Aviyonik rehber süreçleri ve sistem geliştirme

TUSAŞ Motor Sanayii AŞ'nin (TEI) dergisi "TEI Post"un son sayısında (135) TEI’deki son gelişmelerle ve haberlerle beraber çeşitli konulardaki yazılara da yer verildi.

"TEI POST" dergisinin son sayısına, uygulamamızın dergi bölümünden ulaşabilirsiniz.

Teknik Lider Soner Özdemir ve Aviyonik Sistem Mühendisi Esra Koyuncugil’in aviyonik rehber süreçleri ve sistem geliştirme hakkındaki yazısını Savunma Sanayii Dergilik takipçilerine sunuyoruz:

Aviyonik rehber süreçleri ve sistem geliştirme

Aviyonik sistemler; hava araçlarında kullanılan, özelleştirilmiş işlevleri gerçekleştiren, elektronik sistemlerdir. Aviyonik sistemleri oluşturan elektronik ya da elektromekanik ekipmanlar, temelde hava aracının gerçekleştirmesi gereken görev beklentilerine göre tasarlanmaktadır. Bu görev profillerine ve platforma uygun olarak yapılan emniyet analizleri, aviyonik mimarilerin şekillendirilmesi yönünde gerekli kısıtları belirler.

Havacılıkta kullanılan sistemlerde pilot yükünün azaltılması, otonom kontrollere geçilmesi; modülerlik, teknolojik gelişmelere ayak uydurma, güvenilirliğin arttırılması ve maliyet etkin çözüm üretme ihtiyacı ile birleştiğinde, sektörde mekanik kontrol sistemlerinden elektronik kontrol sistemlerine geçiş hız kazandı. F-22’de yaklaşık 1.5M satır kod bulunurken, Boeing 787’de yaklaşık 15M ve F-35’te ise yaklaşık 25M satır kod bulunmaktadır.

Bu elektronik sistemlerin mekanik sistemlerden daha karmaşık olması, geliştirme ve üretim süreçlerini kontrol altına alma zorunluluğunu getirdi. Aviyonik sistemlerinin geliştirilmesi için süreçlerdeki ve tasarımdaki karmaşıklığın artması, hataların sadece test veya analiz yöntemleri ile tespit edilmesini imkânsız hale getirdi. Örneğin, 20 sensörün okunduğu ve her sensör için 5 noktanın test edileceği bir sistemde toplam test sayısı 2^100 olacaktır. Her testin 1ms sürdüğü kabul edilse dahi, tüm testleri gerçekleştirmeye dünyanın ömrü yetmemektedir. Bu nedenle tasarım çıktılarında hataların olmasını engellemek, tasarım süreçlerinin iyi kurgulanmasını ve kontrol altına alınmasını gerektirmektedir.

Aviyonik sistem mühendisliği; elektronik sistemlerin tasarımındaki karmaşıklığı, aviyonik sistem fonksiyonlarının çıkarılması, fonksiyonel mimarinin çizilmesi, aviyonik sistem mimarisinin oluşturulması, motor sistem gereksinimlerinden kırılan aviyonik sistem gereksinimlerinin yazılması ve bu gereksinimlerin yazılım, donanım, kontrol disiplinlerine atanması ile çözmeye çalışan bir disiplindir.

Disiplinler arası koordinasyonu teknik ilerleme toplantıları ile gereksinimler üzerinden çözer. “Gereksinim geçerleme” adı verilen süreci, aviyonik sistem gereksinimlerini izlenebilirlik, modelleme, analiz, benzetim test, gözden geçirme aktiviteleri ile koordine eder ve raporlar.

Günümüzdeki İhtiyaçlar

Ülkemizde geliştirilen platformların itki sistemlerinin yurt dışından temin ediliyor olması çeşitli kısıtları beraberinde getirdi. Bu kısıtlamalar, itki sistemleri ve onları besleyen elektrik güç sistemlerinin ve itki sistemlerini kontrol eden elektronik kontrol ünitelerinin yurtiçinde geliştirilmesi ihtiyacını doğurdu. TEI-PD170 motor geliştirme projesi bu konuda bir örnek olarak düşünülebilir. Bugünlerde çeşitli basın organlarında yer alan haberlerde, şirketimizin bu projeyle yer alması, motorumuzun fotoğraflarına yer verilmesi hepimizi bu anlamda mutlu etmektedir. Bu yazıda vurgulanmak istenen nokta ise TEI-PD170 motorunun, Motor Kontrol Sistemi’nin de tamamen yerli üretim ve yerli yazılım ile yedekli bir sistem olarak geliştirilmiş olması ve bu anlamda bir ilk olma özelliğini taşımasıdır. Savunma sanayinde yerli ve millî sistemlerin stratejik önemi her geçen gün artmaktadır.

