appunti per il corso rev 20 pagg 1 88

Ottimizzazione e integrazione dei Sistemi Avionici

Politecnico di Milano Facolt di Ingegneria Industriale

Ottimizzazione e Integrazione dei sistemi avioniciAppunti per il Corsorev. 20 - marzo 2011

F.Reina A. Rolando

Pagina 1 di 109


Limportanza dellAvionica nella fase di progetto, di manutenzione e di operazione di un velivolo moderno cresce continuamente per il continuo estendersi delle sue capacit funzionali, per il suo contributo alla sicurezza del volo, e anche per il suo costo. Pertanto il successo del velivolo pesantemente condizionato dal suo sistema avionico che deve assicurare le funzioni richieste con un alto livello di disponibilit e di prestazioni ad un costo accettabile e realizzando uninterfaccia uomo macchina sicuro e amichevole Da queste constatazioni deriva la necessit di assicurare che la collaborazione fra gli specialisti delle diverse discipline che contribuiscono al progetto, alla costruzione e poi alla manutenzione e alle operazioni del velivolo sia efficiente ed efficace, e che sia orientata ad ottenere la massima efficacia della missione del sistema velivolo Questo corso vuole offrire agli ingegneri aeronautici, che tipicamente hanno il compito di presidiare la realizzazione ed il funzionamento del sistema velivolo nella sua interezza, la possibilit di approfondire,controllare ed apprezzare il contributo degli specialisti avionici con i quali devono collaborare

Ottimizzazione e Integrazione dei sistemi avionici

Lottimizzazione e lintegrazione dei sistemi avionici sono due processi multitecnologici molto importanti per le imprese di costruzioni aeronautiche, per le aziende costruttrici di apparati e di sistemi di bordo e anche per gli operatori dei loro prodotti. Possono e devono fornire inoltre un contributo essenziale al continuo sforzo di migliorare sempre la sicurezza del volo. Nella pratica corrente lottimizzazione realizzata durante il progetto preliminare ( a sostegno della preparazione della proposta commerciale e della discussione precontrattuale) e durante la definizione delle specifiche del velivolo, mentre lintegrazione rientra nellattivit di progetto e sviluppo del sistema avionico. Lottimizzazione ha per obiettivo la formulazione della definizione tecnica preliminare di una architettura avionica che risponda al requisito di assicurare la pi alta probabilit di successo delle missioni previste,un adeguato potenziale di crescita,un contributo positivo alla sicurezza del volo...tenendo conto delle risorse e dei limiti del sistema superiore,cio del velivolo e dei suoi operatori Non si tratta quindi di soddisfare solo i requisiti funzionali, ma anche requisiti di sicurezza, di disponibilit, di logistica, di addestramento, che di norma dovrebbero essere precisi e documentati, ma che a volte possono essere anche pericolosamente incompleti, impliciti o addirittura ignorati, creando il rischio di generare durante lo sviluppo o addirittura in sede

F.Reina A. Rolando

Pagina 2 di 109


di consegna o in servizio, situazioni di difficolt contrattuali e di non soddisfazione del Cliente. Lintegrazione il processo successivo allottimizzazione. Partendo dallarchitettura avionica preliminare e dalla specifica tecnica contrattuale, lintegrazione ha per obiettivo la realizzazione e la sperimentazione di un progetto HW e SW capace di assicurare il corretto funzionamento di tutte le apparecchiature previste e che lefficacia del sistema integrato sia maggiore della somma dellefficacia dei singoli componenti. Questo non facile,tanto che in pratica spesso si considera gi un buon risultato evitare che i vari sottosistemi interferiscano luno con laltro disturbandosi a vicenda! La diffusione dellimpiego di apparecchiature digitali rende lattivit di sviluppo del SW una attivit caratteristica di questa fase Una buona integrazione non limitata allinterconnessione corretta dei vari sottosistemi avionici, ma si estende alla integrazione di tutto il sistema avionico di bordo col velivolo su cui installato e col sistema organizzativo che lo impiega. In alcuni importanti contratti militari il ruolo dellintegratore stato considerato cos importante da essere assegnato ad aziende che non costruiscono il velivolo, ma che si sono specializzate in questa attivit sistemistica (IBM per UH 60, Loockeed- Martin per EH 101 Merlin,...) Lottimizzazione e lintegrazione dei sistemi avionici sono particolarmente importanti per le imprese di costruzioni aeronautiche che hanno tipicamente il ruolo di integratori e certificatori dei sistemi di bordo, ma sono di grande interesse anche per le imprese utilizzatrici dei mezzi aerei ( gli Operatori) e per i costruttori dei sistemi e degli apparati installati sui velivoli Infatti sono proprio le funzioni del sistema avionico che consentono di moltiplicare le capacit operative della macchina adattandole a diversi tipi di missione e ampliando cos le possibilit di utilizzo e quindi di successo commerciale del velivolo Daltra parte la complessit e lestensione delle capacit funzionali del sistema avionico hanno portato il suo processo di progettazione e di sperimentazione a costituire un elemento fondamentale e critico del programma generale di sviluppo del velivolo a causa del suo costo e del tempo necessario per completarlo. La pianificazione, il controllo e lidentificazione del rischio dello sviluppo del sistema avionico e dei modi per mitigarlo (Risk Management) quindi diventata una attivit essenziale per il management di molti programmi aeronautici Si deve sottolineare infine che il successo dello sviluppo di un sistema avionico complesso appare sempre pi il risultato di un efficente sistema industriale capace di integrare in modo sicuro e controllato i contributi di un vastissimo numero di competenze diverse presenti nelle industrie aeronautiche, presso i loro Fornitori e presso gli Operatori. E necessario quindi integrare non solo i prodotti, ma prima ancora i processi, le competenze e gli obiettivi di molti specialisti sparsi in molte aziende in tutto il mondo in un Programma/Progetto ben armonizzato ed efficacemente controllato.

F.Reina A. Rolando

Pagina 3 di 109


Diventa quindi importante che tutte queste persone ed organizzazioni operino con un lessico e con regole comuni in modo da capirsi senza incertezze e di avere confidenza nella correttezza dei risultati dei processi eseguiti a monte. Solo cos questi risultati (prodotti, dati di progetto ecc.) possono essere accettati come inputs per i processi successivi Progettare tutto e bene gi la prima volta da sempre la grande sfida per le industrie aeronautiche ( raramente vinta) In presenza di sistemi complessi questa sfida diventa pi difficile,ma diventa ancora pi necessario vincerla Capire subito a fondo e interpretare bene i requisiti operativi espressi e impliciti il primo passo fondamentale per evitare di scoprirli a progetto concluso e di dover rincorrere con costose modifiche una competivit ormai compromessa

1.

Gli Obiettivi del Corso

Le considerazioni precedenti definiscono due obiettivi per questo corso: 1- Presentare in modo sintetico agli Studenti del biennio di specializzazione di Ingegneria Aeronautica i processi di ottimizzazione e di integrazione del sistema avionico che sono di solito sviluppati da specialisti elettronici e informatici allo scopo di facilitare il contributo di tutti ai processi di sviluppo, di manutenzione e di gestione di un velivolo moderno. 2- Riproporre al termine del biennio di specializzazione una visione unitaria del velivolo e dei suoi rapporti con il sistema superiore che lo deve impiegare per la missione per cui stato acquisito

2.

La struttura del corso:

Introduzione Parte A. Ottimizzazione dei sistemi Avionici Parte B. Integrazione dei sistemi avionici

F.Reina A. Rolando

Pagina 4 di 109


Parte A.

Ottimizzazione dei Sistemi Avionici (parte del Progetto Preliminare)

Definizione: Ottimizzare il Sistema Avionico = Definire il S.A. che assicuri: 1. la massima sicurezza del volo, 2. la pi alta probabilit di successo delle missioni previste, 3. un adeguato potenziale di crescita,.. tenendo conto delle risorse e dei limiti del sistema superiore.cio del velivolo e dei suoi utenti A.1 Lefficacia della missione come requisito fondamentale Lefficacia della missione e le sue componenti : Capacit di missione, robustezza, prestazioni rif.:AMCP 206) A.2 La struttura tipica dei requisiti

1- Come vengono espressi i requisiti militari per sistema velivolo si esaminano 2 esempi di requisiti per elicotteri militari collegando questi casi con il requisito generale dellAMCP 206 2- Come vengono espressi i requisiti civili per il sistema velivolo Si esaminano 2 esempi di requisiti per elicotteri civili 3- Come vengono espressi i requisiti di progetto militari per i sottosistemi esempio: Comandi di volo MIL-F9490D 4- Come vengono espressi i requisiti di progetto civili per i sottosistemi Esempio: Comandi di volo EASA CS 29 5- La necessit di imparare dallesperienza operativa : Handling Qualities e situation awareness : Paper di D.. Key 6- Il requisito di Human factors 7- I requisiti di supporto : logistica e training 8- I requisiti funzionali avionici : civili e militari a. overview e esempi di configurazioni (Agusta, ATR,Collins, Honeywell,) b. I Technical Standard Orders (TSO) 9- Esempi di risposta ai requisiti: Tipiche configurazioni avioniche militari e civili

F.Reina A. Rolando

Pagina 5 di 109


A.3

Il requisito dominante per legge: La sicurezza del volo e le norme applicabili La Sicurezza e la Aeronavigabilit La certificazione degli aeromobili La certificazione delle organizzazioni Le Norme EASA Altre normative applicabili ai prodotti aeronautici

Parte B

LINTEGRAZIONE DEI SISTEMI (Parte del progetto esecutivo)

Definizione: Progettare e dimostrare unArchitettura avionica che soddisfi i requisiti del sistema. (Architecture : The organizational structure of a system, identifying its components, their interfaces and a concept of execution among them. Da : MIL-STD-498) B.1 Lo sviluppo del progetto del sistema Avionico Integrato I Macroprocessi dello sviluppo avionico La definizione dell Architettura Il Progetto di dettaglio La Documentazione del Progetto ( il lessico comune.) Il System Requirement Document Il System Design Document Lo Sviluppo del S.W I Riesami del Progetto ( Design Reviews) La conclusione del progetto ( Declaration of design and performance - DPP) Esempi di Architetture - a livello di Sistema - a livello di Sottosistema Lintegrazione dellHW Avionico col velivolo Installazione Problemi Criticit

B.2

B.3 B.4. B.5

B.6.

