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THEMA: Harald Lesch und die 737 MAX

Harald Lesch und die 737 MAX 17 Aug 2019 10:22 #55607

Heute möchte ich mal einen Ausflug in ein Anwendungsgebiet der Physik machen, das man gemeinhin Technik nennt.
Kurz nach der zweiten Katastrophe mit einer Boeing 737 MAX gab es im Fernsehen eine Talkrunde dazu mit Professor Lesch als Experten. Er äusserte sich sinngemäß, das er sich wünschte, dass in Flugzeugen keine veränderbaren Algorithmen eingesetzt würden und dass es eine unabhängige Prüfstelle gäbe.

Ich kann Prof. Lesch beruhigen. In keiner sicherheitsrelevanten Anwendung ob im Flugzeug oder Auto oder sontswo werden sich verändernde Algorithmen oder selbstlernende Software eingesetzt. Diese finden sich höchstens im Infotainment Bereich. Selbst objektorientierte Sprachen wie C++ werden nicht verwendet, da sie dazu neigen häufig Objekte im Speicher anzulegen oder zu löschen. Sicherheitskritische Software muss immer klar vorhersehbar sein.

Woran lag dann das Problem? Hier ein Versuch. Zu Beginn einer Entwicklung wird eine Liste aller Funktionen und Anforderungen angefertigt, die die Software zu erfüllen hat. Dann wird in einem Verfahren genannt FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) festgestellt, welche Funktionen sind sicherheitskritisch. Diese werden durch zusätzliche Sicherheitsfunktionen abgesichert.

Nun gibt es ein Lageregelungssystem MCAS. Dieses basiert auf Messungen eines Lagesensors. Was ist, wenn dieser defekt ist? Für diesen Fall gibt es einen zweiten Sensor. Leider hatte man den Fall nicht berücksichtigt, dass der Sensor sich nicht defekt meldet aber trotzdem falsche Werte anzeigt. Vielleicht hatte man sogar den zweiten nur als Back-up betrieben aber nicht parallel um die Werte zu vergleichen. Oder man hatte das getan aber einfach den größten Wert genommen um sicherzugehen. Eigentlcih ein schwer zu verstehender Fehler.

Die Software wird auf mehrern Stufen geprüft. Es gibt eine projektunabhängige Prüfabteilung und externe Gutachter und es gibt als letzte Instanz die FAA, bei der man aber eine gewisse Kameraderie zum größten Kunden nicht ausschließen kann. In jedem Fall werden hier die Papiere nicht mehr so detailliert geprüft.
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Harald Lech und die 737 MAX 17 Aug 2019 10:43 #55609

Aus meiner Sicht ist das Problem neben den zwei Abstürzen, dass sehr viel Vertrauen verspielt wurde. Selbst nach einer Wiederzulassung der 737 MAX würde ich nie wieder einen Fuß in diese Maschine setzen. Mein Vertrauen in die FAA ist damit jedenfalls irreversibel zerstört.

PS: Ich bin seit vier Jahren nicht mehr geflogen und würde dies ohnehin nur tun, wenn mein Arbeitgeber mich auf eine Dienstreise schickt, die ich nicht mit dem Zug machen kann.

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Harald Lech und die 737 MAX 17 Aug 2019 17:18 #55626

ClausS schrieb: Aus meiner Sicht ist das Problem neben den zwei Abstürzen, dass sehr viel Vertrauen verspielt wurde. Selbst nach einer Wiederzulassung der 737 MAX würde ich nie wieder einen Fuß in diese Maschine setzen. Mein Vertrauen in die FAA ist damit jedenfalls irreversibel zerstört.

PS: Ich bin seit vier Jahren nicht mehr geflogen und würde dies ohnehin nur tun, wenn mein Arbeitgeber mich auf eine Dienstreise schickt, die ich nicht mit dem Zug machen kann.

