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Parasoft-Blog
Der moderne Personenverkehr im Schienenverkehr ist stark von der kontinuierlichen Digitalisierung abhängig. Entdecken Sie die Auswirkungen der Norm EN 50716:2023 auf die Softwareentwicklung im Schienenverkehr, einschließlich der Frage, wie Sie den Einsatz von KI/ML-Integration, Cybersicherheitsstandards und Compliance-Lösungen bewältigen können.
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Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, was unsere Welt im Wesentlichen in Bewegung hält? Wir sehen sie vielleicht nicht immer, aber Züge tuckern ununterbrochen dahin. Sie spielen eine zentrale Rolle in unserem täglichen Leben. Begeben wir uns auf eine aufschlussreiche Reise durch die faszinierende Welt des Schienenpersonenverkehrs.
Wenn man von der Eisenbahnbranche spricht , denkt man sofort an geschäftige Bahnhöfe und malerische Strecken. Sie ist das Herzstück der kommerziellen Nutzung – Hochgeschwindigkeitszüge verbinden Städte, Pendlerzüge bringen einen zur Arbeit und charmante Regionalbahnen laden zu gemütlichen Reisen ein.
Auf der anderen Seite haben wir die Güterbahn , den stillen Helden der Lieferketten. Diese Transportgiganten sind dafür verantwortlich, alles zu befördern – von der Kleidung, die Sie tragen, bis hin zu den Rohstoffen für Ihr Smartphone. Ihre Mission? Waren sicher, kostengünstig und mit unglaublicher Effizienz zu transportieren. Auch wenn Sie vielleicht nicht in einem Güterwagen mitfahren, hat der reibungslose Betrieb direkten Einfluss auf die Verfügbarkeit und die Kosten der Produkte, die wir täglich verwenden.
Der Fokus liegt hier auf dem Fahrgasterlebnis. Wir sprechen von Echtzeitinformationen, nahtlosen Ticketlösungen und personalisierten Reiseerlebnissen, die häufig über digitale Plattformen wie mobile Apps und Online-Portale bereitgestellt werden. Es geht darum, Menschen effizient und komfortabel an ihr Ziel zu bringen und so die allgemeine Kundenzufriedenheit und die betriebliche Effizienz zu steigern.
Dieser Bereich der Bahnindustrie ist stark von der kontinuierlichen Digitalisierung abhängig, die Design, Betrieb und Wartung dieser Systeme revolutioniert hat. Von Sensoren, die Gleiszustand und Zugleistung für eine vorausschauende Wartung überwachen, bis hin zu Big-Data-Analysen zur Optimierung von Fahrplänen und Ressourcenzuweisung – fortschrittliche digitale Technologien sind in nahezu jeden Aspekt des Bahnbetriebs integriert. Doch wie wird dies umgesetzt?
Nicht nur Technologie und Innovation sind die treibenden Kräfte des Fortschritts. Auch auf globaler Ebene treiben erhebliche Investitionen die Bahnindustrie voran.
Auf der anderen Seite des Atlantiks investiert Europa massiv in seine Schienennetze. Connecting Europe Facility (CEF) ist ein wichtiges Finanzierungsinstrument der Europäischen Union zur Unterstützung von Infrastrukturprojekten, darunter auch Schienenverkehrsprojekten, als Teil des ehrgeizigen transeuropäischen Verkehrsnetzes (TEN-V).
Das TEN-V- zielt darauf ab, ein umfassendes, qualitativ hochwertiges Schienennetz in ganz Europa zu schaffen, mit dem Ziel, bis 2030 ein Kernnetz, bis 2040 ein erweitertes Kernnetz und bis 2050 ein umfassendes Netz fertigzustellen.
Durch Programme wie den CEF werden Milliarden von Euro für wichtige Projekte wie die Modernisierung der Eisenbahninfrastruktur, grenzüberschreitende Verbindungen, Hochgeschwindigkeitsstrecken und die Einführung des Europäischen Zugbeeinflussungssystems (ETCS) bereitgestellt . Darüber hinaus spielt die Europäische Investitionsbank (EIB) eine entscheidende Rolle, indem sie bedeutende Kredite und Finanzierungsvereinbarungen für die Modernisierung des Schienenverkehrs bereitstellt, darunter neue Züge, Gleisverbesserungen und die Integration digitaler Systeme in verschiedenen Mitgliedstaaten.
