Autonoomia valideerimise tööriistad
Valideerimine ja kontrollimine (V&V) on süsteemitehnoloogia ja tarkvaraarenduse kriitilised protsessid, mis tagavad, et süsteem vastab ettenähtud eesmärgile ja töötab usaldusväärselt. Kinnitamine on protsess, mille käigus hinnatakse, kas toode, teenus või süsteem vastab selle määratud nõuetele – sisuliselt küsitakse: “Kas me ehitasime süsteemi õigesti?” See hõlmab selliseid tegevusi nagu ülevaatused, simulatsioonid, testid ja ülevaated kogu arenduse elutsükli jooksul. Valideerimine seevastu tagab, et lõplik süsteem täidab reaalses keskkonnas ettenähtud kasutust – vastates küsimusele “Kas me ehitasime õige süsteemi?” Tavaliselt hõlmab see kasutajate aktsepteerimistesti, välikatsetusi ja jõudluse hindamist töötingimustes. Koos aitavad V&V vähendada riske, parandada ohutust ja kvaliteeti ning suurendada kindlustunnet, et süsteem toimib tõhusalt ja ootuspäraselt. Autonoomsete süsteemide kontekstis ühendab V&V kaks ajaloolist suundumust. Esimene mehaanilistest süsteemidest ja teine uuem klassikalistest digitaalsetest otsustussüsteemidest. Lõpuks muudab AI digitaalsete otsustussüsteemide testimisele veelgi keerukamaks.
Traditsiooniliste autotööstuse ohutuskriitiliste süsteemide puhul on V&V areng olnud tihedalt seotud regulatiivsete standardite raamistikega, nagu ISO 26262. Selle raamistiku põhielemendid on järgmised:
- Süsteemi väljatöötamise protsess: struktureeritud arenduse tagamise lähenemisviis keerukate süsteemide jaoks, mis hõlmab ohutussertifikaati integreeritud arendusprotsessi.
- Formaliseerimine: süsteemi töötingimuste, funktsioonide, eeldatava käitumise, riskide ja ohtude ametlik määratlus, mida tuleb leevendada.
- Elutsükli juhtimine: komponentide, süsteemide ja arendusprotsesside haldamine kogu nende elutsükli jooksul.
Esmane eesmärk oli täpselt ja ametlikult määratleda süsteemi ülesehitus, prognoosida eeldatavat käitumist ja võimalikke probleeme ning mõista mõju toote elueale.
Tavapäraste tarkvaraparadigmade tulekuga kohandati ohutuskriitilisi V&V, säilitades süsteemi algse disaini lähenemisviisi, integreerides samal ajal tarkvara süsteemikomponentidena. Need tarkvarakomponendid säilitasid süsteemi kavandamisel sama veaanalüüsi, elutsükli haldamise ja ohuanalüüsi üldise struktuuri. Teatud aspektid vajasid siiski pikendamist. Näiteks õhusõidukite valdkonnas uuendas standard DO-178C, mis käsitleb “Tarkvara kaalutlusi õhus kasutatavate süsteemide ja seadmete sertifitseerimisel”, füüsilisest rikkemehhanismist kuni funktsionaalsete defektideni esineva ohu kontseptsiooni, tunnistades, et tarkvara ei halvene füüsiliste protsesside tõttu. Samuti vaadati läbi elutsükli haldamise kontseptsioonid, mis kajastavad traditsioonilisi tarkvaraarenduse tavasid. Lisati disaini tagamise tasemed (DAL), mis võimaldavad integreerida tarkvarakomponente süsteemi disaini, funktsionaalse jaotuse, jõudluse spetsifikatsiooni ning V&V protsessi, mis sarnaneb SOTIF-iga autotööstuses.
Ülaltoodud tabelis on näidatud erinevus ISO 26262 ja SOTIF vahel. Üldiselt on digitaalsete tarkvarasüsteemide põhiomadused ohutuskriitilistes süsteemides problemaatilised. IT-sektor on aga olnud peamine megatrend, mis on viimase 50 aasta jooksul maailma muutnud. Selle käigus on see pooljuhtide, operatsioonisüsteemide, side ja rakendustarkvara ümber välja töötanud suured ökosüsteemid. Praegu on nende ökosüsteemide kasutamine peaaegu iga toote edu jaoks kriitilise tähtsusega, nii et segadomeeni ohutuskriitilised tooted on nüüd reaalsus. Segadomeeni struktuure saab liigitada kolme laia paradigma alla, millest igaühel on väga erinevad V&V nõuded: mehaaniline asendus (suur füüsiline, väike digitaalne), elektrooniline külgnev (eraldi füüsiline ja digitaalne), autonoomia (suur digitaalne, väike füüsiline). Drive-by-Wire funktsionaalsus on näide mehaanilise asendamise paradigmast, kus algse mehaanilise funktsionaalsuse rakendamine toimub elektrooniliste komponentide (HW/SW) abil. Esialgsetes konfiguratsioonides olid need segatud elektroonilised/mehaanilised süsteemid füüsiliselt eraldatud iseseisvate alamsüsteemidena. Selles konfiguratsioonis nägi V&V protsess väga sarnane traditsioonilise mehaanilise kontrollimise protsessiga.
Eraldi füüsiliste alamsüsteemide paradigma eeliseks on V&V lihtsus ja ohutus, kuid suureks puuduseks komponentide kalduvus ja materjalikulu. Seega on esilekerkivaks suundumuseks olnud aluseks olevate arvutusstruktuuride loomine võrguühenduse ja praktiliselt (tarkvara kaudu) eraldi funktsionaalsusega. V&V vaatenurgast tähendab see, et seda eraldatust säilitav virtuaalne selgroog (nt RTOS) peab olema väga kõrgel tasemel verifitseeritud. Infotainment-süsteemid on Electronics Adjacenti integreerimise näide. Üldjuhul on olemas sõltumatu IT-infrastruktuur, mis töötab koos ohutuskriitilise infrastruktuuriga ning V&V vaatenurgast saab neid eraldi valideerida. Infotainment-süsteemide olemasolu võimaldab aga väga võimsaid sidetehnoloogiaid (5G, Bluetooth jne), kus küberfüüsilist süsteemi võivad mõjutada välised kolmandad osapooled. Ohutuse seisukohalt oleks lihtsaim viis ohutuse säilitamiseks nende süsteemide füüsiline eraldamine. Tavaliselt seda siiski ei tehta, kuna seadmele õhu kaudu värskenduste pakkumiseks on vaja ühendust. Seega peab V&V võime uuesti kontrollima, kas virtuaalsed kaitsemeetmed pahatahtlike kavatsuste vastu on tugevad. Lõpuks on integratsiooni viimane tase autonoomia kontekstis. Autonoomias hõlmavad tajumise, tajumise, asukohateenuste ja tee planeerimise protsessid traditsioonilist mehaanilist funktsionaalsust.
Tarkvarast kaugemale liikudes on AI loonud õppimise paradigma. Selles paradigmas on koolitusperiood, kus tehisintellekti masin “õpib” andmetest, et luua oma reegleid, ja sel juhul määratletakse õppimine traditsiooniliste optimeerimisalgoritmide peal, mis püüavad minimeerida mõningaid vigu. See on tõhusalt andmepõhine tarkvaraarendus, nagu on näidatud alloleval joonisel. AI-tarkvara ja tavapärase tarkvara vahel on aga sügavad erinevused. Tehisintellektiga loodud tarkvara kasutuselevõtt toob V&V ülesandes olulisi probleeme, nagu on näidatud allolevas tabelis 2.
