Aviónica modular integrada

La aviónica modular integrada ( IMA ) son sistemas de a bordo de redes informáticas en tiempo real . Esta red consta de varios módulos informáticos capaces de admitir numerosas aplicaciones de diferentes niveles de criticidad .

En oposición a las arquitecturas federadas tradicionales, el concepto IMA propone una arquitectura integrada con software de aplicación portátil a través de un conjunto de módulos de hardware comunes. Una arquitectura IMA impone múltiples requisitos al sistema operativo subyacente . ^[1]

Historia

Se cree que el concepto IMA se originó con el diseño de aviónica de los aviones de combate de cuarta generación . Se ha utilizado en cazas como F-22 y F-35 , o Dassault Rafale desde principios de los años 90. Los esfuerzos de estandarización estaban en curso en este momento (ver ASAAC o STANAG 4626 ), pero no se emitieron documentos finales en ese momento. ^[2]

Los primeros usos de este concepto se estaban desarrollando para jets ejecutivos y regionales a finales de la década de 1990 y se vieron volando a principios de la década de 2000, pero aún no se había estandarizado. ^[3]^{[ verificación fallida ]}

Luego, el concepto se estandarizó y se migró al campo de los aviones comerciales a fines de la década de 2000 ( Airbus A380 y luego Boeing 787 ). ^[2]^{[ verificación fallida ]}

Arquitectura

La modularidad IMA simplifica el proceso de desarrollo del software de aviónica :

Como la estructura de la red de módulos está unificada, es obligatorio utilizar una API común para acceder a los recursos de hardware y red, simplificando así la integración de hardware y software.
El concepto de IMA también permite a los desarrolladores de aplicaciones centrarse en la capa de la aplicación , reduciendo el riesgo de fallas en las capas de software de nivel inferior.
Como los módulos a menudo comparten una gran parte de su hardware y la arquitectura de software de nivel inferior, el mantenimiento de los módulos es más fácil que con arquitecturas específicas anteriores.
Las aplicaciones se pueden reconfigurar en módulos de repuesto si el módulo primario que las soporta se detecta defectuoso durante las operaciones, aumentando la disponibilidad general de las funciones de aviónica.

La comunicación entre los módulos puede usar un bus de computadora interno de alta velocidad , o puede compartir una red externa, como ARINC 429 o ARINC 664 (parte 7) .

Sin embargo, se agrega mucha complejidad a los sistemas, que por lo tanto requieren enfoques novedosos de diseño y verificación, ya que las aplicaciones con diferentes niveles de criticidad comparten recursos de hardware y software como CPU y horarios de red, memoria, entradas y salidas. El particionamiento se usa generalmente para ayudar a segregar aplicaciones de criticidad mixta y así facilitar el proceso de verificación.

ARINC 650 y ARINC 651 proporcionan estándares de hardware y software de propósito general utilizados en una arquitectura IMA. Sin embargo, se han estandarizado partes de la API involucradas en una red IMA, como:

ARINC 653 para las restricciones de partición de aviónica de software al sistema operativo en tiempo real (RTOS) subyacente y la API asociada

Consideraciones de certificación

RTCA DO-178C y RTCA DO-254 forman la base para la certificación de vuelo en la actualidad, mientras que DO-297 brinda una guía específica para aviónica modular integrada. ARINC 653 contribuye proporcionando un marco que permite que cada componente de software (llamado partición) de la aviónica modular integrada general sea probado, validado y calificado de forma independiente (hasta una cierta medida) por su proveedor. ^[4] El documento de posición FAA CAST-32A proporciona información (no orientación oficial) para la certificación de sistemas multinúcleo.

Ejemplos de arquitectura IMA

Ejemplos de aviónica de aeronaves que utiliza arquitectura IMA:

Airbus A220 : Rockwell Collins Pro Line Fusion
Airbus A350
Airbus A380 ^[2]^[5]
Airbus A400M
ATR 42
ATR 72
BAE Hawk ( Hawk 128 AJT )
Boeing 777 : incluye aviónica AIMS de Honeywell Aerospace
Boeing 787 : La arquitectura IMA de GE Aviation Systems (anteriormente Smiths Aerospace ) se llama Common Core System ^[2]^[6]
Boeing 777X : incluirá el Common Core System de GE Aviation
Bombardier Global 5000/6000: Rockwell Collins Pro Line Fusion
Dassault Falcon 900 , Falcon 2000 y Falcon 7X : la arquitectura IMA de Honeywell se llama MAU (unidades de aviónica modular), y la plataforma general se llama EASy ^[7]
F-22 Raptor
Gulfstream G280 : Rockwell Collins Pro Line Fusion
Rafale : La arquitectura Thales IMA se llama MDPU (Unidad de procesamiento de datos modular) ^[8]^[9]
Sukhoi Superjet 100
COMAC C919

