为什么飞机不猜测：可认证的系统如何使天空更安全

为什么精密在30,000英尺处很重要

在人工智能和自动化时代，从自动驾驶汽车到机器人助手的许多新兴系统都依赖于概率，模式识别和实时学习。但是航空没有那么奢侈。在30,000英尺处，没有即兴创作的空间。

空气传播系统必须以绝对的精度行事。每个命令，传感器输入和硬件响应都必须完全按照预期工作，无论环境条件或意外故障。驾驶舱中没有“最佳猜测”，仅证明了行为。

这就是为什么现代飞机不仅依赖创新的原因；他们取决于认证。每次飞行的背后都是结构深刻，严格验证的工程标准的框架，可确保系统级的清晰度和硬件级别的完整性。

这些标准已成为航空安全的骨干，而不是因为它们限制了创造力，而是因为它们将信任建立在复杂性中。

在本文中，我们将探讨为什么飞机永远不会“猜测”，可认证的系统如何使现代航空成为最安全的运输形式之一，以及为什么其他行业现在正在从这种高度结构化的方法中借用。

航空不确定性的成本

当生命在线时，不确定性不仅不便 - 这是不可接受的。在航空中，即使是轻微的失败也可以升级为灾难性事件。这就是为什么飞机系统不仅要执行的，而且要在每种可预见的条件下都可以预见。

与消费级软件或实验AI不同，飞机控制系统无法“即时学习”。他们必须提前证明他们将在各种现实世界中安全，一致和可靠地运作。

考虑不确定性的风险：

• 未被发现的硬件故障可能会导致级联系统故障
• 没有完全可追溯性的软件更新可能会破坏重要的飞行逻辑
• 子系统之间的意外互动可能覆盖关键的安全措施

这就是为什么航空工程不仅在系统的构建方式上，而且在验证和认证的方式上都涵盖了严格的纪律。每个要求都必须链接到经过验证的实现。每个可能的故障模式都必须考虑并减轻。

该行业的出色安全记录不是运气或保守设计的产物，而是故意消除歧义的系统的结果。

ARP4754A：系统级确定性的蓝图

ARP4754A不仅仅是指南，它是一个框架，可以帮助工程师从上到下设计飞机系统，从而介绍了系统体系结构各层的安全性，功能和可追溯性。

ARP4754A的关键原则包括：

• 基于安全影响的硬件和软件的功能分配
• 在详细设计开始之前，在系统级别上的需求验证
• 确保子系统相互作用的集成计划
• 高级功能与其低级实现之间的可追溯性
• 系统安全评估以识别和减轻潜在危害

通过从开发周期开始时应用这些原则，ARP4754A有助于消除歧义并降低组件之间意外相互作用的风险，然后它们到达飞机。

在实践中，这意味着工程师不仅设计孤立的零件，而且还设计了一个安全驱动的架构，该建筑预测现实世界中的风险，使所有技术学科保持一致，并使认证可行。

最终，ARP4754A确保现代飞机不仅包含先进的技术，还可以精确地进行编排。

do-254：确保硬件永远不会留出疑问的空间

虽然系统级结构是必不可少的，但是没有可靠的硬件没有飞机可以运行，即执行命令，处理信号以及与现实世界的接口的物理逻辑。而且，当该硬件像飞机一样是安全至关重要的环境的一部分时，就没有不确定的行为空间。

这就是为什么航空依靠DO-254的原因，Do-254是机载电子硬件设计保证指南的行业标准。它控制着诸如飞行控制处理器，传感器接口以及FPGA和ASIC等自定义逻辑设备之类的组件的开发。

是什么使DO-254必不可少：

• 硬件要求必须明确定义，可测试和可追溯
• 验证不是可选的 - 必须计划，执行和完全记录
• 根据硬件功能对飞行安全性的关键程度
• 故障分析和故障覆盖范围内置在生命周期中，最后未固定

