Журнал Compass #14

МОДЕЛЬ ДЛЯ ПОДРАЖАНИЯ Виртуальные симуляторы многоуровневых систем способствуют уменьшению сложности

Проектирование комплексных, сложных систем требует объединенных усилий нескольких подразделений, которые часто работают в замкнутой среде и пользуются разнородными и несовместимыми инструментами. Проектирование с привязкой к Интернету вещей (ИВ) предполагает еще большее количество взаимосвязей. Виртуальное макетирование по технологии системного проектирования на основе моделей (MBSE), при котором используются интегрированные цифровые 3D-модели всех действующих совместно систем, может упростить процесс.

Способность эффективно спроекти- ровать сложную систему предполагает наличие больших способностей. «Традиционные методики делают основной упор на структуру – детали и их взаимосвязи, и исходят из того, что необходимые характеристики будут достигнуты путем подходящего размещения взаимодействующих компонентов», - говорит Хиллари Силлитто, дипломи- рованный инженер, член Международного совета по системному проектированию (INCOSE) и автор собственных книг, живущая в Шотландии.

Однако подобный принцип, когда во главу угла ставится структура, создает пространство для массовых конфликтов между подсистемами. «Существует столько потенциальных точек взаимо- действия, что подобный подход не может гарантировать отсутствие нежелательных или неприемлемых свойств или параметров», - говорит Силлитто.

Более того, наступление эпохи Интернета вещей (ИВ) усугубляет проблему. «Экспоненциально растущая сеть взаимосвязей радикальным образом повышает сложность, частоту проявления и распространение точек взаимодействия в системах», - говорит Трой Петерсон, главный инженер консалтинговой фирмы Booz Allen Hamilton из США, помощник директора по преобразованию системного инжиниринга в INCOSE и бывший главный инженер Ford Motor Company.

Компания Miele, немецкий производитель бытовой техники, которая является лидером в разработке продукции для ИВ, хорошо знакома с этими сложностями. «Характеристики изделий все чаще представляют собой результат комплекс- ного сочетания аппаратной и программной части», - говорит Матиас Ноук, руководитель отдела виртуальной разработки продукции в Miele. «На смену многим функциональным элементам, традиционно считавшимся механическими, пришли мехатронные вспомогательные узлы, которые значительно расширяют доступный функционал. Приходится одновременно консультироваться и привлекать к работе все больше подразделений. Традиционные методики разработки и испытаний перестали быть самодостаточными».

СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА БАЗЕ МОДЕЛЕЙ

Все чаще организации обращаются к потенциалу принципа MBSE (системное проектирование на базе моделей), стараясь за счет виртуального моделирования снизить сложность проектной части. Описанный INCOSE как «формализованное применение моделирования для соблю- дения требований к системе, анализа, проектирования, верификации и валидации, начиная с этапа концептуальной проработки и заканчивая последующими стадиями разработки и поддержания жизненного цикла», принцип MBSE обещает решить многие проблемы, с которыми в настоящее время сталкиваются компании по выпуску промышленного оборудования.

В Miele выгоду уже ощутили в полной мере. «Использование MBSE позволяет наложить системный подход на комплек- сность продукции, из-за чего процесс становится более управляемым», - говорит Ноук. «Следовательно, сокращается цикл разработки, попутно уменьшаются затраты на НИОКР. Более того, улучшается сотрудничество и информационный обмен между различными занятыми подразделениями».

Компания GE, известный во всем мире поставщик промышленного оборудования, от турбин для электростанций до авиационных двигателей, также видит в MBSE сплошные преимущества. «Есть две основных причины, из-за которых этот подход можно назвать критически важным», - говорит Пол Борис, начальник отдела по работе с обрабатывающей промышленностью в GE Digital. «Имея цифровое представление изделия, мы можем включить условия и нагрузки, которым подвергается установка. Например, у нас был случай, когда авиационные двигатели изнашивались совершенно иначе, чем ожидалось изначально. Вместо вывода их из эксплуатации в надежде отловить проблему, мы воспользовались цифровой моделью, в которую заложили схемы эксплуатации конкретно этого оборудования».

GE выяснила, что снижение рабочих характеристик двигателей было вызвано режимом их эксплуатации. «Пыль в одном регионе планеты совсем не похожа на пыль в другой части Земли», - говорит Борис. «Для устранения проблемы мы разработали систему промывки. Проблема касалась только конкретных двигателей в конкретном регионе, и решение было столь же узконаправленным. Мы ликвидировали затраты и потери от устранения неполадок там, где их изначально не было, одновременно увеличивая продолжительность бесперебойной работы и выгоду для заказчиков».

В НАСА для решения все более сложных задач в рамках космических операций также обратились к методике MBSE. «MBSE позволяет собирать информацию по проекту из базы данных, которая становится единым источником досто- верной информации, и эффективно распространять такую информацию в большом пользовательском сообществе», - говорит Брайан Кук, инженер- системотехник в Лаборатории реактивного движения, Пасадена, Калифорния. Кук работает над проектом НАСА под названием Europa, который направлен на изучение в 2020-х годах Европы, спутника Юпитера.

НА ПУТИ К ШИРОКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

Тем не менее, внедрение MBSE ограничивается всего несколькими практическими примерами. Роман Думитреску, управляющий директор по разработке стратегии и НИОКР в технологической сети “it’s OWL” (Intelligent Technical Systems OstWestfalenLippe) и глава департамента системного инжиниринга в Группе разработки мехатронных систем Института Фраунгофера, Германия, говорит, что широкое применение MBSE невозможно по ряду причин.

«Отсутствует единый стандарт MBSE, который включал бы в себя качественно прописанные процессы по реализации MBSE и конкретные профили для моделирования сложных технических систем», - говорит Думитреску. «Кроме того, в мире не так много инженеров, способных работать с MBSE, а программы профессиональной подготовки практически отсутствуют».

Для повсеместного внедрения, отмечает Думитреску, производители промышлен- ного оборудования должны составить собственные методологии MBSE, отталкиваясь от реальных инжиниринговых задач. «Начать стоит с менее сложных систем, но, кроме этого, работать над процессами и языковым профилем», - говорит он. «Все инженеры компаний должны владеть MBSE и выделять из своей среды небольшие группы истинных экспертов по MBSE».

Петерсон поддерживает его: «Пилотный проект при надлежащем масштабе проведения, концентрации усилий и подборе ресурсов, даже если он окажется не слишком обширным, способен однозначно продемонстрировать ценность MBSE», - говорит он. «Но одно это проблему не решит. Для преобразования, основанного на использовании моделей подхода, который позволит объединить модели от различных подразделений и направлений деятельности, понадобятся инвестиции, личная заинтересованность, лидерство и экспертный опыт, и только тогда есть шанс заполучить стабильность и конкурентное преимущество».

автор статьи Линдси Джеймс Вернуться к началу страницы
автор статьи Линдси Джеймс

Дополнительная информация:
http://bit.ly/BoschOnMBSE
 
Профессор Ян Бош о системном инжиниринге и его эволюции
http://bit.ly/SynchronizedMBSE