Redplacecy ve Başarısız Güvenli Mekanizmaların Otomatik pilot Sistemlerindeki Rolü

Redplacecy ve Autopilot Systems'deki Güvenli Mekanizmaların Rolü

Autopilot sistemleri modern ulaşımda, özellikle havacılık ve deniz operasyonlarında vazgeçilmez hale geldi.İnsan operatörlerinden rutin görevler atıyorlar, yorgunlukları azaltır ve yakıt verimliliği ve hassaslığı geliştirirler. Ancak, otomasyonda derinleşene ve bir sistemin başarısızlığının sonuçları daha ciddi bir şekilde büyür. Bu tasarım ilkeleri sadece kritik bir aşamada -tavaplama, iniş veya navigating congested sular - yıkıcı sonuçlara yol açarlar.

Bu makale, ne kadar reddent ve güvenli mekanizmalar işleyeceğini ve neden güvenli otomatik pilot sistemlerinin arka kemiğini oluştururlar. Havacılık, deniz ve hatta otomotiv alanlarından gerçek dünya örnekleri üzerine çizer.

Autopilot Systems'de Reddancy anlamak

Red dışılık, aynı kritik işlevi yerine getirebilen birden fazla bağımsız bileşen veya alt sistemler inşa eder.Eğer bir element başarısız olursa – donanım aşınması, yazılım hataları, güç kaybı veya fiziksel hasar – bir yedek tüm otomatik pilottan maskelemez.

Konsept, uçak mühendisliğinden kaynaklanır, başarısızlık maliyetinin hayatta ölçüldüğü yerde. ABD Federal Havacılık Yönetimi (FAA) bu otomatik pilot sistemleri ticari uçaklarda tasarlanmalıdır, böylece tek bir başarısızlık uçak kaybına yol açmaz. Benzer standartlar, yoldaki dinamik konumlama sistemleri ve giderek daha fazla, otoyolda otonom araçlara uygulanır.

Red dışılık türleri

Donanım Reddancy

Donanım reddantt en görünür form: Birden fazla sensörler, aksiyoncular, işlemciler, güç malzemeleri ve iletişim otobüsleri. Örneğin, bir Airbus A380, kendi gyroskopları ve hızlayıcıları ile üç bağımsız olarak kullanır. Sensör füzyon algoritmaları, her üçten kontrol ölçümler yapılır; eğer biri sürüklenir veya başarısız olursa, sistem otomatik olarak verileri bozar ve kalan ikisinde çalışır. Benzer şekilde, uçarak-kahramanlar ve üç veya dört tane - aynı kontrol yasaları, bazen farklı donanım platformları üzerinde çalışır.

Yazılım Reddancycy

Yazılım reddanttsitesi daha az belirgin olabilir, ancak aynı derecede hayatidir. yedekleme algoritmaları, çeşitli kodlama takımları ve alternatif kontrol modları içerir. Örneğin, Uzay Yardımı'nın birincil aviyonik sistemi dört aynı uçuş kontrol bilgisayarı koştu, ancak beşik, dissimilar bilgisayar - farklı programlama dilleri ile inşa edilmiştir - tüm aynı kopyaları etkileyebilecek sistematik yazılım hatalarına karşı bu yaklaşım muhafızlar.

Modern otopilotlarda, yazılım reddancy gibi formlar alır:

Operasyonel Reddancy

Operasyonel reddantme prosedürleri, eğitim ve insan-inthe-loop fallbacks. Örneğin, havayolu çalışanları manuel uçan becerileri korumak ve düzenli yeterlilik kontrollerini gerçekleştirmek için pilotlar gerektirir.Eğer otopilot kesintilerini beklenmedik bir şekilde alabilirse, uçuş ekibi genellikle bir “steertocompass” moduna sahip olabilir ve ayrı bir acil durum istasyonun çalışmasını sağlar. Operasyonel kırmızı kontrolleri gerçekleştirir.

Diğer operasyonel önlemler şunlardır:

Red dışılığın Faydaları

Red dışılık doğrudan toplam sistem başarısızlığı olasılığını azaltır. Her kritik bileşen iki bağımsız yedeke sahipse, genel başarısızlık oranı çok açık bir şekilde azalır. Güvenlik-kırık tasarımda, bu “fail-işlevsel kapasiteye” ulaşmanın mümkün olduğu bilinmektedir - sistem tek bir başarısızlıktan sonra bile tam işlevsellik devam eder.

Güvenlik ötesinde, reddantcy de sağlar:

Başarısızlıksız Mechanisms

Red dışılık, sistemi bir hatadan sonra tutmak, güvenli, istikrarlı bir duruma, birden fazla reddetme başarısız olduğunda veya sistemden vazgeçemeyen bir koşula sahip olmak için tasarlanmıştır.

