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Responsable(s) René Jr Landry

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École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s) de cours : René Jr Landry


PLAN DE COURS

Automne 2017
ELE641 : Systèmes embarqués et normes en aérospatial (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 66,7 % 33,3 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• d’identifier les parties critiques des systèmes embarqués et leurs interactions;
• d’appliquer la méthodologie de design et de conception d’un système en aéronautique;
• d’utiliser les normes en aéronautique pour atteindre des objectifs de certification de produit;
• de synthétiser des problèmes reliés aux protocoles de communication entre les systèmes;
• de développer des outils de maintenance et de contrôle de la qualité.

Réseau informatique, norme ARINC636. Protocoles de communication embarquée, ARINC429, ARINC629 et ARINC739. Propriétés des systèmes avioniques, requis, techniques d’analyse de fiabilité. Normes de certification DO160E. Normes de validation logicielle DO178B. Bus et protocoles de communications des systèmes embarqués. Maintenance et contrôle de qualité. Validation et inspection des logiciels embarqués.

Séances de laboratoire axées sur les étapes de conception et de certification d’un système embarqué. Étude de cas axée sur des scénarios réels d’application dans le cadre d’un projet intégrateur.



Objectifs du cours

Le cours sur les systèmes embarqués et les normes en aérospatial est structuré en sept chapitres : introduction aux systèmes embarqués et normes de certification, les protocoles de communication, les systèmes embarqués critiques et leurs interactions, les processus de développement ; requis, fiabilité, design et vérification, et le processus de certification.

Le premier chapitre introduit les systèmes embarqués et traite de leur rôle en aéronautique en passant par l’avionique et les systèmes de commande, de contrôle et de puissance. L’aspect réglementaire canadien, incluant la Loi sur l’aéronautique, les normes, les circulaires consultatives et les documents réglementaires, seront introduits, tout comme les bases des procédés de développement en aéronautique. Le concept de la certification aéronautique selon les règlements canadien (CAR) et américain (FAR) sera abordé.

Le chapitre deux couvre les principaux protocoles de communication des systèmes embarqués, soit ARINC 429, 653 (APEX RTOS), 739 (standard pour les MCDU et leurs interfaces), 825 (CAN bus) et MIL-STD-1553 incluant l’architecture des réseaux de communication et les différents types utilisés, leur philosophie et les objectifs de fiabilité.

Le chapitre trois traite de l’interaction des systèmes embarqués au niveau matériel, senseur, avionique, propulsion et contrôles, de l’auto-diagnostique et de la détection d’erreurs de sous-systèmes critiques, et la notion de criticité.

Le chapitre quatre traite des requis et de la fiabilité du processus de développement en passant par l’évaluation de la sécurité, les différentes formules normalisées d’évaluation et d’analyses (FHA, PSSA, SSA, FMEA, DAL), les besoins du client et une introduction sur la norme RTCA DO-160G.

Le chapitre cinq couvre le processus de développement (ARP 4754), de design, et de vérification, en traitant des notions de répartition fonctionnelle, d’architecture, de vérification et de validation (complétant ainsi le processus de développement), ainsi que de la structure des essais dans un contexte aéronautique.

Le chapitre six introduit la notion de certification selon la norme DO-178B : cycles de vie, gestion de la configuration, outils de qualification et critères de transition et logiciels développés précédemment (PDS). Les considérations pour la certification des systèmes aéronautiques hautement intégrés ou complexes selon la norme SAE ARP4754, la norme SAE ARP4761, et la déclaration de définition et de performance des équipements est incluse dans ce chapitre.

Le chapitre sept traite de l’établissement de la base de certification des produits aéronautiques et de la conformité de la conception




Stratégies pédagogiques

Trois heures de cours magistral et deux heures de laboratoire par semaine, comprenant quatre études de cas et quatre projets pratiques sur des plateformes d’intégration réelles ou simulées.

 

Légende des enseignants industriels

Marinvent Corporation CMC Électronique Thales
MVT- MV : M. Maxence Vandervielde CMCE-JP: M. Jérôme Paquette

Thales-ECT : M. Eric-Chan-Tave

Thales-FCA : M. Fabien Castang

Thales-KHS : M. Karl Heinz Schuler

 




Utilisation d’appareils électroniques

N/A




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Jeudi 18:00 - 20:00 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Fabien Castang Activité de cours cc-Fabien.Castang@etsmtl.ca A-2608
01 Éric Chan Tave Activité de cours cc-Eric.ChanTave@etsmtl.ca
01 Jérôme Paquette Activité de cours cc-Jerome.Paquette@etsmtl.ca
01 Karlheinz Schuler Activité de cours cc-Karlheinz.Schuler@etsmtl.ca
01 Maxence Vandevivere Activité de cours cc-Maxence.VANDEVIVERE@etsmtl.ca



Cours

Introduction aux systèmes embarqués et normes de certification

Airworthiness Regulation

Certification Process

System Certification

6h

1h)       MVT- MV

1h)       MVT- MV

(1h)      MVT-

Protocoles de communication

Protocoles sériels asynchrones et synchrones

Protocoles – Systèmes fédérés

Protocoles – ARINC 429

Protocoles – MIL 1553

 