F.Reina A. Rolando

Pagina 6 di 109


3-

Materiale didattico1) Il testo consigliato: Digital Avionic Systems Cary R. Spitzer: Cap. 1 Establishing the Avionic System requirements ( tutto eccettuato : Mission Analysis) Cap. 2: Data Buses: Caratteristiche generali di MIL-STD-1553 e di ARINC 429 Cap. 3 Crew Interfaces: Laying out the cockpit Cap. 5 Fault Tolerance Cap. 7 Architectures Cap. 8 Fitting the Sistem into the Aircraft : Keeping the avionics cool Cap. 9 Hardware Validation:Electromagnetic interference Cap. 10 Software Design, Assesment and Validation( The essentials of SW development,, What DO 178 requires,)

2) Appunti per il Corso

(2009)

F. Reina

3) I Riferimenti a. Il ruolo degli ingegneri nel mutato contesto normativo Internazionale (vedi bacheca) b. Conf. IFSC presentazione di AIRBUS (vedi bacheca) c. AMCP 706- 201 Dept of the Army, Engineering Design Handbook (vedi bacheca) d. Slides : Efficacia della missione (Vedi bacheca) e. Esempi di requisiti militari a livello di sistema: Un elicottero da ricognizione Un elicottero navale. f. MIL-F-9490 Flight Control Design g. Pilot Error Mishap data and the implications for Handling Qualities D.L..Key (vedi bacheca) h. Esempi di configurazione Basica e di Kits. i. Papers IFSC : Italian Flight Safety Committee : Pres. Parlamento e Conferenza (vedi bacheca) j. Presentazione di un tipico sistema di Quality Assurance (QA) k. EASA Part 29 : Requirements, Large Rotorcraft (vedi sito Web di EASA) l. EASA Part 21: Procedure for... (vedi sito Web di EASA) m. Presentazioni e Data Sheets di Collins, Honeywell, ecc.( siti internet) n. Cruscotti o. Analisi dellarchitettura avionica di elicotteri civili p. Esempi di Interface Control Documents (ICD)

F.Reina A. Rolando

Pagina 7 di 109


4. Considerazioni preliminariPu essere utile iniziare il corso presentando alcuni aspetti del contesto in cui opera unazienda di Costruzioni Aeronautiche : 4.1 Il ruolo degli ingegneri 4.2 Il ciclo di vita di un prodotto aeronautico (Life Cycle) 4.3 La formulazione dei requisiti 4.4 la sicurezza del volo

4.1 Il ruolo degli Ingegneri(Riferimento :a)

Gli obiettivi del corso citati inizialmente possono essere spiegati in un quadro pi ampio dalla seguente riflessione sul ruolo degli ingegneri nello sviluppo dellindustria aeronautica che stata presentata dallAmministratore Delegato di Agusta ing. A. Caporaletti ad un convegno dellOrdine degli ingegneri di Roma in occasione delle celebrazioni per i 100 anni dellAviazione Civile.

Il ruolo degli ingegneri nel mutato contesto normativo internazionaleRoma, 10 dicembre 2003 : Convegno dellOrdine degli Ingegneri di Roma Il tema del convegno associa appropriatamente il ricordo di cento anni di aviazione civile al ruolo che gli ingegneri di oggi sono chiamati a svolgere per continuarne lo sviluppo. Appare evidente una prima considerazione: il successo dellAviazione Civile stato ottenuto grazie alla capacit di offrire un altissimo livello di sicurezza associato a costi accettabili e ad adeguati livelli di disponibilit e di comfort per i passeggeri. Questo risultato stato raggiunto grazie ai contributi di molti protagonisti di questi cento anni: ricordiamo i piloti, gli imprenditori, i ricercatori in molte discipline e anche agli ingegneri intendendo con questo termine non solo i laureati in ingegneria,ma anche i geniali progettisti che da sempre hanno lavorato negli uffici tecnici delle imprese di costruzioni aeronautiche.

Attualmente agli Ingegneri che operano presso queste Imprese si presenta una sfida non facile : si tratta di continuare a migliorare contemporaneamente la sicurezza del volo e la redditivit economica degli aeromobili e dei loro sistemi di supporto. E necessario proporre una strategia realistica per affrontare questa sfida e definire un identikit degli Ingegneri che sapranno vincerla

F.Reina A. Rolando

Pagina 8 di 109


1- Il miglioramento della sicurezza

Le Norme aeronautiche definiscono gli standard di sicurezza accettabili e costituiscono la linea guida per il loro miglioramento continuo E interessante notare che le norme attuali prescrivono non solo i requisiti di sicurezza, ma anche i metodi per verificarli e dimostrare alle Autorit di averli raggiunti. Come noto il contesto normativo di riferimento per gli ingegneri impegnati nellImpresa di Costruzioni Aeronautiche stato caratterizzato finora dalle norme JAR (Joint Aviation Regulations) emesse dalle Joint Aviation Authorities (JAA) che recentemente si sono integrate a costituire lEASA (European Aviation Safety Authority) avendo preso atto che la sicurezza del volo non pu essere assicurata dalle sole Autorit Nazionali Le norme JAR- 27 e -29 presentano i requisiti di Aeronavigabilit (sicurezza ) applicabili agli Elicotteri, mentre la dimostrazione di aver soddisfatto questi requisiti deve avvenire secondo la procedura JAR 21 (ora EASA Part 21) che si applica alle Aziende di Progettazione e di Produzione Queste Norme costituiscono un obbligo di Legge Due requisiti caratteristici della JAR 21 sono: Innanzitutto viene attribuita allImpresa certificata la responsabilit totale del raggiungimento dei Requisiti di Aeronavigabilit applicabili al proprio prodotto finale sia per le parti di proprio progetto che per le parti di acquisto . In oltre viene richiesto che lazienda attivi in parallelo ai normali processi di progetto e di prova,anche un proprio processo indipendente di verifica che i requisiti di aeronavigabilit siano stati soddisfatti. Questa verifica viene affidata ad una figura professionale specifica, definita Compliance Verification Engineer (CVE) che di fatto svolge il ruolo di controllo che era tradizionalmente esercitato dalle Autorit Aeronautiche.

In generale, interessante notare che una buona riposta alla JAR 21 implica che lAzienda sia organizzata per assicurare un efficiente Controllo dei Processi e il loro miglioramento continuo; proprio come richiesto dalle norme della famiglia ISO 9000

F.Reina A. Rolando

Pagina 9 di 109


Esiste quindi una sostanziale simmetria e complementariet fra le norme specificamente aeronautiche e quelle che rappresentano lo stato dellarte per la qualit dellindustria mondiale In sintesi il contesto normativo tende ad assicurare la sicurezza del volo impegnando lAzienda a progettare e costruire con processi che siano pianificati,documentati, controllati e applicati sistematicamente in modo che prodotto sia sempre conforme ai requisiti (non quasi sempre) e i processi siano orientati a prevenire le non conformit e non solo a correggerle. Rispondere a questo requisito pu gi sembrare un traguardo alquanto ambizioso, ma non ancora sufficiente; il cammino pi impegnativo parte da qui .

2- Il miglioramento della redditivit dei prodotti. Per riuscire effettivamente a migliorare ancora sia la sicurezza che la redditivit dei prodotti aeronautici appare necessario elaborare continuamente nuove strategie indirizzate sia al miglioramento dei processi che al miglioramento dei prodotti. Due esempi significativi di queste strategie possono essere questi : 1. Progettare e costruire i velivoli ed erogare servizi in modo da ottenere il risultato desiderato al primo colpo, minimizzando la necessit di modifiche in produzione e ripetizioni di attivit di sviluppo 2. Progettare in modo che i requisiti di sicurezza pi avanzati diventino anche opportunit di miglioramento dellefficienza e della competitivit del prodotto --Un modo di perseguire la prima strategia lapplicazione sistematica del Concurrent Engineering . In Agusta, per esempio, questo ha consentito di assegnare la costruzione dei prototipi direttamente ai reparti di Produzione piuttosto che al Reparto Sperimentale. E stato possibile quindi realizzare subito macchine di pre-serie in luogo dei tradizionali prototipi sperimentali anticipando la fase di industrializzazione e riducendo notevolmente costi e tempi di sviluppo. Naturalmente il successo di questa strategia impegna tutti i lavoratori dellazienda al miglioramento continuo,ma in particolare deve coinvolgere gli Ingegneri cui risale la responsabilit di definire e controllare i processi pi importanti.

F.Reina A. Rolando

Pagina 10 di 109


Pu essere interessante osservare in quali funzioni aziendali sono attivi i 512 ingegneri che lavorano in Agusta (su un totale di 4604 dipendenti-anno 2003) Progettazione e sviluppo Produzione e Montaggio finale Program management, programmazione, Gestione materiali, Direzione commerciale Supporto prodotto Staff 251 120 31 35 28 39

Il Comitato di Direzione costituito da 8 membri di cui 7 sono Ingegneri Dei 512 Ingegneri, 279 sono Aeronautici, 114 Avionici, 77 meccanici, 42 di altre specializzazioni La distribuzione degli ingegneri in Azienda indica chiaramente che la grande variet dei loro ruoli richiede competenze molto diverse fra loro. Queste specializzazioni devono tuttavia essere profondamente integrate dalla comune cultura della sicurezza del volo (obbligatoria per legge), della efficienza economica e della soddisfazione del cliente finale (attese dagli Azionisti ed essenziali per la competitivit e la sopravvivenza dellazienda)

- Ma lefficienza della singola Azienda non basta. E essenziale rilevare che oggi un prodotto complesso come un elicottero viene costruito da una sistema industriale altrettanto complesso costituito da Prime Contractors, Partners,Fornitori, Subfornitori,Stockisti,ecc. che spesso distribuito geograficamente in tutto il mondo. (fig. 2) Il ruolo di interconnessione e di comunicazione allinterno di questo sistema industriale fondamentale per il suo successo tecnico ed economico ed affidato tipicamente agli ingegneri operanti nelle diverse imprese e presso le Autorit Aeronautiche. Questo ruolo pur essendo basato sul lessico comune costituito dalle norme accettate da tutti su base mondiale, non facile ed spesso critico perch implica una attenta previsione e gestione del rischio tecnico delle attivit assegnate ai vari Partners e lindividuazione dei modi opportuni per mitigarlo.

