ทำไมเครื่องบินถึงไม่เดา: ระบบที่รับรองได้อย่างไรทำให้ท้องฟ้าปลอดภัยยิ่งขึ้น

เหตุใดความแม่นยำจึงมีความสำคัญที่ 30,000 ฟุต

ในยุคของปัญญาประดิษฐ์และระบบอัตโนมัติระบบเกิดใหม่จำนวนมาก-จากรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองไปจนถึงผู้ช่วยหุ่นยนต์-เกี่ยวกับความน่าจะเป็นการจดจำรูปแบบและการเรียนรู้แบบเรียลไทม์ แต่การบินไม่มีความหรูหรานั้น ที่ 30,000 ฟุตไม่มีที่ว่างสำหรับการปรับตัว

ระบบอากาศจะต้องทำงานอย่างแม่นยำ คำสั่งทุกคำสั่งอินพุตเซ็นเซอร์และการตอบสนองของฮาร์ดแวร์จะต้องทำงานตามที่ตั้งใจไว้โดยไม่คำนึงถึงสภาพแวดล้อมหรือความล้มเหลวที่ไม่คาดคิด ไม่มี "การคาดเดาที่ดีที่สุด" ในห้องนักบิน - พฤติกรรมที่พิสูจน์แล้วเท่านั้น

นั่นเป็นเหตุผลที่เครื่องบินสมัยใหม่ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับนวัตกรรมเท่านั้น พวกเขาขึ้นอยู่กับการรับรอง เบื้องหลังทุกเที่ยวบินเป็นกรอบของมาตรฐานทางวิศวกรรมที่มีโครงสร้างอย่างลึกซึ้งและผ่านการตรวจสอบอย่างเข้มงวดซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าระดับความชัดเจนระดับระบบและความสมบูรณ์ของระดับฮาร์ดแวร์

มาตรฐานเหล่านี้ได้กลายเป็นกระดูกสันหลังของความปลอดภัยการบิน - ไม่ใช่เพราะพวกเขาจำกัดความคิดสร้างสรรค์ แต่เป็นเพราะพวกเขาสร้างความไว้วางใจในความซับซ้อน

ในบทความนี้เราจะสำรวจว่าทำไมเครื่องบินไม่เคย“ คาดเดา” ระบบที่รับรองได้อย่างไรทำให้การบินสมัยใหม่เป็นหนึ่งในรูปแบบการขนส่งที่ปลอดภัยที่สุดและทำไมอุตสาหกรรมอื่น ๆ จึงยืมมาจากวิธีการที่มีโครงสร้างสูงนี้

ค่าใช้จ่ายของความไม่แน่นอนในการบิน

เมื่อชีวิตอยู่ในสายความไม่แน่นอนไม่ได้ไม่สะดวกเท่านั้น - มันยอมรับไม่ได้ ในการบินแม้แต่ความล้มเหลวเล็กน้อยก็สามารถเพิ่มขึ้นเป็นเหตุการณ์ภัยพิบัติ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบอากาศยานจึงไม่เพียง แต่จะดำเนินการเท่านั้น แต่ยังสามารถคาดการณ์ได้ภายใต้เงื่อนไขที่คาดการณ์ได้

ซึ่งแตกต่างจากซอฟต์แวร์ระดับผู้บริโภคหรือ AI ทดลองระบบควบคุมเครื่องบินไม่สามารถ“ เรียนรู้ได้ทันที” พวกเขาจะต้องแสดงให้เห็นถึง-ล่วงหน้า-ว่าพวกเขาจะทำงานอย่างปลอดภัยอย่างสม่ำเสมอและตรวจสอบย้อนกลับในสถานการณ์จริงที่หลากหลาย

พิจารณาความเสี่ยงของความไม่แน่นอน:

• ความผิดพลาดของฮาร์ดแวร์ที่ตรวจไม่พบอาจทำให้เกิดความล้มเหลวของระบบ cascading
• การอัปเดตซอฟต์แวร์ที่ไม่มีการตรวจสอบย้อนกลับเต็มอาจส่งผลกระทบต่อตรรกะการบินที่สำคัญ
• การมีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่คาดคิดระหว่างระบบย่อยอาจแทนที่มาตรการความปลอดภัยที่สำคัญ

นี่คือเหตุผลที่วิศวกรรมการบินรวบรวมวินัยที่เข้มงวดไม่เพียง แต่ในวิธีการสร้างระบบ แต่ในวิธีที่พวกเขาได้รับการตรวจสอบและรับรอง ทุกข้อกำหนดจะต้องเชื่อมโยงกับการใช้งานที่ตรวจสอบแล้ว ทุกโหมดความล้มเหลวที่เป็นไปได้จะต้องมีการพิจารณาและบรรเทา