3h

(1h)      Thales FCA

(1h)      Thales FCA

(0.5h)   Thales- FCA

(0.5h)   Thales- FCA

Systèmes embarqués critiques et leurs interactions

Besoins du client

Matériel : senseurs, avionique, propulsion, contrôles

Auto-diagnostique, détection d’erreurs

 

6h

(1h) Thales-FCA

(2h) Thales-FCA

(3h) Thales-FCA

 

Processus de développement, requis et fiabilité

Niveau de Criticité

Sûreté de fonctionnement, FHA, PSSA, SSA, FMEA, DAL (ARP 4761)

Norme RTCA DO160G

 

9h

(3h) Thales-ECT

(3h) Thales-ECT

(3h) Thales-KSC

Processus de développement, design et vérification (ARP 4754)

Répartition fonctionnelle et analyse

Architecture

Procédés de validation et vérification

Vérification et validation, traçabilité, essais et structure d’approche

 

3h

(0,5h) CMCE-JP

(0,5h) CMCE-JP

(1h) CMCE-JP

(1h) CMCE-JP

Développement au niveau des items

RTCA DO-178C; cycles de vie, gestion de la configuration,

outils et critères de transition, outils de qualification et PDS

Intégration logicielle dans les systèmes embarqués DO-178C

Requis logiciels, diagnostiques

Requis matériels, diagnostiques

 

6h

(2h)      MVT- MV

 

(1h)      MVT- MV

(1,5h)   MVT- MV

(1,5h) MVT -MV

 

Certification

Méthodes et procédures de la certification (STC, LSTC, TC, TSO)

Conformité de la conception

 

3h

(1,5h)   Thales-KSC

(1,5h)   Thales-KSC

 

 




Laboratoires et travaux pratiques

Contenu des laboratoires

Les laboratoires comprennent quatre études de cas et quatre projets pratiques. Les séances de laboratoire seront axées sur les étapes de certification et d’intégration de logiciels et de systèmes embarqués

 

Études de cas

Afin de diriger l’étudiant(e) (en équipe de deux) et de permettre une bonne mise en contexte, chacun des quatre projets pratiques sera précédé d’une étude de cas où des situations réelles (notions similaires aux projets pratiques associés) rencontrées dans l’industrie seront exposées. Chaque étude de cas comporte une lecture d’un texte, de la recherche et des exercices ou questions préparés par les étudiants(es) préalablement à la séance de laboratoire. Une discussion de groupe permet de revoir l’application et les détails du cas étudié afin de répondre aux questions des équipes. Cette phase n’est pas notée.

 

Étude de cas #1

Protocoles de communication (2h)  (Thales FCA)

Familiarisation avec les différents protocoles de communication avionique numériques fréquemment impliqués dans l’intégration des différents systèmes embarqués des aéronefs (ARINC 429, ARINC 1553, RS-422, RS-232, discret, etc.), et à l’utilisation de cartes PC pour la lecture de BUS de communication.

Familiarisation avec la technologie de lecture de bus de données numérique Max Technologies (ARINC 429) et de l’application logicielle MAXIM tm.

 

Étude de cas #2

Universal Glass Cockpit (UGC) (2h) Thales - FCA

Étude de l’architecture logicielle d’un glass cockpit universel (UGC) développé à l’ÉTS. Familiarisation avec les instruments avioniques, avec son fonctionnement, avec son interaction avec le logiciel X-Plane. Analyse du format et des données transmises, de l’opération des systèmes et analyse des requis pour une intégration à un simulateur de vol. Préparation d’une mission réelle, exécution du scénario, enregistrement des mesures, programmation et analyse du FMS et analyse post-opératoire.

 

Étude de cas #3

Système de représentation et d'avertissement du relief (2h)  Thales - FCA

Intégration d’un système de représentation et d’avertissement du relief (Enhanced Ground Proximity Warning System –  EGPWS) dans un écran multifonctions (Multi Function Display – MFD). Présentation et discussion par les équipes des résultats obtenus en fonction des recherches.

 

Étude de cas #4

Vérification par inspection (2h)  TBD

L'inspection par les pairs est une activité efficace pour éliminer les défauts de conception. Ce travail (sous forme de cas pratique) mettra en application l'inspection d'une spécification d'exigences que les équipes auront rédigée au préalable.   Les étudiants travailleront en équipe de 4 ou 5 personnes pour effectuer la revue. La revue par les pairs comporte plusieurs étapes : planifier, donner un aperçu, préparer individuellement, établir la liste des défauts lors d'une rencontre, corriger le document soumis à l'inspection et suivi.

 

Projets pratiques

L’étudiant(e) devra réaliser, en équipe de deux, quatre projets pratiques comportant l’application de processus d’analyse, de certification et d’évaluation de l’intégration (simulés) sur des plateformes réelles où l’enseignement des principes, l’utilisation des outils d’analyse, l’application de la réglementation et la recherche de références seront abordés. Étant donné l’ampleur d’un projet d’évaluation de conception, de certification ou d’intégration, qu’il soit logiciel, d’équipement ou de système, chaque projet pratique portera l’accent sur des aspects particuliers afin d’offrir  aux étudiants l’opportunité d’œuvrer dans les différentes disciplines connexes à l’intégration des systèmes embarqués en aérospatial. Cette phase est notée.

