<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sustain</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Надежность</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Dependability</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1729-2646</issn><issn pub-type="epub">2500-3909</issn><publisher><publisher-name>RAMS Journal Limited liability company</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21683/1729-2646-2026-26-2-9-16</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sustain-746</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ТРАНСПОРТНЫЕ И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СТРАНЫ, ЕЕ РЕГИОНОВ И ГОРОДОВ, ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА ТРАНСПОРТЕ</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Об отказобезопасности критически важных систем высокоскоростного движения</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>On the fail-safety of critical systems in high-speed rail</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Гапанович</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Gapanovich</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Гапанович Валентин Александрович, кандидат технических наук, президент</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Valentin A. Gapanovich, Candidate of Engineering, President</p><p>Moscow</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Шубинский</surname><given-names>И. Б.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shubinsky</surname><given-names>I. B.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Шубинский Игорь Борисович, доктор технических наук, профессор, главный эксперт</p><p>119333, Москва, ул. Вавилова 48, кв.339</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Igor B. Shubinsky, Doctor of Engineering, Professor, Chief Expert</p><p>48 Vavilova St., app. 339, 119333, Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">igor-shubinsky@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Ассоциация «Объединение производителей железнодорожной техники» (ОПЖТ)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Association “Union of Industries of Railway Equipment” (UIRE)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС»)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Research and Design Institute for Information Technology, Signalling and Telecommunications in Railway Transportation (JSC NIIAS)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2026</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>11</day><month>06</month><year>2026</year></pub-date><volume>26</volume><issue>2</issue><fpage>9</fpage><lpage>16</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Гапанович В.А., Шубинский И.Б., 2026</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Гапанович В.А., Шубинский И.Б.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Gapanovich V.A., Shubinsky I.B.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.dependability.ru/jour/article/view/746">https://www.dependability.ru/jour/article/view/746</self-uri><abstract><p>Цель. Установить приемлемые архитектуры отказобезопасности критически важных систем высокоскоростного движения, определить их возможности и ограничения. Методы. Построение и исследование ряда математических моделей надежности и функциональной безопасности систем. Выбор приемлемых архитектур отказобезопасности критически важных систем высокоскоростного движения. Результаты. Анализ надежности широко распространенной на практике архитектуры безопасности 2оо3 аналитически и численно показал, что с помощью мажоритарной логики удается существенно повысить достоверность результатов (среднее время до функционального отказа мажорированной системы в 2 раза превышает этот показатель в исходном объекте). Вместе с тем, безотказность системы, а, следовательно, ее отказобезопасность, ниже, чем у исходного объекта. Поэтому такая архитектура приемлема не выше уровня SIL3. Возможно для обеспечения этого уровня отказобезопасности предпочтение отдавать альтернативной архитектуре (1оо2)Р вследствие отсутствия в ней восстанавливающих органов и переключающих устройств. Она формируется из двух параллельно работающих компонент, каждая из которых построена по схеме постоянного дублирования. Однако при этом не следует забывать, что в такой системе сохраняется риск ложного срабатывания. Показано, что для обеспечения отказобезопасности на уровне SIL4 можно применять гибридные мажоритарные архитектуры (2оо3)Р или 2оо4. Вместе с тем следует учитывать, что существенную часть мажоритарных структур отказобезопасности критически важных систем составляют переключательные схемы, обеспечивающие отключение отказавших и включение резервных компонент. Это обстоятельство отрицательно сказывается на эффективности мажоритарного резервирования, поскольку связано с применением дополнительных средств и процедур. Причина этого недостатка состоит в том, что и при аппаратной, и при программной организации механизм маскирования сбоев, т.е. голосование, определение неисправного канала, его блокирование и последующее включение в нормальную работу, используется в каждом такте работы системы вне зависимости от наличия или отсутствия сбоев. Эти временные потери при практической реализации достигают 30-50%. К недостаткам мажорирования при его реализации следует отнести также большое количество связей между каналами и определенные трудности при проектировании. Указанные ограничения оказывают негативное, но не определяющее влияние на выбор приемлемой архитектуры отказобезопасности. Их следует учитывать для каждого конкретного объекта и условий его применения.