Başarısız güvenli tasarım felsefesi basittir: En sonunda her sistemin başarısız olacağını ve o an için plan yapacağını varsayın. Tüm başarısızlıkları önlemeye çalışmak yerine, mühendisler sonuçlarını sınırlamaya odaklanır.

Başarısızlıklı Mechanisms Türleri

Otomatik Acil Toprak Protokolleri

Havacılıkta, eğer bir otopilot tüm sensör verilerini kaybederse veya tam bir uçuş kontrol bilgisayarı başarısızlığına acı çekerse, acil iniş protokolleri etkinleştirebilir. Örneğin, Garmin Autoland sistemi - 2020'de Cirrus Vision Jet için sertifikalı - en yüksek güvenlik önceliği (en yüksek güvenlikli olarak uçuşa son vermek) ve otomatik olarak uçağı uygun havaalanına yönlendirebilir.

Otomatik Shutdown ve Sistem

Deniz otopilotlarında, bir anomaly gibi aniden bir başlık referans kaybı veya bir runaway uç hareketi, etkilenen alt sistemin otomatik olarak kapatılması ile idare edilebilir. Örneğin, bir geminin dinamik merkezi, otomatik olarak tamamen bağımsız bir yedekleme konsoluna kontrol edebilir veya “güvenli bir durak” tetikleyebilir - taşıyıcılar sadece ana tahrikli bir kumanda ile pozisyona getirilir. Benzer kapanışlar otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak kontrol edilebilir.

Uyarı ve Uyarı Sistemleri

Başarısız güvenlik mekanizmaları genellikle operatörün dikkatini çekmek için tabakalı uyarıları içerir. Bunlar görsel olabilir (annunciator ışıklar, çok işlevli ekranda mesajlar), aural (synthe boy voice uyarıları, chimes), veya tactile (stick salak, koltuk titreşimi) Uyarılar, acil bir direksiyondan keskin bir tepki vermek için uyarılar yardımcı olur. Örneğin, bir uçaktaki “otomatik bir uyarı, yüksek seslenici ve kırmızı ışık, hemen hemen hemen emin olun.

Fiziksel Acil Durlar ve Overrides

Birçok başarısız güvenlik mekanizması tamamen analog veya mekaniktir. – uçan uçaklarda, tüm dijital uçuş bilgisayarları başarısız olursa, doğrudan mekanik bir yedekleme bağlantısı - veya bazı tasarımlarda, bağımsız bir analog kontrol cihazı - hala asansörleri ve rudder çalıştırın. Ships otomatik pilotu tamamen silip, doğrudan hidrolik veya elektrikli bağlantı kullanarak.

Başarısızlıklı Tasarım Philosophies

Birkaç başarısız güvenlik yaklaşımları arasında mühendislik ayırt eder:

Felsefe seçimi, fonksiyonun kritikliğine bağlıdır. Motor kontrolü, örneğin, başarısız olabilir, ancak kabin aydınlatması sadece başarısız olabilir.

Red dışılık ve Başarısız Güvenli Mechanisms

Red dışı ve güvenli mekanizmalar rekabet etmiyor; birbirlerini tamamlıyorlar. Red dışılık, operatörü etkilemeden başarısızlığı önlemek için çalışır, ancak önlemenin başarısız olması durumunda, sonuçlar tam olarak bağımsızdır.İyi tasarlanmış otopilotlar, başarısız güvenlik mekanizmaları genellikle güvenli durumu uygulamak için kırmızı donanıma güvenirler. Örneğin, bir acil durum sistemi, otomatik uçuş kontrol bilgisayarları, sensörler ve birincil otomatik pilotlar ve radyolar.

Başka bir bütünleşik örnek, “ölü adamın geçişi”, özerk gemiler için. Arazideki bir operatör periyodik olarak bir “kalpıcı” sinyali göndermelidir.Eğer kalp atışı olmadan (zamana dayalı bir durak) otomatik olarak otomatik olarak kilitlenir: bu çaresizlik, bir acil mesaj yayınlar ve sonunda tam bir durakla birlikte çalışır.

Gerçek Dünya Örnekleri ve Dersler Öğrenildi

Havacılık: Air France Flight 447

Air France 447'nin 2009 yılında kazayı gösteriyor - ve trajik başarısızlık - kırmızıdan uzaklık ve güvenli tasarım. Otomatik pilotlar hava sensörlerinin ardından ortadan kayboldu. Pilotlar, durumun ne olduğunu yorumlayamadı ve uçakla uçuş kontrol mantığını karıştıramadılar. Bu kazara müdahale eden değişiklikler otomatik pilotu ve “altern yasası”) daha sağlam bir şekilde yeniden tasarladı.