F.Reina A. Rolando

Pagina 11 di 109


Tuttavia e proprio dal buon funzionamento di questo sistema di collaborazioni che dipende spesso il successo della prima strategia che propone di progettare e costruire bene al primo colpo per ridurre tempi e costi di sviluppo e produzione La seconda strategia impegna sopratutto i progettisti e mira a rispondere ai crescenti requisiti di sicurezza senza penalizzare le caratteristiche operative. La cosa non facile, ma possibile pi di quanto si possa credere. Il progetto del nuovo elicottero AB 139 rappresenta un esempio di applicazione di questa strategia. Infatti esso risponde a tutti gli emendamenti della FAR 29 relativi alla sicurezza (Tolleranza ai danneggiamenti, Crashworthiness, Operazioni in categoria A, post crash fire, collisione con uccelli, esplosione del disco turbina), ma alcune delle soluzioni tecniche adottate a questi scopi, hanno anche consentito di migliorare la disponibilit operativa dellelicottero e il suo indice di produttivit (definito come una funzione del Carico pagante, della velocit e della distanza percorribile) che passato da 2,86 degli elicotteri attuali a 5,47 (Rif a in bacheca : fig. 3 : Mission Readiness ; Fig. 4 : Productivity Index) Pur avendo citato solo qualche aspetto dello scenario che gli ingegneri delle imprese di costruzioni aeronautiche stanno incontrando oggi, si pu concludere che il prossimo sviluppo dellaviazione civile richieder un grande impegno sia di innovazione che di consolidamento e che gli ingegneri avranno ampie opportunit di esserne i protagonisti. Le loro caratteristiche personali e professionali possono essere sintetizzate nei 10 punti seguenti

3-

Le 10 Caratteristiche degli Ingegneri di cui abbiamo bisogno

Dean Borgman, Presidente della Sikorsky Aircraft in un discorso alla Universit di New Heaven ha elencato in 10 punti le caratteristiche che fanno un Grande Ingegnere. UNO- La competenza tecnica Questa senzaltro la prima e pi importante caratteristica di un ingegnere. Senza limpegno a conquistarla e mantenerla conviene cambiare mestiere, sarete pi felici e il mondo sar pi sicuro!

F.Reina A. Rolando

Pagina 12 di 109


DUE- Essere orientati allApplicazione Non si deve pensare che se un po di testing una buona cosa,molto testing ancora meglio e un testing infinito porta alla perfezione. Occorre chiedersi sempre: linformazione che ottengo vale il suo costo di tempo e di denaro? TRE- Confidenza in se stessi Lincertezza e lincompletezza delle informazioni sono casi frequenti nellindustria, non leccezione. I migliori ingegneri affrontano questa situazione con confidenza, nata dalla competenza tecnica e dalla fiducia nel proprio giudizio QUATTRO- Creativit Questa una qualit importantissima di un buon ingegnere. La maggior parte dei problemi hanno pi di una soluzione.La creativit consiste nel valutare metodicamente con la stessa apertura mentale sia le soluzioni ovvie che quelle meno evidenti e poi nel chiedersi se ci possono essere soluzioni completamente diverse . CINQUEChiarezza di comunicazione La chiarezza nelle comunicazioni verbali e scritte dovrebbe essere un impegno sacrosanto degli ingegneri, in particolare quando si rivolgono al di fuori della propria cerchia. In caso contrario rischiamo di confondere i nostri interlocutori e in molti casi questo pu diventare pericoloso ( Specifiche, test reports, manuali) SEI- Spirito di collaborazione I problemi facili si risolvono facilmente, sono quelli complessi che consumano pi tempo. Raggiungere la conclusione corretta richiede molto dibattito e lunghe discussioni. Lingegnere ideale quello capace di partecipare a un dibattito vivace senza renderlo personale, con un totale impegno per il successo del gruppo, non per quello individuale SETTE- Avere un ampia prospettiva A volte la formazione degli ingegneri inizia e continua in un ambito specialistico dal quale si pu perdere di vista lo scopo finale del prodotto. E importante invece avere sempre chiaro il contesto generale in cui si opera,per rendere pi efficace il coordinamento degli sforzi di tutti OTTOIl senso del business Quasi ogni problema pu essere risolto se sono disponibili molte risorse e molto tempo. Ma la dura realt che quasi ogni programma viene affrontato con risorse sottodimensionate.

F.Reina A. Rolando

Pagina 13 di 109


I buoni ingegneri devono saper convivere con queste condizioni ed essere sempre disposti a facilitare il compito degli altri nellinteresse del business generale, resistendo alla tentazione di pretendere quante pi risorse possibili per il proprio settore . NOVECapacit di convincere Nel nostro campo, come avviene per i medici, la nostra competenza tecnica normalmente molto superiore a quella dei nostri clienti. E importante quindi essere capaci di usare questa competenza in modo positivo,sapendoci mettere dalla loro parte sopratutto quando ci si rende conto che si stanno avviando in una direzione sbagliata DIECIOttimismo Questa la caratteristica pi bella e una delle pi importanti, perch genera tenacia e determinazione. Igor Sikorsky costru il suo primo elicottero nel 1908, ma non realizz il primo elicottero di successo fino al 1935, quando ebbe lidea del rotore anticoppia verticale A tutti capiter di sbagliarsi e di incontrare delusioni, ma se siamo ottimisti saremo inaffondabili

F.Reina A. Rolando

Pagina 14 di 109


4.2 Il Ciclo di vita (Life Cycle) di un prodotto aeronauticoLa seconda considerazione preliminare tende a presentare sinteticamente il processo industriale tipico di unazienda di Costruzioni Aeronautiche per collocare nel loro contesto generale le fasi di ottimizzazione e integrazione dei sistemi avionici. La sequenza delle attivit che concorrono alla realizzazione della fornitura, nel nostro caso di un velivolo, viene spesso identificata nel lessico industriale col termine ciclo di vita (Life Cycle). Questa sequenza e suddivisibile in fasi distinte (dalle fasi preliminari di marketing ed offerta a quelle finali di assistenza logistica). Ciascuna fase individua una porzione del processo realizzativo e si conclude con un evento significativo E importante osservare il seguente schema semplificato della struttura complessiva del C.di V. per individuare la collocazione dell ottimizzazione e dellintegrazione del sistema avionico nel flusso generale delle attivit che concorrono alla realizzazione di un velivolo e per rendersi conto della complessit generale di un tipico programma aeronautico. Va notato che proprio per la sua complessit il programma viene controllato con tecniche di gestione specifiche che ad esempio per Finmeccanica, comprendono : Il Program Management (Life Cicle Management and project Control) Il Risk Management, La Creazione di valore

F.Reina A. Rolando

Pagina 15 di 109


MACRO FASI Marketing Preparazione della proposta

FASI - Analisi del Mercato - Ricezione della Request for Proposal - Analisi del requisito - Decisione di preparare la proposta - Progetto preliminare e scelte di progetto -Preparazione della Proposta - Presentazione della proposta, negoziazione - Definizione delle specifiche contrattuali - Definizione del contratto - Programmazione e Lancio del progetto - Progettazione dellarchitettura e dellintegrazione dei sistemi - Acquisti e Lancio dei sottocontratti - Progettazione dei sistemi e sviluppo del SW - Progettazione delle installazioni del velivolo - Realizzazione del sistema integrato in laboratorio (Integration Rig) - Realizzazione dei primi esemplari di produzione - Installazione sui velivoli sperimentali e prove di volo - Declaration of Design and Performance (DDP)

Negoziazione dl contratto Pianificazione, progettazione, sviluppo.

Certificazione

- Prove di certificazione qualificazione - Manuale di volo - Certificato di tipo Ingegneria industriale Ingegneria di fabbricazione Sottocontratti e acquisti Costruzione dei componenti Montaggio finale Emissione del Certificato di aeronavigabilit Accettazione e consegna Manuale di manutenzione Training Attivazione dell Integrated Logistic System (ILS) Gestione dellAeronavigabilit continua Pagina 16 di 109 della soddisfazione del Cliente Monitoraggio

Produzione

Consegna Assistenza tecnica e supporto logistico

F.Reina A. Rolando


4.3.

La formulazione dei requisiti aeronautici

Il punto di partenza,cio linput del processo di ottimizzazione del sistema avionico di un velivolo dovrebbe essere sempre un Requisito Operativo (Operational Requirement) espresso dallOperatore che descriva compiutamente tutte le necessit operative cui il velivolo dovr rispondere, ed anche lambiente naturale e tecnico in cui in cui dovr operare. Questo requisito, che viene emesso in genere come una richiesta di proposta per il lancio di una gara (Request for proposal : RFP), costituisce la base che consente al progettista di elaborare una Proposta tecnica che in modo preliminare, ma preciso e strutturato definir il sistema velivolo e le capacit operative che sono ritenute necessarie e fattibili per raggiungere la miglior efficacia di missione nei limiti della disponibilit economica e temporale espressi dal Requisito. Una volta accettata dal Cliente, questa Proposta, che rappresenta anche il miglior compromesso realizzabile con la tecnologia disponibile fra i requisiti e i limiti del programma, costituir a sua volta linput per definire i documenti contrattuali (SpecificaTecnica) ed il progetto preliminare del sistema I requisiti operativi possono essere presentati in modi molto diversi in funzione della loro origine e la risposta tecnica ad essi altrettanto diversificata Ad esempio: 4.3.1 I requisiti civili non governativi Tipicamente i requisiti civili tengono conto della necessit di non richiedere costosi programmi di sviluppo, per cui sono orientati a macchine esistenti sulle quali vengono richieste specifiche installazioni di impianti di missione. Sono inoltre caratterizzati da richieste particolarmente precise ed esigenti per i parametri di costo per ora di volo e di disponibilit per la missione (es. :supporto alle piattaforme offshore, trasporto VIP, ambulanza, ecc) E interessante notare che per i grandi velivoli da trasporto la configurazione avionica di un modello di velivolo in genere la stessa per tutti i Clienti i quali si limitano a scegliere in una lista relativamente limitata di opzioni lallestimento della cabina passeggeri,limpianto di intrattenimento o qualche apparato particolare Spesso questi impianti di personalizzazione vengono installati dopo che il velivolo stato completamente costruito in configurazione standard Al contrario gli elicotteri,che tipicamente hanno impieghi molto diversificati, richiedono spesso allestimenti avionici specifici generando molte configurazioni diverse per ogni modello di elicottero basico.