บันทึกความปลอดภัยที่ยอดเยี่ยมของอุตสาหกรรมไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ของโชคหรือการออกแบบที่อนุรักษ์นิยม - เป็นผลมาจากระบบที่สร้างขึ้นโดยเจตนาเพื่อกำจัดความคลุมเครือ

ARP4754A: พิมพ์เขียวสำหรับความแน่นอนระดับระบบ

มากกว่าแค่แนวทาง ARP4754A เป็นกรอบที่ช่วยให้วิศวกรออกแบบระบบอากาศยานจากบนลงล่าง - มุ่งเน้นไปที่ความปลอดภัยการทำงานและการตรวจสอบย้อนกลับในทุกชั้นของสถาปัตยกรรมระบบ

หลักการสำคัญของ ARP4754A รวมถึง:

• การจัดสรรฟังก์ชันการทำงาน ในฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ตามผลกระทบด้านความปลอดภัย
• การตรวจสอบความต้องการของข้อกำหนด ในระดับระบบก่อนเริ่มการออกแบบอย่างละเอียด
• การวางแผนบูรณาการ ที่ทำให้มั่นใจว่าระบบย่อยมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างคาดเดาได้
• การตรวจสอบย้อนกลับ ระหว่างฟังก์ชั่นระดับสูงและการใช้งานระดับต่ำ
• การประเมินความปลอดภัยของระบบ เพื่อระบุและลดอันตรายที่อาจเกิดขึ้นก่อน

ด้วยการใช้หลักการเหล่านี้ตั้งแต่เริ่มต้นรอบการพัฒนา ARP4754A ช่วยขจัดความคลุมเครือและลดความเสี่ยงของการมีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่คาดคิดระหว่างส่วนประกอบ - ก่อนที่พวกเขาจะไปถึงเครื่องบิน

ในทางปฏิบัติซึ่งหมายความว่าวิศวกรไม่เพียง แต่ออกแบบชิ้นส่วนที่แยกได้-พวกเขากำลังออกแบบสถาปัตยกรรมที่ขับเคลื่อนด้วยความปลอดภัยซึ่งคาดการณ์ความเสี่ยงในโลกแห่งความเป็นจริงจัดเรียงสาขาวิชาเทคนิคทั้งหมดและทำให้การรับรองเป็นไปได้

ในที่สุด ARP4754A ทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องบินสมัยใหม่ไม่เพียง แต่มีเทคโนโลยีขั้นสูงเท่านั้น - พวกเขาจัดทำมันด้วยความแม่นยำ

DO-254: การทำให้มั่นใจว่าฮาร์ดแวร์ไม่เคยออกจากที่ว่างสำหรับข้อสงสัย

ในขณะที่โครงสร้างระดับระบบเป็นสิ่งจำเป็น แต่ไม่มีเครื่องบินสามารถทำงานได้หากไม่มีฮาร์ดแวร์ที่เชื่อถือได้-ตรรกะทางกายภาพที่ดำเนินการคำสั่งประมวลผลสัญญาณและอินเทอร์เฟซกับโลกแห่งความเป็นจริง และเมื่อฮาร์ดแวร์นั้นเป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมที่มีความปลอดภัยเช่นเครื่องบินไม่มีที่ว่างสำหรับพฤติกรรมที่ไม่ได้กำหนด

นั่นเป็นเหตุผลที่การบินอาศัย DO-254 มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับคำแนะนำการประกันการออกแบบสำหรับฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ทางอากาศ มันควบคุมการพัฒนาส่วนประกอบต่างๆเช่นโปรเซสเซอร์ควบคุมการบินอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ตรรกะที่กำหนดเองเช่น FPGAs และ ASICS

อะไรทำให้ DO-254 จำเป็น:

• ข้อกำหนดของฮาร์ดแวร์จะต้องมีการกำหนดอย่างชัดเจนทดสอบและตรวจสอบย้อนกลับได้
• การตรวจสอบ ไม่ได้เป็นทางเลือก - ต้องมีการวางแผนดำเนินการและจัดทำเอกสารอย่างเต็มที่
• การออกแบบระดับการประกัน (DALS) กำหนดว่ากระบวนการต้องเข้มงวดเพียงใดโดยขึ้นอยู่กับความสำคัญของฟังก์ชั่นฮาร์ดแวร์ต่อความปลอดภัยการบิน
• การวิเคราะห์ความล้มเหลวและความครอบคลุมความผิดพลาด ถูกสร้างขึ้นในวงจรชีวิตไม่ได้ติดอยู่ในตอนท้าย

