Перспективы повышения функциональной безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики в условиях цифровизации

Цель. Современное состояние развития микропроцессорных систем управления и обеспечения безопасности движения поездов характеризуется высокими требованиями, предъявляемыми к надежности, технической безопасности и кибербезопасности данных систем в условиях, когда цифровая трансформация и задачи повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта настойчиво требуют перехода к новым парадигмам проектирования, тестирования, верификации, валидации и стандартизации для ускорения процесса разработки и внедрения. Предполагается, что при сохранении уровня надежности и безопасности, по крайней мере, не хуже текущего, должно быть обеспечено максимальное использование инновационных решений и цифровых инструментов, направленных на дальнейшую автоматизацию систем управления с целью повышения пропускной способности железных дорог и производительности систем, минимизации влияния человеческого фактора и сокращения числа отказов и простоев. Важнейшими факторами при этом являются обеспечение интероперабельности (технической и эксплуатационной совместимости) систем и технологической независимости железнодорожных операторов и владельцев инфраструктуры от разработчика/поставщика устройств и систем железнодорожной автоматики. Методы. В работе дается обзор современного состояния развития микропроцессорных систем управления и обеспечения безопасности движения поездов на примере Европейского Союза и проводится системный анализ вопросов обеспечения надежности и безопасности данных систем в условиях перехода к новым уровням автоматизации. Результаты. Проведено рассмотрение эволюции систем управления и обеспечения безопасности движения поездов в Европейском Союзе на примере Европейской железнодорожной системы управления (ERTMS). Выполнен анализ общих тенденций и подходов к проектированию, тестированию, верификации, валидации и стандартизации железнодорожных систем управления. Рассмотрены основные научно-исследовательские и опытно-конструкторские программы развития железнодорожных систем управления ЕС с учетом используемых методологических подходов к обеспечению надежности и безопасности. Особое внимание уделено методам открытого проектирования, средствам удаленного лабораторного тестирования и стандартизации интерфейсов железнодорожной системы управления ERTMS. Выводы. В условиях цифровой трансформации развитие современных микропроцессорных систем на железнодорожном транспорте предполагает ускоренное внедрение целого ряда инновационных решений и широкое использование коммерческих продуктов (COTS), что в итоге делает системы более сложными и может влиять на показатели надежности. В целях сохранения этих показателей на заданном уровне и минимизации влияния человеческого фактора железнодорожное сообщество все шире использует на всех этапах жизненного цикла системы формальные методы и автоматизированные средства проектирования, диагностики и мониторинга. Важнейшим фактором для обеспечения надежности является стандартизация архитектуры, интерфейсов, открытых программных средств разработки и тестирования систем, в том числе, стандартизация подходов к удаленному лабораторному тестированию продуктов разных производителей для подтверждения безотказности работы на границах систем разных производителей.

системы управления, железнодорожная сигнализация, интервальное регулирование движения поездов, надежность, безопасность, TSI, ERTMS/ETCS, GoA4, человеческий фактор, формальные методы, верификация, валидация, сертификация, омологация, тестирование

1. Doppelbauer J. Command and Control 4.0. // IRSE News, Issue 246, July/August 2018.

2. IEC 62290:2014. Railway applications – Urban guided transport management and command/control systems.

3. Interoperability Directive 2008/57/EC.

4. CCS (EU) No. 2016/919: Technical Specification of Interoperability relating to Control-Command and Signalling.

5. UNISIG Subset-026-2_v360.

6. Замышляев А.М. Прикладные информационные системы управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте. Ульяновск: Печатный двор, 2013. 140 с.

7. BS EN 50126:1999. Railway applications – The specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS).

8. EUG. ERTMS/ETCS RAMS Requirements Specification, 1998.

9. Rumsey A. Achieving high levels of signalling system availability – is there a role for secondary systems? // IRSE News, Issue 247, September 2018.

10. Официальный сайт европейской инициативы Shift2Rail [Электронный ресурс]. URL: https://Shift2Rail.org/ (дата обращения 14.04.2020 г.)

11. Shift2Rail Plasa 2. Deliverable D 4.1: Virtual Certification: State of the art, gap analysis and barriers identification, benefits for the Rail Industry, 2019, p. 9.

12. BS EN 50128:2011. Railway applications Communication, signalling and processing systems Software for railway control and protection systems.

13. Antoni M. Formal Validation Method and Tools for French Computerized Railway Interlocking Systems // IRJ. 2009. Vol. 2. No. 3. P. 99-106.

14. Van der Werff M., Elsweiler B., Luttik B., Hendriks P. The use of formal methods in standardisation of interfaces of signalling systems // IRSE News, Issue 256, June 2019.

15. EUG, EULYNX. RCA Alpha – Architecture Overview, 2019.

16. OCORA Architecture – Alpha Release, 2019.

17. Shift2Rail ASTRail. D4.1 / Report on Analysis and on Ranking of Formal Methods. 2019. P. 26.

18. Estevan A.M. Dependability and safety evaluation of railway signalling systems based on field data. Doctoral thesis, Lulea, 2015.

19. Xie Y. Formal Modeling and Verification of Train Control Systems. Thesis, 2019.

20. Shift2Rail Multi-Annual Plan. 2015. P. 249.