Deniz: Costa Concordia

Kosta Concordia felaketi, otopilot kırmızısı bir başarısızlık değildi, ancak insan aşırılığı ihlal ettiklerinde ve güvenlik sınırlarını ihlal ettiklerinde - bir sonraki nesile inşa edilmiş olan "akıllı otopilotlar", dijital tehlikelere karşı komutları karşılaştırabilir.

Otomotiv: Tesla Autopilot Güvenemez

Tesla'nın Autopilot sisteminde, kırmızıdanlık sınırlıdır: kameraları, radarı (eski modellerden), ve ultrasonik sensörler kullanıyor, ancak bir yedek işlemci veya bağımsız kontrol mantığı yok. birincil güvenlik mekanizması, birleşmiş Milletler'den gelenler gibi, şimdi aracın bir durdurma ve aktive etmesi için 3 otomatik sistemden yoksun bir risk alması gerekir.

Autopilot Güvenlik Tasarımında Future Trends

Otomatik pilotlar daha özerk hale geldi - sürücüsüz taksilerden tamamen bağımsız kargo gemilerine - kırmızıdan tasarruf talepleri ve güvenlik mekanizmaları artıyor. Birkaç trend bir sonraki nesli şekillendiriyor:

Red dışı

Ortak mod başarısızlıklarına karşı korumak için (örneğin, tüm aynı birimleri etkileyen bir yazılım otobüsü), tasarımcılar farklı mimarilerle donanım ve yazılımları giderek daha fazla kullanıyor.Aç örneği Airbus A350 uçuş kontrol sistemi, bu da üç farklı işlemci türü kullanıyor (Power,PC, Intel ve ARM) bağımsız olarak gelişmiş kod kullanıyor.

AI tabanlı Başarısızlık Kararları

Makine öğrenimi daha sofistike başarısız güvenlik yanıtlarını mümkün kılar. Örneğin, özerk bir geminin otopilotu, pozisyon sensörünün başarısız olduğunu ve geminin en iyi güvenli stop yerini tahmin etmek için dijital ikizini kullanabileceğini tespit edebilir, sonra bu alandaki manevrayı uygular, ancak sertifika yetkilileri hala güvenlik-kırık işlevleri için sinir ağları doğrulamak için nasıl zorlayabilirler.

Edge Computing ile Dağıtılmış Reddancy

Tek bir kutudaki tüm otomatik pilot mantığının merkezileştirilmesi yerine, bazı sistemler şimdi birden fazla mikrokontrolörler arasında kontrol dağıtıyor, her biri bir alt işlev için sorumlu (örneğin, bir motor kontrolü için, biri navigasyon için) Eğer biri başarısız olursa, diğerleri hala temel kontrolü koruyabilir.

Düzenleme

Uluslararası vücutlar, otomasyonun büyüyen rolünü yansıtacak standartlar güncelliyor. Uluslararası Deniz Örgütü şimdi, özerk gemilerin 1 ×10) özel bir başarısızlık olasılığı gerektirdiğini belirtiyor.).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Red dışı ve güvenli mekanizmaların değiştirilmesi mümkün olmayan kavramlar değildir; aynı güvenlik madenindeki iki taraftır. Reddancy, bireysel bileşenler kırıldığında bile sorunsuz bir şekilde operasyon sağlar. Başarısız güvenli mekanizmalar, diğer tüm başarısız olduğunda nihai güvenlik ağı sağlar - bir şekilde sabit bir duruma yol açarlar. Birlikte, havacılık, deniz ve zemin taşıma sistemleri temel oluştururlar.

Bilgisayar gücündeki ilerlemeler, sensör çeşitliliği ve yapay zeka yavaş yavaş yavaş yavaş otomatik pilotların onları normal koşullarda çalışmayan daha karmaşık başarısızlık senaryolarını yönetmelerine olanak sağlar, ancak, Air France 447 ve Kosta Concordia şovunun örnekleri olarak, teknoloji yalnızca yeterli değildir. İnsan faktörleri, düzenleyici gözetim ve güvenlik kültürü, paralel olarak, otomatik olarak otomatik pilotlar tasarlanmalıdır.

Otomatik pilot güvenlik ve reddantme üzerine daha fazla okuma için, bkz.D:0)FAA Danışma Sistem Tasarımı ve Analizi Üzerine Genel Bakış) ().AC 25.1309-1B[Üye Olmayanlar İçin 4D)[Uygun Gemiler için Açıklamalar[FLT: 9)[FLT: 16)