Bahn aktuell. Foto: DB AG/Max Lautenschläger

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1 Foto: DB AG/Max Lauteschläger 6 Deie Bah 1/2014

2 Leit- ud Sicherugstechik Sigaltechik 4.0 Idustrialisierug der Sigaltechik Dr. Michael Leiig, Leiter Techologiemaagemet Leit- ud Sicherugstechik ud Dr. Berd Elsweiler, Leiter Architektur ud Stadardisierug LST, beide DB Netz AG, Frakfurt am Mai Verfolgt ma die Veröffetlichuge der Automatisierugsbrache, so wird mit dem Schlagwort Idustrie 4.0 die Hoffug verbude, durch vollstädige Veretzug ud Itegratio aller Teilehmer eier Wertschöpfugskette die Automatisierug ud Flexibilität vo Produktiossysteme i bislag ubekate Dimesioe zu führe. Das Ziel sid itelligete Produktiossysteme, die mit Hilfe leistugsfähiger Algorithme selbstzetrierede Prozesse ermögliche, um weitgehed ohe meschliche Iteraktioe optimale Produktiosabläufe garatiere zu köe. Deie Bah 1/2014 7

3 I dieser Zukuftsvisio der Automatisierugstechik stehe itelligete Kompoete i eiem permaete Iformatiosaustausch, melde über Prozess- ud Diagosekaäle ihre jeweilige Systemzustad ud ermögliche Progose über Restutzugszeite ud drohede Störuge. Die Geschwidigkeit der Iformatiosverarbeitug, die Agilität der Kompoete sowie die Kommuikatio zwische de Kompoete spiele eie etscheidede Rolle, um bei Störuge Hadlugsalterative zu erarbeite ud i Echtzeit im Produktiosprozess umsetze zu köe. Es steht außer Frage, dass eie solche Zukuftsvisio ur erreicht werde ka, we leistugsfähige ud robuste Basistechologie für die Iformatiosverarbeitug im idustrielle Umfeld zur Verfügug stehe ud Stadards durchgesetzt werde köe, auf dere Eihaltug sich alle Teilehmer der Wertschöpfugskette verstädige. Wie die Iitiative Idustrie 4.0 der Automatisierugsbrache zeigt, ist es geluge, eie breit agelegte ud vo Parter aus Forschug, Idustrie ud Politik getragee Iitiative zu orgaisiere, um die Etwicklug der Automatisierugstechik auf eie eue Stufe zu hebe. Was habe die Ausführuge zur Iitiative der Automatisierugstechik mit der Sigaltechik zu tu? Zuächst ka vergleiched zu de Produktiosalage der Idustrie die Schieeifrastruktur der Bah als eie große Produktiosalage gesehe ud die Leit- ud Sicherugstechik (LST) als Automatisierugstechik verstade werde, mit dere Hilfe eie sichere, leistugsfähige ud itelligete Trasseproduktio möglich wird. Folgt ma diesem Asatz, muss die Frage zulässig sei, ob die Asätze der Automatisierugstechik icht auch auf die Leit- ud Sicherugstechik agewadt ud damit idustrielle Lösuge für de Bahsektor erschlosse werde köe? Ka es so etwas wie eie Sigaltechik 4.0 gebe? I Aalogie zur Iitiative Idustrie 4.0 ist zu hiterfrage, wie eie grudleged eue, auf Idustriekompoete basierede Leit- ud Sicherugstechik etwickelt werde ka ud welche Rolle die Bah, die Idustrie, aber auch die Politik spiele muss, um der Idustrialisierug der Sigaltechik Vorschub zu leiste. Dieser Beitrag verdeutlicht die Positio der Bah zu diese Frage, skizziert de Umsetzugsstad der Etwicklugsmaßahme ud wagt eie Ausblick, welche weitere Schritte ud Iitiative gemeisam bewegt werde müsse, um die Sigaltechik i Deutschlad zukuftsfähig zu mache. Dazu wird uter aderem auf die Umsetzug vo Schlüsseltechologie wie der eue LST-Plattform sowie der Kommuikatios- ud Security-Dieste eigegage (Abbildug rechts obe). Schlüsseltechologie LST-Plattform Um die wachsede Systemkomplexität i der Leit- ud Sicherugstechik zu bewältige, ist die Stadardisierug der Systemarchitektur, der Fuktiosverteilug ud der verwedete Protokolle uabdigbar. Leitgedake ist die Etwicklug vo Plattforme, wie sie auch i adere Idustrie erfolgreich umgesetzt wurde, um die Vorteile modularer ud stadardisierter Systeme für die Leit- ud Sicherugstechik zu erschließe. Die DB Netz AG hat eie Referezarchitektur für elektroische Stellwerke etwickelt, Systemaforderuge