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


PLAN DE COURS

Automne 2017
MGA855 : Certification des systèmes embarqués d'aéronefs (4 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• de distinguer les différentes normes et règlementations des systèmes embarqués;
• d’appliquer les concepts de certification dans la conception de systèmes aéronautiques;
• d’identifier les différentes phases de conception d’un produit logiciel et matériel;
• d’utiliser les normes de performances minimales et les procédures pour les essais de certification;
• de concevoir les tests nécessaires à la certification d’un système embarqué.

Règlement de l’aviation canadien. Normes et documents consultatifs. Navigabilité. Règlementation FAA et spécifications TSO. Certification de logiciels aéronautiques embarqués. Plan de développement logiciel en environnement DO-178B SDP. Procédés, planification, vérification et gestion de la configuration. Assurance qualité, outils et niveaux de criticité. Intégration logicielle des systèmes embarqués avioniques. Analyse et certification d’équipements des systèmes embarqués. Design des composantes électroniques aéronautiques DO-254. Procédés, validation, vérification, essais et cycles de vie. AC 20-152, niveaux de criticité et norme ARP 4754. Modes de défaillance et leurs effets (AMDE/FMEA). Essais pratiques, logiciels, équipements et systèmes d’avionique. Essais pratiques et bases de certification. Procédures d’approbation des nouvelles applications. Normes de performances minimales (Technical Standard Order - TSO). Certificat de type supplémentaire (STC).

Séances de travaux pratiques : certification d’un dispositif aéronautique, intégration à un simulateur de vol et à un banc d’essais volant.



Objectifs du cours

Description sommaire

Le cours de certification des systèmes embarqués d’aéronef est structuré en cinq chapitres soit : la réglementation et contexte d’application, la certification de logiciels et d’équipements des systèmes embarqués, l’application des différentes normes, les essais des systèmes avioniques embarqués et les certificats de type supplémentaire.

 

Le premier chapitre introduit l’aspect réglementaire canadien incluant la Loi sur l’aéronautique, les normes, les documents réglementaires, les circulaires consultatives et traite de leurs interactions complexes. Dans ce chapitre, les processus règlementaires et analytiques à développer et à appliquer dans le cadre d’un projet de certification seront introduits par le traitement d’un cas générique classique GPS (Global Positioning System) sur la certification des systèmes embarqués.

 

Le deuxième chapitre traite de la certification de logiciels aéronautiques et de systèmes embarqués, le raisonnement des procédés, introduit les normes DO-160G et DO-178B du RTCA, l’application des normes de performance minimales (Technical Standard Order –  TSO) américaines et canadiennes (FAA TSO, CAN-TSO) et la notion de criticité.

 

Le troisième chapitre traite de l’application de la norme DO-178B et de ses différents procédés applicables à la certification logicielle, des cycles de vie des procédés et des outils, l’aspect vérification et validation, puis introduit la norme DO-254 et le document consultatif AC 20-152, dans le contexte des systèmes embarqués.

 

Le chapitre quatre intègre les notions des chapitres précédents dans un contexte d’essais pratiques, en traitant des différentes bases de certification par l’analyse et les essais, les procédures d’approbation, l’évaluation de la sécurité des systèmes (PSSA, SSA), ARP4754, les modes de défaillance et leurs effets (FMEA – Failure Modes and Effects Analysis), les exigences opérationnelles et l’approbation.

 

Le chapitre cinq couvre les aspects du certificat de type supplémentaire (STC – Supplemental Type Certificate), les facteurs humains dans un contexte de certification et l’application du sac de vol électronique (Electronic Flight Bag – EFB).

 

Chaque chapitre comporte des études de cas et des exercices pratiques qui permettront aux étudiants d’appliquer directement la matière de ce cours, en utilisant dans certains cas des plateformes réelles d’intégration dont un simulateur de vol.




Stratégies pédagogiques

 

Trois heures de cours magistral par semaine et deux heures de laboratoire par semaine comprennent six études de cas et trois projets sur des plateformes d’intégration réelles.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Vendredi 18:00 - 21:00 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Maxence Vandevivere Activité de cours cc-Maxence.VANDEVIVERE@etsmtl.ca



Cours

 

Contenus

Heures

1. Historique de la certification, règlementation et contexte d’application

1.1 Règlement de l’aviation canadien (RAC) et documents consultatifs (1h)

1.2 RAC Partie V – Navigabilité (1h)

1.3 Réglementation FAA, normes et spécifications TSO (1h)

1.4 Présentation d’un cas générique des systèmes embarqués avioniques (3h)   

6 heures

2. Certification de logiciels et d’équipements des systèmes embarqués

2.1 Normes de performances minimales (TSO), norme DO-160G (3h)

2.2 Procédés de validation et vérification (V&V) (3h)

2.3 Intégration logicielle dans les systèmes embarqués; norme DO-178B (1h)

2.4 Niveaux de criticité (2h)

9 heures

3. Application de la norme DO-178B

3.1 Niveaux des logiciels et normes (1h)

3.2 Cycles de vie; procédés de gestion de la configuration, assurance

 qualité, vérification et validation (1h)

3.3 Cycles de vie; outils et critères de transition (1h)

3.4 Vérification et validation (traçabilité, essais et structure d’approche) (1h)

3.5 Outils de qualification, et logiciels développés précédemment (PDS) (1h)

3.6 Présentation de la norme DO-254, document consultatif AC 20-152

 et les aspects du Design Assurance Level (DAL) (1h)

