Methodische Modellierung und Analyse von Sicherungssystemen des Eisenbahnverkehrs

Derzeit werden in den europäischen Ländern noch unterschiedliche organisatorische Strukturen, Strategien und betriebliche Regeln genutzt, um einen sicheren Eisenbahnverkehr zu gewährleisten. Der gemeinsame europäische Markt und die Anforderung an die Interoperabilität führen zum Bestreben nach Harmonisierung. Aus diesem Grund wurden von der CENELEC die ersten europäischen Normen erarbeitet, die die Verlässlichkeit im Sinne eines Oberbegriffes für Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Instandhaltbarkeit (RAMS) der Eisenbahnleit- und -sicherungssysteme betreffen. Um eine ausreichende Genauigkeit der Risikobewertung zu erreichen, ist ein holistischer Ansatz der Beschreibung aller beitragenden Risikofaktoren notwendig. Das grundlegende Konzept der in dieser Arbeit angewendeten PROFUND-Methode zur Sicherheitsanalyse von Eisenbahnsystemen sieht vor, für alle Einflussfaktoren des Risikos im Eisenbahnbetrieb ein einziges formales Beschreibungsmittel zu verwenden. Dieses betrifft einerseits den gesteuerten Verkehrsprozess (Proces), in welchem das Potential für Auftritt von unerwünschten Ereignissen besteht, anderseits die Funktionalität (Functionality) und Verlässlichkeit (Dependability) des untersuchten Eisenbahnleit- und -sicherungssystems. Ziel dieser Arbeit ist zu zeigen, wie die Nutzung eines formalen Beschreibungsmittels die risikobasierte Sicherheitsanalyse methodisch unterstützen kann. Als geeignete formale Notation wurden Petrinetze gewählt. Diese Wahl wurde einerseits durch einen ausgereiften mathematischen Hintergrund und breite Analysemöglichkeiten begründet, die bereits zu vielen praktischen Anwendungen geführt haben, andererseits durch deren Universalität. Das wichtigste Ziel der Arbeit ist es, die methodische Anwendung des Beschreibungsmittels dem Leser soweit wie möglich nahe zu bringen. Neben der Darstellung des Nutzungspotentials der formalen Herangehensweise, wurde darauf geachtet, den Bezug zum traditionellen Vorgehen beizubehalten und den formalen Ansatz als seine mögliche Erweiterung mit erkennbarem Mehrwert zu sehen. Die Arbeit zeigt im Detail, wie die Petrinetze einerseits zur Beschreibung der Unfallschwere und andererseits der Unfallursachen aus dem Eisenbahnbetrieb, Systemverlässlichkeit oder Systemimplementierung eingesetzt werden können. Die parallele Anwendung der einzelnen Schritte des vorgestellten methodischen Vorgehens an Beispielen aus dem Eisenbahnbereich unterstützt die allgemeingültigen Ausführungen mit praxisnahen Erklärungen. Abschließend wird die vorgestellte PROFUND-Methode auf dem Beispiel der Definition der Sicherheitsanforderungen für ein Bahnübergangssicherungssystem vorgestellt.