verbidlich zugeordet ud erarbeitet aktuell eie Risikoaalyse, die speziell auf die eue Systemarchitektur abgestimmt sei wird. Merkmale dieser Architektur sid uter aderem die Verwedug eigesicherer Feldelemete, eie durchgehede Treug der Eergie- ud Iformatiosübertragug, die Nutzug idustrieller Kommuikatiosstadards, die Etkoppelug vo Hard- ud Software für die Sicherheitsfuktio, die Kozetratio der Sicherheitsfuktioe auf die Zetraleiheit sowie auf die eigesichere Feldelemete. Eigesichere Feldelemete bedeutet, dass die Feldelemete sich selbst überwache ud Fuktioe besitze (das heißt, eie eigee Itelligez habe), um bei Störug i de sichere Zustad zu falle. Sämtliche Rechte a de Spezifikatioe liege dabei bei der DB Netz AG, die diese jedoch jedem Marktteilehmer zur Verfügug stellt, um die für de Betreiber wichtige eiheitliche Plattform umsetze zu köe. Aus wirtschaftlicher Perspektive werde durch die Leistugscharakteristika der eue Stellwerksarchitektur grudleged eue Ivestitios- ud Produktiosstrategie möglich. So köe zuküftig zum Beispiel ahezu beliebige Stelletferuge realisiert werde. Dadurch wird es möglich, die Stadorte, a dee Sicherugstechik vorgehalte werde muss, a Orte zu verlege, a dee Syergie mit adere Techike erschlosse werde köe. Darüber hiaus lasse sich die Azahl der Techikstadorte sigifikat reduziere ud Redudazkozepte realisiere, wie sie bislag ur i Rechezetre möglich ware. Durch eigesichere Feldkompoete ka der Übertragugsweg zwische Stellwerk ud Feldelemet zuküftig als offees System ausgeprägt werde. Dadurch eröffe sich eue Möglichkeite zur Etwicklug vo Netze, die icht exklusiv für die Leit- ud Sicherugstechik gebaut, soder gemeisam vo uterschiedlichste Aweduge geutzt werde. Über so geate Poit of Services werde für die Abidug vo Feldelemete Übertragugsstadards auf eier gemeisame Kommuikatiosifrastruktur agebote. Die Bah hat diesbezüglich ei Kozept eies bahbetriebliches IP-Netzwerkes (IP = Iteretprotokoll) erarbeitet, welches die zuküftige Leistugsparameter der Kommuikatio defiiert. Die Sicherheitsaforderuge im Sie vo Safety ud Security werde im Kozept bewusst separat bediet, um bei sich äderde äußere Bedrohugsszearie aufrüste zu köe, ohe die bestehede Stellwerkssoftware äder zu müsse. So werde zuküftig die ormative Forderuge für eie sichere Kommuikatio durch das RaSTA-Protokoll (Rail Safe Trasport Applicatio) abgedeckt. Werde offee Kommuikatiosverbiduge verwedet, so werde die dadurch bedigte Securityaforderuge durch eie separate Kompoete (KISA Kommuikatios-Ifrastruktur für sicherheitsgerichtete Aweduge) bediet, die uabhägig vom Stellwerk realisiert wurde (Abbildug rechts ute). Die Spezifikatioe vo RaSTA ud KISA sid offe ud köe auch vo Dritte frei verwedet werde. Mit Eiführug der eue Stellwerksarchitektur wird zeitgleich ei weiterer idustrieller Stadard (OPC-UA) eigeführt, mit dem die Diagose optimiert wird. Mit dem Ziel, Zustadsüberwachug ud prävetive Istadhaltug zu ermögliche, wurde 8 Deie Bah 1/2014

4 Schlüsseltechologie Voraussetzuge LST-Plattform Modellierug Kommuikatio ud Security Neue Typzulassug Schlüsseltechologie ud Voraussetzuge (Auszug) Alle Grafike: Quelle DB Netz AG IP-basierte Kommuikatiosstruktur im Projekt DIANA (öffetlich gefördertes Forschugsprojekt zu Aalyse- ud Diagosefähigkeite vo elektroische Steuergeräte) gemeisam mit der Idustrie Strukture ud Formate defiiert, wie Zustadsiformatioe zuküftig a eie zetrale Auswerteeirichtug geliefert werde (Abbildug Seite 10). Olie-Zustadsüberwachuge ud Progose über die Restutzugsdauer vo sigaltechische Kompoete sid damit keie uerreichbare Ziele mehr, soder köe sukzessive zur Verbesserug der Verfügbarkeit ud der Istadhaltugsprozesse implemetiert werde. IP-Kommuikatio für Sigale i Betrieb Die LST-Plattform ist lägst dem kozeptioelle Stadium etwachse. Seit Dezember 2011 