FMDTOOLS: A Fault propagation Toolkit for Resilience Assessment in Early Design

Incorporating resilience in design is important for the long-term viability of complex engineered systems. Complex aerospace systems, for example, must ensure safety in the event of hazards resulting from part failures and external circumstances while maintaining efficient operations. Traditionally, mitigating hazards in early design has involved experts manually creating hazard analyses in a time-consuming process that hinders one’s ability to compare designs. Furthermore, as opposed to reliability-based design, resilience-based design requires using models to determine the dynamic effects of faults to compare recovery schemes. Models also provide design opportunities, since models can be parameterized and optimized and because the resulting hazard analyses can be updated iteratively. While many theoretical frameworks have been presented for early hazard assessment, most currently-available modelling tools are meant for the later stages of design. Given the wide adoption of Python in the broader research community, there is an opportunity to create an environment for researchers to study the resilience of different PHM technologies in the early phases of design. This paper describes fmdtools, an attempt to realize this opportunity with a set of modules which may be used to construct different design models, simulate system behaviors over a set of fault scenarios and analyze the resilience of the resulting simulation results. This approach is demonstrated in the hazard analysis and architecture design of a multi-rotor drone, showing how the toolkit enables a large number of analyses to be performed on a relatively simple model as it progresses through the early design process

A Model based Safety Assessment for Multirotors

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) must be safe and reliable to prevent fatal accidents in densely populated areas. This research makes the first steps to create a framework which can integrate safety and reliability considerations in the design process. The conceptual design process should consider creating design models coupling sizing with system architecture. Additionally, the multirotor has safety challenges from the propulsor configuration. They lose flight control and show erroneous flight behaviour when propulsors fail. Hence, the design models of multirotor should also incorporate a controllability assessment method to identify and isolate uncontrollable events. For this matter, an appropriate tool should be considered to create such design models. A combination of OpenAltarica, System Analyst and Python is used to create design models of multirotor in a model-based safety assessment framework. These models are developed by integrating system architecture and controllability assessment following the etiquettes of the process. A case study is used to validate the framework and to demonstrate its ability to explore innovative designs. The reliability analysis confirms that the multirotors are fault-tolerant except quadrotor and some configurations are potentially highly reliable. The results demonstrate the feasibility of the multirotor system modelling methods in terms of reliability and pave the way to further develop the model-based safety assessment framework with sizing methodologies. The models can also be further enhanced with the addition of a component fault library, additional failure modes and implementation of diagnosability analysis, fault detection and identification analysis. Fault libraries and failure modes can help in foreseeing uncontrollable cases. In contrast, diagnosability analysis, fault detection and identification analysis can integrate detect, isolate and recover mechanisms, and ensure redundancy optimization effectively. Additionally, the framework should also be combined with multidisciplinary design optimization for sizing. Such design models can contribute to the emergence of UAVs for safety-critical applications

Tехнічні засоби діагностування та контролю бортових систем інформаційного обміну на літаку

Робота публікується згідно наказу ректора від 27.05.2021 р. №311/од "Про розміщення кваліфікаційних робіт вищої освіти в репозиторії НАУ". Керівник дипломної роботи: доцент кафедри авіоніки, Слободян Олександр ПетровичТехнічний прогрес в авіаційній та будь-якій іншій галузі тісно пов'язаний з автоматизацією технологічних процесів. Сьогодні Автоматизація технологічних процесів використовується для підвищення характеристик надійності, довговічності, екологічності, ресурсозбереження і, найголовніше, економічності і простоти експлуатації. Завдяки швидкому розвитку комп'ютерних технологій і мікропроцесорів у нас є можливість використовувати більш досконалі і складні методи моніторингу та управління системами авіаційної промисловості і будь-якими іншими. Мікропроцесорні та електронні обчислювальні пристрої, з'єднані обчислювальними і керуючими мережами з використанням загальних баз даних, мають стандарти, що дозволяють модифікувати і інтегрувати нові пристрої, що, в свою чергу, дозволяє інтегрувати і вдосконалювати виробничі процеси і управляти ними. Проектування системи розподіленої інтегрованої модульної авіоніки (DIMA) з використанням розподіленої інтегрованої технології, змішаного планування критичних завдань, резервний планування в режимі реального часу і механізму зв'язку, який запускається за часом, значно підвищує надійність, безпеку і продуктивність інтегрованої електронної системи в режимі реального часу. DIMA являє собою тенденцію розвитку майбутніх систем авіоніки. У цій статті вивчаються і обговорюються архітектурні характеристики DIMA. Потім він детально вивчає та аналізує розвиток ключових технологій в системі DIMA. Нарешті, в ньому розглядається тенденція розвитку технології DIMA

Model Based Safety Analysis with smartIflow †

Verification of safety requirements is one important task during the development of safety critical systems. The increasing complexity of systems makes manual analysis almost impossible. This paper introduces a new methodology for formal verification of technical systems with smartIflow (State Machines for Automation of Reliability-related Tasks using Information FLOWs). smartIflow is a new modeling language that has been especially designed for the purpose of automating the safety analysis process in early product life cycle stages. It builds up on experience with existing approaches. As is common practice in current approaches, components are modeled as finite state machines. However, new concepts are introduced to describe component interactions. Events play a major role for internal interactions between components as well as for external (user) interactions. Our approach to the verification of formally specified safety requirements is a two-step method. First, an exhaustive simulation creates knowledge about a great variety of possible behaviors of the system, especially including reactions on suddenly occurring (possibly intermittent) faults. In the second step, safety requirements specified in CTL (Computation Tree Logic) are verified using model checking techniques, and counterexamples are generated if these are not satisfied. The practical applicability of this approach is demonstrated based on a Java implementation using a simple Two-Tank-Pump-Consumer system