Maximizar la eficiencia de las pruebas de aeronaves con system-on-demand

El concepto de aeronaves ganó fuerza en el siglo XVIII. Con la introducción de los motores de potencia en la década de 1850s, el crecimiento de la industria se aceleró. Sin embargo, durante la Segunda Guerra Mundial, este avance se detuvo abruptamente. En este contexto histórico de altibajos, el sector de las aeronaves está experimentando un regreso increíble, impulsado por los avances tecnológicos y una creciente necesidad de medios de transporte creativos. Las tendencias del mercado indican un creciente interés en las aeronaves en varios sectores, que van desde el transporte de carga hasta las operaciones de ayuda de emergencia, así como la generación de energía, la ayuda humanitaria, la industria, la logística, el cuidado de los aviones, el transporte de maderas y materiales de construcción, el manejo de cargas y cargas de gran tamaño, instalaciones de gran altura, extinción de incendios y misiones especiales.

Garantizar la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento de las aeronaves garantiza una fase de pruebas rigurosa y exhaustiva. Esta etapa del desarrollo de aeronaves presenta desafíos distintivos que exigen soluciones especializadas para garantizar la validación de cadenas funcionales cruciales y la mitigación de los riesgos asociados. Los componentes y sistemas de las aeronaves son críticos, por lo que requieren procedimientos de prueba especializados. Las limitaciones de programación en las pruebas de aeronaves y la complejidad de los sistemas de aeronaves exigen puntualidad y una validación rigurosa para garantizar la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento. Una solución de pruebas integral es esencial, ya que ofrece un enfoque holístico para abordar los desafíos técnicos y no técnicos, como las limitaciones de tiempo, la gestión de cambios y la gestión del ciclo de vida. 

Desafíos en las pruebas de dirigibles 

Las pruebas de aeronaves enfrentan numerosos desafíos técnicos y de programación, que se derivan en gran medida de la necesidad de validar las cadenas funcionales clave antes de que puedan integrarse en las operaciones del mundo real. Además, los clientes encuentran obstáculos importantes relacionados con la reducción de riesgos, la accesibilidad a instalaciones de pruebas adecuadas, la facilidad de los procesos de pruebas y la disponibilidad de los recursos necesarios.

Uno de los principales desafíos es la adopción de nuevas funciones. Como resultado de especificaciones y requisitos en constante cambio, los entornos de prueba de aeronaves están sujetos a cambios significativos y recableados durante toda la fase de desarrollo, lo que pone en riesgo el cronograma del programa y es costoso. Un sistema de pruebas no expansible exacerba aún más este desafío, lo que subraya la necesidad de un sistema modular más flexible.

Otro desafío importante es el proceso de certificación. Si bien las aeronaves de ala fija y rotatoria tienen procedimientos bien establecidos para obtener la certificación, las certificaciones de aeronaves están mucho menos definidas, lo que requiere navegar a través de nuevas y cambiantes normas establecidas por las autoridades nacionales, como la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (EASA) y la Administración Federal de Aviación (FAA).

Finalmente, la intensa carrera hacia el mercado en el sector de aeronaves presenta otro desafío importante. Con FLYING WHALES esforzándose por ser un favorito, muchas otras compañías también están en una carrera competitiva para desarrollar sus aeronaves, incluyendo el Pathfinder de LTARE y el Airlander de HAV. Estos contendientes líderes se enfrentan a una multitud de incertidumbres, incluyendo la identificación de las pruebas necesarias para garantizar la seguridad y el rendimiento, la gestión de los requisitos de diseño en constante evolución y la necesidad de esperar hasta que la fase de diseño se congele antes de comenzar las pruebas. Esta presión competitiva agrega complejidad y urgencia al ya exigente proceso de desarrollo y pruebas de aeronaves.