wurde eie Reihe vo Referezprojekte beauftragt, i dee jeweils Teile der Referezarchitektur implemetiert ud erprobt werde. Gemeisam mit der Idustrie wird seitdem die Umsetzug betriebe. Ei wichtiger Meilestei kote im November 2013 im Stellwerk Aaberg-Buchholz im Erzgebirge erreicht werde. Uter der Leitug der Erzgebirgsbah wurde zum erste Mal eie IP-basierte Kommuikatio zur Abidug vo 12 Sigale vom Eisebah-Budesamt zugelasse ud i Betrieb geomme. Nach der japaische Bah ud de Schweizerische Budesbahe hat damit u auch die DB Netz AG de erste wichtige Schritt i Richtug IP-basierter Kommuikatio i der Sigaltechik vollzoge. Obwohl der edgültige Kommuikatiosstadard erst i der zweite Phase des Projektes umgesetzt werde ka, ist mit der erfolgreiche Ibetriebahme die Zukuft i Richtug dezetraler, itelligeter Kompoete ud eier IP-basierte Kommuikatio zweifelsohe vorgegebe. Im November 2013 wurde ei weiterer wichtiger Meilestei erreicht. So wurde vom Eisebah-Budesamt der Start zur Zuverlässigkeitserprobug vo so geate KISA-Module beschiede, mit dere Hilfe die sichere Verbidug über offee Kommuikatiosleituge möglich wird. Auch hier ist es wichtig, dass gemeisam mit der Idustrie Erfahruge gesammelt werde, um Verbesserugspoteziale och vor dem Rollout der Techik realisiere zu köe. I eier Reihe weiterer Referezprojekte ist die Umsetzug der eue LST-Plattform soweit fortgeschritte, dass 2014 Ibetriebahme fest eigeplat sid. Diese Erfolge bestärke die DB AG, eie weitere wichtige Schritt 2014 i Agriff zu ehme ud die Referezarchitektur bis 2018 i eiem Projekt vollstädig umzusetze. I diesem Projekt solle icht ur die eue Schittstelle gesamthaft implemetiert, soder auch die eue itegrierte Bedieug pilotiert ud zur Zulassug gebracht werde. Eie erhebliche Herausforderug gleichermaße für Idustrie ud Bah. Chace für ei gemeisames Hadel Der eigags bemühte Vergleich mit der Automatisierugsbrache macht deutlich, dass grudlegede techologische Etwickluge i eier Brache vo eier gemeisame Deie Bah 1/2014 9

5 Statusazeige Fehlerdiagose Verfügbarkeitsprogose Etscheidugshilfe Diagosesysteme Feldelemete, Alage Diagosesystem DIANA Iitiative getrage ud politisch flakiert werde sollte. I de vergagee Jahre hat der Bahsektor erste Erfahruge gesammelt, wie i gemeisamer Astregug Rahmebediguge grudleged eu gestaltet werde köe. Als Beispiel ka hier die Etwicklug der Neue Typzulassug geat werde. I gemeischaftlicher Arbeit vo Eisebah-Budesamt, Idustrie ud Bah wurde eie eue Verwaltugsvorschrift geschriebe, die dazu beiträgt, akute Probleme im Sektor schrittweise zu beseitige. Eie solche Zusammearbeit ist auch bei weitere, vorwettbewerbliche Theme dekbar. Es geht um die Schaffug vo Kovetioe ud Stadards als Basis für Iovatioe, ohe dabei de Differezierugsspielraum ud damit de Wettbewerb grudleged eizuschräke. Es sei daher erlaubt, über Möglichkeite achzudeke, wie im Zusammewirke vo Bah, Idustrie ud Politik Iovatiosiitiative gestartet werde köe, die die Sigaltechik zukuftsfähig mache, auf Europa ausrichte ud dabei wirtschaftliche Perspektive schaffe, um de Ivestitiosrückstau i der Sigaltechik zu beseitige. Die Positio der Bah ist klar. Durch Ivestitioe i Stadardisierugs- ud Iovatiosprojekte setzt die Bah auf modere Stellwerkstechik, die durch Offelegug vo Spezifikatioe icht ur im deutsche Markt, soder darüber hiaus i Europa zum Eisatz komme ka. Die eue Stellwerksarchitektur besitzt somit icht ur das Potezial, die Aforderuge der deutsche Bah zu erfülle. Vielmehr bietet die flexible Plattform die Chace über Kofiguratioe im Sie vo Desigvariate auch die Aforderuge weiterer europäischer Bahe zu bediee. Dass ei etsprechedes Iteresse europäischer Bahe zur gemeisame Stadardisierug besteht, zeigt die Iitiative eulyx, i der ulägst sechs europäische Bahe ei Memoradum uterschriebe habe, um auf der Basis eier