F.Reina A. Rolando

Pagina 17 di 109


4.3.2 I requisiti governativi militari I requisiti militari possono invece richiedere versioni speciali di velivoli esistenti,ma anche sviluppi completamente nuovi,quando il requisito presenta caratteristiche particolarmente innovative. In genere inoltre i requisiti governativi sono orientati alla acquisizione di numerosi velivoli dello stesso modello e comportano programmi di sviluppo e di produzione che quasi sempre hanno un carattere di collaborazione internazionale 4.3.3 I requisiti commerciali elaborati dai Costruttori In alcuni casi le aziende costruttrici elaborano direttamente sulla base di proprie ricerche di mercato o di opportunit commerciali unipotesi di requisito su cui basano lo sviluppo di un nuovo velivolo e la definizione delle relative specifiche tecniche. In Italia questo stato il caso del velivolo addestratore AEM 346 e dellelicottero AB 139 . Inoltre i requisiti possono essere espressi in modo molto diverso in funzione della durata e del rischio tecnico dello sviluppo del progetto. Ad esempio: - Un programma a lungo termine di aggiornamento o di sostituzione di una flotta viene normalmente lanciato sulla base di un requisito molto dettagliato -. Al contrario in particolari condizioni di urgenza un requisito molto sintetico pu essere ritenuto sufficiente per un progetto anche complesso. - Un requisito convenzionale con un modesto livello di innovazione pu essere soddisfatto off the shelf da un modello gi qualificato cui vengono applicate modifiche limitate con un basso rischio economico e temporale per il programma - Al contrario,un requisito tecnicamente molto innovativo porta tipicamente alla proposta di un programma di sviluppo il cui risultato in termini di soddisfacimento del requisito non pu essere previsto con certezza . In questi casi si devono gestire rischi elevati di superamento del budget o addirittura di cancellazione del programma con particolari tecniche di Program Management e di sperimentazione tecnologica preventiva. E evidente in ogni caso lestrema importanza di disporre di un requisito che -- tenga conto delle esigenze operative prevedibili per il momento in cui il velivolo sar disponibile per i Clienti Tipicamente il time to market pu variare da 4-5 anni per velivoli civili a 12-15 anni per velivoli militari particolarmente innovativi. Deve essere quindi prevista la necessit di

F.Reina A. Rolando

Pagina 18 di 109


rispondere in modo non traumatico ai nuovi requisiti che possono emergere in un periodo cos lungo. -- preveda con realismo la capacit di crescita del peso necessaria per sostenere una vita operativa molto lunga ( superiore ai 30 anni) --possa essere realizzato con soluzioni tecniche avanzate e innovative quanto realmente necessario, ma non inutilmente avventurose. Un documento di requisito, completo, ben strutturato e concordato una condizione necessaria per il successo dell ottimizzazione avionica e del programma di sviluppo perch riduce il rischio di dover introdurre modifiche al progetto ormai avanzato con i costi ed i ritardi che comportano.

4. 4

La sicurezza del Volo: Un requisito dato per scontato:

(Riferimento: b.) La presentazione di J. Davis di AIRBUS Industries al convegno Sicurezza del volo: Strumenti Prospettive (Roma, 12 aprile 2002) concludeva citando le 10 cose giuste da fare per prime. Fra queste ben cinque possono essere realizzate con particolari funzioni avioniche quindi sono di interesse per questo corso: 1- Sapere dove ci si trova,in qualsiasi punto del globo GPS e avvicinamenti tipo ILSsu tutte le piste 2. Sapere dove sono gli ostacoli: Sistemi avanzati di Ground proximity Warning 3- Sapere dove sono gli altri velivoli Sistemi di Collision Avoidance 4- Sapere dove si trova la situazione meteo pericolosa Allarme preventivo delle condizioni di turbolenza intensa 5- Prevenire la perdita di controllo Installare flight envelope protection in tutti i nuovi velivoli Le altre cinque sono orientate alla prevenzione dellerrore umano che resta comunque la causa dominante degli incidenti di volo Cominciamo il corso esaminando come viene sviluppato un requisito ed esempi significativi alcuni

F.Reina A. Rolando

Pagina 19 di 109


Parte A.1.

Ottimizzazione dei Sistemi AvioniciDefinizione

Ottimizzare il Sistema Avionico= Definire il S.A. che assicuri la massima sicurezza del volo, la pi alta probabilit di successo delle missioni previste,un adeguato potenziale di crescita,..tenendo conto delle risorse e dei limiti del sistema superiore.cio del velivolo e dei suoi utenti In linea di principio, il processo di ottimizzazione dei sistemi si dovrebbe svolgere partendo dallanalisi della missione e del requisito operativo tutte le volte che viene lanciato lo sviluppo di un velivolo nuovo (caso raro), di un nuovo allestimento di un velivolo esistente e gi certificato, (caso frequente) ,di una modifica migliorativa di una funzione di un allestimento esistente (caso frequentissimo) Questo processo dovrebbe poi essere seguito dalla definizione e dalla valutazione di diverse alternative di soluzione e dalla scelta finale del progetto pi favorevole. La prassi In realt nella prassi corrente non avviene sempre cos; la mancanza di un requisito completo, le preferenze dei Clienti,la disponibilit di soluzioni gi sviluppate con successo,il giudizio tecnico immediato espresso da persone esperte, permettono spesso di semplificare e velocizzare il processo di ottimizzazione arrivando alla definizione del nuovo sistema senza formalizzare lanalisi del requisito e analizzare tutte le alternative di progetto possibili Questi short-cuts sono spesso rapidi e sicuri, tuttavia non consentono di documentare il collegamento tra le decisioni di progetto ed i requisiti cui intendevano rispondere e, nei casi complessi, possono creare difficolt serie nel gestire con sicurezza le inevitabili evoluzioni del requisito e le relative modifiche.

Lo stato dellarte Attualmente si considera importante che lottimizzazione, cio il progetto preliminare dei sistemi avvenga con un processo controllato in modo da assicurare che non sfuggano i requisiti realmente importanti anche se non precisamente espressi e che non vengano spese risorse ingiustificate per rispondere a requisiti secondari .

F.Reina A. Rolando

Pagina 20 di 109


Fondamentalmente va ricordato che un requisito ben strutturato che definisca con precisione tutte e solo le caratteristiche necessarie per ottenere una soddisfacente efficacia della missione nei limiti dei mezzi disponibili lelemento fondamentale del successo del programma di sviluppo perch rende possibile raggiungere la soddisfazione del Cliente e riduce il rischio di pesanti modifiche durante lo sviluppo In pratica a volte il requisito espresso dal cliente non completo e preciso, diventa quindi assolutamente necessario sottoporlo ad una analisi attenta che permetta di completarlo e strutturarlo in modo sufficiente a costituire la base per un buon progetto preliminare Va infatti tenuto presente che il progetto preliminare genera il primo documento tecnico di risposta al requisito ed quindi un elemento fondamentale per le valutazioni che il Cliente conduce per scegliere fra i vari competitori il vincitore della gara per lo sviluppo e la fornitura dei velivoli . Costituisce inoltre la base su cui lazienda elabora la previsione dei tempi e dei costi del programma, valuta i rischi e stabilisce gli appropriati margini di sicurezza (contingencies) Lanalisi del requisito va condotta anche nel caso in cui il cliente definisca a priori lelenco delle apparecchiature che desidera siano installate. E infatti opportuno evidenziare prima del contratto leffetto della configurazione scelta sullefficacia di missione del sistema completo (ad esempio il peso,laffidabilit, le prestazioni possono rivelarsi incompatibili con il risultato operativo atteso dal sistema velivolo)

Il processo di ottimizzazione che porta al progetto preliminare dei sistemi e alla definizione della proposta tecnica, caratterizzato da: Un input,cio il requisito iniziale del Cliente eventualmente elaborato per precisare tutte le aspettative espresse, implicite e anche quelle dimenticate Alcune fasi essenziali,cio Lanalisi del requisito e della missione la identificazione e la giustificazione delle scelte importanti di progetto preliminare che determinano le caratteristiche e le funzioni necessarie per rispondere a tutti i requisiti la verifica continua che i limiti imposti dal sistema superiore siano rispettati ( Costo, peso, dimensioni,affidabilit ...ecc.) La previsione dei tempi e dei costi la definizione dei metodi di gestione del rischio (Alternative di progetto, sperimentazioni anticipate,ecc) La preparazione della documentazione del progetto preliminare La preparazione della Specifica tecnica - Levento conclusivo : La presentazione della proposta

F.Reina A. Rolando

Pagina 21 di 109


A.1

Lefficacia della missione come requisito fondamentale

DallEfficacia della Missione al Requisito di Sistema ( Riferimento:c) Lo schema concettuale del processo di definizione di un requisito descritto dal Capitolo 2 del riferimento AMCP 706-201 ed esemplificato dal Testo DAS Cap. 1 Il Capitolo 2 Mission Effectiveness presenta i concetti che sono alla base della definizione di un requisito militare Quasi tutti questi concetti sono per generalizzabili in quanto costituiscono una semplice ma essenziale base teorica di considerazioni sulla efficacia di missione che possono essere applicate a qualsiasi utente

a. Requisiti di sistema ed efficacia della missione Un velivolo deve svolgere la sua missione come un componente ben integrato di un sistema organizzato (i.e lutente civile o militare) che gli associa altri sistemi e componenti Va notato che il sistema utente ha le sue caratteristiche ed i suoi limiti: normalmente di budget, di efficienza e di addestramento; di cui necessario tenere conto. Gli inputs per il progettista del sistema velivolo sono i requisiti della missione ed i limiti imposti dal sistema superiore; loutput del progetto la prestazione di missione (e non solo le caratteristiche di volo del velivolo!) Lefficacia di missione diventa quindi il criterio di giudizio complessivo della prestazione del sistema complessivo. b. Requisiti di sistema Le origini del requisito possono essere diverse: 1. La possibilit di maggiori capacit operative offerte dal progresso dello stato dellarte 2. Difetti rilevati dallesperienza operativa precedente 3. Una necessit operativa nuova o una minaccia per cui non esiste una capacit adeguata di risposta 4. Concetti derivati da analisi strategiche della situazione operativa o da studi a lungo termine E compito del progettista analizzare ed assimilare il requisito e definire -attraverso la sua capacit tecnica, i necessari compromessi e lottimizzazione- il sistema che ha la pi alta probabilit di soddisfare il requisito al minor costo possibile

F.Reina A. Rolando

Pagina 22 di 109


c. Il trade off : stabilire la priorit fra requisiti contrastanti Stabilire le priorit fa i diversi requisiti ( p.es.: tra prestazioni e costo; manutenibilit e peso) uno dei compiti pi critici della formulazione di un requisito di sistema E infatti essenziale stabilire questa priorit allo scopo di non compromettere il risultato atteso e di assicurare che le caratteristiche essenziali siano raggiunte rispettando i limiti di costo e di peso imposti dal sistema superiore d. La misura dellefficacia di missione la probabilit di condurre a termine con successo la missione. Per definire questa probabilit necessario identificare gli elementi di primo livello che costituiscono lefficacia di missione. A questo scopo si devono prendere in considerazione quattro fattori: 1. 2. 3. 4. Disponibilit delle Capacit per la missione Robustezza Prestazioni complessive Costo (Mission readiness) (Survivability) (Performance)