Vielleicht kannst Du mal eine Rennsegelyacht buchen. ;-)

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 09:26 #55715

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Es gibt kein Verfahren, mit dem die Fehlerfreiheit eines softwarebasierten Systems bewiesen werden könnte. Prüfverfahren können Fehler zutage fördern, mehr nicht. Selbst wenn die Software genau das tut, was im Pflichtenheft festgelegt wurde, kann ja immer noch das Pflichtenheft fehlerhaft oder unvollständig sein.
Eine beliebte Antwort eines großen Softwarehauses auf eine Fehlerreklamation war immer "Software works as designed".

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 11:26 #55721

Hi,

Cim Borazzo schrieb: Prüfverfahren können Fehler zutage fördern, mehr nicht. Selbst wenn die Software genau das tut, was im Pflichtenheft festgelegt wurde, kann ja immer noch das Pflichtenheft fehlerhaft oder unvollständig sein.


Sieht für mich so aus. Meines Wissens nach, liegt das Problem der 737 MAX in der Aerodynamik. Man hat ein zu große Triebwerk an einem ungünstigen Punkt unter die Tragflächen gehängt. Damit ist sie nicht mehr in allen Flugsituationen selbst stabilisierend geflogen und dieser Fehler sollte per Software korrigiert werden. Wenn die Aerodynamik nicht funktioniert, nützt weder ein guter Pilot noch eine fehlerfreie Software etwas.

Die Haupteigenschaft einer sicheren Software ist nicht Fehlerfreiheit, sondern Fehlertoleranz. Das Apollo-Programm hat es vorgemacht.

Manfred S schrieb: Ich kann Prof. Lesch beruhigen. In keiner sicherheitsrelevanten Anwendung ob im Flugzeug oder Auto oder sontswo werden sich verändernde Algorithmen oder selbstlernende Software eingesetzt.

Wie kannst du da sicher sein?

Grüße

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 11:27 #55722

Cim Borazzo schrieb: Es gibt kein Verfahren, mit dem die Fehlerfreiheit eines softwarebasierten Systems bewiesen werden könnte. Prüfverfahren können Fehler zutage fördern, mehr nicht. Selbst wenn die Software genau das tut, was im Pflichtenheft festgelegt wurde, kann ja immer noch das Pflichtenheft fehlerhaft oder unvollständig sein.
Eine beliebte Antwort eines großen Softwarehauses auf eine Fehlerreklamation war immer "Software works as designed".

Man kann das auch so sagen: "Its not a failure its a feature."

Aber generell geht es der Software wie der Wissenschaft. Sie kann dem Ziel Fehlerfreiheit nur näherkommen durch Versuche der Falsifikation.

Es gibt abe auch einen rechtlichen Aspekt - die Produkthaftung. Bei Schäden, die ein Produkt macht, haftet der Hersteller nicht bei höherer Gewalt. D,h,, wenn er nachweisen kann, dass er das Produkt nach den aktuellen Regeln der Technik entwickelt hat, haftet er nicht bei Schäden. Die aktuellen Regeln der Technik werden durch Normen definiert. Im Falle Boeing ist das die Do 127B. Dabei muss der Hersteller darauf achten, dass der gesamte Entwicklungs und Fertigungsprozess genau und fälschungssicher dokumentiert wird, damit er diesen Beweis auch noch nach Jahrzehnten führen kann.

Das Boeing die Norm eingehalten hat, darf bezweifelt werden.

Die Erfüllung des Pflichtenheftes ist in der Tat nicht alles. Gerade die Validierung der Anforderungen ist ein wichtiger Teil des Entwicklungsrozesses, genauso wie die Erstellung von zusätzlichen Sicherheitsfunktionen. Ein gutes Pflichtenheft ist bei solcher Software schon die halbe Miete.

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 11:34 #55724

Cim Borazzo schreibt:

Es gibt kein Verfahren, mit dem die Fehlerfreiheit eines softwarebasierten Systems bewiesen werden könnte. Prüfverfahren können Fehler zutage fördern, mehr nicht. Selbst wenn die Software genau das tut, was im Pflichtenheft festgelegt wurde, kann ja immer noch das Pflichtenheft fehlerhaft oder unvollständig
sein.

