Sicherheitskritische Systeme
Der Forschungsschwerpunkt Sicherheitskritische Systeme der ZHAW School of Engineering entwickelt und analysiert Methoden, Konzepte und technische Lösungen für sicherheitskritische sozio-technische Systeme.
Dabei verbinden wir Systementwicklung mit methodischer Sicherheitsargumentation. Unsere Expertisen umfassen funktionale Sicherheit, STPA und weitere Risikoanalysemethoden, formale und modellbasierte Methoden, Simulation sowie die Entwicklung und Absicherung KI-basierter Funktionen für softwareintensive, automatisierte und autonome Systeme.
Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern begleiten wir den gesamten Systemlebenszyklus – vom Systemkonzept und der Risikoanalyse über Architektur und Implementierung bis zur Verifikation, Validierung und kontinuierlichen Sicherheitsbewertung im Betrieb in diversen Branchen.
Kompetenzen
Wir entwickeln Systemkonzepte und Architekturen für sicherheitskritische Systeme und setzen diese prototypisch um – von KI-basierten Funktionen und Embedded Software bis zu Elektronik und Mechanik. Mehr erfahren.
Wir identifizieren Gefährdungen, bewerten Risiken und leiten daraus Sicherheitsanforderungen und Massnahmen ab. Dabei kombinieren wir etablierte Verfahren der funktionalen Sicherheit mit systemtheoretischen Methoden wie STPA. Mehr erfahren.
Wir entwickeln passende Verifikations- und Validierungsstrategien und prüfen Systeme auf unterschiedlichen Ebenen – von Model-, Software- und Hardware-in-the-Loop bis zum Test am Gesamtsystem. Mehr erfahren.
Wir entwickeln realistische und sicherheitskritische Testszenarien und nutzen Simulationen für Entwicklung, Absicherung und virtuelle Erprobung. So lassen sich auch seltene oder kritische Situationen systematisch untersuchen. Mehr erfahren.
Wir entwickeln und validieren KI-basierte und autonome Funktionen für sicherheitskritische Anwendungen. Im Fokus stehen Robustheit, Transparenz, Human Oversight sowie die technische und regulatorische Konformität. Mehr erfahren.
Wir unterstützen die Sicherheitsbewertung auch nach der Inbetriebnahme. Betriebsdaten und Monitoring ermöglichen es, Risiken und Systemverhalten kontinuierlich zu beurteilen und Sicherheitsnachweise weiterzuentwickeln. Mehr erfahren.
Übersicht über alle Kompetenzen.
Anwendungsbereiche
Strasse, Schiene, Seilbahnen sowie Werks- und Intralogistik. Mehr erfahren.
Sichere autonome und teilautonome Robotersysteme in dynamischen Umgebungen. Mehr erfahren.
Sicherheitskritische Software, Geräte und KI-Funktionen im regulierten medizinischen Umfeld. Mehr erfahren.
Funktionale Sicherheit, Automatisierung und Absicherung komplexer Maschinen. Mehr erfahren.
Sicherheitsanalyse und Systementwicklung für komplexe industrielle Anlagen. Mehr erfahren.
Übersicht über alle Anwendungsbereiche
Von der Methodik zur lauffähigen Lösung
- System verstehen und Risiken analysieren
Wir analysieren System, Nutzungskontext und Gefährdungen und leiten daraus Systemgrenzen, Sicherheitsanforderungen und das Systemkonzept ab. - Architektur entwickeln und Prototyp umsetzen
Wir entwickeln System- und Softwarearchitekturen und realisieren funktionsfähige Prototypen – von Mechanik und Elektronik bis zu Embedded Software und KI-Funktionen je nach Projekt direkt oder in Zusammenarbeit mit unseren internen Partnern. - Virtuell und physisch verifizieren und validieren
Wir entwickeln geeignete V&V-Strategien und prüfen Funktionen mittels Simulation, MIL, SIL, HIL und Tests am realen System und virtuell. - Sicherheit im Betrieb kontinuierlich bewerten
Wir unterstützen die Erhebung und Auswertung von Betriebsdaten, das Monitoring sicherheitsrelevanter Funktionen und die kontinuierliche Aktualisierung des Sicherheitsnachweises. - Sichere & vertrauenswürdige KI-Funktionen
Wir entwickeln und validieren KI-basierte Funktionen entlang regulatorischer Anforderungen wie dem EU AI Act und sektorspezifischer Richtlinien — für sichere, nachvollziehbare und vertrauenswürdige Systementscheidungen.
Labor- & Versuchsinfrastruktur
Für Entwicklung, Simulation und Absicherung verfügen wir über eigene Test- und Versuchsinfrastruktur – von virtuellen Simulationsumgebungen und Hardware-in-the-Loop bis zu skalierten Testplattformen und realen Versuchssystemen.
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Unser Team
Unser Team verbindet technische Systementwicklung mit Safety Engineering, Verifikation und Validierung, Simulation und Safe AI. Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern entwickeln und untersuchen wir sicherheitskritische Systeme von der ersten Idee bis zum Betrieb.
