Zukunftsweisendes Forschungsprogramm vertraut auf Eisenbahnexpertise von Thales

 Foto Credit: AVL List GmbH

Die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt ermöglichen es, im Bereich neuer Verifikations- und Validierungsansätze für hochautomatisierte sicherheitskritische Systeme, Ressourcen zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und nachhaltig die Sicherheit in diesem Bereich weiter zu verbessern.

 

Aktuelle Verifikations- und Validierungsansätze für sicherheitskritische Systeme verursachen oftmals hohen Aufwand. Reine Simulationsansätze sind in der Modellierungs- und Berechnungskapazität begrenzt und können die Physik nicht im Detail nachempfinden. Praktische Tests verbrauchen sehr viele Ressourcen und können auch potenziell gefährlich sein.

Die Europäische Initiative ENABLE-S3 zielte darauf ab, die heutige kostenintensive Verifikation und Validierung durch modernere und effizientere Methoden zu ersetzen. Von 2016 bis 2019 hat sich daher das ENABLE-S3 Team – bestehend aus 68 Partnern aus 16 Ländern - zum Ziel gesetzt, eine umfassende Plattform für die kostengünstige Validierung und Verifikation von autonomen und hochautomatisierten Transportmitteln, Satelliten und medizinischen Untersuchungsgeräten zu entwickeln.

Thales beteiligte sich an diesem groß angelegten Forschungsprojekt über neue Verifikations- und Validierungsansätze für hochautomatisierte sicherheitskritische Systeme. Thales war durch ein Expertenteam aus Österreich vertreten.

 

Die Ergebnisse von ENABLE-S3 werden die Markteinführung automatisierter Systeme in Europa unterstützen und die Grundlage für künftige Normen in diesem Bereich bilden.

 

Quelle: www.enable-s3.eu

 

Eisenbahnbereich vertraut auf Thales

Das Hauptziel eines Eisenbahnnetzbetreibers ist es, einen pünktlichen und sicheren Zugverkehr zu gewährleisten. Automatisierung und computergesteuerte Zugsteuerung sind dabei wesentliche Elemente für große und komplexe Bahnsysteme. In ENABLE-S3 koordinierte Thales ein Expertenteam zur Entwicklung eines neuartigen Ansatzes für die Verifikation und Validierung, mit Schwerpunkt auf die Senkung der damit verbundenen Kosten durch den Einsatz Formaler Methoden.

 

Eisenbahnfachwissen kombiniert mit mathematischer Genauigkeit

Weltweit werden immer öfter Formale Methoden zur Verifikation und Validierung in Ausschreibungen gefordert. CENELEC, das Europäische Komitee für elektrotechnische Normung, empfiehlt dringend die Verwendung Formaler Methoden.

Aber worin besteht eigentlich der Nutzen?

In aktuellen Verifikations- und Validierungsansätzen werden Testszenarien durchgeführt, um zu zeigen, dass das Design korrekt ist und alle Anforderungen erfüllt sind. Formale Methoden verwenden mathematisch basierte Techniken, um zusätzlich die Konsistenz, Vollständigkeit und Richtigkeit der Anforderungen, unter der Annahme einer gegebenen Semantik, nachzuweisen.  Ein sehr zuverlässiges Konzept, um mögliche Probleme bereits frühzeitig in der System- und Softwareentwicklung zu erkennen und dadurch später höhere Anpassungskosten zu vermeiden.

 

Erfolgreiche Zusammenarbeit mit der University of Southampton und dem Austrian Institute of Technology (AIT)

Um die Theorie in die Praxis umzusetzen, entwickelte Thales das "Railground model" - das erste Modell zur Verifizierung und Validierung einer Signalisierungsspezifikation mit Formalen Methoden. Das Modell diente als Basis für die Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungseinrichtungen. Zusammen mit der University of Southampton konnte Thales das Modell mathematisch validieren und zusammen mit dem AIT Testfälle daraus generieren.

Basierend auf den daraus entstehenden Erfahrungen konnte Thales das „Railground model“ erweitern um die Möglichkeit einer szenarienbasierten Validierung, die es auch einem fachspezifischen Ingenieur ohne mathematischen Hintergrund ermöglicht, die Formalen Methoden zu nutzen.

 

Ergebnisse anwendbar für mehrere Projekte

Im Rahmen einer öffentlichen Abschlussveranstaltung diesen Mai in Graz präsentierte ENABLE-S3 erfolgreich die wichtigsten Projektergebnisse aus drei Jahren Forschung.

Picture: Enable-S3 Team - reailway section
Foto v.l.n.r.: Peter Tummeltshammer (Thales), Tomas Fischer (Thales), Gavin Crosmarie (APSYS), Colin Snook (Univ. of Southampton), Rupert Schlick (AIT)

 

Thales präsentierte die Ergebnisse und erfolgreiche Umsetzungsbeispiele aus dem Eisenbahnbereich:


Ein neuer Verifikations- und Validierungsprozess (V&V), der Formale Methoden in einer frühen Phase des Prozesses beinhaltet, wurde definiert. Thales verwendet derzeit diesen Prozess erfolgreich, um ETCS (European Train Control System) Level 1 Projektdaten zu verifizieren.

 


Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde das Formale Methodenmodell zur Verifizierung und Validierung der "Hybrid ERTMS/ETCS Level 3" Spezifikation verwendet. Die Erkenntnisse daraus wurden erfolgreich in die Norm einbezogen. Diese Validierung wurde als reale Fallstudie während der ABZ 2018 Konferenz in Southampton verwendet. Das Modell wird zusätzlich zusammen mit mehreren anderen Arbeiten 2019 als Sonderausgabe von „Springers Software Tools for Technology Transfer“ veröffentlicht.

 


Für die bahnspezifische Plattform "TAS Platform" wurde eine neue Redundanzarchitektur entworfen und mit Formalen Methoden verifiziert. Durch frühzeitiges Feedback über die Korrektheit der Algorithmen konnte die Effizienz des Designprozesses verbessert werden. Diese Architektur ist bereits in der aktuellen Version der "TAS Platform" enthalten.

 


Kurz gesagt kann der Einsatz Formaler Methoden die Effizienz von Verifikations-  und Validierungsprozessen verbessern und dabei helfen, Designfehler bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung zu erkennen.

 

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts führten auch zu mehreren bedeutenden Publikationen, die wertvolle Erkenntnisse für die zukünftige Forschung auf diesem Themengebiet liefern.