 

Projet pratique #1

Convertisseur de débit de carburant (4h) Thales FCA

Appliqués à un convertisseur de débit de carburant (Fuel Flow Converter), le premier objectif de ce projet est de rechercher et assembler les documents requis pour la certification d’un convertisseur de débit de carburant (Fuel Flow Converter).

Le deuxième objectif est de créer une section d’un plan de certification logicielle incluant les documents de planification, les outils de vérification et les documents de l’assurance qualité requis pour l’évaluation d’une composante électronique avionique non conforme. L’accent sera porté sur l’évaluation des performances du logiciel du système de conversion de débit de carburant avec les cartes ARINC 429 dans un contexte DO-178B et DO-254 sur trois thèmes : 1) vérification, 2) validation et 3) sécurité, où des défectuosités sur chaque thème devront être identifiées.

Le troisième objectif sera de porter des recommandations de correctifs et/ou de modifications au logiciel concernant le design, l’architecture et l’intégration afin de satisfaire les critères de certification requis.

 

Projet pratique #2

Intégration de l’Universal Glass Cockpit et ses applications à un simulateur de vol (4h) Thales FCA

Dans un contexte d’intégration d’applications avioniques, chaque équipe devra planifier un banc d’analyse des mesures d’une mission qui sera exécutée sur un simulateur de vol de la compagnie Marinvent. Une compétition entre les équipes sera mise en place. Les plateformes étant connectées sur le simulateur via un réseau sans fil, les iPad de chaque équipe agiront comme un simulateur virtuel. L’équipe dont le FMS calculera les meilleurs paramètres de vol gagnera la compétition.

 

Projet pratique # 3

Intégration d’un système de gestion de vol (FMS) à un simulateur de vol    (4h) Thales FCA

L’exercice d’évaluation de l’intégration sera appliqué à une plateforme industrielle réelle, soit un système de gestion de vol (Flight Management System - FMS) de type Universal UNS-1E dans un simulateur de vol de recherche. Le projet comporte une évaluation en trois volets : 1) la philosophie de fonctionnement, 2) l’installation et ses fonctionnalités et 3) l’intégration des systèmes selon l’architecture associée (bus de données, puissance, logique, etc.).

L’objectif principal est d’amener l’étudiant à définir une méthode structurée (introduite lors des cas subséquents) afin d’identifier les problèmes réels et diagnostiquer des erreurs d’architecture reliés à l’intégration de ce système de gestion de vol couramment utilisé dans les cockpits avancés.

 

Projet pratique # 4

Modélisation et validation des Lois de contrôle sous Simulink (4h) Thales FCA

Explication du processus (45min):

  • Écriture des spécifications suivant un modèle Simulink fournit par le client
  • Réalisation du SCADE.
  • Construction d'une S-Function avec le code obtenu.
  • Exécution du Test Vecteur pour vérifier la bonne implémentation

Exemple1 (45min)

Exemple sur une fonction simple, sans erreurs.

Exemple2 (1h15)

Exemple sur une fonction plus complexe, avec une erreur dans le code

Exemple3 (1h15)

Exemple sur une fonction plus complexe, avec une erreur dans la spécification écrite




Utilisation d'outils d'ingénierie

N/A




Évaluation

 

Examen de mi-session 30 %
Examen final 30 %
Quatre projets pratiques (4 X 10%) 40 %

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 19 octobre 2017



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.



Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Aucune




Ouvrages de références

ARINC 429

  • 429P3-19 429P3-19 Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS) - Part 3 - File Data Transfer Techniques
  • 429P2-16 429P2-16 Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS), Part 2 - Discrete Data Standards
  • 429P1-17 429P1-17 Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS), Part 1, Functional Description, Electrical Interface, Label Assignments and Word Formats

ARINC 739

  • 739A-1 Multi-Purpose Control and Display Unit (MCDU)

ARINC 653

  • 653P1-3 Avionics Application Software Standard Interface, Part 1, Required Services
  • 653P2-1 Avionics Application Software Standard Interface, Part 2 - Extended Services
  • 653P3 653P3 - Avionics Application Software Standard Interface, Part 3, Conformity Test Specification

ARINC 664

  • 664P1-1 Aircraft Data Network, Part 1, Systems Concepts and Overview
  • 664P7-1 Aircraft Data Network, Part 7, Avionics Full-Duplex Switched Ethernet Network

ARINC 825

  • The General Standardization of CAN for Airborne Use.

  RTCA document DO-254

  • 'Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware'

  RTCA document DO-178C

  • 'Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification

  RTCA document DO-297

  • Design guidance and certification considerations for integrated modular avionics

  RTCA document DO-160G

  • Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment

  SAE ARP 4754A-2010

  • Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems

 

SAE ARP 4761

Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment' (la version A sera probablement disponible à l'automne 2012




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/