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Aim. To identify acceptable fail-safety architectures for critical high-speed rail systems, as well as their capabilities and limitations. Methods. Construction and study of several mathematical models of system dependability and functional safety. Selection of acceptable faail-safety architectures for critical high-speed rail systems. Results. An analytical and numerical analysis of the dependability of the widely used 2oo3 safety architecture has shown that majority logic can significantly improve the reliability of the results (mean time to functional failure of a majority system is twice that of the original object). However, the system’s dependability, and, consequently, its fail-safety, is lower than that of the original object. Therefore, such an architecture is not acceptable beyond SIL3. For the purpose of ensuring this level of fail-safety, the alternative (1oo2)P architecture may prove to be preferable as it lacks restoring organs and switching devices. It is made of two components that operate in parallel, each of which uses a hot standby setup. However, one should not forget that such systems are prone to false alarms. It has been shown that hybrid majority architectures (2oo3)P or 2oo4 can provide SIL4 fail-safety. However, it should be noted that a significant portion of the majority setups that ensure fail-safety of critical systems are switching circuits designed for disconnecting failed components and activating backup components. This circumstance affects the effectiveness of majority redundancy, as it requires the use of additional tools and procedures. This shortcoming is due to the fact that in both hardware and software implementations, the fault masking mechanism, i.e., voting, faulty channel identification, blocking thereof, and then resuming normal operation, is repeated in every system cycle, regardless of the presence or absence of faults. Practically, the associated time losses are as high as 30 to 50%. The disadvantages of majority redundancy also include the large number of connections between channels and certain design difficulties. These limitations have a negative, but not decisive, effect on the selection of an acceptable fail-safety architecture. They should be taken into account given each specific object and its operating conditions.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>Киберфизическая система</kwd><kwd>отказобезопасность</kwd><kwd>безотказность</kwd><kwd>функциональная надежность</kwd><kwd>архитектура отказобезопасности</kwd><kwd>мажоритарная логика система с гибридной мажоритарной логикой</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>Cyber-physical system</kwd><kwd>fail-safety</kwd><kwd>reliability</kwd><kwd>functional dependability</kwd><kwd>fail-safety architecture</kwd><kwd>majority logic</kwd><kwd>hybrid majority logic system</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">IEC 62278-3:2025. Железные дороги. Технические требования и демонстрация надежности, эксплуатационной готовности и безопасности.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">IEC 62278-3:2025. Railways – Specification and demonstration of reliability, availability, and safety.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">IEC 62278-1:2025. Железнодорожные приложения – спецификация и демонстрация надёжности, доступности, ремонтопригодности и безопасности (RAMS) – Часть 1: Общий процесс RAMS.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">IEC 62278-1:2025. Railway applications – Specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) – Part 1: Generic RAMS process.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">ГОСТ 33358‑2015 Безопасность функциональная. Системы управления и обеспечения безопасности движения поездов. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2018. III, 15 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">GOST 33358-2015 Functional safety. Control and safety systems for train operation. Terms and definitions. Moscow: Standartinform; 2018. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Платунов А., Пинкевич В. Создание киберфизических систем: проблемы подготовки ИТ специалистов // Control Engineering (Россия). 2021. № 3(93). С. 64-70.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Platunov A., Pinkevich V. [Creating cyberphysical systems: matters of IT worker training]. Control Engineering (Russia) 2021;3(93):64-70. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шубинский И.Б. Функциональная безопасность систем управления на железнодорожном транспорте: монография / И.Б. Шубинский, Е.Н. Розенберг. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. 360 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shubinsky I.B., Rozenberg E.N. [Functional safety of control systems in railway transportation]. Moscow; Vologda: Infra-Inzheneria; 2023. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гапанович В.А., Розенберг Е.Н., Шубинский И.Б. Некоторые положения отказобезопасности и киберзащищенности систем управления // Надежность. 2014. № 2. С. 88-100.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gapanovich V.A., Rozenberg E.N., Shubinsky I.B. Some concepts of fail-safety and cyber protection of control systems. Dependability 2014;2:95-100.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шубинский И.Б. Функциональная надежность информационных систем. Методы анализа. М.: Изд. Журнала «Надежность», 2012. 296 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shubinsky I.B. [Functional dependability of information systems. Analysis methods]. Moscow: Dependability Journal Publishing; 2012. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шубинский И.Б. Отказоустойчивость и отказобезопасность систем управления: монография. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2026. 340 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shubinsky I.B., Rozenberg E.N. [Fail-safety of control systems: a monograph]. Moscow; Vologda: Infra-Inzheneria; 2026. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
