Yeni Nesil Aviyonik Mimarilerin Bakım Verimliliği Üzerine Analizi: A320, A330 ve B737 Klasik Nesil Uçakların A350 ve B787 IMA/AFDX Sistemleri ile Karşılaştırılması

Abstract

Sivil havacılıkta hava araçlarının teknolojik gelişimi, aviyonik sistemlerin görev kapsamını ve veri iletişimi gereksinimlerini sürekli biçimde artırmıştır. Klasik nesil yolcu uçaklarında standart kabul edilen ve her fonksiyon için ayrı bir bağımsız bilgisayar yaklaşımına dayanan Dağıtık (Federated) mimari ile ARINC 429 haberleşme protokolü, sistem karmaşıklığı arttıkça donanımsal ve mantıksal sınırlara ulaşmıştır. Bu çalışmada, klasik nesil A320, A330 ve B737 uçaklarının aviyonik altyapıları, yeni nesil A350 ve B787 platformlarında kullanılan Bütünleşik Modüler Aviyonik (IMA) mimarisi ve Aviyonik Tam Çift Yönlü Anahtarlamalı Ethernet (AFDX) ağ sistemleri ile bakım verimliliği açısından karşılaştırılmıştır. Nitel araştırma ve doküman analizi yöntemleriyle yürütülen çalışmada; geleneksel Hatta Değiştirilebilir Birim (LRU) temelli yapıdan Ortak Çekirdek İşlemci Modüllerine (CPIOM) geçişin uçak donanım ağırlığı, arıza teşhis süreleri, yedek parça lojistiği ve bakım personelinin iş yükü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bulgular, IMA mimarisinin donanım fazlalığını azaltarak aviyonik sistem ağırlığında yaklaşık %40-60 oranında tasarruf sağladığını ve standart kart yapılarıyla yedek parça envanterini sadeleştirdiğini göstermektedir. Ayrıca ARINC 664 standardına dayanan AFDX ağının deterministik veri iletimi, Bant Genişliği Tahsis Boşluğu (BAG) kısıtlamaları ve Merkezi Bakım Sistemleri (CMS) ile bütünleşmesi, arızaların yayılmasını donanım düzeyinde sınırlamaktadır. Sonuç olarak, kestirimci sağlık yönetimi (PHM) algoritmaları ve dijital ikiz yaklaşımıyla desteklenen yeni nesil aviyonik ağların doğrudan bakım maliyetlerini (DMC) düşürdüğü, gereksiz parça değişimlerini (No-Fault Found) azalttığı ve uçakların sefere verilebilirlik oranlarını yükselttiği değerlendirilmiştir.

Keywords

• AFDX
• Bakım Verimliliği
• Bütünleşik Modüler Aviyonikler (IMA)
• Dağıtık Mimari
• Kestirimci Bakım.)

Analysis of Maintenance Efficiency of Next-Generation Avionics Architectures: Comparison of A320, A330 and B737 Classic Generation Aircraft with A350 and B787 IMA/AFDX Systems

Abstract

The technological evolution of aircraft has increased the mission profiles of avionic systems and their data communication requirements. The Federated architecture and the ARINC 429 protocol, accepted as standards in classic-generation civil passenger aircraft and based on the logic of a separate independent computer for each function, have caused hardware and logical bottlenecks in the face of increasing system complexity. In this study, the avionic infrastructures of classic-generation A320, A330 and B737 aircraft and the Integrated Modular Avionics (IMA) architecture and Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX) network systems used in next-generation A350 and B787 platforms were comparatively analyzed from the perspective of maintenance efficiency. Using qualitative research and document analysis methods, the concrete effects of the transition from a traditional Line Replaceable Unit (LRU) based infrastructure to Common Core Processing Modules (CPIOM) on aircraft hardware weight, troubleshooting times, spare-parts logistics and maintenance personnel workload were examined. The results show that the IMA architecture minimizes hardware redundancy, providing a saving of between 40% and 60% in avionic system weight, and optimizes spare-parts inventory through standardized card structures. Furthermore, the deterministic data transmission of the AFDX network based on the ARINC 664 standard, its Bandwidth Allocation Gap (BAG) restrictions and its integration with Central Maintenance Systems (CMS) prevent fault propagation at the hardware level. Consequently, it was determined that next-generation avionic networks supported by Prognostics and Health Management (PHM) algorithms and the digital-twin philosophy reduce direct maintenance costs (DMC), prevent unnecessary part replacements (No-Fault Found) and maximize aircraft dispatch reliability.