La loro relazione pu essere espressa come: Mission effectiveness = f ( M. Readiness, Survivability, Performance) = f ( Disponibilit delle capacit, Robustezza, Prestazioni) Il costo il denominatore comune. Quindi: Mission effectiveness/ costo = f ( M. Readiness / costo, Survivability/ costo, Performance/ costo) Questa funzione ha solo un significato concettuale perch ciascun fattore troppo complesso per essere espresso da un modello matematico attendibile. Quindi necessario analizzare pi in dettaglio ciascun fattore

A.1.1

Mission Readiness = f (Mission capability, Availability)Disponibilit delle Capacit = f (Capacit di missione, Disponibilit)

Capacit di missione : La capacit funzionale di una Configurazione/Allestimento di sostenere la missione Disponibilit : Stato di efficienza della configurazione

F.Reina A. Rolando

Pagina 23 di 109


A.1.1.1

Mission Capability Non si presta a essere espressa e misurata come probabilit perch il risultato delle funzioni offerte dal velivolo e dai suoi impianti per sostenere la missione operativa. La capacit di missione non considera il livello della prestazione di un impianto (v. par A.1.3), ma solo la sua presenza a bordo. In pratica la capacit di missione viene descritta dallelenco delle apparecchiature di missione (M.E.P. Mission Equipment Package) e dalle predisposizioni per installare rapidamente sul campo apparati o impianti speciali che possono non essere continuamente imbarcati (per esempio per i filtri antisabbia o il verricello di soccorso e i galleggianti di emergenza di un elicottero )

A.1.1.2. Availability = Disponibilit =f ( Affidabilit, Manutenibilit) Pu essere espressa come probabilit: A= MTBMA/MTBMA+MTTR Mean Time Between Maintenance Actions / MTBMA + Mean Time To Repair Indica la probabilit che per un certo periodo di tempo il velivolo sia disponibile per la missione tenendo conto sia delle azioni di manutenzione preventive (programmabili) che di quelle correttive (non programmabili). In pratica utile individuare diversi livelli di Disponibilit, ad esempio: La disponibilit intrinseca A1= Mean Time Between Failures/Meantime between Failures +Mean time to repair la Disponibilit Attesa A2 =MTBF/MTBF+MTTR+MT for Scheduled Maintenance la Disponibilit Operativa A3 =MTBF/MTBF+MTTR+MT for Scheduled Maintenance +MT for logistic action

-

La disponibilit operativa evidentemente non dipende solo dalle caratteristiche di progetto, ma sopratutto dalla efficienza del sistema logistico.

F.Reina A. Rolando

Pagina 24 di 109


NOTA 1 La probabilit di Disponibilit per un sistema complesso il prodotto delle probabilit delle Disponibilit dei componenti, quindi diminuisce con laumentare del loro numero o della complessit del sistema. Lobiettivo del progettista quindi : - ottenere la prestazione di missione desiderata limitando il numero e la complessit dei sottosistemi - massimizzare la probabilit di disponibilit aumentando la affidabilit e la manutenibilit NOTA 2 Le due componenti della disponibilit, cio lAffidabilit e la Manutenibilit, sono requisiti soddisfacibili sopratutto nella fase di progetto. La loro importanza tale che spesso nelle organizzazioni di progettazione viene istituito un ufficio specifico dedicato alla Reliability And Maintenability, (RAM) che ha il compito di ripartire il requisito complessivo di disponibilit sui vari sistemi del velivolo attribuendo ai vari gruppi di progetto gli obiettivi di affidabilit e manutenibilit da raggiungere per ciascun sistema. Lufficio RAM ha anche il compito di controllare in occasione dei riesami del progetto che gli obbiettivi assegnati siano effettivamente raggiunti Laffidabilit degli impianti critici determina ovviamente il livello di sicurezza del volo, (vedi JAR 25, pg 2-F-5) pertanto le analisi di affidabilit sono anche la base per la dimostrazione della sicurezza (safety) per ottenere la certificazione di aeronavigabilit NOTA 3 Per ottenere la Disponibilit Operativa desiderata ad un costo predeterminato, in molti casi sia gli operatori civili che i militari affidano lattivit logistica ai servizi di supporto dei costruttori o di aziende specializzate che si impegnano a fornire i ricambi e le riparazioni in tempi molto brevi. Limportanza della disponibilit operativa porta in certi casi gli operatori civili a ricorrere al contratto pay-by-the-hour, in base al quale il costruttore si impegna a distribuire il prezzo della manutenzione su un certo numero di ore di volo per anno che in caso di indisponibilit non vengono pagate.

A.1.1.2.1

Reliability Affidabilit

Laffidabilit la probabilit che un elemento funzioni soddisfacentemente per un periodo di tempo specificato se operato entro i limiti prescritti Questa probabilit normalmente tende a crescere dopo lentrata in servizio via via che si attenua leffettto della mortalit infantile, si stabilizza per un periodo chiamato vita operativa del componente o del sistema, e tende infine a diminuire per effetto delle usure /sollecitazioni

F.Reina A. Rolando

Pagina 25 di 109


Laffidabilit si riduce al crescere della complessit e il suo livello appropriato il risultato di difficili compromessi tra il costo delle soluzioni progettuali che si possono adottare per ottimizzarla e il costo derivante dalla non disponibilit per la missione a causa di avarie. La tabella 2.1 di AMCP 706 indica le tecniche normalmente usate per ottenere la affidabilit desiderata A causa del profondo impatto del progetto sullobiettivo di Affidabilit, il Tempo medio fra le avarie (Mean Time Between Failures: MTBF) deve essere attentamente controllato durante lo sviluppo con particolari tecniche di verifica sia di tipo analitico sul progetto che durante la sperimentazione sui prototipi.. A questo scopo devono essere assegnati ai progettisti dei vari impianti degli obiettivi di MTBF locali tali che cumulativamente consentano al velivolo di raggiungere laffidabilit desiderata. Tuttavia in genere il raggiungimento della affidabilit desiderata un obiettivo che non si raggiunge con la messa in servizio del sistema, ma che continua seguendone la vita operativa. Un metodo frequentemente usato per misurare e tener sotto controllo laffidabilit denominato FRACAS (Failure Report And Corrective Action System) Un programma continuativo di affidabilit permette di: - individuare i difetti e correggerli - individuare e eliminare le cause dei difetti per non ripeterli - verificare ladeguatezza del requisito e il successo del progetto nel rispondervi - costruire un data base sperimentale di riferimento per i successivi sviluppi Gli indicatori di affidabilit Un indicatore di affidabilit generale comunemente usato il tasso di avarie (failure rate) definito come rapporto fra il numero di avarie occorse in una popolazione di apparati in un dato periodo di tempo cumulativo di funzionamento e questo stesso tempo di funzionamento . Un altro indicatore frequentemente usato il Tempo medio fra le avarie (Mean time between failures: MTBF) che linverso del failure rate . Questi indicatori possono essere calcolati con un buon livello di confidenza se la popolazione di eventi osservata abbastanza estesa ed in base ad essi si pu determinare la probabilit che si verifichi unavaria in un certo tempo di funzionamento. Tuttavia per esprimere un requisito significativo, questi indicatori generali vengono precisati tenendo conto delleffetto delle avarie e di quando si verificano.

Per esempio Le avarie che richiedono unazione correttiva non programmata (riparazione) possono essere suddivise come:

F.Reina A. Rolando

Pagina 26 di 109


avarie di funzioni non essenziali per la missione (permettono linizio della missione) avarie di funzioni essenziali per la missione (impediscono linizio della missione) avarie di funzioni essenziali avvenute durante la missione (provocano linterruzione della missione : System Abort)

In base a questa classificazione si possono definire specifici indicatori dellaffidabilit, ad esempio : -Tempo medio fra qualsiasi avaria :MTBF= somma del tempo operativo/ numero di tutte le avarie (essenziali e non essenziali) -Tempo medio fra avarie di funzioni essenziali = Somma del tempo operativo/numero delle avarie di funzioni essenziali (determina la probabilit di iniziare la missione con tutte le funzioni essenziali disponibili) -Tempo medio fra Mission Abort:= Somma del tempo di missione/numero delle missioni interrotte per avarie (determina la probabilit di completare la missione con tutte le funzioni essenziali disponibili) Una importantissima classificazione delle avarie quella basata sul loro effetto sulla conduzione del volo e soprattutto sulla sicurezza. Questa classificazione per esempio riportata dalla JAR 25 a pg 2-F-5 (Minor, Major, Hazardous,Catastrophe) che indica anche il livello di probabilit di avaria per ora di volo che deve essere obbligatoriamente raggiunto. (rispettivamente: da 10 0 a 10-5;da 10-5 a 10-7;da10-7 a 10-9)

NOTA 1: 1.

Mean Time Between Failures (MTBF)

Il Mean Time Between Failures (MTBF) o Mean Time Between Maintenance Actions (MTBMA) il rapporto fra il tempo cumulativo di funzionamento corretto di un gruppo di apparati ed il numero delle avarie riscontrate nello stesso periodo In base a questa definizione MTBF una caratteristica media che si applica a una popolazione, non la caratteristica di un apparato specifico. Pertanto un parametro eccellente per determinare una probabilit ( p. es : quanti sistemi ridondanti devono essere previsti per dimostrare la probabilit di 10 -9 di avarie catastrofiche ) ma insignificante per determinare quante ore di funzionamento corretto ci si possono attendere da uno specifico apparato. In campo avionico il MTBF viene calcolato analiticamente dai progettisti degli apparati e dei sistemi (MIL-HDBK 217 General prediction of Electronic equipment MTBF; MIL-HNBK 338B Electronic Reliablity Design), ma non viene quasi mai dimostrato perch normalmente le prove di qualificazione ambientali (temperatura e vibrazioni) che si svolgono prima dellentrata in servizio hanno una durata limitata e interessano pochissimi esemplari,ed inoltre durante limpiego operativo la registrazione degli eventi di avaria

