Armonizar la Seguridad con Software para Agilizar el Desarrollo de Aeronaves no Tripuladas

Los aviones no tripulados son la solución para muchos de los desafíos de la aviación actual y abarcan una amplia variedad de casos de uso. Incluyen el transporte de personal y carga, las telecomunicaciones (comunicaciones no terrestres), la vigilancia ambiental, la seguridad e inteligencia fronteriza, así como la vigilancia y el reconocimiento. Algunos sistemas nuevos se basan en tecnologías de propulsión innovadoras, ecológicas y sin emisiones de carbono o de propulsión sostenible.

También están equipados con una gran cantidad de dispositivos de comunicación integrados, sensores y sistemas de control electrónico que contienen software sofisticado, que deben estar certificados para que puedan volar con seguridad, especialmente sobre zonas pobladas. Desarrollar software integrado crítico para la seguridad y realizar análisis de seguridad funcional son clave para garantizar una funcionalidad segura, agilizar el proceso de certificación de seguridad y optimizar el rendimiento del sistema integrado.

A medida que aumenta el número y la complejidad de los sistemas integrados, los ingenieros de sistemas, seguridad y software se enfrentan a una presión cada vez mayor para perseguir objetivos competitivos que deben estar equilibrados. Estos objetivos incluyen:

• Desarrollar sistemas de control integrados seguros, confiables y de alto rendimiento.

• Cumpliendo con numerosas normas y requisitos de seguridad, como ARP4761, DO-178C.

• Reducir los costes de desarrollo de nuevos productos.

• Acelerar el desarrollo de sistemas y software para reducir el tiempo de comercialización.

Para hacer frente a los desafíos de los aviones no tripulados se necesitan nuevos métodos de desarrollo. El diseño basado en modelos es una de esas soluciones que aborda el sistema, el software y la seguridad. Ansys SCADE y Ansys medini analizan conjuntamente permiten un enfoque eficiente de ingeniería de sistemas basado en modelos (MBSE) y análisis de seguridad basado en modelos (MBSA) para lograr un diseño de sistemas y software que cumpla con los objetivos de aeronavegabilidad con una colaboración eficiente entre arquitectos de sistemas, ingenieros de seguridad y desarrolladores de software.

Skydweller Aero, la compañía aeroespacial transatlántica, está desarrollando un avión autónomo propulsado por energía solar sin precedentes, con la envergadura de un 747 y que pesa menos que un Range Rover. La compañía, que afirma que sus aviones finalmente serán capaces de realizar vuelos perpetuos, ha adoptado la solución “Safe Systems” de Ansys para cumplir con sus estrictos requisitos.

Echemos un vistazo rápido a cómo Skydweller implementó una metodología MBSE holística al integrar la seguridad en los procesos de diseño del sistema a través de una única cadena de herramientas para desarrollar sus sistemas autónomos de control de vuelo y administración de energía.

Existen varios impulsores para implementar este riguroso proceso de desarrollo MBSE/MBSA. La primera es la agilidad, es decir, el desarrollo incremental del producto en conjuntos de capacidades integradas. Estos conjuntos de capacidades pueden luego publicarse con frecuencia para proporcionar mejoras tanto en el software como en el hardware. Otro aspecto importante es reforzar el pensamiento sistémico para comprender el panorama general de cómo funciona todo en conjunto. Un paso clave adicional es armonizar la ingeniería de seguridad con el proceso de diseño del sistema, pasando de un enfoque centrado en documentos a uno centrado en modelos. Por último, es absolutamente fundamental que Skydweller respalde su proceso empresarial garantizando que se tengan en cuenta los requisitos del cliente en el diseño.

La ingeniería de sistemas basada en modelos y basada en procesos de Skydweller comienza con el desarrollo del concepto de operación (CONOPS), del cual se derivan los escenarios operativos y se identifican las diferentes funciones del sistema. El resultado es un modelo de arquitectura de sistema de múltiples capas con una capa operativa, una capa funcional y una capa física, todas conectadas con asignaciones precisas y vínculos de trazabilidad, e interconectadas con análisis de seguridad.

El análisis de seguridad basado en modelos incluye evaluaciones de seguridad basadas en el modelo de arquitectura del sistema a nivel de aeronave, nivel de sistema y niveles de equipo para identificar las mejores formas de reducir el riesgo a un nivel razonablemente bajo. Por ejemplo, uno de los métodos de análisis de seguridad realizados en Medini Analyse es el análisis de árbol de fallas para determinar de manera eficiente las tasas de falla basadas en eventos y comprender cómo es posible que falle el sistema. Ansys Medini Analyse admite la trazabilidad basada en herramientas de eventos peligrosos hasta la arquitectura física y la indicación del nivel de garantía de diseño de cada componente.

“La gestión térmica de la batería es uno de los mayores desafíos para los aviones eléctricos”, dice Xavier Roy, ingeniero de modelado y ECS de Skydweller Aero. “Con las herramientas de simulación de Ansys, podemos simular varios días de misión para validar nuestro diseño y garantizar el éxito de nuestra misión. Esto nos permite ahorrar mucho tiempo y dinero para evitar la iteración del diseño”.

Los ingenieros de software también pueden acceder a la arquitectura y los requisitos basados ​​en modelos en las primeras fases de diseño. Los ingenieros de software implementan y prueban sus algoritmos de control utilizando modelos, sin tener que codificar manualmente, lo que evita perder tiempo y recursos para depurar y probar el código fuente. La sincronización automatizada entre los modelos de arquitectura y el software basado en modelos es clave para iteraciones eficientes, y esto se optimiza gracias al uso de herramientas Ansys SCADE.

La integración entre el análisis de seguridad de Ansys y las herramientas de diseño de software está altamente automatizada, lo que aporta eficiencia y continuidad digital al proceso.

En el enfoque descrito, los silos organizacionales entre las diferentes disciplinas de la ingeniería se rompen porque todas tienen un lenguaje común, respaldado por los modelos: la única fuente de verdad.