ANSYS 部落格
October 24, 2023
協調安全與軟體以簡化無人機開發流程
無人機是當解決今許多航空挑戰的方案，涵蓋各式各樣的應用場景。其中包括人員和貨物的運輸、電信 (非地面通信)、環境監測、邊境安全和情報，以及監控和偵察。有些新系統仰賴創新、環保的零碳或永續動力推進技術。
它們也配備大量整合式通訊裝置、感應器和電子控制系統，內含精密的軟體，需要經過認證才能安全飛行，特別是在人口稠密區的上空。開發安全關鍵型嵌入式軟體並執行功能安全分析，是確保功能安全、簡化安全認證流程，以及最佳化嵌入式系統效能的關鍵。
隨著嵌入式系統的數量及複雜度不斷增加，系統、安全性和軟體工程師正面臨的壓力與日俱增，要追求必須平衡的競爭目標。這些目標包括：
- 開發安全、可靠且高效能的嵌入式控制系統。
- 符合多種安全標準與要求，例如 ARP4761、DO-178C。
- 降低新產品的開發成本。
- 加速系統與軟體的開發，縮短上市時間。
要滿足無人飛機的挑戰，需要新的開發方法。以模型為基礎的設計就是一套解決方案，可解決系統、軟體與安全問題。Ansys SCADE 和 Ansys medini analyze 聯手實踐高效的基於模型的系統工程 (MBSE) 和基於模型的安全分析 (MBSA) 方法，實現符合適航性目標的系統和軟體設計，並使系統架構師、安全工程師和軟體開發人員之間有效合作。
Skydweller Aero 是一家跨大西洋的航太公司，正在開發一款前所未有的自主太陽能飛機，具備 747 的翼展，重量卻比 Range Rover 輕。該公司表示，其飛機最終將能夠實現永續飛行，並採用 Ansys 的「安全系統」解決方案來滿足其嚴格的要求。
讓我們快速瞭解 Skydweller 如何透過單一工具鏈將安全整合至系統設計程序中，以部署全面的基於模型的系統工程 (MBSE) 方法，開發自主飛行控制和電力管理系統。
Skydweller 的開發挑戰為何？
實施這種嚴格 MBSE/MBSA 開發程序有幾個驅動因素。第一是靈活度，也就是在整合式功能組合中以增量方式開發產品。這些功能組合隨後可以經常推出，以增強軟體和硬體。另一個重要的層面是加強系統思考，以瞭解整體運作方式的全貌。另外的關鍵步驟是調和系統設計流程與安全工程，從以文件為中心的方式轉變為以模型為中心的方式。最後，Skydweller 必須確保在設計中考量客戶需求，以支援其業務流程。
調和安全工程。MBSE 方法讓安全性更透明、更容易達成。
什麼是程序導向的基於模型的系統工程？
Skydweller 程序導向的基於模型的系統工程，從操作概念 (CONOPS) 開發開始，從中得出操作情境並識別不同的系統功能。結果就是多層式系統架構模型，包含操作層、功能層和實體層，全部與精確配置和可追蹤性連結相連，並與安全分析相互連結。
基於模型的安全分析包括根據系統架構模型的飛機級、系統級和設備級安全評估，以識別將風險降至合理程度的最佳方法。例如，在 medini analyze 中進行的其中一種安全分析方法是「故障樹分析」，以有效率地判斷事件型故障率，並瞭解系統可能會如何故障。Ansys medini analyze 可支援對實體架構危害事件的工具型可追蹤功能，並指出每個元件的設計保證等級。
搭配隨附的軟體解決方案使用調和安全工程元素，以確保安全
Skydweller Aero 的 ECS 與建模工程師 Xavier Roy 表示：「電池散熱管理是電動飛機最大的挑戰之一。」「透過 Ansys 模擬工具，我們可以模擬多種任務日，來驗證設計並確保任務成功。這讓我們能節省大量的時間與金錢來避免設計迭代。」
軟體工程師也可以在設計階段提早取得以模型為基礎的架構和需求。軟體工程師使用模型實作和測試控制演算法，無需手動編寫程式碼，可避免浪費時間和資源來除錯和測試原始碼。架構模型與基於模型的軟體之間自動同步，是高效率迭代關鍵，而多虧使用 Ansys SCADE 工具，這項工作得以簡化。
模型是唯一的真相來源
Ansys 安全分析與軟體設計工具之間的整合高度自動化，為程序帶來效率和數位連續性。
在所述的方法中，不同工程領域之間的組織孤立被打破，因為彼此之間都有共同的語言，並由模型作為唯一真相來源，為此提供證明。