TEI-PD170 Motor Kontrol Algoritması geliştirme sürecinin başında, yurt dışından alınmak istenen konularda firmalarla yaşanan sorunlar, firmaların bu alana verdiği önemi ve bu alandaki bilgi birikimlerini koruma isteklerini açıkça gösterdi. Bu noktadaki çabalarımız, firmaların bize kendi geliştirdikleri elektronik kontrol ünitelerini satma çabaları ile sonuçlandı. Teklif edilen rakamların büyüklüğü ise; aviyonik sistem geliştirme maliyetlerinin büyüklüğünü gözler önüne serdi.

Turboşaft Motor Kontrol Sistemi geliştirme çalışmalarında benzer kısıtları ve zorlukları hali hazırda yaşamaktayız. Bu proje ile geliştirilecek olan Motor Kontrol Sistemi, bundan sonraki gaz türbinli motor kontrol sistemleri için baz olacaktır. Ayrıca ülkemize ihracat tarafında güç kazandıracağı gibi farklı platformların ihtiyacını karşılamakta da esneklik sağlayabilecektir.

Kontrol Sistemi, diğer alt sistemlerle ve platformla etkileşimi en yüksek alt sistemdir. Elektrik Elektronik Kontrol ve Gömülü Sistemler Bölümünde geliştirilen Motor Kontrol Sistemi, motor üzerinde ya da platformda yer alan ilgili sensörlerden okuduğu bilgilerle, yine motor üzerinde yer alan eyleyicileri sürerek motorun, pilot isteklerine uygun çalışmasını kontrol eden, platforma motor ile ilgili güncel bilgileri gönderen, yedeklilik mimarisi ile emniyetli motor kontrolünü hedefleyen, motor anlık verilerini ve hata verilerini kaydeden aviyonik sistemdir. Elektrik Güç Üretim Sistemleri ise hava aracının ve/veya motor üzerindeki elektronik ekipmanların güç ihtiyaçlarını karşılayan, bunu ileten ve kontrol eden aviyonik sistemlerdir.

Aviyonik Sistem Geliştirme ve Sertifikasyon

Avrupa hava sahasında uçacak olan platformlar, alt sistemleri ile birlikte CS-E uyumu göstermek zorundadır. Bu maddelere uyum gösterilebilmesi için rehber dokümanlar, Amerika ve Avrupa otoriteleri (FAA ve EASA) tarafından yayınlandı.

Rehber dokümanların kullanımı zorunlu olmamakla birlikte, bu dokümanlarda tanımlanan metotlardan daha iyi ve emniyetlisini tasarlama maliyeti ve otorite onayı için harcanacak zaman değerlendirildiğinde, endüstri firmaları tarafından ortak yazılmış bu rehber dokümanların kullanımı daha efektif olmaktadır.

Hava aracına ekipman geliştirildiğinin bilincinde olan bir kurumun rehber olarak alacağı dokümanların başında gelen, SAE-ARP-4754A, hava aracı ve sistemlerinin geliştirilmesi ve modifikasyonunda izlenmesi gereken tasarım, geliştirme ve emniyet süreçlerini tanımlamaktadır. Diğer standartlardan farklı olarak emniyet odaklı bir yaklaşım ortaya koyar. Aviyonik sistem geliştirme süreçlerinde rehber alınan yaklaşım da budur. Bunun temel sebebi, normal bir elektronik ekipmandan farklı olarak, hava araçları için geliştirilen elektronik bir ekipmanın dünya genelinde kabul edilen kanunlar gereğince emniyetli ve güvenilir olarak geliştirilme zorunluluğundan gelmektedir. Sistem mühendisliği yaklaşımı ile aynı bakışa sahip olan rehber dokümanın temel farkı, emniyet odaklı olması ve beklediği çıktıların derinliğinin sistemin, donanımın ve yazılımın kritikliğine tasarım güvence seviyesi (Development Assurance Level) DAL A, B, C atamasına göre belirlenmesidir.