Keywords

• AFDX
• Distributed Architecture
• Integrated Modular Avionics (IMA)
• Maintenance Efficiency
• Predictive Maintenance.

References

1. [1] Parada Puig, J. E., & Basten, R. J. I. (2015). Defining line replaceable units. European Journal of Operational Research, 247(1), 310-320. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2015.05.065
2. [2] Fuchs, C. M., Schneele, S., & Klein, A. (2012). The evolution of avionics networks from ARINC 429 to AFDX. Network Architectures and Services (NET-2012-08-1), 65-76. Technische Universität München.
3. [3] Gaska, T., Watkin, C., & Chen, Y. (2015). Integrated modular avionics - Past, present, and future. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 30(9), 12-23. https://doi.org/10.1109/MAES.2015.150014
4. [4] Lukić, B., Ahlbrecht, A., Friedrich, S., & Durak, U. (2023). State-of-the-art technologies for integrated modular avionics and the way ahead. 2023 IEEE/AIAA 42nd Digital Avionics Systems Conference (DASC), 1-10. https://doi.org/10.1109/DASC58513.2023.10311229
5. [5] Aeronautical Radio, Inc. (2009). ARINC specification 664P7-1: Aircraft data network, Part 7 - Avionics full-duplex switched Ethernet (AFDX) network. Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC).
6. [6] An, D., Kim, K. H., & Kim, K.-I. (2015). Optimal configuration of virtual links for avionics network systems. International Journal of Aerospace Engineering, 2015, Article 329820. https://doi.org/10.1155/2015/329820
7. [7] Sobbe, E., Tenberg, R., & Mayer, H. (2016). Knowledge work in aircraft maintenance. Journal of Technical Education (JOTED), 4(1), 81-97.
8. [8] Mairaj, A. (2015). Preferred choice for resource efficiency: Integrated modular avionics versus federated avionics. 2015 IEEE Aerospace Conference, 1-9. https://doi.org/10.1109/AERO.2015.7119127

9. [9] Al Sheikh, A., Brun, O., Chéramy, M., & Hladik, P.-E. (2013). Optimal design of virtual links in AFDX networks. Real-Time Systems, 49(3), 308-336. https://doi.org/10.1007/s11241-012-9171-z
10. [10] Bayram, O. B., & Özcan, A. (2022). Optimal redundant routing of virtual links for avionics full-duplex switched Ethernet network. 2022 30th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), 1-4. https://doi.org/10.1109/SIU55565.2022.9864908
11. [11] Frances, F., Fraboul, C., & Grieu, J. (2006). Using network calculus to optimize the AFDX network. Proceedings of the 3rd European Congress on Embedded Real-Time Software (ERTS 2006), Toulouse, France.
12. [12] Wu, J., & Li, Z. (2024). Avionics full-duplex switched Ethernet deterministic and reliability simulation study. 2024 5th International Conference on Electronic Communication and Artificial Intelligence (ICECAI), 1-5. https://doi.org/10.1109/ICECAI62591.2024.10675297
13. [13] Jonsson, M., Kunert, K., & Källerdahl, A. (2013). Analysing AFDX networks using end-to-end response time analysis. Journal of Interconnection Networks, 14(4), Article 1350017. https://doi.org/10.1142/S0219265913500175
14. [14] Dela Peña, A. C., Ganal, M. A. M., & Tiansay, E. B. (2025). Maintenance economics of widebody aircraft: Comparative cost and reliability analysis of the Boeing 787 and Airbus A350. Journal of South Asian Logistics and Transport, 5(2), 117-144. https://doi.org/10.4038/jsalt.v5i2.116
15. [15] Grieves, M., & Vickers, J. (2017). Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems. In F.-J. Kahlen, S. Flumerfelt, & A. Alves (Eds.), Transdisciplinary perspectives on complex systems (pp. 85-113). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-38756-7_4
16. [16] Castro-Lara, L., Vera-Soto, P., Fortes, S., Escaño, V., Ortiz, R., & Barco, R. (2025). Deployment of a testbed for validation of TSN networks in avionics. Aerospace, 12(3), Article 186. https://doi.org/10.3390/aerospace12030186