Ver también

Anexo: Siglas y abreviaturas en aviónica
Modelo OSI
Sistema de visualización de cabina
ARINC 653 : una API estándar para aplicaciones de aviónica
Def Stan 00-74 : estándar ASAAC para software de sistemas IMA
STANAG 4626

Referencias

^ "ASSC - Evaluación de sistemas RTOS" (PDF) . assconline.co.uk. Marzo de 1997. Archivado desde el original (PDF) en 2011-09-04 . Consultado el 27 de julio de 2008 .
^ a b c d "Aviónica modular integrada: menos es más" . Aviación hoy. 2007-02-01. Algunos creen que el concepto IMA se originó en los Estados Unidos con los nuevos cazas F-22 y F-35 y luego migró al campo de los aviones comerciales. Otros dicen que el concepto de aviónica modular, con menos integración, se ha utilizado en jets ejecutivos y aviones regionales desde finales de los 80 o principios de los 90.
^ "Los obstáculos técnicos retrasan el programa Primus Epic" . ainonline.com. 2003-08-01. Archivado desde el original el 16 de julio de 2010 . Consultado el 27 de septiembre de 2008 . Cuando Honeywell inició el programa de desarrollo, nadie había certificado nunca un MAU. No había regulaciones o estándares de TSO a seguir, por lo que Honeywell tuvo que comenzar desde el principio, trabajando con la FAA y JAA para establecer los estándares de lo que sería un MAU.
^ René LC Eveleens (2 de noviembre de 2006). "Aviónica modular integrada - Consideraciones de orientación y certificación de desarrollo" (PDF) . Laboratorio Aeroespacial Nacional . Archivado desde el original (PDF) el 2012-06-03 . Consultado el 25 de junio de 2011 . El mayor desafío dentro de esta área es que la aviónica modular es una composición de bloques de construcción, preferiblemente suministrados por diferentes empresas de la cadena de suministro. Se supone que cada proveedor debe llevar su parte a un cierto nivel de calificación, y después de esto, un integrador de sistemas puede usar esta parte "precalificada" en el proceso general de certificación.
^ "Aviónica para el A380: ¡nuevo y altamente funcional! Presentación dinámica de la cubierta de vuelo en el Salón Aeronáutico de París" . Thales Group . 2003-06-17. Archivado desde el original el 3 de mayo de 2008 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . Aviónica Modular Integrada (IMA), basada en módulos estandarizados que pueden ser compartidos por varias funciones. El concepto de IMA es muy escalable y ofrece mejoras significativas en confiabilidad, facilidad de mantenimiento, tamaño y peso.
^ "Sistema de núcleo común (CCS)" . Sistemas de aviación de GE . Consultado el 9 de febrero de 2008 . GE ha desarrollado una plataforma informática que ejecuta un entorno operativo particionado ARINC 653 con una red troncal de red Ethernet conmutada dúplex completa (AFDX) de aviónica. El CCS proporciona recursos de plataforma de sistema compartidos para alojar sistemas funcionales de aviones como aviónica, control ambiental, eléctrico, mecánico, hidráulico, unidad de potencia auxiliar, servicios de cabina, controles de vuelo, gestión de la salud, combustible, cargas útiles y propulsión.
^ "Cubierta de vuelo FÁCIL de Dassault Falcon" . Honeywell . Julio de 2005 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . El corazón de la plataforma EASy son dos unidades de aviónica modulares (MAU) de doble canal y basadas en gabinetes. Altamente racionalizado, el MAU integra tarjetas funcionales para varias aplicaciones en un solo módulo. Cada tarjeta funcional realiza múltiples tareas que antes requerían procesadores de computadora dedicados.
^ "Thales gana importante contrato de soporte de por vida de Rafale de SIMMAD" . Thales Group . Archivado desde el original el 3 de mayo de 2008 . Consultado el 9 de febrero de 2008 .
^ "RAFALE" . Dassault Aviation . 2005-06-12. Archivado desde el original el 4 de diciembre de 2007 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . El núcleo de las capacidades mejoradas de RAFALE radica en una nueva Unidad Modular de Procesamiento de Datos (MDPU). Está compuesto por hasta 18 módulos reemplazables de la línea de vuelo, cada uno con una potencia de procesamiento 50 veces mayor que la del ordenador tipo 2084 XRI instalado en las primeras versiones de Mirage 2000-5.

