UNIVERSITATEA HYPERION FACULTATEA DE ELECETRONICA INFORMATICA SI AUTOMATICA APLICATA MASTERAT MANAGEMENTUL PROIECTELOR TEHNICE SI TEHNOLOGICE Sem-III-

PROIECT DE CERCETARE

Profesor coordinator: Dr.Ing Ioana Armas Ing. Rosu Mihail

Bucuresti 2012

DEZVOLTAREA HARTII PROCESELOR SI DEZVOLTAREA ACESTORA PENTRU TOLERANTA LA DEFECTARI A SISTEMULUI DE NAVIGATIE A UNUI AVION

CUPRINS INTRODUCERE 1. Capitolul I Stabilirea hartii proceselor 2. Capitolul II Procesul de comunicare cu mediul si factorul uman 3. Capitolul III Procesul de detectie 4. Capitolul IV Procesul de diagnoza 5. Capitolul V Procesul de decizie 6. Capitolul VI Procesul de reconfigurare 7. Capitolul VII Procesul de invatare/ acumulare de experienta CONCLUZII BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE Dezvoltarea tehnologic din ultimele decenii a condus la apariia unor domenii de activitate ce necesit echipamente care s nu se defecteze pe durata misiunii (centrale nucleare, satelii de telecomunicaii, transport aerian i cosmic etc). n unele cazuri, starea de defectare poate avea consecine catastrofale, iar n altele, odat cu prima defectare, se termin i durata de via a echipamentului, datorit faptului c intervenia operatorului uman nu este posibil (ex. sateliii de telecomunicaii, sondele spaiale etc). Rezolvarea problemei defectrilor n aceste cazuri a condus la elaborarea unor structuri de echipamente tolerante la defectri. Un echipament tolerant la defectri este acel echipament care i poate continua execuia corect a funciilor sale de intrare / ieire, fr o intervenie din exterior, n prezena unei anumite mulimi de defectri ce apar n timpul funcionrii sale. Prin execuie corect se nelege c rezultatele obinute (mrimile de ieire) nu sunt afectate de erori, iar timpul de execuie nu depete o limit precizat. O defectare ce apare n timpul funcionrii operaionale a unui echipament este o schimbare n valoarea uneia sau a mai multor variabile de ieire sau de stare ce caracterizeaz echipamentul, defectarea fiind consecina imediat a evenimentului defect. Evenimentul fizic defect poate fi o imperfeciune fizic a unui element al echipamentului, care conduce la o funcionare permanent, temporar sau intermitent eronat sau poate fi un factor extern (variaii necontrolabile ale parametrilor mediului ambiant: temperatur, umiditate, vibraii, ocuri etc; perturbaii prin cmp electric sau electromagnetic etc.) care pot conduce la nefuncionarea echipamentului. Defectrile se clasific dup durat n permanente sau temporare, iar dup extindere pot fi singulare sau multiple. Defectrile permanente sunt cauzate de defectele permanente ale componentelor echipamentului. Protecia mpotriva acestor defectri se poate face fie prin utilizarea de componente de rezerv care vor fi puse n funciune n locul celor defecte, fie prin msuri de reconfigurare n urma crora componenta defect este izolat, iar funciile ei sunt preluate de alt component aflat n rezerv. Defectele temporare sunt de durat limitat, fiind cauzate de nefuncionri temporare ale componentelor sau de interferene externe, echipamentul revenind la parametrii normali de funcionare fr o intervenie extern. Defectrile pseudo-temporare sunt defectri determinate de defectele permanente ale componentelor echipamentului, pentru a cror manifestare este necesar o anumit combinaie a valorilor semnalelor de intrare. Defectrile singulare (locale) afecteaz o singur variabil corespunztoare unui semnal de ieire sau unei stri interne, n timp ce defectrile multiple (distribuite) afecteaz mai multe variabile de ieire sau de stare ale echipamentului. Eroarea este un simptom al unui defect, fiind cauzat de prezena unei defectri. Se consider c n momentul utilizrii unui echipament au fost deja eliminate erorile de proiectare i de