Das ist meiner Ansicht nach sogar noch eine Nummer ausgeschlossener, weil sonst ein logischer Schluss verletzt werden muss. Eine Software, die die Fehlerfreiheit feststellt, müsste ebenso einen Nachweis haben, dass sie fehlerfrei ist. Ein infiniter Regress liegt hier auf der Hand. Der wäre nur zu beenden, wenn Fehlerfreiheit aus der bloßen Evidenz ableitbar wäre. Da sind wir aber schon eher in religiösen Gefilden.
In der August-Ausgabe von Spektrum wird auch dargestellt, dass nachgerade die KI (im Wesentlichen basierend auf neuronaler Netzwerk-Technologie) kaum noch so geprüft werden kann, wo sie denn gerade "falsch abgebogen" ist. Ich hatte im Forum schon einmal dargestellt, dass ich vor so 3 Jahren noch Erlebnisse als User mit einem Neuronalen Netzwerk hatte. Die ist auch hin und wieder falsch abgebogen. Die Prorgrammierenden konnten nicht feststellen, wo das war, sondern nur über Triggern der Parameter, Layerfunktionen usw. ein korrektes Ergebnis erzielen, das letztlich für mich im Rahmen eines iterativen Prozesses gelang. Eine sich selbst prüfende KI wird es eigentlich genauso machen, bzw. die Software war so angelegt, dass sie in einem ständigen rekursiven Prozess Prognose und Ergebnis abgeglichen hat, also eben neuronal reagiert hat. Dem Grunde nach also eigentlich anerkannte, dass sie Fehler machen wird, diese aber abstellt (bis neue entstehen). Eine Schwäche hat das sicher: Wenn das Ergebnis passt, heißt das noch nicht, dass der Prozess richtig war. Zwei Fehler könnten sich aufheben (was wohl immer wieder passiert) oder ein Teilbereich wirde doppelt negiert etc.


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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 12:02 #55725

D.Rajic schrieb:
Zwei Fehler könnten sich aufheben (was wohl immer wieder passiert) oder ein Teilbereich wirde doppelt negiert etc.

Wenn ein Programm 2 Fehler enthält, die sich gegenseitig aufheben, heben sich die beiden Fehler in der Praxis jedoch nur dann gegenseitig auf, wenn bei der Anwendung des Programms auch beide Fehler in Anwendung kommen.

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 17:46 #55737

Felsentreu schrieb: Die Haupteigenschaft einer sicheren Software ist nicht Fehlerfreiheit, sondern Fehlertoleranz. Das Apollo-Programm hat es vorgemacht.

Sehr richtig. Deswegen gibt es das oben beschriebene FMEA. aus dem dann Sicherheitsfunktionen entstehen, die genau das erreichen sollen.

Manfred S schrieb: Ich kann Prof. Lesch beruhigen. In keiner sicherheitsrelevanten Anwendung ob im Flugzeug oder Auto oder sontswo werden sich verändernde Algorithmen oder selbstlernende Software eingesetzt.

Wie kannst du da sicher sein?

Natürlich ist nichts sicher. Aber worin ich ziemlich sicher bin, ist, dass es verboten ist. Und das war es ja, was sich Prof. Lesch wünschte.
Es würde mich aber schon sehr wundern, wenn es so etwas gebe. Denn warum soll man etwas machen, was verboten ist und gleichzeitig viel aufwendiger und mühevoller ist, als das Erlaubte.

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 18:01 #55738

D.Rajic schrieb: Eine Software, die die Fehlerfreiheit feststellt, müsste ebenso einen Nachweis haben, dass sie fehlerfrei ist. Ein infiniter Regress liegt hier auf der Hand.

Im heutigen Prozess haben wir ein Gemisch aus automatischer und manueller Prüfung. Tools die verwendet werden unterliegen den gleichen Anforderungen, wie die Software selbst. Entscheidend ist letzendlch der menschliche Prüfer.

In der August-Ausgabe von Spektrum wird auch dargestellt, dass nachgerade die KI (im Wesentlichen basierend auf neuronaler Netzwerk-Technologie) kaum noch so geprüft werden kann, wo sie denn gerade "falsch abgebogen" ist.