ในระยะสั้น DO-254 ทำให้มั่นใจได้ว่าฮาร์ดแวร์ทางอากาศไม่ได้มีความน่าเชื่อถือเท่านั้น-มันน่าเชื่อถือได้อย่างน่าเชื่อถือแม้จะเผชิญกับความรุนแรงด้านสิ่งแวดล้อมหรือความผิดพลาดแฝง

เรื่องนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปัญหาฮาร์ดแวร์มักจะตรวจจับและแก้ไขได้ยากกว่าข้อบกพร่องของซอฟต์แวร์ ด้วย DO-254 วิศวกรใช้วิธีการป้องกัน-การสร้างในชั้นของการตรวจสอบความถูกต้องที่จับปัญหาก่อนที่พวกเขาจะไปถึงรันเวย์

เมื่อรวมกับ ARP4754A, DO-254 เป็นกระบวนการประกันแบบวงปิด: หนึ่งจัดการความปลอดภัยและสถาปัตยกรรมของระบบในขณะที่อีกคนหนึ่งรับประกันความสมบูรณ์ของส่วนประกอบทางกายภาพที่สำคัญที่สุด

ในการบินความมั่นใจเริ่มต้นที่ระดับซิลิกอน-และ DO-254 เป็นวิธีการสร้างความมั่นใจ

เหตุใด“ การคาดเดา” จึงไม่ขยายขนาดขึ้นบนท้องฟ้า

ในหลายอุตสาหกรรมระบบสามารถหลีกเลี่ยงการเรียนรู้ได้โดยการทำ - AI ปรับตามรูปแบบพฤติกรรมซอฟต์แวร์จะได้รับการแก้ไขในสนามและกรณีที่ขอบได้รับการแก้ไขหลังจากการปรับใช้ แต่โมเดลนั้นไม่ได้บินไปในการบิน

ระบบอากาศยานไม่สามารถทดลองหรือพึ่งพาพฤติกรรมการปรับตัวได้เมื่อชีวิตอยู่ในความเสี่ยง ทุกฟังก์ชั่นต้องเป็น:

• ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
• ทดสอบอย่างเต็มที่
• ตรวจสอบย้อนกลับไปตามข้อกำหนด
• ออกแบบมาสำหรับการตอบสนองที่คาดเดาได้แม้ภายใต้เงื่อนไขความล้มเหลว

นี่คือที่เฟรมเวิร์กที่รับรองได้เช่น ARP4754A และ DO-254 เข้ามาพวกเขาไม่ออกจากที่ว่างสำหรับ“ การคาดเดาที่ดีที่สุด” หรือการใช้เหตุผลกล่องดำ แต่พวกเขาต้องการความชัดเจนความโปร่งใสและพิสูจน์ว่าระบบจะทำงานอย่างถูกต้องก่อนที่มันจะออกจากพื้นดิน

ทำไมการบินไม่ได้เล่นการพนันในการอนุมานสไตล์ AI:

• ไม่มีความอดทนต่อการทดลองใช้และข้อผิดพลาด -ความล้มเหลวกลางอากาศไม่ใช่สิ่งที่คุณฟื้นตัวจากการรีบูตเครื่อง
• ทุกผลลัพธ์จะต้องเข้าใจ - หน่วยงานกำกับดูแลต้องการการตรวจสอบย้อนกลับอย่างเต็มที่จากความต้องการในการดำเนินการ
• ระบบจะต้องล้มเหลวอย่างสง่างาม - โหมดทางเลือกและการทนต่อความผิดพลาดได้รับการออกแบบไม่หวัง
• ระบบย่อยจะต้องทำงานร่วมกันอย่างราบรื่น - การโต้ตอบที่ไม่คาดคิดไม่ใช่โอกาสในการเรียนรู้พวกเขาเป็นอันตราย

นี่คือเหตุผลที่มาตรฐานการรับรองได้รับแรงฉุดในอุตสาหกรรมที่อยู่ติดกัน: เมื่อความเป็นอิสระขยายตัวความเสี่ยงมีลักษณะเหมือนในการบินและอวกาศมากขึ้นเรื่อย ๆ ไม่ว่าจะเป็นรถบรรทุกอิสระบนทางหลวงหรือเสียงพึมพำที่บินอยู่เหนือเมืองการคาดเดาจะไม่ขยายขนาด

ระบบที่เราสามารถไว้วางใจได้ในระดับเป็นระบบที่มีการออกแบบตามที่ออกแบบมาและสามารถพิสูจน์ได้

จากห้องนักบินไปจนถึงรหัสฐาน: อุตสาหกรรมอื่น ๆ สามารถเรียนรู้ได้

การบินเป็นสิ่งที่พิสูจน์ได้นานสำหรับแนวทางปฏิบัติด้านความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือที่ต้องการมากที่สุดในด้านวิศวกรรม แต่วันนี้หลักการเดียวกับที่ทำให้อากาศยานปลอดภัยในท้องฟ้าเริ่มที่จะกำหนดวิธีการที่เราสร้างระบบบนพื้นดิน - อุตสาหกรรมที่เกิดขึ้น

ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีเช่นยานพาหนะอัตโนมัติการผ่าตัดหุ่นยนต์การเคลื่อนย้ายอากาศในเมืองและโครงสร้างพื้นฐานที่ขับเคลื่อนด้วย AI จะถูกฝังอยู่ในชีวิตประจำวันมากขึ้น เช่นเดียวกับเครื่องบินระบบเหล่านี้จะต้องทำงานแบบเรียลไทม์ภายใต้เงื่อนไขที่แปรปรวนบ่อยครั้งที่มีความปลอดภัยของมนุษย์ในสาย

นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมมาตรฐานเช่น ARP4754A และ DO-254 ไม่ได้เป็นเพียง Avionics อีกต่อไป บริษัท ที่คิดล่วงหน้ากำลังใช้พวกเขา (หรือหลักการพื้นฐาน) ในสาขาที่ความล้มเหลวของระบบมีผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริง

อุตสาหกรรมการเรียนรู้จากการบินและอวกาศรวมถึง:

• ยานยนต์: ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) และแพลตฟอร์มการขับขี่ด้วยตนเองต้องมีการตรวจสอบย้อนกลับและซ้ำซ้อนที่คล้ายกัน
• อุปกรณ์การแพทย์ : หุ่นยนต์ผ่าตัดและ AI การวินิจฉัยจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพและรับรองได้
• การป้องกันและพื้นที่ : ดาวเทียม UAV และระบบสนามรบใช้ตัวแปรของมาตรฐานเหล่านี้เพื่อจัดการความเสี่ยงและความซับซ้อน
• ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม : สภาพแวดล้อมการผลิตที่มีความเสี่ยงสูงได้รับประโยชน์จากระบบที่ออกแบบมาสำหรับการทนต่อความผิดพลาดและพฤติกรรมที่ไม่ปลอดภัย
• อุตสาหกรรมเหล่านี้ตระหนักถึงความจริงง่ายๆ: หากระบบของคุณต้องไม่ล้มเหลวคุณต้องสร้างมันเหมือนเครื่องบิน

และการสร้างมันเหมือนเครื่องบินหมายถึงการออกแบบเพื่อความโปร่งใสตรวจสอบข้อสันนิษฐานทุกข้อและวิศวกรรมสำหรับสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุด-ไม่ใช่แค่ค่าเฉลี่ย

ด้วยการเรียนรู้จากกรอบการทำงานที่บันทึกความปลอดภัยที่ไม่มีใครเทียบของ Power Aviation บริษัท ต่างๆทั่วภูมิทัศน์ด้านเทคโนโลยีกำลังค้นหาวิธีการใหม่ ๆ ในการขยายอย่างปลอดภัยสร้างความน่าเชื่อถือได้เร็วขึ้นและแข่งขันในที่ที่ความน่าเชื่อถือเป็นผลิตภัณฑ์

ท้องฟ้าที่ปลอดภัยกว่าไม่ใช่เกมที่คาดเดา

บันทึกความปลอดภัยที่ไม่มีใครเทียบของการบินไม่ได้เป็นผลมาจากการทดลองและข้อผิดพลาดหรือการแก้ไขในนาทีสุดท้าย-มันเป็นผลมาจากการมีระเบียบวินัยมานานหลายทศวรรษซึ่งเป็นมาตรฐานที่ไม่ได้มีโอกาส

กรอบการออกแบบที่รับรองได้มั่นใจว่าทุกระบบตั้งแต่สถาปัตยกรรมระดับสูงไปจนถึงส่วนประกอบฮาร์ดแวร์แต่ละชิ้นนั้นสร้างขึ้นด้วยความชัดเจนความรับผิดชอบและความตั้งใจ มาตรฐานเหล่านี้ไม่ได้ยับยั้งนวัตกรรม - พวกเขาเปิดใช้งานโดยการให้เส้นทางที่ชัดเจนสู่ความปลอดภัยการรับรองและความไว้วางใจในระดับ

ในการแข่งโลกสู่การปกครองตนเองอุตสาหกรรมที่ประสบความสำเร็จจะไม่เป็นสิ่งที่คาดเดาได้ดีที่สุด พวกเขาจะเป็นคนที่วิศวกรอย่างแน่นอน

และถ้าท้องฟ้ามีขีด จำกัด ก็เป็นเพราะการบินสอนเราถึงวิธีการเข้าถึงอย่างปลอดภัย