简而言之，DO-254确保空气载的硬件不仅可靠，即使面对环境极端或潜在的故障，它也是可靠的。

这很重要，因为与软件错误相比，硬件问题通常更难检测和修复。使用DO-254，工程师采用预防方法 - 建立在验证层的层次上，在他们到达跑道之前会遇到问题。

DO-254与ARP4754A一起构成了闭环保证过程：一个管理系统的安全性和架构，而另一个则保证了其最关键的物理组件的完整性。

在航空中，确定性始于硅水平，而do-254是建立确定性的方式。

为什么“猜测”不会在天空中扩展

在许多行业中，系统可以通过进行学习 - 基于行为模式进行调整，软件在现场进行修补，并且部署后边缘案例得到解决。但是该模型不会在航空中飞行。

当生命受到威胁时，飞机系统无法进行试验或依靠自适应行为。每个功能都必须是：

• 预定义
• 经过全面测试
• 可追溯到要求
• 专为可预测的响应而设计，即使在失败条件下

这是ARP4754A和DO-254等认证框架进来的地方。它们不留出“最佳猜测”或黑盒推理的空间。取而代之的是，他们要求清晰，透明度和证明该系统在离开地面之前会正确行为。

为什么航空不在AI风格的推理上赌博：

• 不容忍反复试验- 空中故障并不是您通过重新启动恢复的东西
• 每个结果都必须理解- 监管机构需要从需求到实施的完全可追溯性
• 系统必须优雅地失败- 设计的后备模式和容错性是设计的，不希望
• 子系统必须无缝互操作- 意外的互动不是学习机会，它们是危险

这也是为什么认证标准在相邻行业中获得吸引力的原因：随着自主权的扩大，风险看起来越来越像航空航天的风险。无论是高速公路上的自动卡车还是飞越城市的无人机，猜测都不会扩展。

我们可以在大规模上可以信任的系统是完全按照设计的行为，并且可以证明这一点。

从驾驶舱到代码库：其他行业可以学到什么

长期以来，航空一直是工程学中最苛刻的安全性和可靠性实践的探索基础。但是如今，确保飞机在天空中安全的相同原则开始塑造我们在地面上建立系统的方式 - across行业。

随着自动驾驶汽车，机器人手术，城市空气流动性和AI驱动基础设施等技术的嵌入到日常生活中，它们的错误缩小了。像飞机一样，这些系统必须在可变条件下进行实时运行，通常在生产线上安全。

这就是为什么像ARP4754A和DO-254这样的标准不再仅用于航空电子产品的原因。具有前瞻性的公司正在将它们（或其基本原则）应用于系统故障带来实际后果的领域。

从航空航天学习的行业包括：

• 汽车：高级驾驶员辅助系统（ADA）和自动驾驶平台需要类似的可追溯性和冗余性
• 医疗设备：手术机器人和诊断AI必须确保确定性，可认证的性能
• 防御和空间：卫星，无人机和战场系统使用这些标准的变体来管理风险和复杂性
• 工业自动化：高风险的制造环境受益于设计用于容错和故障安全行为的系统
• 这些行业认识到一个简单的事实：如果您的系统必须失败，则需要像飞机一样构建它。

像飞机一样构建它意味着要设计透明度，验证每个假设和最坏情况的工程，而不仅仅是平均值。

通过从框架中学习动力航空的无与伦比的安全记录，整个科技领域的公司正在寻找新的方法来安全地扩展，更快地建立信任并在可靠性为产品的地方进行竞争。

更安全的天空不是一个猜测的游戏

航空的无与伦比的安全记录并不是试验和错误或最后一刻修复的结果，而是数十年来纪律工程的结果，这是由标准所塑造的，这些标准没有任何机会。

可认证的设计框架确保每个系统（从高级体系结构到单个硬件组件）都以清晰，问责制和意图构建。这些标准不会扼杀创新，通过为安全，认证和规模的信任提供清晰的途径，使其能够实现这一目标。

在一个朝着自治的世界竞赛中，成功的行业将不会是最好的。他们将成为确定性的人。

如果天空是极限，那是因为航空教会我们如何安全地达到它。