F.Reina A. Rolando

Pagina 27 di 109


difficile e spesso non sufficientemente precisa. Ancora pi incerta la raccolta dei tempi di funzionamento corretto (in particolare per gli apparati avionici) 2, Tuttavia questo numero viene sempre citato nelle specifiche contrattuali perch consente nei casi di macroscopiche deviazioni, di poter contestare linadempienza e di lanciare indagini approfondite per riportare laffidabilit a livelli accettabili. Nei casi,non frequenti, che richiedono in modo specifico ed impegnativo il raggiungimento di un prefissato livello di affidabilit, la raccolta delle informazioni sulle avarie e i tempi di funzionamento viene eseguita con un processo controllato e si attua un programma di Reliabiliy Growth o FRACAS (Failure Reporting And Corrective Action System). 3. Valori tipici di MTBF di singoli apparati avionici attuali (= dei soli componenti principali!) Ricetrasmettitore VHF 3000 ore Radar Altimetro 2500 ore Giroscopio di assetto 1500 ore Inertial Reference System 2000 ore Electronic display (cruscotto) 3000 ore 4. In pratica necessario prevedere il MTBF di una funzione cui partecipano diversi componenti o apparati (quindi di un sottosistema). Ad esempio, la funzione di indicazione di assetto coinvolge al minimo un giroscopio e un indicatore che operano in serie In questo caso il MTBF della funzione si calcola sommando i tassi di avaria (1/MTBF) 1/1500+ 1/3000 = 4,5*10-3 / 4,5*10-6= 1 *10-3 da cui MTBF = 1000 ore Questo valore basso ed inaccettabile per una funzione critica che avrebbe conseguenze catastrofiche, quindi si impiegano tre sistemi indipendenti funzionanti in parallelo In questo caso il tasso di avaria della funzione il prodotto dei tassi di avaria dei tre sistemi : 1/1000 * 1/1000* 1/1000 = 1*10-9 e il MTBF diventa 1000 000 000 ore. La probabilit di avaria diventa 10-9 quindi accettabile come estremamente remota per la JAR 25 ( pg 2-F-5) 5. Si noti che per valori di MTBF sufficientemente alti (>100) la probabilit di avaria e il tasso di avaria (1/MTBF) praticamente coincidono perch le funzioni 1/MTBF e e^ (1/MTBF) al crescere di MTBF si avvicinano ai loro asintoti in modo simile. Quindi si pu dire che per MTBF>100, 1/MTBF quasi uguale alla probabilit di avaria per ora di volo Quindi un MTBF =1000 corrisponde a = 1/1000 e a R = 1-1/1000= 0,999 6. Per valori bassi di MTBF e alti di T (tempo di operazione > 1 ora) laffidabilit=la probabilit di successo R deve invece essere sempre calcolata con la formula canonica R

F.Reina A. Rolando

Pagina 28 di 109


=e^(-T/MTBF). In questi casi 1/MTBF significa solo il tasso di avarie per ora e non rappresenta affatto la probabilit R. Ad esempio se un velivolo ha un MTBF di missione di 15 ore, per una missione di 5 ore R sar 0,71. ( e non 1/15 = 0,666) Nota: Se la missione richiede una coppia di velivoli collaboranti (cio non indipendenti = in serie), R tot sar = 0,71*0,71=0,49. Se gli stessi velivoli potessero operare indipendentemente (in parallelo) R tot diventerebbe 0,71+0,71-0,71*0,71=0,93

NOTA 2 Il manuale MIL-HNBK 338B Electronic Reliablity Design il documento di riferimento per la trattazione della affidabilit delle apparecchiature avioniche per impiego militare ed usato tipicamente dai progettisti dei sistemi integrati Il manuale MIL-HNBK 217 General prediction of electronic equipment MTBF la guida per la previsione del Mean time between failures ed usata tipicamente dai progettisti degli apparati

NOTA 3: Gli intervalli di tempo per la previsione della disponibilit

F.Reina A. Rolando

Pagina 29 di 109


A.1.1.2.2

Maintainability - Manutenibilit

La manutenzione definita come lassieme di tutte le azioni necessarie per mantenere o ripristinare una condizione specificata di efficenza. La manutenibilit viene normalmente (e genericamente) indicata con lacronimo MTTR (= Mean Time To Repair) e costituisce una misura dellefficacia della manutenzione ed considerata come una caratteristica del progetto espressa dalla probabilit che un componente o un sistema siano mantenuti o riportati in efficenza in un certo tempo quando la manutenzione sia eseguita con i mezzi e le procedure prescritte La prima responsabilit della riduzione dei requisiti di manutenzione del progettista di sistema perch le caratteristiche che la consentono devono essere introdotte nel progetto dalle fasi iniziali (Lelenco di queste caratteristiche presentato in .AMCP 706, tabella 2.2) Va notato che i vantaggi di una buona manutenibilit influiscono non solo sulla disponibilit del velivolo, ma anche sulleconomicit e lefficienza del sistema superiore in cui inserito (reparto,servizio aereo,ecc) Gli indicatori tipici della Manutenibilit possono essere relativi alle ore di manutenzione preventiva e programmata o alle ore di manutenzione correttiva: Ad esempio: -Ore di Manutenzione preventiva per ora di volo - Direct Corrective Maintenance :Man-Hour per Flight Hour - Mean Time To Repair,On system - Essential Functions. In ogni caso il tempo di manutenzione deve comprendere le ore per: Isolare il difetto a livello di Line Replaceable Unit (LRU), Rimuovere e reinstallare la LRU, Condurre la procedura di prova e confermare lefficienza del sistema

A.1.2

ROBUSTEZZA- SURVIVABILITY

In termini generali viene definita come la capacit di un sistema di operare in un ambiente ostile senza subire limitazioni della capacit di compiere la missione prevista. Lostilit dellambiente pu essere dovuta a cause naturali ( Raffiche,ghiaccio,fulmini,ecc.) e anche a cause intenzionali (azioni ostili) In entrambi i casi la vulnerabilit (vulnerability ) del sistema pu essere ridotta dotandolo di capacit intrinseche o aggiuntive che consentano per le missioni civili:

F.Reina A. Rolando

Pagina 30 di 109


-

La possibilit di evitare di trovarsi inavvertitamente in situazioni ambientali pericolose (allarmi antighiaccio, allarmi di turbolenza,wind shear,...) La possibilit di ridurre leffetto negativo degli agenti ostili (impianti di sghiacciamento, filtri antisabbia,....) La possibilit di sopravvivere agli effetti negativi che non si potuto evitare. (strutture damage tolerant, serbatoi crash tolerant,galleggianti di emergenza...)

In aggiunta a queste capacit, nel caso di missioni militari la vulnerabilit viene ridotta con: - La riduzione della possibilit di essere scoperti -Detectability- (volo a bassa quota, agilit, riduzione delle signatures,...) - La riduzione della possibilit di essere colpiti,se scoperti (Contromisure attive) - La riduzione di subire danni catastrofici,se colpiti (corazzature, ballistic tolerance, crashworthiness,...)

A.1.3

PRESTAZIONI - PERFORMANCES

Basicamente la prestazione loutput di un sistema Nellequazione della efficacia di missione, la prestazione essenzialmente un fattore di merito in forma probabilistica, che rappresenta il valore relativo delle funzioni fornite del sistema durante la missione rispetto le necessit funzionali effettivamente richieste per il suo successo Ad es. la probabilit di successo di un elicottero impegnato in una missione di ricerca e soccorso in montagna aumenta con la capacit di hover OGE in alta quota,, la maneggevolezza, la visibilit esterna,ma anche con lefficienza delle comunicazioni tattiche e del localizzatore radio,con la sensibilit e la risoluzione dei sensori IR,ecc La prestazione pu anche essere considerata come un indicatore complessivo delle capacit funzionali che ci si aspetta di avere una volta che il sistema impegnato in una missione.

A.1.3.1

Requisiti di prestazione

In generale per ottenere la massima prestazione si deve definire con precisione il tipo di missione che deve essere condotta ( trasporto, ricognizione,...) e su questa base si devono identificare: - i parametri operativi significativi per quella missione,(mission profile) - le prestazioni di volo minime richieste,

F.Reina A. Rolando

Pagina 31 di 109


-

le prestazioni degli equipaggiamenti destinati ad aumentare lefficacia della specifica missione ( Mission Equipment Package MEP) le priorit da rispettare nel condurre le analisi di trade-off

(V. anche cap. 1 del Testo DAS ) Normalmente i requisiti relativi ai parametri di volo significativi vengono espressi come livelli minimi accettabili o desiderabili (O=Objective;T=Target) e la loro importanza varia notevolmente per ciascuna missione : capacit di carico per i velivoli da trasporto, agilit per i velivoli da combattimento,ecc. In generale i requisiti militari raccolgono le prestazioni in uno speciale allegato classificato per evidenti motivi di riservatezza Le prestazioni degli apparati avionici possono essere richieste sia in termini operativi generali ( capacit di volo notturno a bassissima quota) sia in termini specifici per ciascun parametro che contribuisce a questa capacit ( risoluzione e sensibilit del visore allinfrarosso necessarie per il volo notturno a bassissima quota) A.1.3.2 Efficacia delle prestazioni

Tradizionalmente lefficacia di un velivolo stata descritta dai suoi parametri di volo : velocit,carico pagante, rateo di salita ecc., che assumono priorit diverse in funzione della missione primaria (i.e. : trasporto, ricognizione) In funzione della missione si possono inoltre esprimere altri indicatori di sintesi,: la produttivit per le missioni civili di trasporto, la superficie di mare controllata e il numero di persone trasportabili per le missioni di ricerca e soccorso a una certa distanza ecc. che si ottengono combinando i parametri di volo veri e propri con altre caratteristiche del velivolo o dei sistemi di missione ( per es. L autonomia ad una certa velocit, le prestazioni del radar di ricerca e dei sistemi IR, la precisione del sistema di navigazione, permettono di definire al superfice di mare che pu essere coperta da un velivolo del soccorso in una sola missione e di prevedere la probabilit di successo con un determinato livello di confidenza) Il progettista deve analizzare tutti i requisiti e concordare con il Cliente questi indicatori per determinare i punti critici del progetto del velivolo e del sistema avionico e la caratterizzazione del suo obiettivo . (Punto di progetto) Nel caso dei sistemi militari un importantissimo elemento dellefficacia la capacit di contrastare la minaccia. Questa capacit pu richiedere caratteristiche incompatibili . Ad esempio: un armamento pesante e un complesso sistema di target acquisition limitano autonomia e agilit . Il necessario compromesso richiede un criterio di priorit basato su analisi complesse dei dati disponibili sulla minaccia,sull esperienza e molto buon senso .

