Elosztott logikájú vasúti elektronikus biztosítóberendezés fejlesztése

Kedvezményezett neve:

Prolan Irányítástechnikai Zrt.

Projekt címe:

Elosztott logikájú vasúti elektronikus biztosítóberendezés fejlesztése

Támogatás összege:

1 192 000 000 Forint

Projekt azonosítószáma:

2018-1.3.1-VKE-2018-00040

 

A vasúti közlekedési rendszerekben központi szerepet lát el a vasúti biztosítóberendezés, egy speciális, biztonságkritikus irányítástechnikai rendszer, melynek feladata a váltók, jelzők és további vasúti objektumok vezérlése és felügyelete, továbbá a működtetések veszélytelenségének ellenőrzése, szükség esetén végrehajtásuk megakadályozása, az emberi hibák kiszűrése. A projekt célja egy 100 %-ban magyar fejlesztésű és gyártású elektronikus vasúti biztosítóberendezés kifejlesztése, neve PRORIS-E.

A PRORIS-E elosztott logikájú biztosítóberendezés lesz, az objektummodulok önállóan valósítják meg a vasúti biztosítóberendezési pálya menti objektumok vezérlését és felügyeletét. Az elosztott logikájú kialakítás nagyfokú skálázhatóságot, rendelkezésre állást, megbízhatóságot és üzembiztonságot tesz lehetővé. A pályázatban megvalósuló kutatás és fejlesztés eredménye a magyar szabályozásokban lefektetett követelményeknek és a hazai igényeknek jobban megfeleltethető. Emellett a hazai szakemberek tudása is itthon használható fel, növelve a mérnökszakma hazai hozzáadott értékét. A tervezett fejlesztés olyan szakmai kihívást jelentő feladat, amely hozzájárul a hazai mérnöki tudás itthon tartásához.

A PRORIS-E elsődleges piaca Magyarország két legnagyobb vasúttársasága a MÁV és a GySEV. Itt mutatkozik piaci lehetőség az új elektronikus vasúti biztosítóberendezés telepítésére. A tervezett biztosítóberendezés fejlesztése a hazai vasút igényein alapul, és a Magyarországon működő vasúttársaságok követelményeinek megfelelve készül el, leegyszerűsítve a későbbi engedélyeztetési folyamatot, felgyorsítva a projektek megvalósítását. A PRORIS-E megvalósítása során olyan, az iparágban új megoldásokat kutatunk fel, melyekkel a berendezések modell alapú metodológiával tervezhetőek. Ez a vasúti mérnökök számára gyorsabban áttekinthető leírásokat és megvalósítást eredményez. Ez mind a fejlesztési, kivitelezési idő csökkentésében, mind pedig a tervek minőségének javulásában jelent előrelépést.


A 2019-es évben a munkát követelmény elemzéssel kezdtük, ahol a hazai vasúttársaság (MÁV) feltétfüzeteit és előírásait elemeztük. Ezek a dokumentumok főleg jelfogós megoldásokból származtatottak, így néhol a mélyebb összefüggések, szabályok feltárására és az elektronikus berendezésre való adaptációra volt szükség. A leendő rendszer számára architektúrát, majd protokollokat terveztünk a biztonsági és robusztussági követelmények figyelembevételével. Algoritmusokat írtunk, specifikációt készítettünk a rendszer funkcióira. A tervezői team előzetes hibahatás és sztochasztikus elemzést készített. Modelleztük a biztosítóberendezési funkciókat. Kísérleti rendszert terveztünk, integráltunk, paramétereztünk.

Biztonsági Szabvány követelmények alapján minőségbiztosítási folyamatokat, lépéseket terveztünk. Tesztelési stratégiát alkottunk, tervezést végeztünk a tesztelrendezések számára. Kiválasztott elemek számára teszteseteket vezettünk le, tesztkódokat fejlesztettünk. Team alapú review-kat folytattunk a specifikációkra, tervekre.

A modell alapú tervezőrendszer (ProrisCAD), valamint a ProSigma-B** alrendszer beüzemeléséhez, karbantartásához és diagnosztizálásához szükséges szoftvereket specifikáltunk és terveztünk.

Egy részletes statisztikai elemzés született a hazai elektronikus biztosítóberendezések 2004 óta rögzített meghibásodási adataiból, valamint a jelentősebb külsőtéri elemek eseményeiből, ezzel támogatva a rendszer műszaki tervezését és karbantartási koncepció és utasítás kialakítását.

Ezzel párhuzamosan összegyűjtésre és rendszerezésre került a vasúti biztosítóberendezések forrásnyelvei, definiálásra és implementálásra került a leírási módokból egy szakterület-specifikus nyelv (DSL) absztrakt szintaxisa és lehetséges szöveges és grafikus szintaxisa. Meghatározásra kerültek a modell alapú fejlesztéshez kötődő formális verifikáció, tesztgenerálás és sztochasztikus biztonsági analízis végrehajtásához szükséges formalizmusok és eszközök. Kidolgozásra került a rendszerszintű szintézis eszközzel végezhető tervezési folyamat. Kidolgozásra került a modellezési nyelvek megadása, valamint ezek használatával formális verifikáció, tesztgenerálás és hibagyakoriság analízisek.


