פיתוח תוכנה למערכות בטיחות קריטיות: ששת העקרונות שמובילים אותנו

במערכות שבהן כשל תוכנה עלול לעלות בחיי אדם' אין מקום לקיצורי דרך. הנה שישה עקרונות שאנחנו ממליצים לשלב בכל תהליך פיתוח של מערכות בטיחות קריטיות. בין אם מדובר ברכב אוטונומי, מכשיר רפואי מושתל, או קו ייצור רגיש, מערכות בטיחות קריטיות הן תחום שבו לתוכנה יש השפעה ישירה על בריאות, בטיחות ותקינות תפעולית. הדרישות מחמירות, התקינה קפדנית, והאמון? חייב להיות מוחלט!

לא מעט פרויקטים שפגשנו לאורך השנים ב TandemG  התחילו עם שאלה פשוטה: "איך מתחילים לפתח תוכנה כשאסור שהיא תיכשל?" אז לא, אין נוסחה אחת. אבל כן יש עקרונות ברורים, שאספנו מהשטח, מתוך ניסיון אמיתי בפרויקטים רפואיים, רכביים ותעשייתיים.

להלן שישה עקרונות שאנחנו ממליצים לשלב בכל תהליך פיתוח של תוכנה למערכות בטיחות קריטיות:

1.    אפיון דרישות וניתוח סיכונים (Hazard Analysis)

הבסיס לתכנון מערכת בטוחה הוא הבנה עמוקה של מה עלול להשתבש. התהליך מתחיל בזיהוי תרחישים שבהם שגיאה בתוכנה עלולה לגרום לפגיעה: שימוש שגוי, תקלת חיישן, או מצב גבולי שקשה לדמות במעבדה. בדרך כלל מומלץ לבצע:

• ניתוח FMEA או FTA – לזיהוי כשלים פוטנציאליים ושרשראות סיכון
• הגדרת Safety Goals ו־ASIL (לפי ISO 26262 או IEC 62304)
• תעדוף לפי רמות קריטיות (Criticality Levels)

המטרה: לוודא שהמערכת מתוכננת כך שאפילו במקרה של תקלה – היא תיכנס למצב בטוח (Fail-safe).

2.    תכנון מבוסס מודלים או שיטות פורמליות

ככל שהמערכת מורכבת יותר – כך קשה יותר להבין אם התכנון נכון. לכן נהוג להשתמש ב־Model-Based Design  או שיטות פורמליות (כמו: Statecharts, Automata או Tools מבית MathWorks). השימוש במודלים מאפשר:

• תיאור מדויק של לוגיקת התנהגות
• איתור מצבים לא צפויים (Deadlocks, Loops, Unreachable States)
• יכולת סימולציה ואימות מוקדם של עיצוב התוכנה

גם אם לא בונים את כל המערכת על בסיס מודל, מספיק למפות את הרכיבים הקריטיים כדי לזהות בעיות בשלב מוקדם.

3.    אסטרטגיית כיסוי בדיקות  (Test Coverage Strategy)

בתחום הבטיחות, לא מספיק לכתוב בדיקות – צריך להוכיח שכיסית את כל מה שחשוב. זה כולל:

• בדיקות יחידה (Unit Tests) עם כיסוי שורות (Statement Coverage)
• בדיקות ענפים (Branch/MC/DC Coverage) עבור קוד קריטי
• בדיקות מערכת עם סימולציה של תקלות  (Fault Injection)
• Stress & Boundary Testing   כולל קלטים קיצוניים או לא תקניים

חשוב לבחור בכלים שמתעדים ומציגים את הכיסוי בפועל – ולהשוות מול המטרות שהוגדרו בתכנון.

4.    ניתוח סטטי ועמידה בתקנים כמו MISRA

קוד טוב למערכת בטיחותית חייב להיות צפוי, קריא וניתן לאימות. כדי להשיג את זה, מומלץ:

• לנתח את הקוד באופן סטטי  (Static Analysis)
• לעמוד בתקן קוד כמו MISRA C/C++ או CERT
• לזהות תקלות עוד לפני ההידור  (Undefined Behavior, Memory Leaks)

יש שפע של כלים לבחירה, אבל העיקר הוא לשלב את הניתוח כחלק רציף מה CI ולא כאקט חד פעמי.

5.    מטריצת עקיבות  (Traceability Matrix)

היכולת להוכיח שכל דרישה פונקציונלית או בטיחותית מומשה בקוד – היא חלק מרכזי בכל תקן בטיחות. מטריצת עקיבות קושרת בין:

• דרישות פונקציונליות
• דרישות בטיחות
• עיצוב / תכנון טכני
• בדיקות

ולפעמים גם תיעוד שינויים.
כל זה מאפשר ללקוח, לעורך הביקורת (Auditor), ולמהנדס – להבין את הקשר בין "מה צריך" ל-"איך זה מומש".

6.    פילוסופיית פיתוח עם בטיחות כקו מנחה

מעבר לכלים והתהליכים – מדובר בעיקר בגישה. אנחנו ממליצים:

• לנהל סיכונים כחלק אינטגרלי מתהליך הפיתוח, לא כבדיקה בסוף
• להפריד בין קוד קריטי ולא קריטי ולתעדף בהתאם
• להשקיע בתכנון בדיקות עוד לפני כתיבת הקוד
• להנחיל סטנדרטים אחידים של סגנון, תיעוד והבנה בצוות
• לשלב טכנולוגיות מתקדמות כמו פיתוח IoT  (לשיפור יעילות ואינטגרציה)

בטיחות היא לא תכונה – היא מאפיין של תרבות הנדסית.

לסיכום

פיתוח למערכות בטיחות קריטיות הוא לא עניין של בחירה בכלי כזה או אחר, אלא יישום של עקרונות עקביים, גישה שיטתית, והבנה עמוקה של אחריות.

ב-TandemG אנחנו מאמינים שלתכנון הנכון יש השפעה מכרעת על בטיחות, אמינות והצלחה ארוכת טווח של המוצר. מעבר לכך, כל פרויקט הוא גם פיתוח מוצר טכנולוגי  שמביא ערך עסקי ותפעולי אמיתי, עם אפשרות לשילוב פתרונות ענן לניהול מתקדם ובטוח של מערכות מורכבות. העקרונות שפרטנו כאן אינם תהליך מחייב, אלא סט של Best Practices שאנחנו ממליצים לשקול כחלק מכל פרויקט קריטי.

רוצים ללמוד עוד על איך אנחנו עוזרים לצוותים לפתח תוכנה בטיחותית בצורה יעילה?
נשמח לשוחח – בין אם אתם בתחילת הדרך או בשלבי אינטגרציה. השאירו פרטים בטופס ונחזור אליכם 😊