fabricaie. Eliminarea acestor erori/defecte se realizeaz n timpul testelor de laborator efectuate n vederea omologrii echipamentului respectiv. O interpretare mai general dat toleranei la defectri presupune ca aceasta s includ i totalitatea erorilor de proiectare, nedetectate nainte de utilizarea operaional a echipamentului. Prin tolerarea defectelor nu se nelege o amnare a defectrii echipamentului, ci posibilitatea localizrii automate a elementelor defecte i a dezactivrii elementului afectat de erori, echipamentul continund s funcioneze corect pe baza elementelor redundante. Defectrile de proiectare sunt de regul consecina unor specificaii de proiectare incomplete sau incorecte i se pot manifesta att pe partea de hardware ct i pe partea de software a unui echipament. Tolerana la defectri este un aspect esenial al realizrii echipamentelor fiabile i, n sensul cel mai general, nseamn execuia corect a unui set de operaii specificate n prezena unui anumit numr de defecte. Pentru ca echipamentul s fie considerat tolerant la defectri este necesar ca dezactivarea elementului defect s se execute automat de ctre echipamentul n cauz. Atunci cnd se utilizeaz forme ale redundanei de tip static pentru a implementa tolerana la defectri a unui echipament, se spune c echipamentul are o toleran static la defectri, iar cnd se utilizeaz procedee de detecie a defectrilor elementelor echipamentului urmate de nlocuirea modului defect cu unul de rezerv, sau se realizeaz reconfigurarea automat a acestuia, echipamentul va fi cu toleran dinamic la defectri. Pentru implementarea toleranei la defectri a echipamentelor se pot utiliza urmtoarele trei tipuri de strategii: strategii bazate pe diagnosticarea defectrilor i nlocuirea elementelor defecte; strategii bazate pe mascarea defectrilor; strategii hibride bazate pe mascarea defectrilor, diagnosticarea i nlocuirea elementelor defecte. n toate strategiile intervine redundana: fie la nivel hardware sau software, fie o redundan a funciilor echipamentului. Metodologia de implementare a toleranei la defectri implic parcurgerea urmtoarelor etape: specificarea cerinelor de fiabilitate pentru echipament; selectarea metodelor de diagnosticare a defectrilor i a algoritmilor de mascare a defectrilor sau de reconfigurare a echipamentului; evaluarea toleranei la defectri; calculul performanelor de fiabilitate; determinarea avantajelor obinute din punct de vedere economic.

Capitolul I. Stabilirea hartii proceselor Procesele reprezinta derularea evenimentelor functionale si se caracterizeaza prin finalitate, componente utilizate, functii indelinitesi regullile de realizare a acestor functii. Se pot identifica urmatoarele procese ale tolerantei la defectari: procese de comunicare cu mediul, sistemtul si cu factorul uman procese de detectie prin monitorizare si identificare mediului, a sistemului si, eventual a factorului uman procesul de diagnoza prin stabilirea cauzelor/surselor de eroare sau de nefunctionare a sistemului procese de decizie asupra strategiilor de actiune pentru repararea sau/si reconfigurare procese de reconfigurare prin care se realizeaza, conform deciziei, izolarea componentelor defecte si intreruperea conexiunilor lor cu celelalte parti ale sistemului iar efectele defectelor anterioare detectiei sunt anulare, astfel incat sistemul poate furniza in continuare serviciul catre utilizator intr-o maniera totala sau partiala/degradata procese de invatare/acumulare de experienta

Capitolul II. Procesul de comunicare cu mediul si factorul uman

Procesele de comunicare presupun realizarea transferului de date si/sau informatii intre sistem si: mediile de lucru inter si extern factorul uman Procesle de comunicare prezinta 3 aspecte importante: modelare masurarea interfatarea Cele mai multe avioane sunt echipate cu un set standard de instrumente de bord (aparate de bord), care informeaz pilotul asupra poziiei avionului, a vitezei i altitudinii sale.

Altimetrul- Indic nlimea la care zboar avionul (altitudinea), de obicei n picioare sau metri, prin msurarea presiunii locale a aerului. pentru a indica corect altitudinea, nainte de zbor el trebuie reglat pentru presiunea local (exprimat pentru nivelul mrii). Giroorizontul

Giroorizontul- Cunoscut i drept orizontul artificial, arat poziia (asieta) avionului fa de orizont. El indic dac poziia aripilor este orizontal i dac botul avionului este deasupra orizontului (cabraj) sau sub el (picaj). Este extrem de util n caz de vizibilitate sczut, cnd pilotul nu poate vedea linia orizontului. Funcioneaz pe baza unui giroscop cu dou grade de libertate. n caz de defectare sau n lipsa alimentrii electrice a motorului goroscopului (n caz de pan de curent), n locul su se pot folosi indicaiile celorlalte aparate, ns acest aparat este mult mai intuitiv.

