Success Story Pintsch: Erfolgreiche Implementierung eines Testsystems für digitale Stellwerke
Sicherstellen der herstellerübergreifenden Interoperabilität verschiedener Teilsysteme
Im Rahmen des Schnellläuferprogramms der Digitalen Schiene Deutschland entwickelt die Firma Pintsch ein digitales Stellwerk (DSTW) mit standardisierten Schnittstellen nach NeuPro. Dabei steht sie vor der Herausforderung, die herstellerübergreifende Interoperabilität der verschiedenen Teilsysteme sicherzustellen. Um diese komplexen Anforderungen zu erfüllen, setzt Pintsch auf das bewährte Test- und Simulationssystem CANoe von Vector.
Im nachfolgenden Interview erfahren Sie, welche Herausforderungen Pintsch bei der Entwicklung und Validierung neuer Produkte meistern musste, warum sie sich für CANoe entschieden haben und welche Erfolge sie bisher erzielt haben. Lassen Sie sich von den spannenden Einblicken in die Welt der digitalen Leit- und Sicherungstechnik inspirieren!
Unser Kunde
PINTSCH ist ein führender Hersteller sicherheitsrelevanter Produkte für die Bahninfrastruktur mit über 180 Jahren Erfahrung. Das Unternehmen wurde 1843 von Julius Pintsch gegründet und entwickelte sich kontinuierlich weiter. Heute bietet PINTSCH innovative Systemlösungen für Bahnübergänge, Rangiertechnik, Achszähltechnik und Weichenheizungen. Die Produkte zeichnen sich durch höchste Zuverlässigkeit, Modularität und modernste Technologie aus.
Die Interviewpartner
Projektbeschreibung und Anforderungen an Test und Simulation
Im Rahmen des Schnellläuferprogramms der Digitalen Schiene Deutschland ist die Firma Pintsch beauftragt ein digitales Stellwerk (DSTW) mit standardisierten Schnittstellen gemäß NeuPro zu entwickeln. Darüber hinaus ist Pintsch als Generalunternehmer für eines der sieben Umsetzungsprojekte verantwortlich und muss in diesem Zusammenhang die herstellerübergreifende Interoperabilität der verschiedenen Teilsysteme sicherstellen.
Vor diesem Hintergrund benötigt Pintsch für den Test des Gesamtsystems DSTW sowie zur Absicherung der stufenweisen Integration der Teilsysteme des DSTW ein modulares Testsystem mit dem einerseits vollautomatisierte Testabläufe durchführt werden können mit dem es aber auch möglich ist, Simulationen von virtuellen Kommunikationspartnern zu erstellen. Das Testsystem soll alle Testarten von Interoperabilitätstests über betriebliche Tests bis zum Performanztest abdecken und sowohl entwicklungsbegleitend als auch als Abnahmetestsystem verwendet werden.
Was sind die größten Herausforderungen aus Sicht von Pintsch beim Testen und Validieren neuer Produkte?
Pintsch: Uns ist wichtig, dass wir in der Architektur der Testumgebung eine Trennung der Abstraktionsebenen erreichen. Die Details von Kommunikationsprotokollen zwischen den Teilsystemen müssen abstrahiert werden und dürfen auf der Ebene des Testfalls nicht relevant sein. Für uns ist es weiterhin wichtig, dass die Vielzahl von Konfigurationen für die unterschiedlichen Konstellationen von realen und simulierten Teilnehmern wartbar bleiben. Das bedeutet für die Testumgebung, es muss eine einfache Umschaltung zwischen realen und simulierten Kommunikationsteilnehmern möglich sein.
Eine weitere große Herausforderung ergibt sich aus der Vielzahl von möglichen Feldelementen und der entsprechend großen Anzahl von Simulatoren. Um schwer wartbaren redundanten Code zu vermeiden, den eine "Copy&Paste"-Lösung produzieren würde, ist es notwendig eine skalierbare Lösung für die Simulatoren zu entwickeln, quasi als Array von Objekten, die einzeln parametriert werden aber über ein gemeinsames generisches Verhaltensmodell verfügen.
Darüber hinaus ist für uns eine wesentliche Herausforderung, die durchgängige Integration in das bestehende Lifecyclemanagementsystem (ELM) der Entwicklungsabteilungen sicherzustellen. Das ist wichtig, um die Anforderungen der relevanten Norm hinsichtlich Rückverfolgbarkeit und Reproduzierbarkeit von Ergebnissen zu erfüllen.
Welches Produktportfolio ist von Vector in diesem Segment verfügbar?
Vector: Unser Tool CANoe vereinfacht das Simulieren, Analysieren und automatisierte Testen von komplexen Systemen und Netzwerken. Seit der Markteinführung von CANoe im Jahr 1996 wurde das Tool stetig weiterentwickelt und wird inzwischen für die umfassende Absicherung einer Vielzahl von Kommunikationsprotokollen und Bussystemen eingesetzt. Darunter finden sich unter anderem SCI-XX/RaSTA (nach EULYNX und NeuPro), OPC UA, EtherCAT, CAN, CANopen, Modbus und MQTT, die für Anwendungen in der digitalen Leit- und Sicherungstechnik relevant sind. Das komfortable Design von Testabläufen wird durch das Tool vTESTstudio unterstützt.
Die Anbindung der Netzwerkkommunikation (Ethernet und CAN) an CANoe erfolgt über die VN-Interfaces. Mit dem VT System werden skalierbare, modulare und effiziente HIL-Tests durchgeführt. Für einfache I/O-Tests bietet sich das VIO System an. Beide Systeme ermöglichen einen reibungslosen Austausch analoger und digitaler Daten. Außerdem gibt es für Unit-Tests das Tool VectorCAST im Portfolio.