Publicaciones y documentos técnicos de IMA

"Transición de arquitecturas de aviónica federada a aviónica modular integrada" , Christopher B. Watkins, Randy Walter, 26ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
"Avanzando en los estándares abiertos en aviónica modular integrada: un análisis de la industria" , Justin Littlefield-Lawwill, Ramanathan Viswanathan, 26ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
"Aplicación de una arquitectura modular civil integrada a aeronaves de transporte militar" , R. Ramaker, W. Krug, W. Phebus, 26ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
"Integración de la aviónica modular: surge un nuevo papel" , Richard Garside, Joe F. Pighetti, 26ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
"Aviónica modular integrada: gestión de la asignación de recursos entre sistemas compartidos" , Christopher B. Watkins, 25ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Portland, Oregón, octubre de 2006.
"Verificación modular: prueba de un subconjunto de aviónica modular integrada en aislamiento" , Christopher B. Watkins, 25ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), Portland, Oregón, octubre de 2006.
"Problemas de certificación con proyectos de aviónica modular integrada (IMA)" , J. Lewis, L. Rierson, 22ª Conferencia de sistemas de aviónica digital (DASC), octubre de 2003.

Otros enlaces externos

¿Qué es la aviónica integrada?

[1] "ASSC - Evaluación de sistemas RTOS" (PDF) . assconline.co.uk. Marzo de 1997. Archivado desde el original (PDF) en 2011-09-04 . Consultado el 27 de julio de 2008 .

[lessismore-2] "Aviónica modular integrada: menos es más" . Aviación hoy. 2007-02-01. Algunos creen que el concepto IMA se originó en los Estados Unidos con los nuevos cazas F-22 y F-35 y luego migró al campo de los aviones comerciales. Otros dicen que el concepto de aviónica modular, con menos integración, se ha utilizado en jets ejecutivos y aviones regionales desde finales de los 80 o principios de los 90.

[3] "Los obstáculos técnicos retrasan el programa Primus Epic" . ainonline.com. 2003-08-01. Archivado desde el original el 16 de julio de 2010 . Consultado el 27 de septiembre de 2008 . Cuando Honeywell inició el programa de desarrollo, nadie había certificado nunca un MAU. No había regulaciones o estándares de TSO a seguir, por lo que Honeywell tuvo que comenzar desde el principio, trabajando con la FAA y JAA para establecer los estándares de lo que sería un MAU.

[4] René LC Eveleens (2 de noviembre de 2006). "Aviónica modular integrada - Consideraciones de orientación y certificación de desarrollo" (PDF) . Laboratorio Aeroespacial Nacional . Archivado desde el original (PDF) el 2012-06-03 . Consultado el 25 de junio de 2011 . El mayor desafío dentro de esta área es que la aviónica modular es una composición de bloques de construcción, preferiblemente suministrados por diferentes empresas de la cadena de suministro. Se supone que cada proveedor debe llevar su parte a un cierto nivel de calificación, y después de esto, un integrador de sistemas puede usar esta parte "precalificada" en el proceso general de certificación.

[5] "Aviónica para el A380: ¡nuevo y altamente funcional! Presentación dinámica de la cubierta de vuelo en el Salón Aeronáutico de París" . Thales Group . 2003-06-17. Archivado desde el original el 3 de mayo de 2008 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . Aviónica Modular Integrada (IMA), basada en módulos estandarizados que pueden ser compartidos por varias funciones. El concepto de IMA es muy escalable y ofrece mejoras significativas en confiabilidad, facilidad de mantenimiento, tamaño y peso.

[6] "Sistema de núcleo común (CCS)" . Sistemas de aviación de GE . Consultado el 9 de febrero de 2008 . GE ha desarrollado una plataforma informática que ejecuta un entorno operativo particionado ARINC 653 con una red troncal de red Ethernet conmutada dúplex completa (AFDX) de aviónica. El CCS proporciona recursos de plataforma de sistema compartidos para alojar sistemas funcionales de aviones como aviónica, control ambiental, eléctrico, mecánico, hidráulico, unidad de potencia auxiliar, servicios de cabina, controles de vuelo, gestión de la salud, combustible, cargas útiles y propulsión.

[7] "Cubierta de vuelo FÁCIL de Dassault Falcon" . Honeywell . Julio de 2005 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . El corazón de la plataforma EASy son dos unidades de aviónica modulares (MAU) de doble canal y basadas en gabinetes. Altamente racionalizado, el MAU integra tarjetas funcionales para varias aplicaciones en un solo módulo. Cada tarjeta funcional realiza múltiples tareas que antes requerían procesadores de computadora dedicados.

[8] "Thales gana importante contrato de soporte de por vida de Rafale de SIMMAD" . Thales Group . Archivado desde el original el 3 de mayo de 2008 . Consultado el 9 de febrero de 2008 .

[9] "RAFALE" . Dassault Aviation . 2005-06-12. Archivado desde el original el 4 de diciembre de 2007 . Consultado el 9 de febrero de 2008 . El núcleo de las capacidades mejoradas de RAFALE radica en una nueva Unidad Modular de Procesamiento de Datos (MDPU). Está compuesto por hasta 18 módulos reemplazables de la línea de vuelo, cada uno con una potencia de procesamiento 50 veces mayor que la del ordenador tipo 2084 XRI instalado en las primeras versiones de Mirage 2000-5.

[1]