A VKE pályázat keretein belül a 2020-as évben is (a pandémiás időszak ellenére) tovább folytatódtak a munkák, a tervezés és már a megvalósítás is. A korábban kialakított kísérleti rendszeren vizsgálatokat folytattunk és meghatároztuk a kritikus pontokat, ezek alapján rendszertervek átgondolásra, frissítésre kerültek.
Az elfogadott modulok szoftverét és hardverét fejlesztettük, dokumentáltuk és már a gyártás előkészítő dokumentumokkal is foglalkoztunk többek között elkészült a Főszál-pótszál átkapcsoló, a váltó és jelző külsőtéri elemeinek csatlakoztatásának koncepciója is kialakult.

A biztosítóberendezési függőségek leírására az előző mérföldkő kutatási eredményei alapján új nyelv lett meghatározva PIL (Prolan Interlocking Language) néven. A nyelv folyamatos fejlesztés alatt áll, nyelvi szintaktikai és szemantikai értelmezők és végrehajtók prototípusai készültek a BME bevonásával, ahol részletesen megtervezésre kerültek az immutable fordító keretrendszer szintaktikai, deklarációs, szimbólum, operáció és szemantikai modell komponensei.

Az elosztott logikájú elektronikus biztosítóberendezés kezelő és megjelenítő felület rendszerének moduljait és köztük lévő interfészeket terveztük meg, alapmodulok implementációját végeztük el. A berendezés modell alapú tervezőrendszere, a beüzemeléséhez, karbantartásához és diagnosztizálásához szükséges szoftverek terveinek továbbfejlesztése és Java alapú implementálása is zajlott, részben megtörtént.

A tesztelési stratégiák, tesztelrendezések és tesztelési tervek felhasználásával elvégeztük az elkészült szoftverek és hardware modulok tesztelését, ill. folytattuk a dokumentum- és kódverifikációit. A fejlesztés biztonsági szabvány szerinti validációja és értékelése is elkezdődött. A modell alapú egység- és integrációs teszteléshez fedettségi kritériumok szerinti tesztgenerálási algoritmusokat valósítottunk meg. A biztonsági analízishez hatékony megoldási módszereket és sztochasztikus modelleket dolgoztunk ki, valamint szoftverértékeléseket végeztünk.

Megvizsgáltuk a vasúti forgalomirányítás módszereit és a résztvevők kapcsolatait. Feldolgoztuk a zavart menetrend újratervezésével kapcsolatos nemzetközi szakirodalmat. Infrastruktúra modelleket és optimalizációs algoritmusokat fejlesztettünk klasszikus (MILP) és gépi tanulás alapú módszerekkel.
A modell alapú egység- és integrációs teszteléshez fedettségi kritériumok szerinti tesztgenerálási algoritmusokat valósítottunk meg.
A tervezett elosztott logikájú biztosítóberendezésben felhasználni tervezett technológiák, módszerek és protokollok előzetes tesztelésére alkalmas prototípus eszközök kerültek elkészítésre.


A 2021. évben tovább folytatódtak a munkák: tervezés, megvalósítás, tesztelés, verifikáció és értékelés. A ProSigma módosított rendszerterveknek megfelelően a PC-s szimulációs futtatókörnyezet és a prototípus modulok fejlesztését folytattuk, majd ezeken teljesítmény és integrációs teszteket, verifikációkat végeztünk. A részletes tervek kiegészítésre kerültek a vágányúti logika futtatásával, csatornák feldolgozásának szinkronizálásával, pontos abszolút idő beszerzésével, szoftver és paraméterezés különválasztásával. A terepi objektumok közvetlen meghajtásához a platform kiegészítésre került, azaz külsőtéri elemeknek megfelelő hardverarchitektúrát terveztünk és valósítottunk meg. A folyamatos alkatrész hiányok miatt HW áttervezést végeztünk, többek között többszörös processzor váltásra is kényszerültünk. A változtatásokat rendszer megépítésével vizsgáltuk. A tesztelési terveknek megfelelően folytatódott a megvalósított szoftverek és hardverek tesztelése, majd a feltárt hiányosság javítása. A szoftvermodulok a szabvány szerinti tanúsításon átestek. A vágányúti logika leírására szolgáló PIL eszközláncban debugger funkció, kódgenerátorok, új nyelvi elemek fejlesztései zajlottak. A diagnosztikai szoftver központi webszerver architektúrával, valamint újabb táblázat- és grafikon nézetekkel bővült. Megvizsgáltuk, hogy a jelenlegi vasúti forgalomirányítási szabályrendszerbe milyen módon illeszthető be automatizált döntéshozatal. A vasútüzem és biztosítóberendezések további tulajdonságaival bővítettük modelljeinket, és adaptáltuk optimalizáló algoritmusainkat. Továbbfejlesztettük a modell alapú tervezés során alkalmazható tesztkészlet generálás és sztochasztikus biztonsági analízis módszereit, valamint a szükséges eszközöket. Elvégeztük a ProSigma megfelelőségének vizsgálatát. Kibővítettük a PIL nyelvet külső kommunikációs elemekkel, valamint az időzített futtatási lehetőségekkel. Megterveztük az immutable fordító keretrendszer komponenseit. Biztonsági megoldásokat, teljesítményelektronika és jelfeldolgozási módszereket fejlesztettünk ki. Algoritmusokat dolgoztunk ki vasúti alkalmazottak éberségénék vizsgálatára. Mesterséges Intelligencia módszereken alapuló prediktív karbantartási algoritmusokat fejlesztettünk.