6 heures

4. Essais pratiques, logiciels, équipements et systèmes d’avionique

4.1 Essais pratiques et bases de certification (3h)

4.2 Évaluation de la sécurité (PSSA, SSA), ARP4754, FMEA (3h)

4.3 Exigences opérationnelles et approbation, conditions spéciales (3h)  

9 heures

5. Certification de type supplémentaire et applications

5.1 Certificat de type supplémentaire (STC) et facteurs humains (3h)

5.2 Application : sac de vol électronique (Electronic Flight Bag – EFB) (3h)

5.3 Révision finale des cinq chapitres et cas particuliers (3h)

9 heures

Total

39 heures




Laboratoires et travaux pratiques

 

 

Les laboratoires comprennent six études de cas et trois projets pratiques :


Études de cas


Afin de diriger l’étudiant (en équipe de deux) et de permettre une bonne mise en contexte, chaque projet pratique de certification sera précédé d’études de cas où des situations réelles rencontrées dans l’industrie seront exposées. Chaque étude de cas comporte une lecture d’un texte et des exercices préparés préalablement à la séance de laboratoire. À ce moment, une discussion de groupe permet de revoir les détails du cas et des questions. Cette phase n’est pas notée.


Étude de cas #1
Rechercher et assembler les documents requis pour la certification d’un système de navigation GNSS. Présentation et discussion par les équipes du plan de certification élaboré en fonction des recherches.

 

Étude de cas #2
Rechercher et assembler les documents requis pour la certification d’un convertisseur de débit de carburant (Fuel Flow Converter). Présentation et discussion par les équipes du plan de certification élaboré en fonction des recherches.
 

Étude de cas #3
Analyser les requis et le processus de certification d’un équipement de type calculateur anémométrique (Air Data Computer – ADC). Présentation et discussion par les équipes des résultats obtenus en fonction des recherches.

 

Étude de cas #4
Intégration d’un système de représentation et d’avertissement du relief (Enhanced Ground Proximity Warning System – EGPWS) dans un écran multifonction (Multi Function Display – MFD). Présentation et discussion par les équipes des résultats obtenus en fonction des recherches.

 

Étude de cas #5
Préparation au projet pratique 3; lecture sur l’introduction des systèmes de gestion de vol ou Flight Management System – FMS. Cette lecture traite sur l’historique, les composantes, les fonctions, les différentes philosophies des systèmes existants, la réglementation entourant l’intégration des FMS, et prépare l’étudiant au devoir no.2.
 

Étude de cas #6
Préparation au projet pratique 3 : a) familiarisation avec un système de navigation GNSS GNS430 à l’aide d’un logiciel de simulation, b) préparer les séances d’évaluation de l’intégration d’un GNSS de type aviation générale installé dans un simulateur de vol (se référant au cas 1) et de l’intégration d’un Flight Management System (FMS) multicapteurs utilisant les sources GPS et VOR/DME à bord d’un avion d’affaires haute performance (se référant au cas 5), le tout d’une façon structurée avec documents préparatoires et plans d’essais selon les protocoles et règles appliqués par l’industrie.

 

Projets pratiques


L’étudiant(e) devra réaliser, en équipe de deux, trois projets de certification (simulés) sur des plateformes réelles où l’enseignement des principes, l’utilisation des outils, l’application de la réglementation et des références, l’analyse et les procédures généralement reconnues seront appliqués.
Étant donné l’ampleur d’un projet de certification, qu’il soit logiciel, d’équipement ou de système, chaque projet pratique portera l’accent sur des aspects particuliers de la certification afin que les étudiants aient l’opportunité de créer et d’exécuter différents processus dans chaque projet. Cette phase est notée.


Projet pratique #1
Introduction aux différents protocoles de BUS de communication avionique (ARINC 429, ARINC 1553, RS-422, RS-232, discret, etc.). Introduction aux cartes et applications informatiques servant à l’interprétation du protocole ARINC 429, Introduction à la composante électronique avionique : le convertisseur de débit de carburant (Fuel Flow Converter). Ce projet pratique # 1 n’est pas noté.
 

Projet pratique #2
Appliqués à un convertisseur de débit de carburant (Fuel Flow Converter) et en se référant au cas 2, le premier objectif de ce projet 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 second 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 #3
L’objectif de ce projet pratique est de préparer les séances d’évaluation d’une façon structurée selon les protocoles et règles appliqués par l’industrie et d’exécuter des sections spécifiques du processus de certification et d’évaluation de l’intégration de systèmes d’avionique installés à l’aide des notions enseignées et en se référant aux études de cas exposées précédemment.
Le projet couvre quatre volets : l’interface de l’usager, la philosophie de fonctionnement, l’installation et ses fonctionnalités, et l’intégration des systèmes selon l’architecture associée (bus de données, puissance, logique, etc..). L’exercice d’évaluation des quatre volets s’applique à deux plateformes industrielles réelles différentes, soit l’installation d’un GNSS dans un simulateur de vol et l’intégration d’un Electronic Flight Bag (EFB) avec un Flight Management System (FMS). Ce travail noté compte pour 20% de la note finale.

 




Évaluation

 

Description %
Deux devoirs (10%, 10%) : 20 %
Deux rapports de projets pratiques (20%, 20%) : 40 %
Examen de mi-session : 20 %
Examen final 20 %

 




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.

Dispositions additionnelles

N/A

 

 




Absence à un examen
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 de 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 (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 référence obligatoire 




Ouvrages de références

 

Complémentaires

Normes :
RTCA DO-160, RTCA DO-178B, RTCA DO-297, RTCA DO-254
SAE ARP 4761, SAE ARP 4754




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

N/A