Vitezometrul- Indic viteza avionului (de obicei n noduri) fa de aer. Aparatul lucreaz prin msurarea presiunii dinamice n direcia de zbor cu ajutorul unui tub Pitot. Pentru a obine viteza corect fa de aer, viteza indicat trebuie corectat n funcie de densitatea aerului (care variaz cu altitudinea, temperatura i umiditatea). Pentru a obine viteza fa de sol, viteza fa de aer trebuie corectat (prin compunere vectorial) cu viteza vntului.

Busola- Cunoscut i sub numele de compas, indic direcia de zbor a avionului fa de nordul magnetic. D indicaii bune n zbor orizontal, ns n timpul evoluiilor acrobatice (viraj, urcare, picaj) indicaiile pot fi perturbate de nclinarea avionului fa de cmpul magnetic al Pmntului. Pentru navigaie aerian direcia indicat trebuie corectat cu declinaia (deviaia) magnetic, adic cu unghiul dintre direciile nordului geografic i nordului magnetic.

Girocompasul- Afieaz direcia n care este ndreptat avionul (capul compas) fa de nordul magnetic. Funcionarea aparatului se bazeaz pe un giroscop. Datorit precesiei, i acest giroscop trebuie calibrat frecvent. Actual, n sistemele avansate, acest aparat este nlocuit cu indicatorul situaiei orizontale (englez Horizontal Situation Indicator) care d aceleai indicaii ns este corelat i cu celelalte instrumente de navigaie.

Indicatorul de viraj i glisad (giroclinometrul)- Are dou indicatoare, indicatorul de viraj i indicatorul de glisad. Indicatorul de viraj indic viteza de giraie (de rotire n jurul axei verticale) a avionului. Funcionarea sa se bazeaz tot pe un giroscop. Indicatorul de glisad (bila) indic dac nclinarea lateral a avionului este cea corect pentru virajul respectiv. Pentru o anumit raz de viraj este nevoie de o anumit nclinaie. Dac nclinaia este prea mare, avionul gliseaz (alunec n direcia n care este nclinat), iar dac este prea mic, derapeaz (alunec invers). Funcionarea indicatorului de glisad se bazeaz pe un pendul, format de obicei dintr-o bil plasat ntr-un tub transparent n form de U.

Variometrul- Indic viteza de urcare sau de coborre, in picioare pe minut sau metri pe secund. Se bazeaz pe msurarea variaiei presiunii cu schimbarea altitudinii.

Navigaia aerian tiina ce se ocup cu metodele i mijloacele cele mai eficiente pentru asigurarea deplasrii aeronavelor n spaiul aerian n condiii de deplin securitate a zborului. Itinerar sau rut de zbor punctele succesive ocupate de avion n timpul deplasrii sale ntre punctul de plecare i punctul de sosire (inclusiv rulajul la sol). Ruta de zbor poate fi planificat sau real. Se desfoar ntre punctul iniial al rutei PIR i punctul final al rutei PFR, parcurgnd o serie de puncte intermediare PI. n cazul n care n punctul intermediar se produce o inflexiune a traseului (o schimbare de direcie), acest punct se numete punct de schimbare tronson PST.

Capitolul III. Procesul de detectie Tolerarea defectarilor unui sistem preupune determinarea, in prealabil a starii de defectare a acestuia care se transmite la nivelul functional al iesirii sistemului ca stare de functionare eronata atunci cand defecatrea nu induce incetarea functionarii. Astfel functinarea eronata codifica defectarile sistemului prin comportamentul acestuia, ca urmare rezultand necesitatea proceslui de detectie ale carul obiectice sunt: evidentierea starii eronate a sistemului identificarea tipului de stare eronata care se constituie ca intrare pentru procesele ulteriore de diagnoza si de decizie privind comportarea interna si externa a sistemului Un domeniu discret, contnuu sau hibrid (discret-continuu), numit domeniu de acceptanta, prin care se descrie comportarea corespunzatoare a unui sistem in raport cu functia ce se doreste a fi realizata, atunci pentru un mediu de lucru dat, verificarea apartenetei coponentelor comportamentului rezultat al sistemului la domeniul de acceptanta se numeste proces de detectie. SISTEME DE COORDONATE UTILIZATE N AVIAIE Clasificare n funcie de originea sistemului de coordonate: - Astrocentrice: originea este centrul unui corp ceresc: o Geocentrice (originea este Pmntul) o Heliocentrice o Selenocentrice - Topocentrice: originea este un punct aflat la suprafaa pmntului - Eczocentrice: originea se afl n afara Pmntului Clasificarea n funcie de suprafaa de referin: - Ecuatoriale: suprafaa de referin este un plan ecuatorial - Orbitale: suprafaa de referin este un satelit - Orizontale: suprafaa de referin este un plan ce trece prin punctul n care observm linia orizontului n navigaia aerian se folosesc sistemele geocentrice ecuatoriale. In navigaia cosmic se folosesc sistemele heliocentrice orbitale.