In den Vereinigten Staaten hat der Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) erhebliche Bundesmittel für Bahnprojekte bereitgestellt, insbesondere für den Ausbau des Fernverkehrs und die Entwicklung der Amtrak-Strecke. Diese wichtigen Mittel tragen maßgeblich zur Umgestaltung des Schienenpersonenverkehrs in den gesamten USA bei. Zu den Großprojekten, die von dieser Förderung profitieren, gehört beispielsweise ein Bundeszuschuss in Höhe von einer Milliarde US-Dollar für das S-Line-Projekt , das den Personenverkehr zwischen Raleigh und Richmond erweitert.
Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel ist die 3-Milliarden-Dollar-Förderung für Brightline West , eine private Initiative für den Personenzugverkehr, die Südkalifornien und Las Vegas verbinden soll. Darüber hinaus hat die Federal Railroad Administration (FRA) zusätzliche 2.4 Milliarden Dollar aus dem parteiübergreifenden Infrastrukturgesetz speziell für Projekte zur Verbesserung des Schienennetzes angekündigt. Diese Investitionen umfassen ein breites Spektrum an wichtigen Modernisierungen, von der Gleismodernisierung und dem Ersatz alter Brücken bis hin zur Anschaffung neuer, hochmoderner Lokomotiven.
Diese erheblichen Investitionen sowohl öffentlicher als auch privater Art unterstreichen das gemeinsame globale Engagement für die Weiterentwicklung der Schiene als modernes, effizientes und nachhaltiges Verkehrsmittel.
Wie wird die Bahnindustrie modernisiert? Mit intelligenten Technologien!
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Züge immer pünktlich sind, es nie zu unerwarteten Ausfällen kommt und Ihre Reise reibungslos verläuft. Genau das ist das Ziel. Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) ermöglichen enorme Fortschritte bei der Optimierung von Zugfahrplänen, der Vorhersage von Geräteausfällen und sogar der Verbesserung des Fahrgastservices. Diese intelligenten Technologien ermöglichen genauere Prognosen und adaptive Reaktionen.
Behörden setzen Sensoren und IoT-Geräte flächendeckend im Schienennetz ein, um Gleiszustand, Zugleistung und Umweltfaktoren in Echtzeit zu überwachen. Diese Daten nutzen sie für vorausschauende Wartung, ermöglichen proaktive Reparaturen und reduzieren Ausfallzeiten. Das Ergebnis: mehr Sicherheit.
Darüber hinaus nutzen Bahnbetreiber Big Data-Analysen, um riesige Mengen an Informationen aus verschiedenen Quellen zu verarbeiten. Diese Daten optimieren Fahrpläne, verbessern die Ressourcenzuweisung und verbessern Entscheidungsprozesse, was zu weniger Verspätungen und einem effizienteren Betrieb führt.
Und nicht zu vergessen die digitale Zwillingstechnologie. Die Erstellung virtueller Replikate physischer Schienenfahrzeuge zur Simulation und Analyse realer Bedingungen führt zu einer besseren Planung, Wartung und Verwaltung der Schieneninfrastruktur. Bei all dieser Vernetzung und der Abhängigkeit von digitaler Technologie gibt es einen äußerst wichtigen Co-Piloten: die Cybersicherheit.
Der Cyber Resilience Act (CRA) ist ein bedeutendes Gesetz mit weitreichenden Auswirkungen auf den Eisenbahnsektor, insbesondere auf die Lieferkette. Er legt Wert auf „Sicherheit durch Design“ bei digitalen Produkten, Zertifizierung, kontinuierlicher Wartung und strenger Berichterstattung. Diese Regelungen verpflichten Eisenbahnunternehmen und Zulieferer zur Einführung fortschrittlicher Cybersicherheitsmaßnahmen, um sich vor Cyberbedrohungen zu schützen und gleichzeitig die Integrität und Zuverlässigkeit des Bahnbetriebs zu gewährleisten. Schließlich will niemand einen digitalen Zusammenbruch!
