Haberleşme temelli tren kontrol sistemlerinde fonksiyonel emniyet yönetimi ve hata ağacı analizi
Application of functional safety management and fault tree analysis in communication based train control systems
Yazar: ALPER BUĞRA KOCAÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAN MIZRAK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Ulaşım = Transportation

Özet:
Ulaşım sistemleri özelinde gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin raylı sistemler taşımacılığına ilgisi her geçen gün artmaya devam etmektedir. Raylı sistemler taşımacılığının tercih edilme nedeni, daha kısa sürede daha fazla mesafeyi, emniyetli ve verimli olarak yapılmasına imkân sağlamasıdır.

Raylı sistemler teknolojisinin gelişimi ile önemi artan emniyet ve verimlilik kavramları raylı sistemler mühendislik disiplinlerinin bu konulara yönelmesine sebep olmuştur. Verimlilik; tren trafik kontrol sistemlerinin ve iletişim sistemlerinin gelişimi ile; emniyet ise fonksiyonel emniyetin gelişimi ile sonuçlanmıştır. Ülkemizde tren trafik kontrol sistemleri ve fonksiyonel emniyet çalışmaları yeni yeni gelişmektedirler. Aynı zamanda  gelişen  sistemler  emniyet  ve  verimlilik   sabit   blok   ile  tren tespiti  
sonrasında hareketli blok ile tren tespiti ile devam etmiştir. Hareketli blok trafik ve işletme verimliliğini artırmış ve ek riskler oluşturmuştur. Bu riskler emniyetli frenleme ve emniyetli tren ayrımı gibi fonksiyonların gelişimi ile çözülmüştür.

UNISIG, EN, IEEE kuruluşları bünyesinde üretici firmaların tecrübeleri ve işletmelerden elde ettiği veriler ile oluşturulan riskler referans alınarak hazırlanmış ve gelecekte yapılacak çalışmalar için bir rapor haline getirilmiştir.

Bu çalışmada, sinyalizasyon sistemlerinin gelişimi, haberleşme temelli tren kontrol sistemi, emniyetli frenleme ve hareketli blok, fonksiyonel emniyet hakkında literatürdeki çalışmalar ışığında uluslararası standartlar temelinde sistem mimarisi oluşturulmak suretiyle tehlike tanımlamaları yapılmış ve fonksiyonel emniyet süreçleri uygulanarak risk analizinin tatbiki için kullanılan yöntemler ele alınmıştır. Bu çalışmada risk değerlendirme ve hata ağacı analiz yöntemi kullanılarak, sistem mimarisi üzerinde oluşan riskler değerlendirilmiştir. 

Hata ağacı analizi ile risklerin kontrolü için, sistem tasarımı yapılarak, oluşturulan tehlike kayıtlarıyla,  "Bilinen emniyetli hız ve mesafesinin aşılması." Tehlikesinin tepe olay olarak belirlenmesi sonrasında, risk sıklığı ve şiddeti belirlenerek, risk matrisi ile sonuç risk değerlendirmesi yapılarak, risk matrisi ile beklenen kabul edilebilir değerler tespit edilmiş, hata ağacı modeli üzerinde uygulanarak ve sistem modeli üzerinden matematiksel hesaplama ile tanımlanan tehlike ve ilişkilerini doğrulamayı içermektedir.

Bu çalışma bir raylı sistemler projesinin geliştirme aşamasında uygulanması gereken risk değerlendirme yöntemlerini içermektedir. Gerçekleştirilen hata ağacı analizi ile tehlikelerin en aza indirgenebileceğini ve projeyi devreye alma öncesinde, tehlikenin nasıl indirgenebileceği sorusuna uygulama gösterecektir.

Abstract:
The interest of developed and developing countries in transportation systems in rail systems transportation continues to increase day by day. The reason why rail systems transportation is preferred is that it enables more distance in a shorter time, safe and efficient.

The concepts of safety and efficiency, which have become more important with the development of rail systems technology, have caused rail systems engineering disciplines to focus on these issues.

Productivity; with the development of train traffic control systems and communication systems;  safety  has  resulted  in  the  development  of  functional  safety. Train traffic  
control systems and functional safety studies are newly developing in our country. At  the  same  time  evolving  systems  safety  and  efficiency;  After the train detection with the fixed block, it continued with the train detection with the moving block. The moving block increased traffic and operational efficiency and created additional risks. These risks have been solved with the development of functions such as safe braking and safe train separation.

UNISIG, EN, IEEE organizations have been prepared with reference to the experiences of the manufacturers and the data obtained from the enterprises, and it has been prepared as a report for future studies.

In this study, in the light of studies in the literature information about the development of signaling systems, communication-based train control system, safe braking and moving block, functional safety, system architecture was created within the framework of international standards, hazard definitions were made and methods used to perform risk analysis by applying functional safety processes were discussed. In this study, the risks on the system architecture are evaluated by using the risk assessment and fault tree analysis method.

For the control of risks with fault tree analysis, system design is developed, with the hazard records created, after determining the hazard of "exceeding the known safe speed and distance" as the top event, determining the risk frequency and frequency, making a final risk assessment with the risk matrix, and the expected tolerance with the risk matrix. This includes verifying the hazards and their relationships that can be determined, applied on the fault tree model and defined by mathematical calculation on the system model.

This study includes the risk assessment methods that should be applied during the development phase of a rail systems project. With the fault tree analysis performed, the hazards can be minimized and the project will show an application to the question of how to reduce the hazard before commissioning.