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Wie das Risiko einer neuen Systemarchitektur minimiert werden kann

Auf dem Weg zu einheitlichen Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen (BSA) auf dem Nationalstrassennetz
Eraneos Blog Wie das Risiko einer neuen Systemarchitektur minimiert werden kann

Blogserie zu mehr Verkehrssicherheit und Verkehrsqualität (Teil 1/7).


In unserer mehrteiligen Blogserie beleuchten wir die Entwicklung der Schweizer Nationalstrassen in Bezug auf die Systemarchitektur Schweiz (SA-CH) sowie das Verkehrsmanagement und zeigen dabei die Erfahrung von Eraneos Group in diesen Themen schrittweise auf. In diesem Teil wird aufgezeigt, wie das Risiko einer neuen Systemarchitektur minimiert werden kann.

Abbildung 1: Systemarchitektur Schweiz SA-CH

Die Situation ist in der IT-Welt wohlbekannt: Verschiedene Organisationen haben über Jahre Systeme zur Unterstützung ihrer Prozesse realisiert, betrieben und erneuert. Sie haben ihre Arbeit gut gemacht, die Systeme haben zu vernünftigen Kosten ihren Zweck erfüllt. Diese Organisationen werden nun aus unterschiedlichen Gründen zusammengelegt. Es macht keinen Sinn mehr, mehrere verschiedene Systeme zu betreiben, die den gleichen Prozess unterstützen. Die nun folgende Homogenisierung der Systemlandschaft führt nicht selten zu Friktionen mit den Betreibern der bisherigen Systeme. Diese müssen nun mit einem neuen System leben, das nicht mehr massgeschneidert ist und daher eine gewisse Kompromissbereitschaft verlangt.


Das Bundesamt für Strassen hat in den Jahren nach der Übernahme der Nationalstrassen von den Kantonen eine solche Transformation durchgeführt. Das Nationalstrassennetz der Schweiz umfasst neben den Strassen, den Brücken- und den Tunnelbauwerken auch eine Vielzahl an elektromechanischen Anlagen, die dem Verkehrsmanagement sowie der Tunnelsicherheit dienen. Einige dieser Anlagen, die als Betriebs- und Sicherheitsausrüstung (BSA) bezeichnet werden, sind für die Verkehrsteilnehmer*innen sichtbar – beispielsweise die Tunnelbeleuchtung, die Notrufsäulen oder auch die grossen Textanzeigen. Es gibt jedoch noch weitere Anlagen, die im Hintergrund ihren Dienst erledigen, unter anderem sind dies die Videoüberwachung, die Brandmeldeanlagen oder die Lüftungsanlagen in den Tunneln. Das tadellose Funktionieren dieser Anlagen wird laufend überwacht. Sobald technische Fehler auftreten, werden diese via Betriebsleitzentrale dem zuständigen Personal gemeldet.


Für all diese Anlagen ist das Bundesamt für Strassen ASTRA seit dem Jahr 2008 zuständig, vorher lag die Zuständigkeit bei den Kantonen. Es stellte sich die Frage, wie das ASTRA mit einer Elektro- und IT-Infrastruktur umgehen soll, die ursprünglich von 26 Kantonen erstellt wurde. Es lag nahe, die Anlagen schweizweit zu vereinheitlichen, um unter anderem ein effizientes Verkehrsmanagement gewährleisten zu können. Wie geht man allerdings vor, um dieses Ziel zu erreichen? Schlussendlich muss die Betriebs- und Sicherheitsausrüstung jeden Tag rund um die Uhr zuverlässig ihren Dienst tun. Eraneos durfte das ASTRA auf einem Teil dieses Weges im Rahmen des Projekts Systemarchitektur Schweiz (SA-CH) begleiten.