Das NIST Cybersecurity Framework bietet einen weit verbreiteten, freiwilligen Leitfaden für Organisationen zur Bewältigung und Reduzierung von Cybersicherheitsrisiken. Es beeinflusst häufig die Sicherheitsrichtlinien der Cybersecurity and Infrastructure Administration (CRA) und anderer Behörden wie der Transportation Security Administration (TSA) für den Schienenverkehr und andere kritische Infrastrukturen.
Neben den technischen Wunderwerken ist auch die Software, die diese komplexen Systeme steuert, überwältigend. Wir sprechen über alles von Türsteuerungen und Geschwindigkeitsreglern bis hin zu Signallösungen und Stellwerksanwendungen. Die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Software, ob an Bord eines Zuges oder am Gleis, ist von größter Bedeutung. Hier wird die Sache etwas komplizierter, insbesondere angesichts der sich ständig weiterentwickelnden Standards!
Sie denken vielleicht: „Was hat ein Standard mit meiner Zugfahrt zu tun?“
Nun, eine ganze Menge!
Um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, setzen Entwickler von Bahnsystemen formale und strenge Softwareentwicklungsprozesse ein, die von internationalen und europäischen Organisationen als Konformitätsstandards definiert sind. Diese grundlegenden Standards garantieren Sicherheit und die Erfüllung der Geschäftsanforderungen. Funktionale Sicherheitsstandards wie EN 50128 waren jahrelang entscheidend für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bahnsoftware.
Aber genau wie unsere Telefone aktualisiert werden, werden auch diese Standards aktualisiert, um mit den kontinuierlichen technischen Fortschritten Schritt zu halten.
EN 50716:2023 ist die neue europäische Norm für funktionale Sicherheit bei der Softwareentwicklung in Bahnanwendungen. Sie wurde am 30. Oktober 2023 vom Europäischen Komitee für elektrotechnische Normung (CENELEC) verabschiedet und ersetzt EN 50128.
Dieser Standard unterstützt die Einführung eines iterativen Entwicklungslebenszyklusmodells. Entwicklungsteams können agiler arbeiten, beispielsweise mithilfe des Scrum-Projektmanagements. Dieser Ansatz hat zu einer verbesserten Vorhersehbarkeit bei der Softwarebereitstellung und einer größeren Flexibilität bei der Reaktion auf Änderungen bei Anforderungen und Design geführt.
Ein bemerkenswertes Ergebnis war ein Rückgang der QA-Problemberichte und Kundentickets, was zu geringeren Test- und Entwicklungskosten führte. Darüber hinaus konnten die Teams eine höhere Produktqualität und eine schnellere Markteinführung feststellen.
EN 50716:2023 erläutert und erweitert zudem den Einsatz von Modellierung. Sie verweist auf Modellierungssprachen wie die Unified Modeling Language (UML) und die Systems Modeling Language (SysML). Diese leistungsstarken Werkzeuge helfen bei der Bewältigung komplexer Prozesse, indem sie Implementierungs-, Design- und Systemdetails auf höhere Darstellungsebenen abstrahieren. Sie ermöglichen ein klareres Verständnis, eine effektivere Kommunikation und ein besseres Management von Software- und Systementwicklungsprojekten. Es ist wie der Wechsel von der Assembler-Programmierung zu einer höheren Programmiersprache wie C++ – ein Wendepunkt für mehr Klarheit und Effizienz!
Eine weitere wichtige Ergänzung der Norm EN 50716:2023 betrifft den Einsatz von KI/ML. Im Mittelpunkt der Norm steht ML, eine Teilmenge der KI, die sich auf die Entwicklung von Algorithmen und statistischen Modellen konzentriert, die es Computern ermöglichen, aus Daten zu lernen und auf deren Grundlage Vorhersagen oder Entscheidungen zu treffen.
Obwohl ML unglaublich leistungsstark ist, um aus Daten zu lernen und Vorhersagen zu treffen, stellt es einzigartige Herausforderungen beim Testen und Verifizieren dar. Die Trainingsdaten sind in der Regel eine unvollständige Darstellung aller möglichen Eingabezustände.
Die ML-Anwendung muss jedoch das erforderliche Sicherheitsintegritätsniveau (SIL) erreichen, den Normen der EN 50716:2023 entsprechen und die in der Norm aufgeführten spezifischen ML-Herausforderungen bewältigen , darunter die folgenden:
Es geht darum, sicherzustellen, dass unsere intelligenten Züge nicht nur intelligent, sondern auch supersicher sind!