CLASIFICAREA MIJLOACELOR DE RADIONAVIGAIE

Mijloace de radionavigaie Sisteme de radionavigaie Mijloace independente

Determinarea unghiurilor la bord Goniometrice Determinarea unghiurilor la sol Cu interogare de la sol Telemetrice Cu interogare de la bord

VOR NDB radiogoniometrul Radare panoramice de bord Radare Doppler Radioaltimetre

Transponder DME

Goniotelemetrice

TACAN Radar Cu impulsuri LORAN DECA Cu schimbarea fazei DECTRA

Ineriale

Hiperbolice

Capitolul IV Procesul de diagnoza Procesul de diagnoza preia defectele identificate de catre procesul de detectie sub forma codului corespunzator si in conformitate cu acest cod rezulta o cautare a cauzelor care au produs defectorile la nivelul componentelor sistemului. In cazul sistemului de navigatie al unui avion procesul de diagnoza este facut de catre computerul de bord mai specific de catre pilotul automat pentru a a justa cursul zobrului sau a atentiona pilotul de un eventual pericol. Autopilotul este un sistem mecanic, electric, sau si hidraulic folosite la ghidarea unei masini fara asistenta din partea unui om. O autopilot pot referi precis la aparatele de zbor, auto-carma pentru barci, sau orientare auto din spatiu mestesugaresti si rachete. Pe autopilot unui avion este uneori mentionate ca fiind "George", dupa ce unul dintre cei mai importanti contribuabili la dezvoltarea acesteia.

Capitolul V Procesul de decizie In vederea tolerarii defectelor pentru care s-au identificat cauzele in contextul diagnozei, se pune problema stabilirii actiuniilor necesare si a succesiunii lor pentru asigurarea continuarii functionarii( in mod degradat sau nu) a sistemului, sau pentru oprirea in siguranta a acestuia. Realizarea acestor obiective se dezvolta in cadrul proceslui de decizie care va utiliza cunostintiile privind capacitatiile fucntionale si sctrucurale ale sistemului, precum si rezultatele proceslui de diagnoza pentru a elimina toate actiunile care presupun functionarea elementelor/ modulelor care au fost indentificare defecte. In cadrul tolerantei la defectari, decizia poate fi atribuita, in calitate de decindent: factorului uman cu care interactioneaza sistemul, care se caracterizeaza prin constienta unui structuri artificiale intere si/sau externe sistemului cu rol de prelucrare a informatiilor si cunostintelor in sensul identificarii solutiei de actiune/recofigurare pentru o situatie anormala detectata unei structuri hibride cand structura artificiala devine un sistem suport de decizie pentru factorul uman Pentru sistemul de navigatie a unui avion, procesul de decizie are o structura hibrida de decizie computerul de bord analizand datele si facand ajustari numai cu acordul pilotului. Instrumentul-subventionate descarcarile sunt definite in categorii de Organizatiei Aviatiei Civile Internationale. Acestea sunt dependenti de necesare vizibilitatea Nivelul si intensitatea cu care a aterizat poate fi efectuat automat fara aportul de pilot. CAT I aceasta categorie permite pilotilor pentru a ateriza cu o decizie in inaltime de 200 FT (61 m) si o inainteze vizibilitatea sau piste vizuale gama (rvr) de 550 m. Cu autopilots sunt suficiente. CAT II aceasta categorie permite pilotilor sa aterizam cu o decizie in inaltime intre 200 si FT 100 FT ( 30 m) si o rvr de 300 m. autopilots au un esec pasiv cerinta. CAT IIIa aceasta categorie permite pilotilor pentru a ateriza cu o decizie in inaltime cat mai scazut 50 FT (15 m) si o rvr de 200 m. Ea are nevoie de un esec-pasiv autopilot. Nu trebuie sa fie doar o 106 probabilitate de debarcare afara prescrise in zona. CAT IIIb - ca IIIa, dar cu adugarea automat a roll afar dup touchdown ncorporate cu pilot luarea de control oarecare distan de-a lungul pistei. Aceast categorie permite piloi s aterizeze cu o nlime de decizie, mai mic de 50 de picioare sau nici o nlime de decizie i o vizibilitate n fa de 250 ft (76 m, compara acest lucru cu dimensiunea de aeronave, dintre care unele sunt acum peste 70 m lung) sau 300 ft (91 m) n Statele Unite. Pentru un ajutor de aterizare-fr-decizie, este necesar o autopilot fail-operaionale. Pentru aceast categorie este necesare o form de pist sistemului de ghidare: cel puin fail-pasiv, dar aceasta trebuie s fie fail-operaional pentru aterizare fr Decizia nlime sau RVR sub 100 m.

