English

This thesis describes a methodology for the documentation and analysis of communication weaknesses in safety critical systems. The methodology is based on a new communication model and uses the benefits of a systematic representation of task dependencies by hierarchical task models.

Communication occupies a key position in safety critical systems because it is responsible for the appropriate coordination of tasks in such systems. Weaknesses within the communication between actors in socio-technical safety critical systems are considered to be the main cause for critical events or accidents. These systems include technical components, such as telecommunication devices, machines and computers, as well as human actors performing tasks and using technical devices which support their work.

The target of this thesis is to work out a systematic approach which documents and analyses the communication between actors in safety critical systems. To accomplish this, an appropriate description calculus will be created to model communication. This calculus will help to find improper communication and also identify possible consequences for coordinated tasks. Beyond that, parameters will be proposed to estimate the criticality of the weaknesses in the communication processes.

The methodology allows the discovery of both, weak constellations in the communication process, as well as latent communication failures. Besides this, it allows to point out not only the deficits in the communication but also consequences for the system. The methodology was validated in detail by case studies.

Deutsch

Die vorliegende Dissertation beschreibt eine Methodik für die Dokumentation und Analyse von Schwachstellen in sicherheitskritischen Systemen. Die Methodik basiert auf einem Kommunikationsmodell und nutzt die Vorteile der systematischen Präsentation von Aufgabenabhängigkeiten in hierarchischen Aufgabenmodellen.

Kommunikation belegt eine Schlüsselposition in sicherheitskritischen Systemen, da sie verantwortlich für die angemessene Koordination von Aufgaben ist. Schwächen innerhalb der Kommunikation der Akteure in sozio-technischen sicherheitskritischen Systemen untereinander werden als Hauptursache für kritische Ereignisse betrachtet. Diese Systeme beinhalten menschliche Akteure, die Aufgaben ausführen und die technischen Geräte, welche die Arbeit der menschlichen Akteure unterstützen.

Das Ziel der Abhandlung ist es, einen systematischen Ansatz zur Dokumentation und Analyse der Kommunikation zwischen Akteuren in sozio-technischen sicherheitskritischen Systemen zu erarbeiten. Um dies zu erreichen, wird ein geeigneter Beschreibungskalkül zur Modellierung der Kommunikation kreiert. Darüber hinaus werden Parameter definiert und ein Vorgehen vorgeschlagen, um die Kritikalität der Schwachstellen in der Kommunikation quantitativ wie qualitativ abzuschätzen und latente Kommunikationsfehler aufzuzeigen.

Der präsentierte Ansatz erlaubt einem Experten, systematisch die Kommunikationsdefizite mit deren Konsequenzen für das System zu identifizieren und zu dokumentieren. Die Methodik wurde mit Hilfe von Fallstudien validiert.