F.Reina A. Rolando

Pagina 32 di 109


A.1.4 SINTESI ( vedi Rif. d :Slides : Efficacia della missione / in bacheca) 1- Le considerazioni precedenti possono essere sintetizzate dallo schema seguente che si limita a citare i livelli pi alti dellanalisi dellEfficacia della missione che sono alla base della formulazione di un requisito. I livelli successivi devono essere sviluppati come requisiti di dettaglio a sostegno/ /dimostrazione del requisito principale e costituiscono inputs addizionali per lo studio della soluzione progettuale

F.Reina A. Rolando

Pagina 33 di 109


Efficacia della missione Militare

Primo livello

Secondo livello Capacit funzionali della

Terzo livello

configurazione Disponibilit per la missione (Miss.Readiness) Affidabilit Disponibilit Manutenibilit Inavvertibilit + Resistenza di balistica Resistenza crash Velivolo Prestazioni Equipaggiamento di missione al

EFFICACIA missione MILITARE

di Robustezza Capacit sopravvivenza

F.Reina A. Rolando

Pagina 34 di 109


2- Efficacia della missione Civile Lefficacia della missione civile essenzialmente costituita dagli stessi elementi visti per la missione militare con lunica evidente eccezione della capacit di sopravvivenza

Primo livello

Secondo livello Capacit funzionale

Terzo livello

della configurazione Capacit di Missione DisponibilitEFFICACIA missione CIVILE Capacit di evitare situazioni pericolose Robustezza Resistenza al danneggiamento di

Affidabilit Manutenibilit

Velivolo Prestazioni Equipaggiamento di Missione (MEP)

F.Reina A. Rolando

Pagina 35 di 109


A.2

La struttura tipica dei requisiti di sistema

A.2.1

Il Requisito Militare per il Sistema Velivolo . 1Il requisito iniziale

Il tipico requisito militare si riferisce al sistema velivolo e alla sua integrazione col sistema superiore,cio la Forza Armata che lo deve impiegare. Il modo con cui viene espresso un requisito militare molto diverso da caso a caso. Si possono citare come esempi: - STATEMENT OF OPERATIONAL REQUIREMENT emesso dalla Marina militare Canadese per un elicottero navale. (Questo documento esclusivamente un requisito operativo. Altri tre documenti complementari descrivono il requisito tecnico per il veicolo basico,per il sistema di missione e il requisito logistico) - ITEM PERFORMANCE SPECIFICATION FOR THE ARMED RECONNAISSANCE HELICOPTER preparato per lAviazione dellEsercito degli Stati Uniti

F.Reina A. Rolando

Pagina 36 di 109


- LIGHT UTILITY HELICOPTER (LUH) SYSTEM ATTRIBUTES preparato per lAviazione dellEsercito degli Stati Uniti. I primi due requisiti erano molto dettagliati e sono stati emessi nel 2003 e nel 2004 come Request for proposals cui hanno risposto i maggiori costruttori in due competizioni che hanno portato rispettivamente alla selezione del BELL 406 (denominato poi ARH-70A) e del SIKORSKY S-92 .(vedere i siti internet delle Aziende) Dopo la selezione iniziata la discussione per il concordamento fra il Costruttore ed il Cliente della specifica tecnica adottata come documento contrattuale. (Vedere cap.4.2 : Il ciclo di vita di un prodotto aeronautico) Il terzo requisito (LUH) era estremamente sintetico (vedere in internet) ed stato emesso nel 2005; .la selezione ha portato alla scelta nel 2006 dellelicottero EUROCOPTER 135 cui sono state apportate limitate modifiche per gli equipaggiamenti di missione. Va notato che in generale i requisiti completi e dettagliati sono relativi a programmi di acquisizione molto importanti e quindi poco frequenti, mentre spesso i requisiti sono generici e incompleti. Questa mancanza deve essere comunque colmata dal costruttore che in ogni caso deve elaborare una specifica contrattuale completa e concordata con il cliente prima di lanciare il programma che altrimenti presenterebbe gravissimi rischi economici e di ritardi.

2.

Le evoluzioni del Requisito.

Per sua natura il requisito per un velivolo militare non statico, ma sottoposto a frequenti revisioni per i seguenti motivi: 2.1 Mutamenti dello scenario operativo

Per quanto accurato e completo possa essere il requisito relativo a un velivolo completamente nuovo molto probabile che al termine del lungo periodo di tempo necessario per il suo sviluppo il requisito iniziale possa essere significativamente modificato da uno scenario operativo mutato per motivi tecnici o militari I casi EH 101 e A-129 (esaminati nel seguito), esemplificano questa evoluzione dei requisiti e fanno rilevare limportanza di prevedere nel requisito iniziale la capacit di una crescita del sistema avionico a condizioni sostenibili e non traumatiche per larchitettura di partenza. Questa capacit di crescita normalmente precisata in termini quantitativi per le capacit di calcolo e di memoria dei calcolatori e pu esserlo in termini di dimensionamento (rating) per le strutture e i componenti dinamici. 2.2 Disponibilit di nuove tecnologie e indisponibilit di componenti superati

F.Reina A. Rolando

Pagina 37 di 109


Se si tiene conto che la vita operativa di un velivolo militare pu superare i 30 anni appare evidente la necessit di aggiornamenti della sua avionica originale che pu considerarsi obsoleta ogni 10 anni. Si deve quindi prevedere unarchitettura avionica strutturata in modo che i programmi di aggiornamento possano essere realizzati con costi ragionevolmente contenuti, ad esempio facendo in modo che i sottosistemi di cui si pu prevedere la necessit di sostituzione siano facilmente separabili dal resto del sistema In genere questi programmi di ammodernamento possono essere pianificati per tempo ed applicati progressivamente a diversi blocchi di velivoli (es. A-129) 2.3 Rimozione di inconvenienti riscontrati in un sottosistema o di inadeguatezze riscontrare nel sostenere nuove condizioni operative Questi casi, evidentemente non prevedibili, originano dallesperienza operativa della configurazione iniziale del velivolo e implicano interventi correttivi urgenti che possono essere introdotti sui sottosistemi interessati alla prima occasione favorevole. Sar esaminato ad esempio il caso dei comandi di volo degli elicotteri militari impiegati nel volo fra gli ostacoli in condizione di cattiva visibilit

A.2.2 Levoluzione dei requisiti militari e la dinamica delle configurazioni 1 Caso: Le versioni navali dellEH 101 Il programma EH 101 Navale stato lanciato per soddisfare un requisito militare congiunto della Marina Militare Inglese e della Marina Militare Italiana espresso alla fine degli anni 70. Il punto di progetto iniziale fu determinato dalla missione pi impegnativa, che era la missione Antisommergibili da bordo delle fregate che controllano il traffico marittimo nel Nord Atlantico. Questa richiedeva la capacit di operare in condizioni ambientali estreme per il vento, lo stato del mare, i movimenti della nave e le basse temperature. Inizialmente si ritenne che il sensore pi adatto per la ricerca dei grandi sommergibili atomici fossero le sonoboe; poco dopo apparve necessario dotare lelicottero di un SONAR, pi efficace per la scoperta di sommergibili piccoli e silenziosi; infine gli elicotteri furono dotati di tutti e due i sistemi. Tenendo presente che limpiego del sonar richiede lunghi tempi di permanenza in hovering a bassissima quota,mentre luso delle boe al contrario richiede di volare ripetutamente in quota dei circuiti precisi si rileva come lelicottero abbia dimostrato una grande versatilit di impiego mantenendo una elevatissima capacit operativa. Per questo stata essenziale la capacit del sistema avionico basico di integrare sistemi di missione completamente diversi con costi accettabili

F.Reina A. Rolando

Pagina 38 di 109


Pi in generale il requisito industriale di potere proporre un elicottero cos avanzato anche per altre missioni ha portato alla impegnativa decisione di sviluppare fin dallinizio in parallelo la versione Navale,quella di trasporto tattico militare con la rampa di carico posteriore e quella civile di trasporto passeggeri affrontando insieme le certificazioni sia militare che civile Questa adattabilit ha imposto che la particolare robustezza del sistema inizialmente richiesta dalle difficilissime condizioni ambientali del Nord Atlantico in inverno venisse associata allampiezza della cabina e a buone condizioni di comfort anche ad alta velocit. Inoltre stato necessario che ciascuna di queste caratteristiche venisse ottenuta senza limitare le altre e quindi senza diventare un costoso overdesign dedicato a una funzione specifica. Infine la doppia certificazione militare e civile ha portato a soddisfare elevatissimi standard di sicurezza. Si pu ritenere che la rilevante esperienza di impiego accumulata dagli elicotteri militari e la certificazione civile associate alla capacit di carico e al basso livello vibratorio sono state le motivazioni tecniche pi importanti per la selezione dellEH 101 nella gara per la fornitura dellelicottero presidenziale degli S.U.

Nota cronologica La definizione dei requisiti e lo studio preliminare dellEH 101 sono iniziati alla fine degli anni 70. Il contratto di sviluppo fu lanciato nel 1984, nel 87 avvenne il roll-out del primo prototipo,nel 1991 fu firmato il primo ordine di produzione e nel 1996 avvenne la consegna del primo elicottero di produzione. Questi lunghi tempi hanno incluso le attivit per raggiungere gli accordi di collaborazione fra i due Governi e fra le due Aziende (Agusta e Westland). A questo proposito stato suggerito che in generale il rapporto fra il tempo necessario per sviluppare un programma di collaborazione internazionale e quello necessario a una sola Azienda per raggiungere lo stesso risultato corrisponde alla radice quadrata del numero dei partecipanti ! 2 Caso: Larmamento dellA 129 Il progetto di questo elicottero stato impostato nel 1980 per rispondere a un requisito dell Esercito Italiano per un elicottero anticarro che fosse pi efficace dei AH-1H Cobra e meno costoso degli AH 64 Apache Larmamento principale era quindi basato su missili anticarro filoguidati e la vulnerabilit dellelicottero stata ridotta con la capacit di volo notturno a bassissima quota, la riduzione delle emissioni e delle riflessioni e infine con estese corazzature. Evidentemente le corazzature non sarebbero state utili contro le armi dei carri, ma solo contro le armi a puntamento diretto.

F.Reina A. Rolando

Pagina 39 di 109


Nel corso della sua vita operativa stato necessario adattare questo elicottero alle missioni di peace keeping che evidentemente richiedono armi di autoprotezione e in particolare unarma brandeggiabile di impiego immediato piuttosto del sistema di missili originario. E stato possibile realizzare questo adattamento con costi e tempi ragionevoli grazie alla particolare flessibilit del sistema informatico di bordo e alla robustezza intrinseca nel progetto della macchina basica 3 Caso : RAH 66 Comanche Questo importante programma elicotteristico dellesercito USA stato cancellato per scelte di bilancio e per alcune problematiche tecniche minori. (vedere Web) dopo 12 anni dallinizio dello sviluppo che ha coinvolto Boeing e Sikorsky ed era caratterizzato da un requisito di capacit di missione molto avanzate orientate alla ricognizione armata e al combattimento. E stato sostituito da un requisito molto meno ambizioso (vedere Item performance specification for the Armed Reconnaissance Helicopter) sia per la piattaforma che per il Mission Package dimostrando che anche in questo caso i tempi necessari per lo sviluppo di un sistema molto innovativo sono stati superiori alla durata temporale del requisito originario. Il 2 agosto 2005 il contratto per la costruzione di 368 elicotteri stato assegnato alla Bell che ha proposto la militarizzazione del modello civile B 406. Basta paragonare laspetto esteriore di questo elicottero con il Comanche per capire quanto il requisito sia stato modificato

A.2.3

Un requisito normativo tipicamente avionico da approfondire : I comandi di volo MIL-F-9490D ( Rif. f)

I comandi di volo rappresentano la funzione avionica pi importante, critica e profondamente integrata col sistema velivolo. Osservando i due requisiti di sistema citati come esempio si nota che quello per l ARH USA non cita specificamente i comandi di volo, ma precisa il livello di handling qualities che questi devono consentire, mentre il MHRS canadese entra nel dettaglio delle caratteristiche generali dei comandi di volo e di tutte le loro funzioni automatiche.