Deshalb gibt es das auch nicht im Flugzeug

Ich hatte im Forum schon einmal dargestellt, dass ich vor so 3 Jahren noch Erlebnisse als User mit einem Neuronalen Netzwerk hatte. Die ist auch hin und wieder falsch abgebogen. Die Prorgrammierenden konnten nicht feststellen, wo das war, sondern nur über Triggern der Parameter, Layerfunktionen usw. ein korrektes Ergebnis erzielen, das letztlich für mich im Rahmen eines iterativen Prozesses gelang.

Ich nenne das experimentelle Informatik. Man ändert etwas bis es funktioniert. Aber man weiß nur nicht warum.

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 18:09 #55739

badhofer schrieb:

D.Rajic schrieb:
Zwei Fehler könnten sich aufheben (was wohl immer wieder passiert) oder ein Teilbereich wirde doppelt negiert etc.

Wenn ein Programm 2 Fehler enthält, die sich gegenseitig aufheben, heben sich die beiden Fehler in der Praxis jedoch nur dann gegenseitig auf, wenn bei der Anwendung des Programms auch beide Fehler in Anwendung kommen.

Das ist ein Problem bei sogenannten Rekursionstests. Ich habe ein getestetes Programm und muss etwas ändern, und prüfe dann nur um den Änderungsbereich. Dummerweise habe ich mit der Änderung gerade den Fehler beseitigt, der einen anderen weit entfernten Fehler aufhebt. Wenn ich den entfernten Teil nicht wieder teste, weil ja dort nichts geändert wurde, stürzt das Flugzeug ab.:-(

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 20:41 #55748

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Grundsätzlich ist die B737 ein grundsolides und langjährig bewährtes Fluggerät, der Brot- und Butterflieger vieler Gesellschaften. Die B737 MAX ist eine auf dieser Basis betriebene Weiterentwicklung. Sie soll(te) Boeings Antwort auf die Herausforderung durch das Konkurrenzprodukt A320 NEO sein.

Offenbar hat man in der Entwicklungsabteilung bei Boeing aufgrund des hohen wirtschaftlichen Drucks bewährte Praktiken eines guten Designprozesses über Bord geworfen. Die neuen, leistungsfähigeren Triebwerke sind größer als die alten, die Aufhängung wurde deshalb nach vorne verlagert. Der Schwerpunkt der Maschine wurde dadurch derart negativ verändert, dass man sich genötigt sah, zum Ausgleich die Designfehlerausgleichssoftware MCAS zu entwickeln und zu implementieren. Kein anderer Flieger benötigt meines Wissens eine solche Software, zumindest nicht aus diesem Grund.

Zum weiteren Ablauf liest man auf Wikipedia:

"During the certification process, the FAA delegated many evaluations to Boeing, allowing the manufacturer to review their own product.[48][49] It was widely reported that Boeing pushed to expedite approval of the 737 MAX to compete with the Airbus A320neo. That aircraft hit the market nine months ahead of Boeing's model.[50]"

Alles wurde mit heißer Nadel gestrickt. Die notwendige Pilotenschulung war unvollständig. Die Folgen sind bekannt: 355 Menschen verloren ihr Leben aufgrund wirtschaftlicher Interessen, die gestandene Ingenieure zu unglaublichem Unfug zwangen.

Die B737MAX ist eine Fehlkonstruktion und gehört aus dem Verkehr gezogen.

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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 21:44 #55754

Cim Borazzo schrieb: Grundsätzlich ist die B737 ein grundsolides und langjährig bewährtes Fluggerät, der Brot- und Butterflieger vieler Gesellschaften.