Havacılıkta sistem kritiklik seviyelerini sağlayabilmek için sistem geliştirme hedefleri, ARP-4754A rehber dokümanının geliştirme ve doğrulama süreçlerini işaret etmektedir. Bu rehber, planlama ile başlayarak, fonksiyonların, gereksinimlerin işletilmesi sürecini, gereksinim geçerlemesi (validation) ve doğrulama (verifikasyon) konularının önemini vurgular, gözden geçirmelerin neden kontrol altında yapılması gerektiğinin mantığını ortaya koyar. ARP4754A içerisinde iki tip geliştirme güvence seviyesi tanımlanmıştır.

Fonksiyonları gerçekleştirmek için uygulanan geliştirme güvence faaliyetlerinin titizlik derecesi (FDAL) ve Yazılım/ Donanım parçalarını gerçekleştirmek için uygulanan geliştirme güvence faaliyetlerinin titizlik derecesi (IDAL) olarak tanımlanır. IDAL atamaları ile, ARP-4754A içerisinde tanımlanan aşağıdaki şekilde belirtilen rehber dokümanların ilişkisini vermektedir.

Yazılım kritiklik seviyesine göre yazılım geliştirme hedefleri, DO-178’de ve donanım kritiklik seviyelerine göre geliştirme hedefleri DO-254’de tanımlanmaktadır. ARP4761 ise hava aracı, sistem ve ekipman seviyesi emniyet değerlendirmeleri ve analiz tekniklerini tanımlamaktadır.

Yazılımın yapacağı hataları azaltmak için belirli süreçler izlenilmesi kaçınılmazdır. Rehber dokümanda belirtilen süreç asgaride; yazılımın yerine getirmesi gereken işlevlerin tanımlanması (gereksinimler), bu tanımların gözden geçirilmesi, yazılımın gereksinimlere göre kodlanması, gereksinimlerle yazılım arasında izlencelerin kurulması, yazılımın gözden geçirilmesi, yazılım gereksinimlerine göre testlerin yazılması ve gereksinimlerle izlencelerin kurulması, testlerin gözden geçirilmesi, yazılımın bu testlerle test edilmesi ve test sonuçlarının gözden geçirilmesi süreçlerinin işletilmesini gerektirmektedir. Yazılımın emniyet kritiklik seviyesine göre ise aktiviteler ve analizler artmaktadır. Bu analizler ile yazılımın öngörülen zaman aralıklarında çalışması, yazılımda istenilmeyen ya da fazladan bir fonksiyonellik bulunmaması gibi durumlar kanıtlanmalıdır.

Havacılık endüstrisinde kullanılan yazılımlara bu süreçlerin uygulanması sonucu, bazı üreticiler maliyet azaltmak adına bu süreçten kaçınma yoluna gitmişlerdir. Bu sebeple yazılımla bir mantığı gerçekleştirmek yerine, programlanabilir entegreler kullanarak bazı işlevleri donanımsal olarak hayata geçirmişlerdir. Bu durum otoriteler tarafından donanım geliştirme süreçlerini de kontrol altına alma ihtiyacını doğurdu. Bu amaçla rehber doküman DO-254 yayınlanmıştır. Günümüzde A revizyonu kullanılmaktadır.

Donanım geliştirme süreçlerinde, yukarıda bahsedilen yazılım geliştirme süreçlerine ek olarak ise bazı emniyet analizleri ve donanım üretim süreçlerini de kontrol altına alma aktiviteleri bulunmaktadır.

Bu rehber dokümanların, objektiflerinin yorumlanması sırasında şirket koşulları göz önünde bulundurulmalı, bu dokümanlara sahip ülkelerin bire bir yaptıklarını yapmaya çalışarak değil yorumlayarak amaca yönelik sonuçlar üretmeye odaklanılmalıdır. Sertifikasyon dokümanlarının, sektörde yaşanılan kazalardan çıkartılan derslerle oluşturulduğu ve emniyetli bir ürün tasarımı için kritik olduğu unutulmamalıdır. Sertifikasyon kapsamında yapılan her aktivitenin yapılmadığı durumlarda kazaların yaşanmış olduğu akıldan çıkarılmamalıdır.

Günümüzde projelerde hızlı sonuçlara ihtiyaç duyulması nedeniyle, hızlı ve emniyetli çözümler için süreçlerin de bu durumu desteklemesi olmazsa olmazdır.