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Open Access
Process model for the development of system requirements specifications for railway systems
(2002) Bitsch, Friedemann
In this paper a process model for the development of system requirements specifications for railway systems is introduced. Demands of the approval of system requirements specifications, which arise from recent European railway standards, are taken into account. The aim is to obtain a system specification, which is unambiguous and easy to understand for all parties involved and in which safety aspects are considered in detail. Correlations between the development of a precise system specification, the performance of safety relevant correctness checks and the performance of risk analysis are presented. Especially the identification, specification and formalisation of safety requirements are treated with regard to correctness checks referred to safety aspects by using model checking. It is also demonstrated how different techniques of risk analysis can be supported by a system model in diagrams of the Unified Modelling Language (UML). This work has been developed in close co-operation with the Institute of Railway Systems Engineering and Traffic Safety (IfEV), Technical University of Braunschweig, Germany within the scope of the project SafeRail (see http://www.ias.uni-stuttgart.de/projekte/saferail/).
Open Access
Verfahren zur Spezifikation funktionaler Sicherheitsanforderungen für Automatisierungssysteme in Temporallogik
(2007) Bitsch, Friedemann; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)
Durch formale Verifikation kann die Einhaltung funktionaler Sicherheitsanforderungen im Modell der Systemfunktionen eines Automatisierungssystems mit Sicherheitsverantwortung mit mathematischer Exaktheit überprüft werden. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass die Sicherheitsanforderungen in einer formalen Spezifikationssprache, d. h. mit einer eindeutigen Syntax und Semantik, formuliert werden. Eine entscheidende Ursache für die wenig verbreitete Anwendung formaler Verifikation liegt in der Schwierigkeit der formalen Spezifikation temporaler Relationen, die bei der Formulierung funktionaler Sicherheitsanforderungen für Automatisierungssysteme ausgedrückt werden müssen. Wird die formale Spezifikationssprache nicht vollständig beherrscht, werden Sicherheitsanforderungen leicht fehlerhaft spezifiziert, woraus die Entwicklung eines Automatisierungssystems resultieren kann, von dem Gefahren ausgehen. Dasselbe ist der Fall, wenn eine Sicherheitsanforderung falsch interpretiert wird. Diesen Schwierigkeiten kann durch ein Verfahren begegnet werden, bei dem Expertenwissen für die formale Spezifikation von funktionalen Sicherheitsanforderungen vermittelt wird. Dies wird durch die Adaption und Nutzung von aus der Softwaretechnik bekannten Wiederverwendungskonzepten erreicht. Mithilfe des daraus resultierenden Safety-Pattern-Konzepts wird die Formalisierung funktionaler Sicherheitsanforderungen vereinfacht, indem Safety-Pattern mit generischen formalen Spezifikationen verwendet werden. Die Safety-Pattern, die für das jeweilige Spezifikationsproblem geeignet sind, müssen aus einem Katalog selektiert werden. Die korrekte Interpretation von Sicherheitsanforderungen, die mithilfe von Safety-Pattern spezifiziert worden sind, wird unterstützt, indem die Bedeutung im Safety-Pattern-Katalog nachgeschlagen werden kann. Um alle Arten funktionaler Sicherheitsanforderungen spezifizieren zu können, wurde der Katalog so entwickelt, dass er durch die Verwendung einzelner generischer Formulierungen sowie durch deren Komposition eine vollständige Grundlage zur Spezifikation aller Arten funktionaler Sicherheitsanforderungen für Automatisierungssysteme bietet. Darüber hinaus enthält der Katalog generische Formulierungen, durch welche die Handhabbarkeit des Verfahrens gewährleistet wird. Durch die Verwendung einer Safety-Pattern-Normsprache wird neben der formalen Spezifikation eine präzise und einfach interpretierbare Spezifikation funktionaler Sicherheitsanforderungen in einer eingeschränkten Terminologie der natürlichen Sprache ermöglicht. Zudem wurde eine spezielle grafische Notation für die Veranschaulichung komplizierter logischer Zusammenhänge entwickelt. Durch ein Werkzeugkonzept und den Einsatz multimedialer Techniken (Interaktionen, textuelle sowie grafische Beschreibungen und Simulationen) wird die Selektion, Interpretation und Instanziierung der Safety-Pattern unterstützt. Durch das Fallbeispiel „Eingleisiger Bahnübergang im Funk-Fahr-Betrieb“ wird die Anwendung des Verfahrens für die Entwicklung sicherer Automatisierungssysteme demonstriert.