gemeisame Stellwerksarchitektur die Stadardisierug vora zu treibe. Nähere Iformatioe über die europäische Iitiative eulyx sid über die Seite oder auf Nachfrage bei de Autore zu beziehe. Die Ziele der Bah gehe aber deutlich über die Stadardisierug eier LST-Plattform hiaus. So sid die agestrebte Effiziezsteigeruge ur zu erreiche, we auch der Etwicklugsprozess selbst durch eie durchgägige Werkzeugkette, das heißt durch eie Etwicklugsplattform uterstützt wird, die Projektierug weitgehed automatisiert ud das Teste vo der Strecke is Labor verlagert werde ka. Es geht daher um icht weiger als die Idustrialisierug der gesamte Wertschöpfugskette, die erforderlich sei wird, um die Aufwäde im Ökosystem Stellwerkstechik substaziell zu seke. Dies ist icht ur aus Kostesicht relevat, soder ist zudem erforderlich, um Stellwerksprojekte sehr viel scheller als bisher realisiere, das heißt die istallierte Basis ereuer zu köe. Um die weitere Schritte i Richtug Sigaltechik 4.0 zu gehe, hat die DB Netz AG eie Sektoriitiative gestartet, die de Aufbau eies Testceters für die Sigaltechik zum Ziel hat. Der Zuspruch der Idustrieparter zeigt, dass vergleichbar zur Automatisierugsbrache auch dieser Sektor imstade ist, 10 Deie Bah 1/2014

6 Foto: Siemes Pressebild grudlegede Dige zu bewege. Auch hier wird der Erfolg maßgeblich davo abhäge, wie die Zusammearbeit gestaltet ud trotz Wahrug der jeweilige Uterehmesiteresse Kovetioe ud Stadards erreicht werde köe. Letztlich ist auch hier maßgeblich, dass die Politik durch ei etsprechedes Egagemet Rahmebediguge ud Strukture schafft, die de Wadel im Sektor achhaltig förder. Zusammefassug Die erste Schritte i Richtug Sigaltechik 4.0 sid geschafft. Mit der Abidug der erste Sigale über eie IP-Kommuikatio ud de Start der Zuverlässigkeitserprobug vo KISA sid wichtige Meilesteie auf dem Weg zur eue LST-Plattform erreicht worde. I de kommede zwei Jahre werde weitere Schittstelle der zuküftige LST-Plattform i Betrieb geomme. Mit jeder Ibetriebahme kommt die Bah dem Ziel eier modulare, offee ud stadardisierte Techik ei Stück äher. Währed i de aktuelle Projekte jeweils Teile der eue Plattform implemetiert ud zur Zulassug gebracht werde, wird ei ächster Schritt dari bestehe, die gesamte Referezarchitektur i eiem Projekt zu verwirkliche. I diesem ächste Schritt muss sich zeige, ob Schittstelle, Übertragugstechik, Diagose ud icht zuletzt ei eues, itegriertes Bediesystem gesamthaft realisiert werde köe. Die Bah wird hier weiter vora gehe, um die techische Voraussetzuge zu schaffe, die Bedürfisse der Produktio ach wirtschaftliche, flexible ud achhaltige Lösuge zu bediee. Die mit dem Begriff Sigaltechik 4.0 verbudee Ziele gehe aber über die Etwicklug eier eue techische Plattform hiaus. I Zusammewirke vo Idustrie ud Bah sid durchgägige Werkzeugkette zu schaffe, die vo der Etwicklug über die Projektierug bis zum Ede der Nutzugsdauer Date effiziet zur Verfügug stelle ud Prozesse weitgehed idustrialisiere. Nebe de Etwicklugsprozesse wird die Stadardisierug vo Testverfahre ud der eue Zulassugsprozess zuehmed is Zetrum der Betrachtug rücke müsse, um die Aufwäde im Ökosystem Sigaltechik isgesamt zu seke. Auch hier hat die Bah mit der Iitiative Testceter Europea Trai Cotrol System (ETCS)/LST Wege aufgezeigt, wie durch eie bessere Verzahug vo Idustrie ud Bah Prozesse verbessert ud damit die astehede Herausforderuge agegage werde köe. Letztlich sollte dieser Weg auch vo der Politik begleitet ud uterstützt werde, um Strukture zu schaffe, die ei Iovatiosklima dauerhaft förder ud de Erfolg des Sektors achhaltig sicher. De ur i gemeisamer Astregug vo Idustrie, Politik ud Bah wird die Sigaltechik 4.0 umgesetzt werde köe. Die Bah freut sich auf de Dialog. Scae Sie de QR-Code mit dem Smartphoe oder Tablet. (Europäische Stadardisierugsiitiative) Deie Bah 1/