Am Anfang stehen eine Erkenntnis und eine Vision

Das Bundesamt für Strassen ASTRA hat im Jahr 2008 das Nationalstrassennetz und damit die Verantwortung für dessen Unterhalt und Betrieb von den Kantonen übernommen. Schon im Vorfeld der Übernahme wurde klar, dass die Anlagen zur Überwachung und Steuerung der Nationalstrassen in den Kantonen technisch sehr unterschiedlich realisiert wurden. Für die Kantone war dies unproblematisch.


Das ASTRA hatte dank seiner schweizweiten Zuständigkeit aber die Möglichkeit und auch die Absicht, ihre Tätigkeiten ohne Berücksichtigung der Kantonsgrenzen neu zu organisieren. So wurde zum Beispiel eine Verkehrsmanagementzentrale geschaffen, die fast für das gesamte Nationalstrassennetz der Schweiz zuständig ist.


Viele Organisationseinheiten sahen sich also mit Anlagen konfrontiert, die den gleichen Zweck erfüllen – zum Beispiel Tunnellüftung oder Videoüberwachung – aber aus Bedienungs- und Wartungssicht sehr unterschiedlich gestaltet sind.

Abbildung 2: Vorgehensmodell TOGAF
Das Projekt Systemarchitektur Schweiz (SA-CH)

Im Jahr 2009 hat das Bundesamt für Strassen die Eraneos Group mit der Schaffung einer einheitlichen und homogenen Systemarchitektur für die Betriebs- und Sicherheitsausrüstung beauftragt. Als Vorgehensmodell wurde TOGAF (the open group architecture framework) gewählt. In diesem Modell werden in einer gegebenen Reihenfolge verschiedene Aspekte der IT-Architektur (Sicht der Geschäftsprozesse, das Informationsmodell, die Technologie, vorhandene Produkte, Migration) bearbeitet. Im Zentrum stehen dabei immer die Anforderungen an das IT-System.


Einige der wichtigsten Aspekte der entstandenen Systemarchitektur SA-CH sind:


  • Eine zentrale Managementebene zur Steuerung und Überwachung aller Anlagen der Schweiz. Bis anhin hat jeder Kanton ein eigenes übergeordnetes Leitsystem realisiert und betrieben.
  • Die Schaffung einer Service-orientierten Architektur (SOA)
  • Vereinheitlichung der dezentralen Prozess- und Feldebene sowie aller dazugehörigen Schnittstellen

Neben der eigentlichen SA-CH Architektur, die heute in einer ASTRA-Richtlinie festgelegt ist, wurden im Rahmen der Architekturentwicklung einige weitere Aktivitäten gestartet:


  • Die Schaffung eines schweizweiten IP-Netzes für die Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen des ASTRA
  • Die Festlegung von IT-Security-Richtlinien für die Betriebs- und Sicherheitsausrüstungen (BSA). Die Gewährleistung einer guten IT-Security ist in einem Umfeld, in dem die IT-Komponenten sehr zahlreich und dezentral eingesetzt sind, eine besondere Herausforderung.
  • Die Definition von Gestaltungsvorschriften für die Benutzeroberflächen der Leitsysteme (GUI-Styleguide)
  • Die Definition der Schnittstellen, die für die Interoperabilität aller Systeme sorgen

Welchen Nutzen hat SA-CH?

Ein wichtiger Nutzen betrifft die Beschaffung der Anlagen. Die Hersteller mussten bis anhin ihre Produkte bei jedem Auftrag in einem neuen Kanton an die spezifischen Normen des Kantons anpassen. Dies war ein gewichtiger Wettbewerbsnachteil gegenüber Herstellern, die im betreffenden Kanton bereits Anlagen geliefert hatten. Die Vereinheitlichung der Anlagen ermöglicht es den Firmen, ihre einmal gemäss SA-CH realisierten Anlagen in der ganzen Schweiz zu vertreiben. Aufwändige Anpassungen aufgrund von kantonalen Unterschieden fallen weg. Dadurch sinken die Kosten und es entsteht mehr Wettbewerb. Das Bedienpersonal profitiert von einer homogenen Benutzeroberfläche und einheitlichen Bedienabläufen. Dies reduziert den Schulungsaufwand und hilft, Bedienfehler zu vermeiden. Zudem lässt sich das Personal flexibler für die verschiedenen Anlagen einsetzen.