El enfoque de SoD

System-on-demand (SoD) es un proceso ágil de desarrollo de sistemas que aprovecha los componentes modulares y estándares para diseñar, integrar y ofrecer sistemas de validación y pruebas funcionales para hardware LRU, algoritmos de software embebidos, hardware-in-the-loop (HIL o HWIL), laboratorios de integración y más. El enfoque modular y comercial (COTS) funciona aprovechando los diseños preconfigurados para la mayoría de los tipos de señales. Esto garantiza que la compatibilidad y la funcionalidad se evalúen con anticipación, evitando el requisito de diseños personalizados. Cada parte, desde la conectividad de la señal y el cableado hasta la infraestructura del rack, está diseñada para ser modular, lo que permite un fácil montaje y adaptabilidad. 

SoD abarca más que solo hardware COTS ensamblado y estandarizado. Además, incluye un proceso de diseño basado en modelos, que nos permite modelar completamente el sistema desde la etapa de propuesta. Como nuestra única fuente de verdad (SSOT), este modelo se utiliza para generar todos los artefactos necesarios para construir y configurar el sistema, incluyendo configuraciones de software (controladores, conmutadores, otros componentes, etc.). Esta capacidad nos permite reaccionar rápidamente a los cambios de diseño sin necesidad de revisiones manuales de los artefactos.

SoD también ofrece una solución flexible, adaptable y modular que aborda de manera efectiva los desafíos asociados con las pruebas de aeronaves. La solución SoD de NI consta de varios elementos esenciales: 

• El centro de experiencia de NI-Düsseldorf, que ofrece instalaciones de pruebas de última generación y experiencia. 
• Un enfoque modular y comercial que facilita la rápida implementación de soluciones de pruebas personalizadas. 
• Un tiempo de entrega drásticamente reducido, disminuyendo el período promedio entre la orden de compra y la entrega de seis meses a solo quince semanas.
• Soporte local comprometido de ingenieros de aplicaciones (AE) e ingenieros de aplicación de campo (FAE), lo que garantiza una asistencia completa durante el proceso de pruebas.

El enfoque basado en modelos (MB) de SoD elimina los riesgos de los proyectos al modelar completamente el sistema durante la fase de propuesta, proporcionando al cliente una especificación detallada en lugar de solo un concepto, como es típico en entornos que no son basados en modelos. Además, el proceso de diseño basado en modelos y la arquitectura altamente estandarizada permiten modificaciones simples, que aceleran drásticamente la implementación de los cambios. Los métodos tradicionales a menudo siguen un proceso en cascada, lo que puede provocar retrasos y mayores costos debido a la reelaboración cuando cambian los requisitos. La metodología ágil de SoD permite la integración y las pruebas continuas, lo que reduce el riesgo y acelera los tiempos de entrega. Mientras que otros enfoques pueden ser rígidos y menos adaptables a los cambios, la flexibilidad y el diseño modular de SoD lo hacen superior para los requisitos de proyectos en rápida evolución.

Experiencia de FLYING WHALES con SoD

FLYING WHALES, una startup pionera en Suresnes, Francia, inicialmente buscaba transportar madera francesa a áreas aisladas, pero desde entonces ha evolucionado para incluir aplicaciones como operaciones de ayuda de emergencia y transporte de palas eólicas. Su visión se extiende más allá del transporte; aspiran a operar como una compañía aérea, enfatizando una baja huella ambiental, bajo costo, flexibilidad y seguridad. El LCA60T, su aeronave, ofrece transporte punto a punto, capacidades de vuelo estacionario para carga y descarga sin impacto ambiental, bajos costos operativos y una estructura rígida con múltiples puntos de propulsión para seguridad y control. También cuenta con certificación EASA y monitoreo de flota en tiempo real. 

Esta expansión requirió pruebas exhaustivas de los controles electrónicos de LRU, componentes cruciales para sus operaciones. El corazón del proceso de pruebas de FLYING WHALES es el Iron Whale Bench, una instalación de pruebas de integración electrónica donde todas las PCs embebidas de intercambio de vuelo y carga, el sistema eléctrico no propulsor (NPES) y el sistema de interconexión de cableado eléctrico (EWIS) están integrados. Utilizan su propio modelo de simulación representativo para introducir defectos para las pruebas de robustez y registran meticulosamente los datos de la instrumentación. El objetivo principal de Iron Whale Bench es integrar y validar las cadenas funcionales de la aeronave y mitigar los riesgos técnicos y de programación antes de la implementación en el mundo real. 