F.Reina A. Rolando

Pagina 40 di 109


Evidentemente il progettista del sottosistema riceve dal requisito generale del velivolo due inputs a livelli molto diversi, ma le regole basiche cui deve attenersi in ogni caso sono espresse da due norme particolarmente importanti fra molte altre : - MIL-F-9490D Flight Control Design (applicabile a tutti i velivoli pilotati) e - ADS-33E-PRF (Handling qualities requirements for Military Rotorcrafts) Queste norme costituiscono le linee guida per il progetto ed assicurano un riferimento attendibile per la sicurezza del volo .Va notato che queste norme (come tipico delle norme MIL-) citano a loro volta altri documenti che consentono di approfondire aspetti particolari dellargomento trattato fino al livello desiderato Una buona sintesi della MIL-F-9490 presentata dal testo DAS :Cap.1,pg 13-17 mentre la ADS 33 E citata dal paper Pilot Error Mishap data and the implications for Handling Qualities di D.L..Key .che fornisce la definizione di Handling Qualities e del metodo per misurarle (Cooper Harper) I Comandi di volo automatici (Automatic Flight Control System- AFCS) sono la funzione avionica pi importante di un velivolo per il loro impatto diretto sulle performances e sopratutto sulla sicurezza. Vanno anche trattati con molta attenzione perch il loro progetto non semplice n nel caso classico dei comandi di volo meccanici associati a un sistema di controllo automatico degli assetti e della traiettoria (autopilota) n per la configurazione full authority fly-bywire Rappresentano inoltre un sottosistema molto integrato con la cellula e con quasi tutti gli altri sottosistemi di bordo, in particolare con limpianto elettrico,avionico ed il sistema idraulico. E quindi un sottosistema per il quale occorre curare attentamente lintegrazione operativa degli specialisti che collaborano al progetto e verificarne il progresso con riesami frequenti e approfonditi (Design Reviews). E quindi utile cominciare a conoscere almeno la MIL-F-9490D con una analisi dei suoi contenuti perch costituiscono il lessico comune di tutti gli specialisti aeronautici, meccanici ed avionici che contribuiscono al progetto dei comandi di volo Tutto questo documento di grande interesse perch tratta sia i comandi di volo manuali che quelli automatici. I paragrafi di particolare interesse avionico sono: 1.1 3.1.2. 3.1.2.8. 3.1.2.12 3.1.3 3.1.3.3.4. 3.1.3.6.1. Classification Operational states Criticality AFCS performance requirements Automatic Navigation Ride discomfort General FCS Design Faillure transient Stability Stability Margins

F.Reina A. Rolando

Pagina 41 di 109


3.1.3.9.1 3.1.5.3. 3.1.6. 3.1.7 3.1.8 3.1.9 3.1.10.2 3.2.3.3. 3.2.4.3. 3.2.4.3.1 3.2.4.3.2 3.2.7.1.2. 3.3 6.6

Built in-test (BIT) Emergency Mission Reliability Quantitative Flight Safety Survivability Invulnerability Malfunction Detection and Fault isolation provision Electrical signal transmission Electrical Signal computation Analog Digital Interchangeability Rotary wing performance and design Definitions Alphabetical index

E interessante paragonare questa specifica militare con i requisiti civili sui comandi di volo espressi p. es. dalla norma EASA CS 29 al par. C.29.671 A.2.4 La revisione di un requisito a seguito di incidenti operativi Rif. G : Pilot Error Mishap data and the implications for Handling Qualities di D.L..Key .

Il paper di D.Key particolarmente interessante perch mostra come il livello di handling qualities (=maneggevolezza ) nel volo a bassa quota e alle basse velocit vicine allhovering degli elicotteri militari si sia rilevato pericoloso per i piloti di media esperienza quando la visibilit esterna comincia a degradare anche se assolutamente accettabile in condizioni di buona visibilit . Siamo quindi in presenza di un requisito relativo ai comandi di volo che stato modificato dalla necessit di operare in condizioni ambientali difficili con un dato livello di prestazioni del sistema visionico (Night Vision Goggles-NVG) e un dato livello di addestramento. Dimostra inoltre che migliorando le handling qualities con una modifica non traumatica dei sistemi di stabilizzazione presenti sugli elicotteri le difficolt di pilotaggio possano essere ridotte ripristinando la sicurezza del sistema uomo-macchina anche in condizioni di cattiva visibilit La relazione particolarmente apprezzabile per la sua chiarezza e per i contenuti (par. 1 SUMMARY) Innanzi tutto ( par. 2 MOTIVATION) rende evidente il concetto che la raccolta metodica di dati statistici precisi sugli inconvenienti di volo permette di condurre analisi affidabili che

F.Reina A. Rolando

Pagina 42 di 109


consentono di proporre soluzioni efficaci per la rimozione delle cause originali degli inconvenienti Poi definisce sinteticamente tre elementi fondamentali e la loro relazione reciproca: le HANDLING QUALITIES (par. 3.1) ..sono le caratteristiche che determinano la facilit e la precisione con cui il pilota capace di svolgere i compiti richiesti dal ruolo del velivolo e descrive la scala di Cooper Harper per misurarle La SITUATION AWARENESS : ... la comprensione della posizione,velocit e assetto rispetto il terreno e tutti gli oggetti vicini allelicottero La Spatial disorientation: situazione che porta alla collisione con un oggetto di cui era nota la presenza, ma di cui stata valutata erroneamente la separazione dallelicottero

-

Descrive infine il modo di pilotaggio/ stabilizzazione realizzabile con i comuni sistemi di stabilizzazione automatica (Rate Command) e quello che potrebbe migliorare le handling qualities al punto da ripristinare la Situation Awarenwss perduta per la scarsa visibilit (definito come Attitude Command Attitude Hold.: ACAH)

A.2.5

I Requisiti di Sistema per i Velivoli Civili

Normalmente i requisiti basici per i velivoli civili vengono adattati alle caratteristiche dei velivoli effettivamente disponibili sul mercato, mentre vengono invece espressi requisiti molto specifici per quanto riguarda le installazioni di missione e avioniche (MEP) e le caratteristiche di produttivit e di costo. Va notato a questo proposito che lespressione inglese cost effectiveness molto usata nelle discussioni sui requisiti civili, non correttamente tradotta in italiano come Costo dellefficacia (come si dice di solito) ma significa piuttosto Efficacia del costo sottolineando che spesso il costo la variabile indipendente, non l efficacia. Il requisito civile per il velivolo basico quindi di solito formulato in modo da poter essere soddisfatto da pi di un velivolo esistente e da poter costituire la base di una gara commerciale Il modo con cui vengono espressi i requisiti civili varia molto a seconda dell operatore e delle particolari caratteristiche della gara. E interessante notare subito che per i grandi velivoli da trasporto la configurazione avionica basica del velivolo in genere la stessa per tutti i Clienti i quali si limitano a scegliere in una lista predeterminata le opzioni lallestimento della cabina passeggeri, dellimpianto di entertainement e alcuni apparati avionici speciali.

F.Reina A. Rolando

Pagina 43 di 109


Per i velivoli della general aviation e in particolare per gli elicotteri anche la configurazione avionica basica pu presentare delle alternative in modo da proporre allestimenti che offrono tutte le funzioni necessarie per la certificazione,ma realizzate con apparati di costruttori diversi e di costo diverso. Oltre ad alcune configurazioni basiche alternative, i costruttori di solito offrono anche una serie di equipaggiamenti opzionali (KITS) che possono essere aggiunti alla configurazione basica per arricchirla e sopratutto per adattare il velivolo a missioni specifiche. Naturalmente anche questi kits,pur non essendo obbligatori per il volo,devono essere certificati dalle Autorit aeronautiche ( ENAC- EASA) per dimostrare che non compromettono la sicurezza (condizione di No Hazard). Per avere unidea di questi requisiti e delle proposte dei costruttori interessante esaminare: un requisito per un elicottero di supporto delle piattaforme petrolifere un requisito per un elicottero per il trasporto VIP

Il requisito per un elicottero di supporto delle piattaforme petrolifere E emesso da una compagnia petrolifera che richiede in supporto delle proprie attivit di ricerca e di produzione il servizio di un elicottero completamente attrezzato e di uno o due equipaggi di volo per rispondere a una richiesta di disponibilit continua per un mese per un certo numero di ore al giorno (p.es dalle 07 alle 21) o per una disponibilit di ore di volo concordata caso per caso con un prefissato anticipo di tempo. (Requisito di Disponibilit, Availability) LOperatore che risponde a questa gara trasferisce la richiesta relativa allelicottero ai Costruttori richiedendo di offrire il modello di elicottero che ritengono essere adatto per la missione prevista (trasporto su mare di persone e merci) e di impegnarsi contrattualmente su alcune caratteristiche e parametri ritenuti particolarmente importanti per la missione e per il contratto. Ad Esempio: Requisiti di prestazioni Il tipo di certificato di aeronavigabilit Linviluppo di volo (quota, velocit,peso) temperature max. e min. limitazioni di vento per decollo e atterraggio e per avviamento massimi angoli di inclinazione ammissibili per la piattaforma di atterraggio valori massimi della velocit di rollio e beccheggio della piattaforma di atterraggio Massimo peso al decollo ISA e ISA+20

F.Reina A. Rolando

Pagina 44 di 109


Massimo peso con carichi esterni Peso a vuoto Consumi Autonomia Carico utile per 40,80,140.180 NM a +20C, +25C,+30C Gancio baricentrico Requisiti speciali di sicurezza (Robustezza) Galleggiabilit Uscite di emergenza Push out windows Equipaggiamento di emergenza: battelli, salvagenti, fumogeni, Galleggianti di emergenza Equipaggiame