Design of fault tolerant FPGA system-on-module for mission critical railway applications
Görev kritik demiryolu uygulamaları için hata toleranslı FPGA modül üzeri sistem tasarımı
- Tez No: 958979
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Demiryolu endüstrisi dijital bir dönüşüm sürecinden geçmektedir ve bu durum, emniyet kritik işlevlerin mühendislik sistemleri tarafından yerine getirilmesini giderek daha yaygın hale getirmektedir. IEC 61508, EN 50126 ve ISO 26262 gibi jenerik ve sektöre özel standartlarla standartlaştırılmış olan emniyetle ilgili sistem geliştirme süreci, kendine özgü zorluklar, gereksinimler ve fırsatlar barındırmaktadır. Sistem mühendisliği yaklaşımı, sistemlerin bütünsel geliştirme süreçlerine dair tehlikelerin tanımlanması, analiz edilmesi ve azaltılması açısından kritik bir rol oynamaktadır. Bu tezde, sistem geliştirmeye yönelik sistem mühendisliği yaklaşımının temelleri, bu yaklaşımın emniyetle ilgili sistem geliştirmeye nasıl uygulanabileceği ve son olarak, emniyetle ilgili özel uygulamalarda kullanılmak üzere geliştirilen genel amaçlı bir FPGA sistem-modülünün geliştirme süreci sunulmaktadır. Geliştirilen FPGA sistem- modülünün yaşam döngüsü modeli ve genel sistem geliştirme yaşam döngüsü kavramları ele alınmaktadır. Sistem çevresi, sınırları, davranışı, görevleri ve işlevleri tanımlanmakta; bu unsurlar işletim konsepti ve sistem tanımının temelini oluşturmaktadır. Arıza Türleri ve Etkileri Analizi (FMEA) ve Hata Ağacı Analizi (FTA) gibi risk analiz araçları tanıtılmakta, ardından geliştirilen sistem tanımına dayanarak sistem işletimine ilişkin risklerin analizi yapılmaktadır. Gereksinim mühendisliğinin temelleri, gereksinimlerin sistem geliştirme sürecindeki rolü ve gereksinim yazma yönergeleriyle birlikte sunulmakta, ardından sistem gereksinimleri ile işlevsel güvenlik gereksinimleri geliştirilmektedir. Sistemin işlevsel ve fiziksel mimarileri, tasarım alternatiflerinin değerlendirilmesiyle (trade study) geliştirilmiştir. Sistem tasarımı, blok tanım diyagramları ve sıralama diyagramları yardımıyla geliştirilmiş ve sunulmuştur. Tasarlanan sistem üzerinde Arıza Türleri, Etkileri ve Tanılama Analizi (FMEDA) çalışması yapılmış ve sistem riskleri değerlendirilmiştir. Sonuçlar, tasarlanan sistemin arıza oranları ve tanılama yetenekleri açısından SIL 3 seviyesine kadar olan sertifikasyon için teknik gereksinimleri karşıladığını göstermektedir. Ancak, gerçek sertifikasyon süreci için, sistemin uygulanmış haliyle işlevsel güvenlik ekipmanı geliştirme standartlarının mühendislik yönetimi gerekliliklerine uygun olarak daha fazla çalışmanın yapılması gerekmektedir.
Özet (Çeviri)
Railway industry is undergoing a digital transformation, which results in more safety- critical functions being carried out by engineered systems. Safety-related system development as standardized in generic and industry-specific standards such as IEC 61508, EN 50126, and ISO 26262 has unique challenges, requirements and opportunities associated with it. The systems engineering approach to holistic systems development processes are key to identifying, analyzing and mitigating hazards related to systems-of-interest. In this thesis, the basics of systems engineering approach to systems development, how systems engineering methods and practices can be applied to safety-related systems development, and finally, the development process of a generic FPGA system-on-module for use in safety-related specific-applications are presented. The overall system development life cycle concepts, and the life cycle model used in the development of the FPGA system-on-module are presented. System environment, boundaries, behavior, missions and functions are identified, forming the basis of the operational concepts and the system definition. Risk analysis tools, such as Failure Modes and Effects Analysis and Fault Tree Analysis are presented, followed by the analysis of risks related to system operation based on the developed system definition. Requirement engineering basics including the role of requirements in systems development and requirement writing guidelines are introduced and following that the system requirements and functional safety requirements are developed. Functional and physical architectures of the system are developed employing trade studies. System design is developed and presented with help of block definition diagrams and sequence diagrams. Failure Modes, Effects and Diagnostic Analysis (FMEDA) study is done in the as-designed system to assess system risks. The results show that the as-designed system meets the technical requirements for failure rates and diagnostic capabilities for certification up to SIL 3. The actual certification requires further works to develop the as-implemented system compliant with engineering management requirements of functional safety equipment development standards.
Benzer Tezler
- Havacılık uygulamaları için kısmi dinamik donanım şekillendirme ve üçlü modül yedekleme kullanılarak hata toleranslı FPGA tasarımı
Fault tolerant FPGA design for aerospace applications with using partial dynamic reconfiguration and triple module redundancy
ALİCAN DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ZİYA ALKAR
- RİSC-V based triple modular redundant CPU design for space applications
Uzay uygulamaları için RİSC-V tabanlı üçlü modüler yedekli CPU tasarımı
EMİR CAN YAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF LEBLEBİCİ
- Design of fault-tolerant cascaded H-bridge multilevel inverter with output-side transformers using bidirectional switches
Çift yönlü anahtarlar kullanarak hata toleranslı çıkış trafolu kaskat H-köprü çok-seviyeli evirici tasarımı
MUHAMMET BİBEROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Çok kanallı arıza-kaldırılabilir kontrol sisteminin araştırılması ve tasarımı
Investigation and design of multiple redundant fault-tolerant control system
HATİCE HİLAL EZERCAN KAYIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAFİG SAMEDOV
- Hataya bağışıklı mikroişlemci tasarımı
Fault tolerant microprocessor design
BUSE USTAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN