ISO/SAE 21434:2021 Standardı: Otomotiv Siber Güvenliği İçin Yeni Çağı Başlatıyor

Modern araçlar, giderek daha fazla elektronik ve yazılım bileşenlerine bağımlı hale geliyor. Bu durum, araçların performansını ve kullanıcı deneyimini artırsa da aynı zamanda siber güvenlik risklerini de beraberinde getiriyor. Özellikle otonom sürüş, bağlantılı araçlar (connected vehicles) ve elektrikli araçlar gibi yenilikçi teknolojiler, siber tehditlere açık hedefler haline gelmiştir. İşte tam bu noktada ISO/SAE 21434:2021 standardı devreye giriyor. Bu yazıda, ISO/SAE 21434:2021'i inceleyerek otomotiv sektöründeki siber güvenlik süreçlerini nasıl dönüştürdüğünü açıklayacağız.

---

ISO/SAE 21434:2021 Nedir?

ISO/SAE 21434:2021, otomotivdeki siber güvenlik yönetimi için geliştirilmiş bir standarttır. Bu standardın amacı, araç sistemlerinin tasarımından üretimine, hatta son kullanımına kadar tüm yaşam döngüsünde siber güvenlik risklerini minimize etmektir. ISO/SAE 21434, özellikle bağlantılı araçların ve elektronik kontrol ünitelerinin (ECU) siber saldırılarına karşı korunmasını sağlar.

Bu standart, yalnızca teknik önlemleri değil, aynı zamanda organizasyonel süreçleri, personel eğitimi ve risk yönetimini de kapsar. Böylece, araç üreticileri ve tedarikçileri için kapsamlı bir siber güvenlik çerçevesi sunar.

---

ISO/SAE 21434:2021'in Temel Bileşenleri

ISO/SAE 21434:2021, araç sistemlerindeki siber güvenlik süreçlerini aşağıdaki ana başlıklar altında ele alır:

1. Risk Yönetimi

Araç sistemlerindeki potansiyel siber tehditleri tanımlamak ve bu tehditlerin sonuçlarını analiz etmek, ISO/SAE 21434'ün temel adımlarından biridir. Risk yönetimi sürecinde:

• Hangi sistemlerin siber saldırılara açık olduğu belirlenir.
• Tehditlerin olası etkileri değerlendirilir.
• Risk azaltma stratejileri oluşturulur.

Bu süreç, özellikle otonom sürüş sistemleri ve batarya yönetim sistemleri (BMS) gibi kritik bileşenler için hayati öneme sahiptir.

2. Yaşam Döngüsü Yaklaşımı

ISO/SAE 21434, araç sistemlerinin tüm yaşam döngüsünü kapsayan bir yaklaşım benimser. Bu süreç şu aşamaları içerir:

• Tasarım ve Geliştirme: Sistemlerin siber güvenlik gereksinimlerine uygun olarak tasarlanması.
• Üretim ve Dağıtım: Üretim sırasında siber güvenlik protokollerinin uygulanması.
• Kullanım ve Bakım: Araçların kullanım sürecinde düzenli olarak güncellenmesi ve izlenmesi.
• Son Kullanım: Araçların kullanım ömrünün sonunda verilerin güvenli bir şekilde silinmesi.

3. Siber Güvenlik Yönetim Sistemi (CSMS)

ISO/SAE 21434, araç üreticilerinin bir Siber Güvenlik Yönetim Sistemi (Cybersecurity Management System - CSMS) kurmasını zorunlu kılar. CSMS, siber güvenlik süreçlerini organize eden ve sürekli iyileştirilen bir çerçevedir. Bu sistem sayesinde:

• Siber güvenlik politikaları belirlenir.
• Riskler sürekli izlenir ve müdahale edilir.
• Yazılım güncellemeleri ve yamaları düzenli olarak dağıtılır.

4. Veri İzleme ve İletişim Protokolleri

Modern araçlar, sürekli olarak veri toplar ve bu verileri işler. ISO/SAE 21434, bu süreçlerin güvenliğini sağlamak için:

• Veri bütünlüğünü koruyan mekanizmalar önerir.
• İletişim protokollerinin (örneğin CAN, Ethernet) güvenliğini artırır.
• Siber saldırıları gerçek zamanlı olarak tespit eden sistemler geliştirir.

---

ISO/SAE 21434:2021'in Endüstriye Katkıları

ISO/SAE 21434:2021, otomotiv sektörüne birçok açıdan katkı sağlar:

1. Daha Güvenli Araçlar:
   Standardın önerdiği süreçler, araçların siber saldırılara karşı direncini artırır. Bu da hem kullanıcı güvenliğini hem de marka itibarını korur.
2. Global Uyumluluk:
   ISO/SAE 21434, uluslararası bir standart olduğu için, araç üreticilerinin global pazarlarda rekabet avantajı elde etmesini sağlar.
3. Yasal Uyumluluk:
   Özellikle Avrupa Birliği gibi bölgelerde, araçların siber güvenlik standartlarına uygun olması zorunludur. ISO/SAE 21434, bu tür yasal gerekliliklere uyum sağlama konusunda rehberlik eder.
4. Sürekli İyileştirme:
   Standardın yaşam döngüsü yaklaşımı, araç sistemlerinin sürekli olarak güncellenmesini ve iyileştirilmesini teşvik eder.

---

Gelecekteki Gelişmeler

ISO/SAE 21434:2021, otomotivdeki siber güvenlik süreçlerini dönüştürmeye başlamış olsa da, bu alanda sürekli yenilikler bekleniyor. Özellikle şu alanlarda gelişmeler yaşanabilir:

• Yapay Zeka ve Makine Öğrenimi: Siber saldırıları tahmin etmek ve engellemek için daha akıllı algoritmalar.
• Kuantum Bilgi İşlem: Siber güvenlik süreçlerini daha güçlü hale getirmek.
• Kablosuz Güncelleme (OTA): Yazılım güncellemelerinin güvenliğini artırmak.

---

Sonuç

ISO/SAE 21434:2021, otomotivdeki siber güvenlik süreçlerini standardize eden ve bu alanda yeni bir çağ başlatan bir standarttır. Araç üreticileri ve tedarikçileri için kapsamlı bir çerçeve sunarken, aynı zamanda kullanıcıların güvenliğini de en üst düzeyde tutar.

Üniversite öğrencileri ve yeni mezunlar için, otomotiv sektöründe kariyer yapmayı düşünenler, ISO/SAE 21434:2021 gibi standartları anlamak, bu alanda fark yaratmanın ilk adımı olacaktır. Siber güvenlik, modern ulaşımın kalbinde atarken, ISO/SAE 21434:2021 ise bu kalbin düzenli ve güvenli bir şekilde atmasını sağlayan kilit bir unsurdur.

Bu standart, yalnızca bir teknik doküman değil, aynı zamanda otomotivdeki güvenlik ve yenilikçiliğin sembolüdür.

 

ISO/TR 9839:2023 Teknik Raporu: Functional Safety (ISO 26262) Perspektifinden İnceleme

ISO/TR 9839:2023 Teknik Raporu: Functional Safety (ISO 26262) Perspektifinden İnceleme

Otomotiv endüstrisi, elektrikli ve otonom araç teknolojilerinin hızla gelişmesiyle birlikte, araç güvenliği konusuna daha fazla odaklanmaktadır. Bu bağlamda, işlevsel güvenlik (Functional Safety) standartları, özellikle ISO 26262, elektrikli ve elektronik sistemlerin güvenliğini sağlamak için kritik bir rol oynamaktadır. Yeni yayınlanan ISO/TR 9839:2023 teknik raporu, bu standartların uygulanmasında öngörücü bakımın (predictive maintenance) entegrasyonunu ele alarak, araç güvenliği ve performansını artırmayı hedeflemektedir.

ISO 26262 ve İşlevsel Güvenlik

ISO 26262, otomotiv sektöründe elektrikli ve elektronik sistemlerin işlevsel güvenliğini sağlamak için oluşturulmuş uluslararası bir standarttır. Bu standart, araçlardaki güvenlikle ilgili sistemlerin tüm yaşam döngüsünü kapsayarak, potansiyel arızaların önlenmesi ve yönetilmesine yönelik süreçleri tanımlar. ISO 26262, risk tabanlı bir yaklaşım benimseyerek, tehlikeli operasyonel durumların riskini niteliksel olarak değerlendirir ve sistematik hataların önlenmesi ile rastgele donanım hatalarının tespiti veya kontrolü için güvenlik önlemleri tanımlar.

ISO/TR 9839:2023'ün Amacı ve Kapsamı

ISO/TR 9839:2023, ISO 26262-5 standardı ile birlikte donanım bileşenlerine öngörücü bakım uygulamalarını ele alan bir teknik rapordur. Öngörücü bakım, araçlardaki donanım bileşenlerinin durumunu sürekli izleyerek, potansiyel arızaları meydana gelmeden önce tespit etmeyi ve böylece beklenmedik arızaları önlemeyi amaçlar. Bu yaklaşım, araç güvenilirliğini artırırken, bakım maliyetlerini ve araçların beklenmedik duruş sürelerini azaltır.

Öngörücü Bakımın İşlevsel Güvenlik ile Entegrasyonu

Öngörücü bakımın işlevsel güvenlik süreçlerine entegrasyonu, araç güvenliği ve performansını artırmada önemli bir adımdır. ISO/TR 9839:2023, bu entegrasyonun nasıl gerçekleştirileceğine dair rehberlik sağlar. Özellikle, öngörücü bakım verilerinin kullanılmasıyla, potansiyel donanım arızalarının erken tespiti ve yönetimi mümkün hale gelir. Bu da, ISO 26262'nin gerektirdiği güvenlik hedeflerine ulaşılmasını kolaylaştırır.

Pratik Uygulamalar ve Faydaları

ISO/TR 9839:2023'ün uygulanması, otomotiv endüstrisinde çeşitli pratik faydalar sunar:

• Arıza Önleme: Öngörücü bakım, potansiyel arızaları önceden tespit ederek, beklenmedik sistem arızalarının önüne geçer.

• Maliyet Tasarrufu: Planlı bakım ve onarımlar sayesinde, acil durum müdahalelerinin maliyeti azaltılır.

• Güvenlik Artışı: Kritik bileşenlerin sürekli izlenmesi, araç güvenliğini artırır ve yolcu güvenliğini sağlar.

Sonuç

ISO/TR 9839:2023 teknik raporu, öngörücü bakım uygulamalarının ISO 26262 çerçevesinde nasıl entegre edileceğine dair önemli bir rehber sunmaktadır. Bu entegrasyon, otomotiv sektöründe araç güvenliği ve performansının artırılmasına katkı sağlar. Öngörücü bakımın işlevsel güvenlik süreçlerine dahil edilmesi, hem üreticiler hem de kullanıcılar için önemli avantajlar sunar.

Elektrikli Araçlarda BMS'lerin ISO/TR 9968:2023 Perspektifinden İncelenmesi

Elektrikli araçlar (EV), sürdürülebilir ulaşımın geleceğini şekillendiren en önemli teknolojilerden biridir. Ancak bu araçların başarısı, yalnızca güçlü motorlar veya aerodinamik tasarımlara bağlı değildir. Bataryalar, elektrikli araçların kalbinde yer alan kritik bileşenlerdir ve bu bataryaların yönetimi için tasarlanan Batarya Yönetim Sistemleri (BMS) , araç performansı, güvenliği ve ömrü açısından hayati öneme sahiptir. BMS'lerin tasarım, geliştirme ve uygulama süreçlerinde uluslararası standartlar, özellikle de yeni yayınlanan ISO/TR 9968:2023 , rehberlik edici bir rol oynamaktadır.

Bu yazıda, ISO/TR 9968:2023 standardının BMS'ler üzerindeki etkisini ve bu perspektiften nasıl değerlendirildiğini inceleyeceğiz.

---

ISO/TR 9968:2023 Nedir?

ISO/TR 9968:2023, elektrikli araçların şarj sistemleri ve ilgili bileşenleri için bir teknik rapor olarak hazırlanmış bir standarttır. Bu standart, özellikle elektrikli araçların şarj altyapısıyla olan etkileşimlerini ve bu süreçteki güvenlik, uyumluluk ve performans gereksinimlerini ele alır. BMS'ler, bataryaların şarj ve deşarj süreçlerini yönettiği için, ISO/TR 9968:2023 kapsamında da önemli bir yer tutar.

ISO/TR 9968:2023, sadece şarj sistemlerine odaklanmaz; aynı zamanda bataryaların güvenli bir şekilde çalışmasını sağlamak için gerekli olan iletişim protokolleri, veri paylaşımı ve hata yönetimi gibi konuları da kapsar. Bu nedenle, BMS'lerin ISO/TR 9968:2023 ile uyumlu olması, elektrikli araçların genel güvenliğini ve performansını artırmada kritik bir faktördür.

---

BMS'lerin ISO/TR 9968:2023 Çerçevesinde Rolü

ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin aşağıdaki ana alanlarda nasıl işlev gördüğüne dikkat çeker:

1. Şarj Yönetimi ve Uyumluluk

Elektrikli araçlar, farklı şarj istasyonlarıyla uyumlu olmalıdır. Ancak her şarj istasyonunun güç çıkışları, gerilim seviyeleri ve iletişim protokolleri farklılık gösterebilir. ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin bu farklılıkları algılayıp uygun şekilde yanıt vermesini gerektirir. Örneğin:

• BMS, şarj istasyonundan gelen verileri analiz eder ve bataryanın maksimum kapasitesini aşmadan şarj işlemini optimize eder.
• Şarj sırasında oluşan sıcaklık artışlarını izler ve gerektiğinde şarj hızını düşürür.

Bu süreçler, ISO/TR 9968:2023'e uygun olarak gerçekleştirildiğinde, hem araç hem de şarj istasyonu için daha güvenli bir deneyim sağlar.

2. İletişim Protokolleri ve Veri Paylaşımı

Modern elektrikli araçlar, şarj istasyonlarıyla iletişim kurmak için çeşitli protokoller kullanır (örneğin, ISO 15118 veya CHAdeMO). BMS, bu iletişim protokollerini yöneten merkezi bir bileşendir. ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin şarj istasyonlarıyla etkili bir şekilde iletişim kurmasını ve şu bilgileri paylaşmasını gerektirir:

• Bataryanın mevcut şarj durumu (State of Charge - SoC).
• Maksimum şarj hızı ve gerilim sınırları.
• Hata kodları veya uyarılar.

Bu veri paylaşımı, şarj sürecinin verimli ve güvenli bir şekilde gerçekleşmesini sağlar.

3. Güvenlik ve Hata Yönetimi

ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin güvenlik odaklı bir yaklaşım benimsemesini zorunlu kılar. Özellikle şarj sırasında ortaya çıkabilecek hatalar, ciddi güvenlik risklerine yol açabilir. Örneğin:

• Aşırı akım veya gerilim, bataryanın hasar görmesine neden olabilir.
• Şarj kablosundaki bir kopma veya kısa devre, yangın riski oluşturabilir.

BMS, bu tür hataları algılayıp anında müdahale edebilmeli ve gerekirse şarj işlemini durdurmalıdır. ISO/TR 9968:2023, bu tür senaryolar için detaylı güvenlik protokolleri tanımlar.

4. Sıcaklık ve Enerji Yönetimi

Şarj sırasında bataryaların sıcaklığı artabilir ve bu durum, bataryanın ömrünü kısaltabilir veya güvenlik riskleri yaratabilir. ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin sıcaklık yönetimini optimize etmesini ve şarj hızını buna göre ayarlamasını önerir. Ayrıca, enerji verimliliği açısından da BMS'lerin şarj sırasında kayıpları minimize etmesi beklenir.

---

ISO/TR 9968:2023'e Uyum Sağlamanın Avantajları

ISO/TR 9968:2023'e uyumlu bir BMS tasarlamak, birçok avantaj sağlar:

1. Daha Güvenli Şarj Süreçleri:
   Standarda uygun BMS'ler, şarj sırasında ortaya çıkabilecek riskleri minimize eder ve kullanıcılar için daha güvenli bir deneyim sunar.
2. Geniş Uyumluluk:
   Farklı şarj istasyonlarıyla uyumlu çalışan BMS'ler, kullanıcıların şarj altyapısından bağımsız olarak sorunsuz bir şekilde şarj yapmasını sağlar.
3. Verimli Enerji Kullanımı:
   ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin enerji tüketimini optimize etmesini teşvik eder. Bu da bataryanın ömrünü uzatır ve çevresel etkileri azaltır.
4. Global Pazarlara Erişim:
   ISO/TR 9968:2023 gibi uluslararası standartlara uyumlu ürünler, global pazarlarda daha kolay kabul görür ve rekabet avantajı sağlar.

---

Gelecekteki Gelişmeler

ISO/TR 9968:2023, elektrikli araçların şarj sistemleri ve BMS'ler için bir başlangıç noktası olarak görülmelidir. Gelecekte, bu standart daha da genişletilebilir ve yeni teknolojilerle entegre edilebilir. Örneğin:

• Yapay Zeka ve Makine Öğrenimi: BMS'ler, şarj süreçlerini daha iyi tahmin edebilmek ve optimize edebilmek için yapay zeka algoritmaları kullanabilir.
• Kablosuz Şarj Teknolojileri: Kablosuz şarj sistemlerinin yaygınlaşmasıyla birlikte, BMS'lerin bu teknolojilere uyum sağlaması gerekecektir.
• Gerçek Zamanlı İzleme ve Raporlama: ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin gerçek zamanlı veri paylaşımını teşvik eder. Bu, sürücülerin ve operatörlerin bataryanın durumunu sürekli takip etmesini sağlar.

---

Sonuç

Elektrikli araçlar, modern ulaşımın geleceği için umut vaat ediyor. Ancak bu araçların güvenli, verimli ve uyumlu bir şekilde çalışması, yalnızca güçlü bataryalara değil, aynı zamanda bu bataryaları yöneten BMS'lere de bağlıdır. ISO/TR 9968:2023, BMS'lerin tasarım, geliştirme ve uygulama süreçlerinde rehberlik edici bir rol oynar. Bu standart, elektrikli araçların şarj süreçlerini optimize ederken, güvenlik, uyumluluk ve performans açısından da yüksek standartlar belirler.

Üniversite öğrencileri ve yeni mezunlar için, otomotiv sektöründe kariyer yapmayı düşünenler, ISO/TR 9968:2023 gibi standartları anlamak, bu alanda fark yaratmanın ilk adımı olacaktır. BMS'ler, elektrikli araçların kalbinde atarken, ISO/TR 9968:2023 ise bu kalbin düzenli ve güvenli bir şekilde atmasını sağlayan kilit bir unsurdur.

 

UN R156 Regülasyonu: Araç Yazılım Güncellemeleri için Güvenlik ve Süreç Yönetimi

Otomotiv endüstrisi, dijitalleşmenin hız kazanmasıyla birlikte giderek daha fazla siber güvenlik tehdidine maruz kalıyor. Günümüzde modern araçlar, internet bağlantıları, kablosuz güncellemeler (OTA - Over-the-Air) ve akıllı sistemler sayesinde daha fazla yazılım bileşeni içeriyor. Ancak bu gelişmeler, araçların siber saldırılara karşı korunmasını zorunlu hale getiriyor. İşte tam da bu noktada, Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomik Komisyonu (UNECE) tarafından yayınlanan UN R156 regülasyonu devreye giriyor.

Bu yazıda, UN R156’nın ne anlama geldiğini, hangi konuları kapsadığını ve otomotiv sektöründeki önemini temel seviyede ele alacağız.

UN R156 Nedir?

UN R156 (Regulation No. 156), araçların yazılım güncellemeleriyle ilgili güvenlik ve yönetim gereksinimlerini belirleyen bir düzenlemedir. Bu regülasyon, özellikle araçların uzaktan güncellenmesi (OTA) süreçlerinin güvenli ve izlenebilir olmasını sağlamayı amaçlar. UNECE tarafından geliştirilen bu regülasyon, Software Update Management System (SUMS) yani Yazılım Güncelleme Yönetim Sistemi kavramını ortaya koyarak, otomobil üreticilerinin yazılım güncellemelerini sistematik bir şekilde yönetmelerini zorunlu kılar.

Regülasyonun ana hedefi, kötü amaçlı yazılım yüklenmesini önlemek, güvenli güncelleme süreçleri sağlamak ve araç içindeki yazılım değişikliklerinin kayıt altına alınmasını garanti etmektir.

UN R156 Hangi Konuları Kapsar?

Bu regülasyon, otomotiv sektöründe yazılım güncellemelerinin düzenlenmesi için dört ana gereksinim belirler:

1. Yazılım Güncelleme Yönetim Sistemi (SUMS) Kurulumu:

   • Araç üreticileri, tüm yazılım güncellemelerini yönetebilecek bir sistem kurmalı ve bu sistemi resmi olarak belgelendirmelidir.
   • Bu sistem, güncelleme süreçlerini şeffaf ve izlenebilir hale getirmelidir.

2. Güncelleme Süreçlerinin Güvenliği:

   • Tüm yazılım güncellemelerinin kimlik doğrulaması yapılmalı ve yetkisiz erişimlere karşı korunmalıdır.
   • Yazılımın güncelleme sırasında bozulmaması için güvenlik mekanizmaları (örn. şifreleme, imza doğrulama) uygulanmalıdır.

3. Güncellemelerin Takibi ve Belgelendirilmesi:

   • Yapılan tüm yazılım değişiklikleri kayıt altına alınmalı ve gerektiğinde denetim için hazır tutulmalıdır.
   • Üreticiler, bir aracın hangi yazılım sürümüne sahip olduğunu gösterebilmelidir.

4. Araç Sahibi ve Yetkililer için Bilgilendirme:

   • Yazılım güncellemeleri sırasında kullanıcılar bilgilendirilmeli, güncelleme süreci hakkında şeffaf bir iletişim sağlanmalıdır.
   • Güncellemelerin araç fonksiyonlarına etkisi açıkça belirtilmelidir.

UN R156 Neden Önemlidir?

Eskiden, araç yazılımlarının güncellenmesi yalnızca servislerde yapılan fiziksel işlemlerle gerçekleşiyordu. Ancak modern araçlarda kablosuz (OTA) güncellemeler yaygınlaştıkça, güvenli yazılım yönetimi kritik bir hale geldi.

Bu regülasyonun otomotiv sektörü açısından en önemli faydaları şunlardır:
✔ Siber Güvenliği Artırır: Yetkisiz yazılım yüklemelerinin önüne geçerek araçların siber saldırılara karşı korunmasını sağlar.
✔ Hukuki ve Ticari Riskleri Azaltır: Üreticilerin, yazılım kaynaklı hatalara karşı daha hızlı müdahale edebilmesine yardımcı olur.
✔ Regülasyon Uyumluluğu Sağlar: UN R156, Avrupa Birliği başta olmak üzere birçok ülkede yasal bir zorunluluk haline gelmiştir. Uyumsuzluk durumunda üreticilere ciddi yaptırımlar uygulanabilir.
✔ Araç Yaşam Döngüsünü Uzatır: Güvenli yazılım güncellemeleri sayesinde araçlar daha uzun süre güncel ve işlevsel kalır.

Sonuç

UN R156, otomotiv sektöründe yazılım yönetiminin güvenli ve sistematik bir şekilde yapılmasını zorunlu kılan bir regülasyondur. Siber güvenlik tehditlerinin arttığı bir dönemde, araç yazılım güncellemelerinin güvenliğini sağlamak, sadece üreticiler için değil, kullanıcılar için de büyük önem taşımaktadır.

Özellikle otonom sürüş teknolojilerinin yaygınlaşmasıyla birlikte, yazılım güncellemelerinin güvenli olması hayati bir konu haline gelmiştir. Bu nedenle, UN R156 regülasyonu, gelecekte daha da önem kazanacak ve tüm otomotiv üreticileri için standart bir gereklilik haline gelecektir.

Elektrikli Araçlarda BMS'lerin Functional Safety (ISO 26262) Perspektifinden İncelenmesi

Elektrikli araçlar, otomotiv endüstrisinin en hızlı gelişen alanlarından biridir. Bu araçların güvenliği ve performansı, sadece mekanik veya elektriksel bileşenlerle değil, aynı zamanda yazılım ve sistem entegrasyonuyla da doğrudan ilişkilidir. Özellikle Batarya Yönetim Sistemleri (BMS), elektrikli araçların kalbinde yer alan kritik bir bileşendir. Ancak bu kadar önemli bir sistemin güvenilir olması, yalnızca teknik özelliklerle sınırlı değildir. Functional Safety (İşlevsel Güvenlik) standartları, özellikle ISO 26262 çerçevesinde, BMS'lerin tasarımından uygulamasına kadar her aşamasında güvenlik odaklı bir yaklaşım benimsemeyi gerektirir.

Functional Safety Nedir?

Functional Safety, bir sistemin veya bileşenin, beklenmedik durumlar karşısında insan hayatını koruyacak şekilde tasarlanması ve çalıştırılması anlamına gelir. Otomotiv sektöründe, bu konsept ISO 26262 standardıyla formalize edilmiştir. ISO 26262, elektrikli ve elektronik sistemlerin tüm yaşam döngüsü boyunca güvenlik risklerini azaltmayı hedefler. Elektrikli araçlarda kullanılan BMS'ler de bu standardın kapsamındadır.

BMS ve Functional Safety İlişkisi

BMS, bir elektrikli aracın bataryasını izleyen, kontrol eden ve koruyan bir sistemdir. Ancak bu süreçte ortaya çıkabilecek hatalar, ciddi güvenlik risklerine yol açabilir. Örneğin, bir BMS'nin yanlış veri toplaması veya yanlış karar vermesi, bataryanın aşırı ısınmasına, yangına veya patlamasına neden olabilir. İşte burada Functional Safety devreye girer. ISO 26262, BMS'lerin tasarımında aşağıdaki prensipleri ön planda tutar:

1. Risk Analizi ve Tehlike Değerlendirmesi (HARA):
   BMS'lerin geliştirilmesinin ilk adımı, potansiyel tehlikeleri belirlemek ve bu tehlikelerin sonuçlarını analiz etmektir. HARA (Hazard Analysis and Risk Assessment), BMS'nin ne tür hatalara maruz kalabileceği ve bu hataların yol açabileceği riskleri değerlendiren bir süreçtir. Örneğin, bir hücrenin aşırı şarj olması, araçta yangın riski oluşturabilir. Bu tür senaryolar, HARA ile tanımlanır ve gerekli önlemler alınır.
2. ASIL Seviyeleri:
   ISO 26262, her bir sistemin veya bileşenin güvenlik seviyesini belirlemek için ASIL (Automotive Safety Integrity Level) kavramını kullanır. ASIL, A'dan D'ye kadar dört seviyeye ayrılır ve D en yüksek güvenlik seviyesini ifade eder. BMS'ler genellikle yüksek ASIL seviyelerinde (örneğin ASIL C veya D) değerlendirilir, çünkü bataryaların hataları ciddi güvenlik risklerine yol açabilir. Yüksek ASIL seviyeleri, daha sıkı testler, doğrulama ve onaylama süreçlerini gerektirir.
3. Redundancy (Yedeklilik):
   BMS'lerde yedeklilik, bir bileşenin veya sistemin arızalanması durumunda alternatif bir yol sunarak işlevselliği sürdürmesini sağlar. Örneğin, bir sensörün verileri yanlışsa, BMS bu durumu algılayıp alternatif sensörlerden veya algoritmalarla tahmin edilen değerlerden faydalanabilir. Yedeklilik, özellikle yüksek ASIL seviyelerinde zorunlu bir gerekliliktir.
4. Fail-Safe ve Fail-Operational Tasarım:
   BMS'ler, hata durumlarında "fail-safe" (güvenli şekilde kapanma) veya "fail-operational" (hata sonrası sınırlı işlevsellikle çalışmaya devam etme) modlarına geçebilmelidir. Örneğin, bir çarpışma durumunda BMS, bataryayı anında devre dışı bırakarak (fail-safe) yangın riskini azaltabilir. Alternatif olarak, küçük bir arıza durumunda BMS, kısıtlı kapasitede de olsa bataryayı yönetmeye devam edebilir (fail-operational).
5. Doğrulama ve Onaylama (Verification & Validation):
   ISO 26262, BMS'lerin hem yazılım hem de donanım düzeyinde kapsamlı testlere tabi tutulmasını gerektirir. Doğrulama (verification), sistemin tasarımının doğru olduğunu kanıtlamayı; onaylama (validation), sistemin gerçek dünyada beklendiği gibi çalıştığını göstermeyi hedefler. BMS'ler için bu süreçler, simülasyonlar, laboratuvar testleri ve saha denemeleri gibi yöntemlerle gerçekleştirilir.

BMS Geliştirme Sürecinde Functional Safety Adımları

1. Kavramsal Tasarım:
   İlk adım, BMS'nin ne tür işlevler gerçekleştireceğini ve bu işlevlerin güvenlik açısından ne anlama geldiğini belirlemektir. Bu aşamada, tehlike senaryoları ve ASIL seviyeleri tanımlanır.
2. Sistem ve Yazılım Mimarisi:
   BMS'in mimarisi, güvenlik gereksinimlerini karşılayacak şekilde tasarlanır. Örneğin, yazılım kodlarının hata ayıklama yetenekleri ve donanımın yedeklilik özellikleri bu aşamada belirlenir.
3. Test ve Simülasyon:
   BMS, hem normal koşullarda hem de hata senaryolarında test edilir. Simülasyonlar, bataryanın aşırı ısınma, aşırı şarj veya kısa devre gibi durumlarda nasıl tepki vereceğini gösterir.
4. Üretim ve Bakım:
   Üretim sürecinde de güvenlik ön plandadır. Ayrıca, araç servislerinde BMS'in periyodik olarak kontrol edilmesi ve güncellenmesi, uzun vadeli güvenliği sağlar.

Gelecekteki Gelişmeler

ISO 26262, sürekli olarak güncellenen bir standarttır ve gelecekte BMS'ler için daha da kapsamlı güvenlik gereksinimleri getirebilir. Yapay zeka ve makine öğrenimi gibi teknolojiler, BMS'lerin hata tespit ve müdahale yeteneklerini artırabilir. Ayrıca, bataryaların geri dönüşüm süreçlerinde de Functional Safety perspektifi önem kazanabilir.

Sonuç

Elektrikli araçlar, sürdürülebilir ulaşımın geleceğini şekillendiriyor. Ancak bu araçların güvenliği, yalnızca güçlü motorlar veya aerodinamik tasarımlarla sağlanamaz. BMS'ler, elektrikli araçların kalbinde yer alan kritik bir bileşendir ve bu bileşenin güvenliği, ISO 26262 gibi standartlarla güvence altına alınmalıdır. Functional Safety, BMS'lerin yalnızca teknik özelliklerini değil, aynı zamanda insanların hayatını koruma potansiyelini de vurgular. Üniversite öğrencileri ve yeni mezunlar için, otomotiv sektöründe kariyer yapmayı düşünenler, Functional Safety ve BMS gibi temel konuları anlamak, bu alanda fark yaratmanın ilk adımı olacaktır.

BMS'ler, modern ulaşımın kalbinde atarken, Functional Safety ise bu kalbin düzenli ve güvenli bir şekilde atmasını sağlayan kilit bir unsurdur.

 

BMS Nedir? (Battery Management System)

Elektrikli Araçlarda Batarya Yönetim Sistemleri: Temel Bilgiler

Elektrikli araçlar (EV) günümüzde sürdürülebilir ulaşımın en önemli parçalarından biri haline geldi. Fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak ve çevresel etkileri en aza indirmek amacıyla geliştirilen bu araçların kalbi, enerji depolama sistemleridir. Bu sistemlerin merkezinde ise bataryalar yer alır. Ancak bir elektrikli aracın performansını, güvenliğini ve ömrünü belirleyen tek şey bataryanın kendisi değildir. Asıl kilit rolü oynayan, Batarya Yönetim Sistemi (BMS) adı verilen teknolojiktir.

Batarya Yönetim Sistemi Nedir?

Basitçe ifade edecek olursak, Batarya Yönetim Sistemi (BMS), bir elektrikli aracın bataryasını izleyen, kontrol eden ve koruyan bir yazılım-donanım kombinasyonudur. BMS, bataryanın her bir hücresini sürekli olarak izler ve onun sağlıklı bir şekilde çalışmasını sağlar. Elektrikli araçlarda genellikle lityum-iyon bataryalar kullanılır ve bu tür bataryalar hassas bileşenlerdir. Lityum-iyon bataryalar aşırı ısınma, aşırı şarj veya düşük şarj gibi durumlarda zarar görebilir ya da tehlikeli olabilir. İşte burada devreye BMS girer.

BMS'in Temel Görevleri

1. Gerilim İzleme:
   Bir elektrikli aracın bataryası genellikle yüzlerce hücreden oluşur. Her bir hücrenin gerilimi, bataryanın toplam performansını etkileyebilir. BMS, her bir hücrenin gerilimini sürekli izler ve dengesizlikler olduğunda müdahale eder. Örneğin, bazı hücreler fazla şarj olmuşsa, BMS bu hücrelerin şarjını düşürerek tüm bataryayı dengeler.
2. Sıcaklık Kontrolü:
   Aşırı sıcaklık, bataryalar için büyük bir tehdittir. Lityum-iyon bataryalar genellikle 15°C ile 45°C arasında en iyi performans gösterir. BMS, bataryanın sıcaklığını sürekli ölçer ve gerekirse soğutma sistemini aktive eder. Ayrıca, bataryanın soğuk ortamlarda çalışmasını sağlamak için ısıtma sistemlerini de yönetebilir.
3. Şarj ve Deşarj Yönetimi:
   BMS, bataryanın ne kadar şarj olduğunu ve ne kadar enerji harcadığını takip eder. Bu sayede, bataryanın aşırı şarj olmasını veya tamamen boşalmasını engeller. Özellikle aşırı şarj, bataryanın ömrünü kısaltabilir ve güvenlik riski oluşturabilir. BMS, şarj sırasında uygun akım ve gerilim değerlerini ayarlayarak bataryanın uzun ömürlü olmasını sağlar.
4. Güvenlik ve Koruma:
   Elektrikli araçlarda güvenlik her zaman ön plandadır. BMS, bataryanın kısa devre yapmasını, aşırı akım çekmesini veya fiziksel hasar görmesini engellemek için çeşitli koruma mekanizmaları içerir. Örneğin, bir çarpışma durumunda BMS, bataryayı anında devre dışı bırakarak yangın riskini azaltabilir.
5. Veri Kaydı ve İletişim:
   Modern BMS'ler, bataryanın durumuyla ilgili verileri kaydeder ve bu verileri aracın ana bilgisayar sistemine iletir. Böylece sürücüler, aracın ne kadar şarj kaldığını, tahmini menzili ve bataryanın genel sağlık durumunu görebilir. Ayrıca, bu veriler servislerde bakım ve onarım işlemleri için de kullanılır.

Neden BMS Kritik Öneme Sahiptir?

BMS olmadan bir elektrikli aracın güvenli ve verimli bir şekilde çalışması mümkün değildir. Bataryalar, hem pahalı hem de karmaşık bileşenlerdir. Yanlış kullanıldıklarında hem araç sahiplerine maliyet çıkarabilir hem de ciddi güvenlik riskleri yaratabilir. BMS sayesinde:

• Bataryanın ömrü uzar.
• Aracın performansı optimize edilir.
• Güvenlik riskleri minimize edilir.
• Sürüş deneyimi daha sorunsuz hale gelir.

Gelecekteki Gelişmeler

Teknoloji hızla ilerledikçe BMS'ler de daha akıllı hale geliyor. Yapay zeka ve makine öğrenimi gibi teknolojiler, BMS'lerin bataryaların davranışlarını daha iyi tahmin etmesini sağlıyor. Bu sayede, bataryaların ömrü daha da uzatılabilecek ve elektrikli araçların menzilleri artırılabilecek. Ayrıca, gelecekteki BMS'ler, bataryaların yeniden kullanılabilirliğini ve geri dönüşüm süreçlerini de optimize edebilir.

Sonuç

Elektrikli araçlar, modern ulaşımın geleceği için umut vaat ediyor. Ancak bu araçların başarılı olması, yalnızca güçlü motorlar veya aerodinamik tasarımlarla mümkün değil. Bataryaların sağlığı ve performansı, elektrikli araçların kalbinde atar. Batarya Yönetim Sistemleri (BMS), bu kalbin düzenli atmasını sağlayan kilit bir teknolojidir. Üniversite öğrencileri ve yeni mezunlar için, elektrikli araç endüstrisinde kariyer yapmayı düşünenler, BMS gibi temel bileşenleri anlamak, bu alanda fark yaratmanın ilk adımı olacaktır.

Elektrikli araçlar dünyasına adım atmak isteyen herkes için, BMS sadece bir teknoloji değil, aynı zamanda sürdürülebilirliğin ve yenilikçiliğin sembolüdür.

 

CAN Bus Fiziksel Katmanı

CAN (Controller Area Network) Bus CANH, CANL şeklinde isimlendirilen ikili hat üzerinden birden çok sistemin konuşabildiği, aynı anda tek bir sistemin konuştuğu (half-dublex), yüksek hızlı uygulamalara izin veren bir ağ yapısıdır.

Haberleşme yapılarında farklı seviye katmanlar ve uygulama tipleri vardır. Bu kapsamda CAN Bus'ın fiziksel katmanı üzerine detaylı bir inceleme gerçekleştirilmiştir.

Bu konuya giriş yaparken donanım seviyesinden işi ele alıp elektriksel seviyeye ilerlemek mantıklı olacaktır.

Öncelikle yazı  kapsamında kullanılacak tanımlardan bahsetmek gerekirse, sistem ifadesini CAN Bus hattına bağlanabilen ve haberleşebilen her şey olarak düşünebiliriz. Otomotiv üzerinden örnek verecek olursak VCU, BMS, Inverter gibi CAN Bus ile haberleşen yapılara sistem diyebiliriz.

Bir CAN Bus hattı CANH ve CANL hatlarının burulmuş çifti (twisted pair) ile birbirine bağlanır. Bu yapı ethernet kablolarında da benzer şekilde kullanılır. Bu bağlantı elektromanyetik yayılıma karşı hattın güçlü olmasını sağlar. Bu yapıda hat üzerinde indüklenen gürültü akımları her iki hatta neredeyse ortak seviyede etkileyeceği için CANH, CANL arasındaki fark neredeyse sabit kalır. 

Örnek bir burulmuş çift (twisted pair) görseli aşağıda görebilirsiniz.

CANH, CANL twisted pair kablo üzerinden iletildikten sonra elektronik devre üzerindeki yapılar ile karşılaşıyoruz. Burada temel yapıyı anlamak için CAN Bus dönüştürücüler ile anlatıma devam etmek faydalı olacaktır. Sektörde de sıklıkla kullanılan SN65HVD1050 entegresini örnek olarak ele alabiliriz. Bu yapılar mikrodenetleyicilerden çıkan CANTX, CANRX pinlerini CANH, CANL seviyesine dönüştürür. CAN Bus dönüştürücü entegrelerinin ana görevi budur. Tamamen analog yapılar bu dönüşüm için yeterlidir. Bununla birlikte hat ile ilgili temel elektriksel kontrolleri yapabilir. Entegre özelinde sıcaklık kontrolü ve koruması yapabilir. ESD korumaları sağlayabilir. Bublar zorunlu fonksiyonlar değildir.

SN65HVD1050'nin iç yapısı aşağıdaki gibidir.

CAN Bus dönüştürücüleri giriş tarafında CANH, CANL değerlerinin elektriksel farkına göre RXD ucuna 1/0 bilgisi gönderir. CANH, CANL aynı değerlerde ise lojik 1, aradaki fark 2.5 V ise lojik değer 0'dır.

Gönderici taraftan bakacak olursak TXD pini üzerinden bir sürücü kısım aktifleşir ve çıkış anahtarlarını sürer. Bu anahtarlar TXD lojik 0 iken aktif çalışır ve CANH, CANL hattını 2.5 V farka çeker. Aksi durumda aynı değerde tutar.

CAN Bus'ın özelliklerinden biri hattı sürerken aynı zamanda aktif olarak okumaya devam etmesi ve CAN mesaj paketi içerisinde belli bitleri takip ederek karşı alıcının mesajı sağlıklı bir şekilde alıp almadığını doğrulamasıdır. Bu sayede gönderilen mesajların en az bir alıcıya ulaşıp ulaşmadığından gönderici taraf emin olur.

Ek ve büyük bir katkısı da veri gönderirken okumaya devam etmesi sayesidne herhangi bir durumda önceliği yüksek bir mesaj paketi başka bir sistem üzerinden gönderilirse, hattı her sistem sürekli okuyarak çalışmaya devam ettiği için ilgili yüksek öncelikli mesaja diğer tüm sistemler izin/öncelik verir.

Kaynaklar:

1. https://www.ti.com/lit/an/sloa101b/sloa101b.pdf

CAN Bus Temel Özellikler, Avantajları ve Dezavantajları

Temel Özellikler

• Bükümlü çift yapısında iki kablo
• Hat baş ve sonra 2 direnç ile sonlandırılır
• ~40 metre kablo için 1 Mbps veri iletim hızı vardır
• Bir mesaj paketinde azami 8 byte veri gönderilir
• Mesaj gönderme alma prosedürü hatalara dirençli (robust) bir şekilde çalışır
• Mesaj ID'sine göre önceliklendirme yapısı vardır
• İki sistem aynı anda mesaj paketi iletmek istese bile ID önceliklendirme yapısı hatayı engeller
• Mesajlar hat üzerindeki tüm sistemlere iletilir
• Mesaj iletilmeme durumunda yeniden gönderme yapısı CAN kontrolcüsü üzerinde gerçekleştirilir
• Sabit/Sürekli bir hata durumunda CAN kontrolcüsü kendini belli durumlarda durdurur

Avantajlar

• Düşük kablolama karmaşıklığı
• Araç kablolama işlemlerinde kolaylık
• Hatta yeni bir sistem eklemek veya hattan bir sistemi kaldırmakta kolaylık
• Kapalı bir sistem hattı etkilemez
• Çoklu yönetici, her bir sistem hatta veri basabilir ve hat üzerinde bulunan veriyi okuyabilir
• Elektromanyetik yayılımdan etkilenmesi halinde emniyetlidir
• Hata tespit yapıları vardır
• Arıza durumunda teşhis ve bakım kolaylıkla yapılır

Dezavantajlar

• Veri iletişim hızı ~1Mbps hızında sınırlıdır
• Basit protokollere göre uygulaması daha maliyetlidir
• Siber ataklara karşı açıktır. Kolaylıkla hatta erişilip veriler manipüle edilebilir

Otomotivde Pasif ve Aktif Emniyet Kavramları (Active Safety/Passive Safety)

Otomotiv sektörü, araçların güvenliği ve emniyeti için sürekli olarak çalışmaktadır. Bu çalışmalar sonucunda otomotiv sektöründe Pasif ve Aktif Emniyet kavramları ortaya çıkmıştır.

Pasif Emniyet, araç kazası durumunda oluşabilecek zararları en aza indirmeyi amaçlayan bir sistemdir. Aktif Emniyet ise, araç kazasını önlemeyi amaçlayan bir sistemdir.

Pasif Emniyet Sistemleri, araç kazası durumunda yolcuların zarar görme riskini en aza indirmek için tasarlanmıştır. Bu sistemler, araç içi ve dışı güvenlik sistemlerini içerir. Örneğin, araç içi emniyet sistemleri arasında; kemerler, hava yastıkları, koltuk başlıkları, koltuk kemeri hatırlatıcıları, çocuk koltukları ve emniyet kafesleri gibi sistemler bulunur. Araç dışı emniyet sistemleri arasında ise; çarpışma anında aracın enerjisini emen ve yavaşlatan kasa yapısı, kaporta ve önemli parçaların çarpışma sonrası deformasyonu sonucunda yolcuların zarar görmesini önleyen sistemler yer alır.

Aktif Emniyet Sistemleri, araç sürüşü esnasında kazaları önlemek için tasarlanmıştır. Bu sistemler arasında, ABS (Anti-Blokaj Fren Sistemi), ESP (Elektronik Stabilite Programı), akıllı hız kontrolü, şerit takip sistemi, park asistanı ve uzaktan kumandalı acil durum freni gibi sistemler bulunur.

Günümüzde, otomotiv sektörü sürekli olarak Pasif ve Aktif Emniyet sistemlerini geliştirmektedir. Bu sistemler, araçların güvenliği ve emniyeti için çok önemlidir.

Safety ve Security Kavramları

Bu yazıda safety ve security kavramlarını inceleyeceğiz. Türkçede emniyet ve güvenlik şeklinde yer yer ifade edilse de net bir karşılık olmadığı için bu yazıda ingilizce terimler kullanılacaktır.

Safety, emniyette olma ve potansiyel tehlikelerden korunma durumudur. Safety, kabul edilebilir bir risk düzeyine ulaşmak için bilinen tehlikelerin kontrolünü de ifade eder. Safety, genellikle sistemlerin kendileri kaynaklı oluşabilecek tehlikeli durumlarını ve bu durumlardan kaçınmayı ifade eder.

Security, sistemin dışından gelecek, sistemin doğal işleyişini bozmak veya sistem içerisinde tutulması gereken her türlü bilginin, sistemin izni haricinde alınması/erişilmesi durumudur. Security açısından sistemler değerlendirilirken riskler, tehdit modelleri ve saldırı yöntemleri analiz edilir. Sonrasında sistem security açısından da güvenli bir noktaya gelmesi gereken aksiyonlar planlanır ve devreye alınır.

C dilinde, İyi Yazılmış, Taşınabilir Bir Sensör Sürücü Paketi İncelemesi

Bu yazıda gömülü sistemlere düşük seviyede sürücü geliştiren kişilere referans niteliğinde olan, BOSCH'un  sıcaklık, nem ve basınç sensörü BME280 için geliştirdiği, github üzerinden yayınladığı açık kaynak kütüphaneyi [1] inceleyeceğiz. Başlıkta da belirttiğim gibi kütüphane gerçekten çok modüler bir şekilde oluşturulmuş. Geliştirilen kütüphane platform-bağımsız olduğu için herhangi bir altyapıya adapte edilebilir. Bu yapıyı herhangi bir mikrodenetleyicide veya OS ile çalışan bir gömülü yapıya entegre edebilirsiniz.

Kütüphane geliştirilirken low-coupling, high-coherence kavramlarını başarılı bir şekilde uygulamış. Kütüphane içerisinde herhangi bir dış bağımlılık olmadığı gibi kendi içerisindeki fonksiyon ve veri setleri de tam olarak amaca yöneliktir.

Öncelikle kütüphanenin güzel bir README.md dosyası var. İçerisinde bu kütüphanenin nasıl kullanılabileceği detaylı bir şekilde anlatılmıştır.

Bu yazıda, ilgili kütüphaneyi SPI üzerinden nasıl kendi sisteminize entegre edeceğinizi yine README.md deki örnek üzerinden ele alacağız.

Kütüphane bme280_dev structure'ı üzerinden çalışıyor. Bu yapı aşağıda verilmiştir.

Bu yapıda öncelikle ilgili sensörün hangi arayüz ile hangi modda kullanılacağı çeşitli değişkenlerle seçilir. Bu seçimler değişken isimleri ve gerekli yorumlarla desteklenmiş ve açık bir şekilde belirtilmiştir.

Bunun haricinde taşınabilirlik açısında bizim en çok işimize yarayan kısım fonksiyon pointer yapılarıdır. SPI örneği üzerinden devam edecek olursak bme280_dev yapısı içerisinde okuma yazma fonksiyonları için dev.read ve dev.write fonksiyon pointerlarına ilgili platforma ait SPI yazma okuma fonksiyonları atanır. SPI okuma ve yazma fonksiyonları kendi içerisinde CS operasyonunu gerçekleştirmelidir. Fonksiyonel olarak yazılmış sensör sürücüsü soyutlanmış okuma, yazma fonksiyonları üzerinden çalışır. Bu iki fonksiyona ek olarak kütüphane içerisinde kullanmak üzere 1 ms çözünürlüklü bir delay fonksiyonunun da pointerı structure'a atanır.

Bu noktada önemli bir parantez olarak ilgili fonksiyon pointerları mevcut altyapınızla birebir uyumlu olmayabilir. Hatta muhtemelen farklıdır. Bu noktada sizin altyapınız ile kütüphane arasına bir adaptör katmanı yazmanız gerekebilir. Örnek olarak aşağıdaki fonksiyon incelenebilir. myusleep fonksiyonu platform tabanlı bir fonksiyondur. Örnek olarak ms gecikmesi için STM32 altyapısında HAL_Delay fonksiyonunu düşünebilirsiniz. Arduino altyapısında buna delay fonksiyonu karşılık gelir. Biz her iki platformda da mevcut fonksiyonun adresini aşağıdaki gibi bir adaptör vasıtasıyla bme280_dev yapısına atanır. Böylece kütüphane fonksiyonları platform bağımsız çalışır.

Bu kütüphane kullanılarak oluşturulmuş tam bir örneğe aşağıdaki linkten erişebilirsiniz. En başta da ifade ettiğim gibi gömülü sistemlerde sürücü seviyesinde yazılım geliştiriyorsanız bu kütüphaneleri hiç bir zaman başka bir platformda kullanmayacaksanız bile bu yaklaşımla geliştirmenizi öneririm. Kodun okunabilirliği, güncellenebilirliği ve bakım yapılabilirşliği açısından da oldukça faydalı olacaktır.

https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver/blob/master/examples/bsd_userspace.c

Referanslar

[1] https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver/

FIT (Failure in Time) ve MTBF (Mean Time Between Failure) Kavramları

FIT ve MTBF, emniyetli elektronik sistemler üzerine çalışırken bilinmesi gereken en temel kavramlardandır.

FIT (Failure in Time) bir sistemin veya komponentin, belli bir süre içerisinde hata yapma olasılığını, hatanın frekansını ifade eder. Bu kavram ilgili cihazın güvenilirliği etkiler. Bununla birlikte emniyetli sistemler genelde bir çok cihazın birleşiminden oluştuğu için her bir sistem veya komponentin FIT değeri geniş çerçevede sistemi etkiler. Bu yüzden genellikle FIT değeri düşük sistemler emniyetli sistemlerde tercih sebebi olur.

MTBF (Mean Time Between Failure) bir sistemin veya komponentin iki hatası arasında geçen süreyi ifade eder.

FIT ile MTBF arasındaki ilişki FIT = 1 / MTBF şeklindedir. Kullanıldığı yere göre farklılık gösterir ancak temelde aynı bilgiyi ifade eder.

Bir Sistemin FIT Değerinin Bulunması

Bir sistemin FIT değerini hesaplamak için çeşitli yöntemler vardır. Bu yöntemler ilgili komponentin yapısına göre değişir.

Direnç, kondansatör gibi chip seviyesidneki elemanlarda FIT genellikle fabrika içi yapılan testlerle hesaplanır. Bu hesaba ilgili üreticinin geçmiş üretim/hata raporları da etkili olur.

Büyük sistemlerde ise FIT değeri öncelikle kullanılan alt sistemlerin hata oranlarına göre hesaplanır. Uzun vadede ilgili ürünün saha dönüş raporlarına göre FIT değeri güncellenir. Bu aşamaların tamamnıda belli bir tahmin faktörü vardır.

Örnek olarak, 10 adet komponent hata yapana kadar veya 1000 saati doldurana kadar test edilmiştir. Bu testte 6 adet ürün hata yapmıştır. Bu şartlar altında ilgili ürünün FIT hesabı aşağıdaki gibidir. İlgili ürünün her bir milyon saatteki hata oranı, FIT değeri 799'dur.

FIT değeri elbette test ortamı ile de ilgilidir. Bu noktada sıcaklık önemli ve etken faktörlerdendir. FIT değerinin sıcaklığa göre değişimini hesaplamak için belirli formüller vardır ve bunlar kullanılabilir. Burada dikkat edilecek husus hedef ürünün çalışma sıcaklığına göre FIT değeri hesaplamaktır. Örnek olarak 60°C'de çalışacak bir ürün için 30°C için verilmiş FIT değerini kullanmak hata olacaktır.

Bu yazıda FIT ve MTBF kavramları hakkında genel fikir oluşturacak kadar bilgi vermeye çalıştım. Daha kapsamlı bilgi için ve uygulamaları hakkında fikir edinmek için IEC 61508 ve benzeri emniyet standardlarını inceleyebilirsiniz.

Görsel Kayakları:

1. https://gesrepair.com/mean-time-between-failures-what-it-is-and-what-it-isnt/
2. https://qatestlab.com/resources/knowledge-center/software-testing-glossary/failure-rate/
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Failure_rate

Emniyet Kritik Sistemler

Günlük yaşantımızda, arabalarda, fabrikalarda, büyük tesislerde, günlük hayatımızda gördüğümüz veya göremediğimiz -artık neredeyse- her yerde insanlar çeşitli sistemler ile(elektronik, mekanik, elektromekanik vb.) iç içe yaşamaktadır. Sistemlerin tamamı belli koşullar altında hata yapabilir veya hatalı kullanılabilir. Bu kapsamda hata durumunda cana, mala, tesislere veya çevreye zararı dokunabilecek sistemler emniyet kritik sistemler olarak değerlendirilir. Bu sistemlerin ürünleşmesi için geçen tüm yaşam döngüsü belli standardlar dahilinde yürütülür.

Bir sistemin emniyet kritik olup olmadığı anlamak için bir soru sormak yeterlidir. “Zarar verir mi?”. Örnek olarak bir kapı turikesinin geç açılması sadece insanı biraz sinirlendirir. Ancak bir uçağın iniş takımlarının geç açılması yüzlerce hayata, ciddi mal kaybına ve çevresel zarara sebep olur. Bu örnekte olduğu gibi “Zarar verir mi?” sorusunun cevabı “Geliştirilecek sistemin emniyetli olması gerekir mi?” sorusuna da cevap vermiş olur.

Emniyet kritik sistemler hakkında geliştirilen standardlar ilk zamanlarda birçok acı tecrübe sonucunda ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerin ilk geliştiği sektörler havacılık, otomotiv, demiryolu gibi sivil hayatla ve insanla sürekli iç içe olan çalışma alanlarıdır. Günümüzde emniyet kritik sistem geliştirme süreçleri bu iki sektörün lokomotif etkisi ile oldukça olgunlaşmıştır. Bu sayede geliştirilen teknikler ile hataları yaşamadan evvel ilgili hataları önlemek için mühendisler çalışmalar yürütmektedir. Bahsi geçen sektörlerin kendi özelleşmiş standardları vardır. Emniyetle ilgili tüm standardların şemsiye standardı ise IEC 61508'dir.

Emniyet konusunda ISO 26262 standardı otomotiv sektörü özelinde emniyetli sistem geliştirme konusunda ürünün tüm yaşam döngüsü ile ilgili çok detaylı örnekler barındıran ve eğitim kitabı tadında içeriğe sahip bir standarddır.

Otomotiv sektöründe emniyetli sistem geliştirme süreçleri -diğer sektörlerde de olduğu gibi- V model tabanlı yürütülür. Bu kapsamda aşağıdaki model takip edilir. Donanım ve yazılım gibi çekirdek geliştirme süreçlerine girmeden önce -mümkün olan- her şey sistem seviyesinde planlanır ve tasarlanır. Örnek verecek olursak yazılım yazılmadan önce yazılım testlerinin nasıl yapılacağı planlanmış olmalıdır. Bununla birlikte sistemin emniyet seviyesine göre(Otomotivde ASIL1-ASIL4, Raylı Ulaşımda SIL1-SIL4 gibi) proje yönetim süreçleri bile değişiklik gösterebilir. Örnek olarak SIL1 seviyesindeki bir ürünün yazılımını tek bir geliştirici yapabilirken, SIL3 seviyesindeki bir ürünü iki farklı ekibin geliştirilmesi gerekebilir. Farklı seviyelerde FMEA, FTA, HARA analizleri yapılır. Riskler bu analizler sonucunda tespit edilir.

Emniyetli sistem geliştirme işi oldukça zahmetli ve maliyetli bir süreçtir. Bu yüzden ISO 26262–2:2011 Annex B Table B.1’de verildiği gibi firmaların projeden önce bu kültüre hazır olmaları veya bu kültürü geliştirmeye niyetli olmaları gerekir. Aksi taktirde proje süreçleri normal bir proje ile karşılaştırılamayacak kadar detaylı ve zahmetlidir. Emniyet kritik bir projeyi bu kural ve kıstaslara uymadan geliştirecek olursanız tüm süreç emniyet kritik ürün geliştirmeye göre 3 kat daha hızlı olabilir.

Görsel Kaynakları:

1. https://www.instron.com.tr/tr-tr/testing-solutions/industry-solutions/automotive/safety-systems
2. https://www.axivion.com/en/p/solutions/iso-26262-compliance-141.html

IEC 61508'e göre Hata Analiz Yöntemleri

Hata analizi, genellikle düzeltici eylemleri veya yükümlülüğü belirlemek amacıyla bir hatanın nedenini belirlemek için veri toplama ve analiz etme işlemidir. Hata analizi, doğru bir şekilde yapılır ve üzerinde iyileştirmeler yapılırsa para, hayat ve kaynak tasarrufu sağlayabilir. Yeni ürünlerin geliştirilmesinde ve mevcut ürünlerin iyileştirilmesinde kullanılan, ciddi bir gereksinimdir. Hata analiz yöntemleri uygulanacağı sektöre ve uygulamaya göre çeşitlilik gösterir.

Elektronik sistemlerde emniyet ile ilgili kurallar genel olarak 61508 standardında yer alır. Emniyetli elektronik ekipmanların geliştirme sürecinde hata analiz işlemleri önemli bir yer tutmaktadır. Bu kapsamda 61508 aşağıda verilen hata analiz yöntemlerini önerir.

IEC 61508–7:2010 dokümanında B.6.6 başlığı altında kullanılabilecek hata analiz yöntemleri 10 alt başlık altında sıralanmıştır. Başlıklar altında analiz yöntemleri ile ilgili bir kaç kısa açıklama, sonrasında standardlara ve çeşitli kitaplara referanslar vardır. IEC 61508 bu konu ile ilgili sadece yönlendirme niteliğindedir. Bu 10 alt başlık;

• B.6.6.1 Failure modes and effects analysis (FMEA)-Hata modu ve etkileri analizi
• B.6.6.2 Cause consequence diagrams-Neden-Sonuç Diyagramları
• B.6.6.3 Event tree analysis (ETA)-Olay ağacı analizi
• B.6.6.4 Failure modes, effects and criticality analysis (FMECA)-Hata modu, etkileri ve kritiklik analizi
• B.6.6.5 Fault tree analysis (FTA)-Hata ağacı analizi
• B.6.6.6 Markov models
• B.6.6.7 Reliability block diagrams (RBD)-Güvenilirlik blok diyagramı
• B.6.6.8 Monte-Carlo simulation-Monte Carlo simülasyonu
• B.6.6.9 Fault tree models-Hata ağacı modeli
• B.6.6.10 Generalised Stochastic Petri net models (GSPN)-Genelleştirilmiş stokastik petri ağı modelleri

Gelecek yazılarda hata analiz yöntemlerinden bir kaçının detaylı açıklamasını yapacağım. Bunların başında FMEA ve FTA gelecektir.

Emniyetle kalın!

Elektronik Emniyet Sistemlerinde IEC 61508'e göre SIL Nedir?

SIL (Safety Integrity Level) sınıfı e/e/ep bir cihazın emniyet bütünlük seviyesini ifade eder. SIL ifadesi bir riskin ilk değerine görece ne kadar düşürüldüğünü ifade eder. SIL değeri arttıkça riskin gerçekleşme olasılığı düşer.

SIL seviyeleri 4 sınıfa ayrılır ve bu 4 sınıf kullanım sıklığına göre 2 ayrı değer tablosuna göre değerlendirilir. Kullanım sıklığı konusunda ise “düşük talep/rağbet”(low demand) ve “yüksek talep/rağbet(high demand) veya sürekli(continuous)” modları vardır.

Düşük talep modundaki bir emniyet fonksiyonu -uygulamanın yerine göre- çok nadir ortaya çıkacak bir olayı ifade eder. Yüksek talep veya sürekli talep ise yine -uygulamanın yerine göre- sık veya sürekli çalışacak bir emniyet fonksiyonunu ifade eder. Örnek olarak bir valfin açılıp kapanması emniyet kritik olaysa düşük talep olarak sınıflandırılabilir. Aynı hatta akan sıvı miktarının debi ölçümü emniyet kritik ise ilgili fonksiyon yüksek talep veya sürekli talep olarak sınıflandırılabilir. Bu tarz örneklerin uygulamanın yerine göre değişeceğinin tekrar altını çizmek gerekir. Başka bir uygulamada valfin açılıp kapanması yüksek talep modunda tanımlanabilir.

Düşük talep modunda sınıflandırılmış bir sistemin hata yapma oranları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Tablodaki ortalama hata yapma olasılığı [h-1] cinsindedir. Örnek olarak SIL 1 seviyesinde bir sistemin hata yapma olasılığı 10 ile 100 saatte 1 aralığındadır. SIL 4 bir sistemin hata yapma olasılığı 10.000 ile 100.000 saatte 1 aralığındadır.

Yüksek talep veya sürekli talep modunda sınıflandırılmış bir sistemin hata yapma oranları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Örnek olarak SIL 4 bir sistemin hata yapma olasılığı 100.000.000 ile 1.000.000.000 saatte 1 aralığındadır. Bu oran 11.415 ile 114155 yıl aralığında 1 hata olasılığına denk gelir.

IEC 61508 Fonksiyonel Emniyet Standardı, Bölümleri ve Kısa Açıklamaları

IEC 61508, emniyetli ilgili elektrik/elektronik/programlanabilir elektronik sistemlerde fonksiyonel emniyet uygulamalarının uluşlararası standardıdır. IEC 61508, emniyeli elektronik ekipmanların SIL sınıfını belirlemek için gereken tüm çalışma, süreçleri ve yöntemleri tanımlar. Bu standard otomotiv, raylı ulaşım, proses endüstrisi gibi bir çok alanda var olan standarda rehber niteliğinde, genel kapsamlı yapıdadır.

IEC 61508 standardı 7 bölümden oluşur. Tüm bölümler toplamda 628 sayfadır. Bu bölümler;

1. Genel gereksinimler: Projenin yaşam döngüsünün nasıl yönetileceği ile ilgili kuralları barındırır. Proje yönetimi ve dokümantasyon konularına odaklıdır. Bu dokümanda, projeye konsept fazından başlayarak en son gerçekleştirilecek doğrulama fazına kadar tüm süreçler anlatılır. Dokümanın sonunda A ekinde örnek bir dokümantasyon yapısı verilir. 66 sayfadır.
2. Elektrik/elektronik/programlanabilir elektronik emniyet ile ilgili sistemler için gereksinimler: Projenin emniyet ile ilgili kısmının yaşam döngüsünün nasıl yönetileceği ile ilgili kuralları barındırır. Bu dokümanın eklerinde ise emniyet koşulları ile ilgili çeşitli teknikler verilmiştir. 94 sayfadır.
3. Yazılım gereksinimleri: Yazılım geliştirme süreçleri ile ilgili yaşam döngüsü boyunca uyulacak kuralları barındırır. Eklerde bu kuralları gerçekleştirmek için uyulacak rehberler, teknikler ve örnekler bulunur. 116 sayfadır.
4. Tanımlamalar ve kısaltmalar: 61508 kapsamındaki tanımlamalar ve kısaltmalar listelenmiştir. 38 sayfadır.
5. Güvenlik bütünlüğü seviyelerinin belirlenmesi için yöntem örnekleri: 50 sayfadır.
6. IEC 61508–2 ve IEC 61508–3 uygulama yönergeleri: 116 sayfadır.
7. Teknik ve ölçümlere genel bakış: 148 sayfadır.

IEC 61508 standartının riskler hakkındaki yaklaşımı;

• Risk her zaman vardır. Risk hiç bir zaman sıfır olmaz. Bu standardın amacı riskin ihtimalini mümkün olan en aza indirmektir.
• Tolere edilemez riskler azaltılmalıdır.
• Tüm güvenlik yaşam döngüsünde ele alındığında optimum, uygun maliyetli güvenlikli sistem elde edilir.

Endüstriye Özel Standardlar

IEC 61508 genel bir standarttır ve uygulandığı endüstriye göre farklılıklar içerir. Bu farklılıklar ilgili endüstrilerin kendi standardları içerisinde verilmiştir. Bunlara örnek olarak aşağıdaki standardlar vardır.

• Otomotivde ISO 26262
• Raylı ulaşımda IEC 62279
• Proseste IEC 61511
• Nükleerde IEC 61513

Emniyetle kalın!