航空宇宙認証規格への準拠を支援する MATLAB と Simulink

MATLAB や Simulink の製品を使用して、民間航空機の機体やシステムの開発に関する ARP4754B や、安全性評価に関する ARP4761A、セキュリティ評価に関する DO-326A などの主要な航空宇宙規格に対応できます。

モデルベース システムズ エンジニアリングやモデルベースデザインでは、System Composer、Simulink Fault Analyzer、Requirements Toolbox など、MATLAB や Simulink の製品を使用することで、以下が可能になります。

• テキスト形式やモデル形式でのシステム要件の取得
• 要件の妥当性確認の実行
• 堅牢性の高いシステム アーキテクチャの設計とテスト
• 異なるレベルでの徹底した検証作業の実施

このプロセスは、上位レベルのシステム設計と下位レベルのソフトウェアやハードウェアの実装を結び付け、認証に不可欠なデジタルスレッドとトレーサビリティを確保します。

DO-178C 規格は、航空機搭載システムで使用するソフトウェアの認可を得るための一連の目標と活動を定義しています。モデルベースデザインで以下を行うことで、リスクと労力を削減できます。

• 実行可能な仕様の作成によるソフトウェア要件の反復と調整
• アーキテクチャの定義と、モデル化とシミュレーションを活用した堅牢性と保全性を考慮した設計選択の確認
• back-to-back テストと要件からテストまでのトレーサビリティによるコードと実行可能なカバレッジの実証
• モデルやコードのレビュー作業の自動化
• 形式的手法によるテスト作業の軽減

DO-254 規格は、航空機搭載電子ハードウェア (AEH) の認証を得るための一連の目標を定義しています。MATLAB と Simulink を活用すると、DO-254 の目標に準拠し、そのプロセスをサポートすることができます。

• 要件の管理とトレース
• 設計規格への準拠
• HDL コード生成
• 検証と妥当性確認

また、モデルベースデザイン (MBD、モデルベース開発) を用いることで、要件の早期検証、要件への自動リンク、モデルとコードの規格チェック、コード生成、レポート アーティファクトの生成、および異なるレベルでのテストケースの再利用を関連付けて、コスト削減と開発期間短縮の利点を実現しながら、DO-254 の目標を達成することができます。

運用環境における人工知能 (AI) の利用は拡大しており、特に、高信頼性組み込みシステムの開発では、モデルによる説明、検証、妥当性確認が求められます。こうした分野で AI の信頼性を確保する場合、データのトレーサビリティ、品質、カバレッジを確保し、大規模システムへの統合を見据えた再現可能で、堅牢性が高く、解釈可能かつスケーラブルなモデルを構築するなど、さまざまな課題に直面します。AI に関する業界標準が確立していないため、こうした取り組みがさらに複雑化しています。MathWorks は SAE WG-114 に参画し、認証基準の定義に取り組んでいます。

宇宙システム向けのソフトウェアや電子ハードウェアの開発に必要なプロセスは、複数の地域標準によって定義されています。たとえば、NASA のソフトウェア工学要件 (NPR 7150.2)、欧州宇宙標準協会の宇宙工学ソフトウェア (ECSS-E-ST-40)、ソフトウェア製品保証 (ECSS-Q-ST-80)、さらに同協会の FPGA および ASIC に関する宇宙工学 (ECSS-E-ST-20-40C) ならびに品質 (ECSS-Q-ST-60-03C) などがあります。

モデルベースデザインで以下を行うことで、これらの標準に準拠した認証可能なコードを開発できます。

• 要件の維持、割り当て、トレース、動作シミュレーションによる妥当性確認
• アーキテクチャを定義して維持し、ネイティブにシミュレーションに紐付け
• アルゴリズムの開発、テスト、ソフトウェアコードへの実装
• 形式的手法を使用して設計の堅牢性を確保し、静的コード解析要件に準拠
• 設計フローとレポートの自動化