahren bei Anlagenänderungen nach dem Produktsicherheitsgesetz 45 Seite i

3 Vergleich des Verfahrens mit den Kriterien der CSM-Verordnung Erkenntnisse aus der Betrachtung dieses Verfahrens Umgang mit Änderungen in der Kerntechnik Nationale Vorschriften Die Bewertung von Änderungen im Bundesland Baden-Württemberg Erkenntnisse aus der Betrachtung dieses Verfahrens Aufwandsbewertung in der Softwareentwicklung nach COCOMO Erläuterung des Modells COCOMO II Die Einflussfaktoren des COCOMO Il-Modells Vergleich des Verfahrens mit den Kriterien der CSM-Verordnung Erkenntnisse aus der Betrachtung dieses Verfahrens Erkenntnisse aus der Betrachtung der Verfahren aus eisenbahnfremden Bereichen Neue Ansätze und Verfahren im Eisenbahnwesen Verfahren der ÖBB zur Bewertung von Änderungen Verfahren der SBB zur Bewertung von Änderungen Verfahren des ORR zur Bewertung von Änderungen Vorschlag des VDB, der DB AG und des VDV zur Signifikanzbewertung Signifikanz von Änderungen aufgrund relevanter Regelwerke Verfahren der DB zur Bewertung von Änderungen Verfahren zur Signifikanzbewertung anhand einer Ausfallfolgen-Unsicherheits-Matrix Erkenntnisse aus der Betrachtung der Verfahren und Ansätze Darstellung der weiteren Entwicklung im Bereich der CSM-Verordnung Darstellung der Diskussion zum Thema CSM Revision der CSM-Verordnung Vortrag der ERA bezüglich der deutschen CSM-Erfahrungen 95 5 ERKENNTNISSE HINSICHTLICH DER SIGNIFIKANZBEWERTUNG Erkenntnisse hinsichtlich der wesentlichen Begriffe Erkenntnisse hinsichtlich des Begriffs der Änderung Erkenntnisse hinsichtlich des Begriffs der Signifikanz sowie der Signifikanzbewertung Erkenntnisse hinsichtlich der Art des Verfahrens Erkenntnisse hinsichtlich der Kriterien zur Signifikanzbewertung Abgrenzung der Sicherheitsrelevanz vom Kriterium Folge von Ausfällen" Diskussion des Kriteriums Folge von Ausfällen" Grundlegende Diskussion der Relevanz der qualitativen Kriterien Diskussion der Kriterien Innovation" und Komplexität" Diskussion des Kriteriums Überwachung" Diskussion des Kriteriums Umkehrbarkeit" Übersicht über die Kriterien und ihre Kategorien Zusammenfassung der Erkenntnisse WEITERGEHENDE UNTERSUCHUNGEN Übersicht über die multivariate Statistik Erläuterung der relevanten statistischen Verfahren Diskriminanzanalyse Logistische Regressionsanalyse 119 Seite ii

4 6.3 Diskussion des weiteren Vorgehens Diskussion und Bewertung der Änderungen Beispiele von Änderungen des NeGSt-Berichts Beispiele von Änderungen der ERA-Dokumente Beispiele von Änderungen aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen Beispiele von Änderungen der SBB Diskussion der vorliegenden Daten Anwendung der Diskriminanzanalyse Überprüfung der Randbedingungen Erläuterung der Diskriminanzanalyse der vorhandenen Datenbasis Betrachtung der Diskriminanzfunktion Betrachtung der Merkmalsvariablen Betrachtung der Merkmalsvariablen Umkehrbarkeit" und Komplexität" Klassifikation neuer Elemente Zusammenfassung der Ergebnisse Beschreibung des vollständigen Verfahrens ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Zusammenfassung Ausblick ANHANG Anhang zum Kapitel Die gemeinsamen Sicherheitsindikatoren Die gemeinsamen Sicherheitsziele Nationale Sicherheitsvorschriften Die Technischen Spezifikationen für Interoperabilität Die Transeuropäische Eisenbahn-Interoperabilitätsverordnung Sicherheitsbescheinigung und Sicherheitsgenehmigung CSM on Supervision und CSM on Monitoring Anhang des Kapitels Anhang zum Verfahren Safety Scanning Übersicht über die Herkunft der Fundamentals Gewichtung der Fundamentals im Bereich Sicherheitsmanagement Das grundlegende Systemmodell im Safety Scanning Anhang zum Verfahren in der Kerntechnik Die zehn grundlegenden Sicherheitsgrundsätze der IAEA Vorgehen der IAEA im Umgang mit Änderungen und Modifikationen Anhang zum COCOMO Il-Modell Transformation der Formel zur Berechnung des Projektaufwands Die Post-Architecture-Kostentreiber Die Early-Design-Kostentreiber Anhang zum ORR-Verfahren: Diagramm mit Übersicht über die Anwendung Anhang zum DB-Verfahren: Erläuterung des Punkteschemas Anhang des Kapitels Tabelle mit der Übersicht über alle Änderungen 162 Seite iii

5 8.3.2 Erläuterung der Bewertung der SBB-Beispiele SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer SBB-Beispiel Nummer Kovarianz-Matrizen für die betrachtete Datenbasis Standardisierung der Diskriminanzkoeffizienten Klassifizierungsergebnisse unter Ausschluss der Variable Komplexität" Klassifizierungsergebnisse unter Ausschluss der Variable Umkehrbarkeit" Diskriminanzanalyse ohne die Beispiele Nummer 3 und Kreuzvalidierung Klassifikation neuer Elemente anhand der Formel mit Werten ohne Nachkommastellen Vergleich der Punktwerte des entwickelten Verfahrens und des DB-Verfahrens Logistische Regressionsanalyse Anhang zur Anwendung des Programms R Anhang zum Verfahren zur Signifikanzbewertung von Änderungen TERMINOLOGIE ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS LITERATURVERZEICHNIS 193 Seite iv