CENELEC TS 50701 ist ein wichtiger Standard, der Anforderungen und Empfehlungen für die Cybersicherheit im Eisenbahnsektor festlegt. Er deckt Bereiche wie Kommunikation, Signaltechnik, Datenverarbeitung, Schienenfahrzeuge und Festanlagen ab. Diese Spezifikation ist entscheidend für ein einheitliches Cybersicherheits-Risikomanagement in der gesamten Eisenbahnbranche.
Angesichts der strengen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen in der Bahnindustrie ist ein robustes Softwaretesting unerlässlich. Automatisierte C/C++-Testlösungen wie Parasoft C/C++test spielen eine entscheidende Rolle dabei, Entwicklungsteams bei der Erfüllung dieser Anforderungen und der Einhaltung kritischer Normen wie EN 50716, EN 50701 und IEC 62443 zu unterstützen.
Unsere umfassenden statischen C/C++-Analysen und Unit-Tests unterstützen den gesamten Softwareentwicklungszyklus für eingebettete und Unternehmensanwendungen. So schaffen sie Mehrwert für die Bahnindustrie.
Parasoft C/C++test automatisiert die Durchsetzung von:
Teams können potenzielle Mängel, Schwachstellen und Compliance-Verstöße frühzeitig im Entwicklungszyklus erkennen und beheben. Dadurch wird das Risiko kostspieliger Ausfälle in kritischen Bahnsystemen deutlich reduziert.
Unsere Lösung ermöglicht automatisierte Unit-Tests und ermöglicht Entwicklern, das Verhalten einzelner Softwarekomponenten isoliert zu überprüfen. Dazu gehören die Generierung von Testfällen, die Durchführung von Tests und die Bereitstellung detaillierter Code-Coverage-Metriken (wie Anweisungs-, Branch- und MC/DC-Coverage), die häufig für höhere SILs gemäß den Standards erforderlich sind.
Wenn Ihre Organisation Open-Source-Lösungen wie GoogleTest oder andere Unit-Testing-Frameworks verwendet, können Sie deren Funktionalität erweitern, indem Sie Codeabdeckung, Berichtsgenerierung und Anforderungsrückverfolgbarkeit mit C/C++test CT integrieren.
Parasoft C/C++-Tests lassen sich nahtlos in CI/CD-Pipelines und gängige IDEs integrieren und unterstützen die iterativen Entwicklungsmodelle gemäß EN 50716. Sie erhalten kontinuierliches Feedback, eine schnellere Problemlösung und eine vorhersehbarere Softwarebereitstellung im Einklang mit agilen Praktiken.
Unsere Lösung für Compliance-Berichterstattung und -Analyse, Parasoft DTP , ermöglicht die bidirektionale Rückverfolgbarkeit von Anforderungen und unterstützt Entwicklungsteams beim Nachweis der Konformität. Dies ist unerlässlich für Auditierbarkeit und Zertifizierungsprozesse im stark regulierten Eisenbahnsektor.
Die digitale Transformation in der Bahnbranche verbessert nicht nur die Betriebseffizienz und Sicherheit, sondern trägt durch die Optimierung des Energieverbrauchs und die Reduzierung von Emissionen auch zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen bei.
Durch den Einsatz fortschrittlicher Testlösungen von Parasoft können Bahnunternehmen die Qualität und Sicherheit ihrer Softwaresysteme verbessern und sicherstellen, dass sie den strengen Anforderungen des modernen Bahnbetriebs gerecht werden und den sich entwickelnden Industriestandards entsprechen.
Wenn Sie also das nächste Mal in einen Personenzug einsteigen, denken Sie an die unglaubliche Menge an Technologie, Innovation und engagierter Arbeit, die in die reibungslose Funktion unserer Schienensysteme fließt. Vom Sitzkomfort bis zur reibungslosen Fahrt entwickelt sich die Personenbahnbranche ständig weiter, mit neuen Normen wie der EN 50716. Solche Normen sorgen für eine sicherere, effizientere und zunehmend digitale Zukunft für alle. Alle einsteigen für den Fortschritt!
Informieren Sie sich über die entscheidende Rolle der Norm EN 50716:2023 bei der zukünftigen Softwareentwicklung im Schienenverkehr.
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