Technologie- und Methodiktrends in der Entwicklung von Bahnsystemen

Technologie- und Methodiktrends in der Entwicklung von Bahnsystemen

Die Vorgehensweisen zur Zulassung und Entwicklung bahntechnischer Systeme haben sich in den letzten Jahren maßgeblich verändert. Die Ursachen dieser Veränderungen sind teilweise durch technologische Tendenzen wie die zunehmende Nutzung standardisierter Industriekomponenten bedingt. Zusätzlich haben sich die Prozesse und Methoden zur Entwicklung von Bahnsystemen gewandelt.

Methodische und prozessuale Trends

Methodische und prozessuale Trends beeinflussen die Herangehensweise der Realisierung von Eisenbahnsystemen. Derartige Trends können Auswirkungen auf einzelne Schritte oder Phasen eines Entwicklungsprozesses – wie dem V-Modell – haben. In manchen Fällen werden sogar vollständig neue Entwicklungsprozesse eingeführt, um die Realisierung zu beschleunigen oder die Ergebnisqualität zu erhöhen.

Durch die Anwendung modellbasierter Methoden können die Phasen der Spezifikation, aber auch spätere Phasen wie die Implementierung oder der Test eines Systems optimiert werden. Durch die Verwendung von beispielsweise SysML- oder UML-Modellen wird gezielt die Qualität von Anforderungs- und Architekturspezifikationen verbessert. Bei geeigneter Nutzung können diese Modelle später auch für die automatische Generierung von Programmcode oder Tests genutzt werden. Die Akzeptanz modellbasierter Methoden hat sich in der Bahnbranche in den letzten 10 Jahren deutlich verbessert. So wurde in der aktuell gültigen Fassung der DIN EN 50128 erstmalig die UML als geeignete Modellierungssprache zur Spezifikation von Systemverhalten und -strukturen genannt.

Auch bei der Zulassung von Bahnsystemen wird heute verstärkt auf die Qualität von Spezifikationen geachtet. Bei der Neuen Typzulassung (NTZ) spielen die betrieblichen, technischen und sicherheitlichen Anforderungen an ein signaltechnisches System eine zentrale Rolle. Auf der Basis des Lastenhefts und anderer Anforderungsdokumente wird systematisch bewertet, ob das spätere System alle Anwendungsfälle abdeckt und eine ausreichende Sicherheit aufweist. Die EBA-Verwaltungsvorschrift NTZ fordert in diesem Zusammenhang z. B. die detaillierte Dokumentation von Anforderungen, aber auch die Identifikation von Regelwerksabweichungen durch neue und geänderte Anforderungen und insbesondere von Abweichungen von anerkannten Regeln der Technik. Abseits von nationalen Zulassungsprozessen – wie der NTZ – sind in den letzten Jahren viele europäische Vorschriften erlassen worden, um die Zulassung von Eisenbahnsystemen zu vereinheitlichen. Diese haben unter anderem zum Ziel, dass zukünftig die Prüfungen der Interoperabilität und Sicherheit durch unabhängige Bewertungsstellen durchgeführt werden (z. B. Erstellung eines Sicherheitsbewertungsberichts durch Assessment Body). Außerdem werden Tätigkeiten wie die Risikobewertung durch europäische Verordnungen, in diesem Fall die Common Safety Methods (CSM-VO), angeglichen.

Technologische Trends

Neben prozessualen Tendenzen sind in den letzten Jahren auch technologische Neuerungen in die Entwicklung bahntechnischer Systeme eingeflossen. Bei heutigen Entwicklungsprojekten wird bei der Auswahl von Software-, Hardware- oder Kommunikationstechnologien immer seltener auf Eigenentwicklungen gesetzt. Stattdessen versuchen Hersteller heute oftmals standardisierte Komponenten – so genannte COTS1- Produkte – zu verwenden, um Entwicklungszeiten zu reduzieren und Kosten zu minimieren. Ein aktuelles Beispiel für COTS-Hardware, deren Einsatz zur Modernisierung von Relaisstellwerken aktuell pilotiert wird, sind FPGA2-Prozessoren.

Die Nutzung solcher Produkte ist aus wirtschaftlicher Sicht sehr vielversprechend, da diese günstig in der Beschaffung und durch einen breiten Industrieeinsatz bereits vielfach erprobt sind. Zur Realisierung sicherheitskritischer Systeme ist die Verwendung allerdings in vielfältiger Hinsicht anspruchsvoll. Eine besondere Herausforderung ist die häufig nicht vorhandene Zertifizierung für die Verwendung im Bahnumfeld, die durch entsprechende Systemarchitekturen ermöglicht werden muss.

Gleiches gilt für den Einsatz von mobilen Geräten – also Tablets und Smartphones. Auch hier ist normalerweise keine Zertifizierung für den Gebrauch im Bahnumfeld vorhanden. Um die mit mobilen Geräten erzielbare Steigerung der Mobilität und Benutzerfreundlichkeit dennoch umsetzen zu können, müssen daher ebenfalls spezifische technische Konzepte entworfen werden. Die resultierenden Architekturkonzepte ermöglichen entweder über eine entsprechende Verteilung der Sicherheitsfunktionen oder über nachgelagerte Plausibilitätsprüfungen der Eingaben den Einsatz mobiler Geräte.

Unter Nutzung mobiler Geräte können somit völlig neue Anwendungsszenarien realisiert bzw. bestehende Anwendungen optimiert werden. Häufig spielen dabei die Touchbedienung und integrierte Sensorik der Geräte eine zentrale Rolle. So können beispielsweise Ortungsdienste genutzt werden, um Instandhaltungsarbeiten zu vereinfachen indem Infrastrukturelemente anhand ihrer Position erkannt werden oder um ortsbezogene Informationen einer digitalisierten Betra-Unterlage zu entnehmen.

Fazit

Neben den genannten technologischen und prozessualen Trends, werden viele weitere Tendenzen in den nächsten Jahren Eingang in die Welt der Bahntechnik finden. Einige dieser Trends laufen auf eine verpflichtende Anwendung hinaus, da es sich um Vorschriften oder Normen handelt. Bei anderen kann eine Anwendung technische oder wirtschaftliche Vorteile erzeugen. Bei Berner & Mattner werden derartige Trends frühzeitig auf ihre Anwendbarkeit in der Eisenbahn und die damit verbundenen Vorteile analysiert. Sobald sich abzeichnet, dass ein Trend relevant wird, beginnen wir mit der Ausbildung unserer Experten, um so ideal für zukünftige Projekte gerüstet zu sein.

1 COTS: Commercial off-the-shelf
2 FPGA: Field programmable gate array