Warum hat sich Pintsch für CANoe entschieden?
Pintsch: Zunächst haben wir uns bewusst gegen die Eigenentwicklung einer Testumgebung entschieden. Es war unser Ziel auf eine etablierte Standardlösung zu setzen, die Langzeitverfügbarkeit und Support bietet und uns ermöglicht auch von zukünftigen Weiterentwicklungen des Tools zu profitieren. Darüber hinaus wollten wir im Sinne der Diversität vermeiden, dass unsere selbst entwickelten Produkte und die Testumgebung dieselben Protokoll-Stacks verwenden. Nach einer Sondierung des Marktes fanden wir mit CANoe ein Tool, das mit dem sogenannten RaSTA-Binding einen RaSTA- und BTP-Stack (Bahntechnisches Protokoll) von Hause aus mitbringt, sowie mit der Option EtherCAT eine standardisierte Schnittstelle zur Anbindung von Messtechnik bietet. Zusammen mit dem Testautomatisierungstool vTESTstudio werden damit alle von uns oben genannten Anforderungen an die Testumgebung erfüllt.
Mit Hilfe des Connection Utility von Vector ist die geforderte Anbindung an das Testmanagement Tool ebenfalls möglich. Da wir in einer frühen Phase der Marktverfügbarkeit des RaSTA-Bindings mit der Entwicklung begonnen haben, hat Vector uns angeboten, als Pilotkunden direkten Entwicklersupport zu erhalten und vor allem auch Einfluss auf die weitere Entwicklung der bahnspezifischen Features zu nehmen.
Welche Erfahrungen haben Sie mit dem Tool gemacht? Was wurde bei Pintsch bisher erreicht?
Pintsch: Wir verfügen heute über Simulatoren für alle Elemente der Stellebene in CANoe, so dass ein Stellwerk (ESTW-ZE) auf Basis einer gegebenen Projektierung in einer simulierten Umgebung getestet werden kann. Dies schließt auch betriebliche Tests ein, da wir in der Lage sind über entsprechende Stimulation der Achszählsysteme eine Zugfahrt zu simulieren. Darüber hinaus verwenden wir CANoe Prüfstände um reale Teilsysteme wie Weiche, Lichtsignal und Achszählsystem zu testen. In diesem Setup übernimmt CANoe die Kommunikationsrolle des Stellwerks.
Im Rahmen der Pilotkunden-Partnerschaft hat Vector für uns die Fehlerinjektionsmöglichkeiten auf Ebene des BTP erweitert und die Möglichkeit mit Arrays von Objekten zu arbeiten wurde ebenfalls verbessert. Momentan wird daran gearbeitet, auch auf RaSTA-Ebene Fehlerinjektion zu ermöglichen.
Mit dem CANoe Execution Adapter und selbst entwickelten Automatisierungsskripten ist es uns gelungen, eine durchgängige Toolkette aufzusetzen, mit der ein Satz von Testfällen direkt aus dem Testmanagement Tool (ETM) in CANoe ausgeführt werden kann. Weiterhin haben wir im Hinblick auf die Qualifizierung unserer Testumgebung ein Konfigurationsmanagement zur Verwaltung aller Artefakte der Testumgebung innerhalb des ELM aufgesetzt.
Zusammenfassend kann man sagen, dass Stand heute das Prüfstandkonzept für den Systemtest auf Grundlage der Vector Toolkette etabliert ist und es jetzt darum geht auf dieser Basis eine Testfallbibliothek aufzubauen.
Wie setzt Vector die Erkenntnisse der Zusammenarbeit in der Produktentwicklung um?
Vector: Mit den Ergebnissen aus der durchgängig guten Zusammenarbeit mit unserem Pilotkunden Pintsch haben wir ein Add-On für CANoe entwickelt, das speziell zur Absicherung von Elementen aus der Leit- und Sicherungstechnik zum Einsatz kommt und jetzt für alle Kunden verfügbar ist. Darin enthalten sind neben der von Pintsch genutzten Grundfunktionalität zur Simulation und zum Testen von RaSTA-Teilnehmern auch die Möglichkeiten der Fault Injection auf Applikations- und RaSTA-Ebene (EULYNX und NeuPro), sowie die Unterstützung des Protokolls OPC UA für die Schnittstellen SMI und SDI. Für den schnellen Einstieg in CANoe sind neben anschaulichen Beispielkonfigurationen auch eine ausführliche Dokumentation zu den technischen Möglichkeiten, sowie ein Tutorial verfügbar, das die ersten Schritte in CANoe erklärt.
Welche Aktivitäten plant Pintsch zukünftig?
Pintsch: In erster Linie arbeiten wir weiter am Aufbau einer Testfallbibliothek mit dem Ziel eine vollständige Testabdeckung auf Basis der Systemanforderungen zu erreichen sowie die Tests der vorliegenden Testfallkataloge umzusetzen.
Auf der weiteren Roadmap stehen neben der Umsetzung weiterer Protokolle, die zum Test von Teilsystemen benötigt werden wie z.B. OPC UA und AMQP auch die Qualifizierung unserer Testumgebung als Tool der Klasse T2 nach DIN EN 50128. Bei beiden genannten Punkten wünschen wir uns eine Fortsetzung der guten Kooperation mit den Kollegen von Vector.
Längerfristig ist es unser Ziel, die Vector-Testumgebung als Teil einer entwicklungsbegleitenden "Continuous Integrate/Build/Test" Umgebung zu integrieren.