Los sistemas que se integrarán y probarán incluyen amarre, sistema eléctrico no propulsor (NPES), sistema de control de vuelo (FCS), aviónica, todos los concentradores de datos remotos (RDC), sensores de navegación, sistema de video vigilancia (VSS), sistema de carga útil, lastre y sistema de elevación.

Al asociarse con NI, FLYING WHALES aprovechó el poder de SoD para probar e integrar su aeronave, una aeronave rígida de 60 toneladas, diseñada para ser de bajo costo, flexible, segura y ecológica con una huella de carbono mínima. El proyecto NI-FLYING WHALES, que comenzó en octubre de 2023, experimentó un progreso notable con el desarrollo y la entrega de Iron Whale en menos de dos trimestres. Esta colaboración ha sido fundamental para garantizar que todos los sistemas funcionen sin problemas. The Iron Whale se desarrolló en el centro NI-Düsseldorf, donde sus avanzadas instalaciones y experiencia contribuyeron a la rápida finalización del proyecto.

NI ofrece varias ventajas clave. Los clientes pueden realizar pruebas mucho antes debido a las capacidades de integración desde el inicio. La modularidad de la arquitectura de pruebas de SOD permite agregar capacidades de prueba a un sistema existente utilizando el mismo script. El centro de experiencia de NI-Düsseldorf ayuda aplicando la metodología de pruebas directamente a la unidad bajo prueba (UUT), lo que permite una mitigación completa del riesgo previo a la compra. 

A diferencia de otros proveedores que proporcionan sistemas de pruebas cerrados, NI ofrece un enfoque COTS personalizado y definido por software, que permite a los clientes ser dueños de su sistema de pruebas. Este sistema abierto proporciona a los clientes información detallada sobre cómo se diseñó y construyó el sistema de pruebas, lo que garantiza transparencia y flexibilidad.

Esta colaboración ha facilitado la validación de cadenas funcionales, la mitigación de riesgos técnicos y de programación, y ha garantizado la disponibilidad de recursos de pruebas. Al aprovechar la experiencia y los recursos de NI, FLYING WHALES ha acelerado su proceso de desarrollo, asegurando un tiempo de comercialización más corto. Este enfoque estratégico ya ha generado importantes pedidos de compra, lo que marca un hito importante en su viaje hacia la revolución del transporte aéreo. La arquitectura modular de SoD permite que FLYING WHALES se adapte a las cambiantes especificaciones y requisitos durante la fase de pruebas. La adaptabilidad de SoD se demuestra por su capacidad para integrar a la perfección nuevos tipos de señales y cambios dentro de la arquitectura de pruebas existente, lo que garantiza procesos de pruebas eficientes y efectivos.

Conclusiones clave 

La colaboración entre NI y FLYING WHALES demuestra cómo SoD ha revolucionado las pruebas de aeronaves. SoD aceleró los plazos de desarrollo, redujo los riesgos y capacitó a los fabricantes para superar los desafíos. La premisa de SoD no solo se limita a las pruebas de aeronaves, sino también a la integración del sistema, las pruebas de verificación y validación y las pruebas de certificación. Los principios de modularidad y rápida adaptación pueden acelerar los procesos de desarrollo para otras tecnologías, reduciendo costos y acortando el tiempo de comercialización. 

La industria aeroespacial puede beneficiarse de la capacidad de los SoDs para manejar tareas de integración compuesta y procesos de validación, lo que lleva a sistemas más robustos y confiables. Esta exitosa historia de cliente ilustra aplicaciones más amplias de SoD en la industria aeroespacial, lo que indica un cambio de paradigma en las metodologías de pruebas e impulsa el desarrollo y la adopción de la tecnología de aeronaves. Más allá de las pruebas de aeronaves, las implicaciones más amplias de SoD implican un potencial sustancial para la innovación y las ganancias de eficiencia en una variedad de aplicaciones de aeronaves.