CAT IIIc - ca IIIb, dar fr Decizia vizibilitatea sau nlimea tescovine, de asemenea, cunoscut ca "zero-zero". Pilotul automat nu reuesc-pasive: n caz de eec, aeronava rmne ntr-o poziie controlabile i pilot pot prelua controlul pentru a merge n jurul sau pe Terminare debarcare. Acesta este de obicei un sistem dual-channel. Autopilot fail-operaionale: n caz de defectare sub nlimea alert, abordare, refracia i debarcare poate nc fi completat automat. Acesta este, de obicei, un sistem de triple-canal sau sistem dual-dual.

Capitolul VI Procesul de reconfigurare Este procesul la nivelul careia se executa actiunile identificate in cadrul procesului de decizie. Reconfigurarea presupune realizarea anumitor modificari la nivelul structural si functional al sistemului care sa permita desfarurarea in continuare a functionarii acestuia totual sau partial la nivelul de acceptanta stabilit. In cazul sistemului de navigatie a unui avion nu exista proces de reconfigurare, in caz de o defectare a intrumentelor de navigatie pilotul se poate orienta numai dupa linia de orizont forme de relief, alte avioane care sunt prin apropiere sau daca este langa un aeroport instructiunile personalului de dirijare a traficului din turnu de control.

Capitolul VII Procesul de invatare/ acumulare de experienta Ansamblul de actiuni umane si/sau tehnice de sistematizare, structurate si integrate a informatiilor, cunostintelor si experientelor rezultate in urma unor interactiuni prealabile cu sistemul si cu mediul de lucur al acestuia astfel incat in conditii specifice si diverse cunostintele si experitnele necesare sa fie identificate si utilizate ulterior se numeste proces de invatare si acumulare de experienta . In acest cadru rezulta ca procesul de invatare se poate desfasura la mai multe nivelui si anume: nivelul uman, prin interactiune cu sistemul si cu mediul bazat pe cunostinte anterioare si pe abilitati individuale specifice nivelul tehnic informational, unde starile de interes sunt retinute si organizate in structuri specifice de relationare pe criterii, sa poate fi regasite informatiile necesare de catre un sistem sau un agent extern nivelul de strucurare a cunostinelor, specific sistemelor de inteligenta atificiala care se dezvolta in jurul bazelor de cunostinte prin completarea acestora nivelul de structurare a experientelor neformulate in limbaj, specifice stucurilor conexioniste ale inteligentei artificiale cum ar fi retelel neural artificiale dierese combinatii intre primul si ultimul nivel

CONCLUZII Aeronautica modern cunoate n perioada actual o dezvoltare deosebit, datorit multiplelor necesiti sociale pe care le satisface, ncepnd de cu aprarea i securitatea naional, continund n domeniile transporturilor i serviciilor de diferite categorii i ncheind cu permanenta dorin a omului modern, de a scurta timpii inactivi i a-i eficientiza existena. n aceeai ordine de idei, s-au mbuntit permanent parametrii tehnici, tehnologici, ergonomici i de confort ai aeronavelor din ziua de azi, mbinnd n mod fericit ultimele descoperiri tiinifice din cele mai diverse domenii i implementndu-le n procesele de proiectare, fabricaie, exploatare i deservire a aparatelor de zbor de toate categoriile. Toleranta la defectari este un factor foarte important in industria aeronautica ea implica un graf foarte ridicat de fiabilitate, siguranta si securitate.

BIBLIOGRAFIE 1. 2. 3. 4. Proiectarea tolerantei la defectari Ioana Armas, Agir 2007 Cusrul Managementul sigurantei si securitatii produselor http://ro.wikipedia.org/wiki/Instrumente_de_bord http://en.wikipedia.org/wiki/Autopilot