Richtig. Die fliegt schon so lange, dass bei manche Zulieferer die Teile nicht mehr bekommen. Ich arbeitete mal für eine Firma in Deutschland, die ein Ventil zum kontrollieren der Kabinenluft baut. Die musste neue Teile einbauen, weil die alten nicht mehr geliefert wurden, und dann natürlich nachweisen, dass ihr neues Ventil genauso funktionierte wie das alte. Was vielleicht gar nicht so gut war. Das Ventil konnte man manuell abschalten. Das hat die Crew eines Flieger zur falschen Zeit gemacht, was zur Folge hatte, dass alle ohnmächtig wurden. Ihr erinnert Euch vielleicht an die 737, die führelos übers Mittelmeer flog, bis sie an einem Berg zerschellte.


"During the certification process, the FAA delegated many evaluations to Boeing, allowing the manufacturer to review their own product.[48][49] It was widely reported that Boeing pushed to expedite approval of the 737 MAX to compete with the Airbus A320neo. That aircraft hit the market nine months ahead of Boeing's model.[50]"

Alles wurde mit heißer Nadel gestrickt. Die notwendige Pilotenschulung war unvollständig. Die Folgen sind bekannt: 355 Menschen verloren ihr Leben aufgrund wirtschaftlicher Interessen, die gestandene Ingenieure zu unglaublichem Unfug zwangen.

Die B737MAX ist eine Fehlkonstruktion und gehört aus dem Verkehr gezogen.

Dass die Aufsichtsbehörde die Tests nicht alle selbst macht, sondern sich nur die Prüfberichte des Herstellers oder externer Gutachter vorlegen lässt, ist nicht ganz ungewöhnlich.

Dass Flugzeuge aerodynamisch instabil sind und nur durch Steuerungssoftware stabil gehalten werden, ist bei Militärflugzeugen durchaus üblich. Wenn es gut gemacht ist, kann es auch bei Verkehrsflugzeugen zu sparsameren Verbrauch führen. Und die Umwelt schonen wollen wir doch alle.

Aber sonst hast Du natürlich völlig Recht. Ich bin mal gespannt, wie die amerikanische Justiz das sieht. Bei VW war man ja ziemlich brutal. Ob man auch einen amerikanischen Hersteller so bestraft (eigentlich ist das Vergehen viel schwerwiegender) bleibt abzuwarten.
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Harald Lesch und die 737 MAX 19 Aug 2019 22:50 #55760

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Manfred S schrieb:
Aber sonst hast Du natürlich völlig Recht. Ich bin mal gespannt, wie die amerikanische Justiz das sieht. Bei VW war man ja ziemlich brutal. Ob man auch einen amerikanischen Hersteller so bestraft (eigentlich ist das Vergehen viel schwerwiegender) bleibt abzuwarten.


Ich stimme Dir zu. Ich würde aber nicht so weit gehen, die Handlungsweise von Boeing als Vergehen einzustufen. Bei VW und anderen Autobauern trifft das, nach allem, was wir wissen, tatsächlich zu. Dort hat man wohl ganz bewusst manipuliert, um kritische Messwerte auf dem Prüfstand temporär einhalten zu können.

Ich denke nicht, dass bei Boeing im Zusammenhang mit MCAS irgend etwas absichtlich manipuliert wurde, um die Zulassungsbehörde zu täuschen. Das wäre selbstverständlich - gelinde ausgedrückt - ein Vergehen. Das ohne Not veränderte Design des Fliegers hat diesen komplexer und damit zwangsläufig fehleranfälliger und weniger gut beherrschbar gemacht. Das war fahrlässig und eine für 355 Menschen leider tödliche Fehlentscheidung.

Es gehört nicht wirklich zum Thema, dennoch möchte ich an dieser Stelle den beiden russischen (?) Piloten Respekt zollen, denen es gelang, einen voll betankten A321 ohne gravierende Personenschäden in einem holprigen Maisfeld notzulanden.

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Harald Lesch und die 737 MAX 20 Aug 2019 10:13 #55773

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Das schönste Beispiel für Vorzeichenfehler ist für mich der Autopilot vom F-16:
de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Programm...#Luft-_und_Raumfahrt

Beim Kampfflugzeug F-16 brachte der Autopilot das Flugzeug in Rückenlage, wenn der Äquator überflogen wurde. Dies kam daher, dass man keine „negativen“ Breitengrade als Eingabedaten bedacht hatte. Dieser Fehler wurde sehr spät während der Entwicklung der F-16 mithilfe eines Simulators entdeckt und beseitigt.