Schliesslich führt die serviceorientierte Architektur zu einer besseren Wiederverwendbarkeit von einmal erstellten Diensten, die Architektur ist flexibler bzgl. Anpassung der Geschäftsprozesse und es können Medienbrüche vermieden werden.

Wie setzt man die Vereinheitlichung der Betriebs- und Sicherheitsausrüstung (BSA) um?

Die Randbedingungen sind klar: Die BSA der Nationalstrassen erfüllen eine wichtige Aufgabe zur Gewährleistung der Sicherheit auf unseren Nationalstrassen. Im Fall von gravierenden Ereignissen wie zum Beispiel Unfällen oder Bränden in Tunneln spielen die BSA eine wichtige Rolle für den Schutz der Verkehrsteilnehmer*innen. Sie sorgen unter anderem dafür, dass bei Hitze und Rauch im Tunnel automatisch die Lüftung den Rauch absaugt, die Portalampeln des Tunnels auf Rot schalten und das Personal in der Einsatzleitzentrale alarmiert wird. Diese Anlagen müssen jederzeit, also rund um die Uhr funktionieren. Dies gilt auch, wenn die Anlagen erneuert werden: Zu jedem Zeitpunkt muss entweder die alte oder die neue Anlage in Betrieb sein und zuverlässig ihre Aufgabe erfüllen. Dies gilt auch für die Schnittstellen, die beispielsweise für die Alarmierung der Einsatzleitzentrale, aber auch für die technische Überwachung der Anlage selbst benötigt werden.


Eine weitere Randbedingung betrifft die Geschwindigkeit der Umsetzung. Es ist weder betrieblich noch finanziell möglich, sämtliche BSA der Schweiz ausserhalb ihres Lebenszyklus vorzeitig abzulösen, um Kompatibilität mit einem neuen Standard herzustellen. Die Ablösung wird also in den meisten Fällen erst dann erfolgen, wenn die Anlage aufgrund ihres Lebensalters sowieso ersetzt werden muss. Da die BSA eine Lebensdauer von 15 Jahren oder mehr erreichen, zieht sich die Umsetzung eines neuen Architekturstandards über einen entsprechenden Zeitraum hin. Im IT-Umfeld ist ein Zeitraum von 15 Jahren bekanntlich eine Ewigkeit. Es ist also davon auszugehen, dass die Standards, die Einheitlichkeit in die Systemlandschaft bringen sollen, schon im Lauf ihrer Einführung aktualisiert werden müssen.

Fazit

Die Einführung einer neuen Systemarchitektur ist nicht von einem Tag auf den anderen möglich, sondern erfordert in den meisten Fällen einen langen Atem und auch ein gewisses Mass an Kompromissbereitschaft von allen Stakeholdern.


Tiefgreifende Änderungen an der Architektur beinhalten auch ein gewisses Risiko. Es kann daher sinnvoll sein, die Umsetzung zu etappieren, um das Ziel schrittweise zu erreichen.


Ein entscheidender Erfolgsfaktor ist das Stakeholdermanagement. Die Kantone haben professionell gearbeitet und gute Anlagen realisiert. Wenn aufgrund einer zentral getroffenen Entscheidung auf eine andere Art und Weise gebaut werden muss, könnten die Verantwortlichen der Kantone dies als Geringschätzung ihrer bisherigen Arbeit auffassen. Es ist daher wichtig, diese Personen weiterhin einzubeziehen. Ihre Kenntnisse und Erfahrungen sind für den Bau von künftigen Anlagen oft unverzichtbar.

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