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Projektbeispiele
Nachfolgend finden Sie eine Auswahl von aktuellen Projekten:
- SALVE – Safe and Automated Logistics Vehicles for all-weather hilly outdoor Environments
Entwicklung sicherer autonomer Logistikfahrzeuge für unebene Aussengelände und anspruchsvolle Witterungsbedingungen wie Regen, Schnee, Nebel und Blendung.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität, Service-Robotik
Kompetenzen: Systemkonzept, Architektur & Implementierung, Verifikation & Validierung, Safe AI & vertrauenswürdige Autonomie
- CHORUS – Coordination of Heterogeneous Actors in Mixed Traffic within CCAM
Entwicklung eines Orchestrierungsrahmens für das sichere Zusammenspiel automatisierter und konventioneller Verkehrsteilnehmender in urbanen Mobilitätssystemen.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität
Kompetenzen: Systemkonzept, Architektur & Implementierung, Risikoanalyse & Safety Engineering, Safe AI & vertrauenswürdige Autonomie
- VRAIL – Verification and Validation Framework for Safe Railway AI Systems Across Their Lifecycle
Entwicklung eines V&V- und Assurance-Frameworks für sichere und zulassungsfähige KI-basierte Funktionen im Bahnbereich.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität
Kompetenzen: Risikoanalyse & Safety Engineering, Verifikation & Validierung, Safe AI & vertrauenswürdige Autonomie
- AI-based Supervision System for Ropeway Systems
Entwicklung und Absicherung einer kamerabasierten Überwachung für zunehmend automatisierte Sessellifte bis hin zum autonomen Betrieb.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität
Kompetenzen: Systemkonzept, Architektur & Implementierung, Safe AI & vertrauenswürdige Autonomie, Safety-in-Operation
- iamo Furttal – Intelligente Automatisierte Mobilität
Untersuchung und Erprobung automatisierter Mobilität im realen Verkehr mit Fokus auf die objektive und subjektive Sicherheit im Betrieb.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität
Kompetenzen: Risikoanalyse & Safety Engineering, Verifikation & Validierung, Safety-in-Operation
- Innovative and Challenging Verification Environments for AI-enabled Autonomous Systems
Entwicklung adaptiver und herausfordernder Testumgebungen mit Artificial Life, LLMs und Diffusionsmodellen zur Absicherung autonomer KI-Systeme.
Anwendungsbereiche: Automatisierte Mobilität, Service-Robotik
Kompetenzen: Verifikation & Validierung, Szenarien & Simulation, Safe AI & vertrauenswürdige Autonomie
- RADIM – Rad Dose and Image Qual Monitoring
Entwicklung neuer Methoden und Tools für das Monitoring und die Optimierung von Strahlendosis und Bildqualität in der medizinischen Bildgebung.
Anwendungsbereiche: Medizinsysteme
Kompetenzen: Verifikation & Validierung, Szenarien & Simulation, Safety-in-Operation
Weitere Projekte
Weiterbildung
Die von uns angebotenen Weiterbildungen umfassen spezifische firmeninterne Kurse sowie folgende regelmässig stattfindende Kurse an der ZHAW:
- CAS Safe and Secure AI - Standards, Methods and Best Practices
Teil des MAS Artificial Intelligence und MAS Security. Verbindet regulatorische, methodische und technische Inhalte: EU AI Act, ISO/IEC-Normen für KI-Managementsysteme, Risiko- und Qualitätsmanagement sowie Human Oversight.
- WBK Funktionale Sicherheit
Funktionale Sicherheit basierend auf der IEC 61508.
- CAS Risikomanagement - Systems-Theoretic Process Analysis (STPA)
Einführung in die Gefährdungsanalyse mit STPA und verwandte Methoden.
Für Studierende
Gemeinsam mit unseren Industrie- und Forschungspartnern bieten wir Projekt- und Bachelorarbeiten zu aktuellen Fragestellungen aus unseren Forschungsprojekten an.
Im Master of Science in Engineering (MSE) können wir als Host für Studierende der Fachrichtungen Computer Science, Data Science, Automation and Control sowie Medical Systems fungieren. Die Masterarbeit und weitere Forschungsarbeiten können dabei direkt in unserem Forschungsschwerpunkt und in Verbindung mit laufenden Forschungs- und Industrieprojekten durchgeführt werden.
Wenn sie Themen oder konkrete Fragestellungen haben, freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme und prüfen gerne mit Ihnen zusammen, wie sich das Thema bzw. die Fragestellung als studentische Arbeit ausschreiben lässt.
Publikationen
-
Pisanu, Alessia; Saade, Amal; Fabech, Jonas; Weil, Adela,
2024.
In-vitro dental implant primary stability : staircase predicting continuous method.
In:
Annual Meeting of the Swiss Society for Biomedical Engineering SSBE Abstract Book.
Annual Meeting of the Swiss Society for Biomedical Engineering SSBE, Winterthur, Switzerland, 5 September 2024.
SSBE.
S. 11.
-
Frischknecht-Gruber, Carmen; Reif, Monika Ulrike,
2024.
Advancing artificial intelligence systems : alife and generative model applications[Paper].
In:
34th European Safety and Reliability Conference (ESREL), Cracow, Poland, 23-27 June 2024.