Das stelle ich mir gerade bei einer Linienmaschine vor. :ohmy:

Und ganz nebenbei:
Wer glaubt etwas idiotensicheres herstellen zu können, unterschätzt die Kreativität der Natur neue Idioten hervorzubringen.

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Harald Lesch und die 737 MAX 20 Aug 2019 10:26 #55775

Manfred S schrieb:

badhofer schrieb:

D.Rajic schrieb:
Zwei Fehler könnten sich aufheben (was wohl immer wieder passiert) oder ein Teilbereich wirde doppelt negiert etc.

Wenn ein Programm 2 Fehler enthält, die sich gegenseitig aufheben, heben sich die beiden Fehler in der Praxis jedoch nur dann gegenseitig auf, wenn bei der Anwendung des Programms auch beide Fehler in Anwendung kommen.

Das ist ein Problem bei sogenannten Rekursionstests. Ich habe ein getestetes Programm und muss etwas ändern, und prüfe dann nur um den Änderungsbereich. Dummerweise habe ich mit der Änderung gerade den Fehler beseitigt, der einen anderen weit entfernten Fehler aufhebt. Wenn ich den entfernten Teil nicht wieder teste, weil ja dort nichts geändert wurde, stürzt das Flugzeug ab.:-(


Du meinst wohl Regressionstest ...

de.wikipedia.org/wiki/Regressionstest
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Harald Lesch und die 737 MAX 20 Aug 2019 10:31 #55776

top schrieb:
Wer glaubt etwas idiotensicheres herstellen zu können, unterschätzt die Kreativität der Natur neue Idioten hervorzubringen.

Bingo
Die Natur ist uns immer um eine Ausnahme voraus. So ist nun mal das Prinzip.

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Harald Lesch und die 737 MAX 20 Aug 2019 10:47 #55778

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badhofer schrieb:

top schrieb:
Wer glaubt etwas idiotensicheres herstellen zu können, unterschätzt die Kreativität der Natur neue Idioten hervorzubringen.

Bingo
Die Natur ist uns immer um eine Ausnahme voraus. So ist nun mal das Prinzip.


Die Natur kann beliebig viel Ausschuss produzieren, weil dafür dort keine Köpfe im Management rollen.

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Harald Lesch und die 737 MAX 20 Aug 2019 10:54 #55779

Cim Borazzo schrieb:

Manfred S schrieb:
Aber sonst hast Du natürlich völlig Recht. Ich bin mal gespannt, wie die amerikanische Justiz das sieht. Bei VW war man ja ziemlich brutal. Ob man auch einen amerikanischen Hersteller so bestraft (eigentlich ist das Vergehen viel schwerwiegender) bleibt abzuwarten.


Ich stimme Dir zu. Ich würde aber nicht so weit gehen, die Handlungsweise von Boeing als Vergehen einzustufen. Bei VW und anderen Autobauern trifft das, nach allem, was wir wissen, tatsächlich zu. Dort hat man wohl ganz bewusst manipuliert, um kritische Messwerte auf dem Prüfstand temporär einhalten zu können.

Nach allem was man hört, war den die Problematik den Ingenieuren bewusst. Es muss ja nicht sein, dass man bewusst einen Fehler einbaut, der zum Absturz führt. Es reicht, wenn man bewusst die nötigen Prüfvorgänge unterläuft. Man weiß, da ist etwas faul, hofft aber, dass es schon gut geht. Man baut nur zwei Lagesensoren ein, statt drei oder fünf mit denen man Mehrheitsentscheidungen haben kann, weil das billiger ist.

Bei Boeing sind bewusst Sicherheitsprozesse umgangen. Das ist viel schlimmer als bei VW, da die Gefahr für Menschen erheblich höher ist. Und die beiden Unfälle sind ja nicht einmal der denkbare GAU, da die Flugzeuge auch mitten in New York hätten abstürzen können.

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