O que é engenharia de sistemas baseada em modelos (MBSE)?

Ao contrário dos métodos tradicionais de engenharia que dependem de documentos baseados em texto e processos manuais, o MBSE usa modelagem e simulação digitais para projetar sistemas. Esses modelos oferecem uma forma visual e interativa de representar os componentes do sistema e as conexões entre eles. Essa abordagem é especialmente útil para sistemas e interfaces complexos.

Modelos digitais também são mais fáceis de atualizar. Não apenas isso torna o MBSE mais eficiente do que os métodos tradicionais, mas também pode adicionar clareza, reduzir o risco de erros e melhorar a comunicação e a tomada de decisões entre as equipes de engenharia e outros interessados. Isso permite a consistência da informação em todas as fases do ciclo de vida do projeto.

O processo de engenharia baseado em modelos oferece diversas vantagens em comparação com abordagens de engenharia tradicionais ao projetar sistemas e subsistemas complexos:

A natureza visual e interativa dos modelos facilita a compreensão e a contribuição de diversos stakeholders para o processo de desenvolvimento:

A MBSE reduz o risco de erros e inconsistências, comuns em sistemas centrados em documentos, ao permitir uma maior rastreabilidade. Os modelos fornecem uma fonte única da verdade, garantindo que os stakeholders estejam trabalhando com as mesmas informações e possam identificar rapidamente questões em nível de sistema.

Ao possibilitar a detecção e correção antecipada de problemas, o MBSE pode reduzir significativamente o tempo e os custos de desenvolvimento. Ele permite análises rápidas por meio de simulações e iteração ágil, e pode facilitar a automação.

O MBSE é útil ao trabalhar com um “sistema de sistemas” ou qualquer projeto que reúna os recursos de vários sistemas para criar um mais complexo. Isso ocorre porque o MBSE permite a representação clara e aberta das relações e dependências intrincadas dentro de um sistema.

O MBSE pode ser adaptado a projetos de diferentes tamanhos e complexidades, o que o torna uma abordagem versátil adequada para uma ampla variedade de aplicações. Ele também ajuda a apoiar o desenvolvimento de produtos ao longo de todo o ciclo de vida do produto.

Existem três componentes principais do MBSE: o primeiro é o modelo de arquitetura de sistemas (SAM), que serve como fonte única da verdade para o projeto. O segundo é o software de simulação de engenharia que determina se o conteúdo do SAM atende aos requisitos e se funcionará conforme o planejado. Por fim, um centro de computação centralizado, que pode ser baseado em nuvem ou físico, executa todas as funções e armazena os resultados.

Juntas, essas partes compõem o segmento digital, que garante que, quando as atualizações são feitas em um modelo, elas são posteriormente atualizadas em todos os outros modelos do sistema.

O processo de engenharia de sistemas baseada em modelos consiste em uma série de fases interligadas que conduzem o desenvolvimento do sistema desde a concepção até a conclusão.

Primeiro, os stakeholders definem os objetivos do sistema e o contexto em que ele irá operar. Primeiro, os stakeholders definem os objetivos do sistema e o contexto em que ele irá operar. Ferramentas de MBSE e modelagem de dados permitem a criação de um modelo detalhado que captura esses requisitos, garantindo que sejam consistentes e alinhados com os objetivos gerais. Por meio do design da arquitetura do sistema, a estrutura geral do sistema é desenvolvida.

O MBSE ajuda na identificação e resolução de problemas antes que protótipos físicos sejam construídos. Uma vez definida a arquitetura, inicia-se o design mais detalhado dos componentes individuais. Em seguida, o MBSE facilita a simulação do comportamento do sistema, permitindo que engenheiros testem e aperfeiçoem seus projetos em um ambiente virtual.

A partir daqui, o sistema é desenvolvido e montado, utilizando o modelo como referência para garantir consistência. Os processos de verificação, teste e validação seguem para garantir que o sistema funcione conforme o esperado. Uma vez implementados, os modelos MBSE podem ser usados para apoiar as atividades de manutenção e quaisquer atualizações futuras, garantindo que o sistema continue atendendo às novas necessidades ao longo de seu ciclo de vida.

As técnicas e ferramentas de MBSE estão se expandindo para incluir variações e aprimoramentos no fluxo de trabalho tradicional. Por exemplo, o perfil Harmony Model-Based Engineering (HarmonyMBE), integrado ao IBM Rhapsody (uma ferramenta de software essencial para MBSE), adota uma abordagem centrada no modelo que é sistemática, rastreável e compatível com padrões. O objetivo é simplificar o fluxo de trabalho e fornecer mais automação para reduzir a quantidade de trabalho manual envolvido.

As abordagens de MBSE são usadas em muitos setores, especialmente no desenvolvimento de software e na engenharia de software. Alguns exemplos importantes incluem:

Como abordagem de engenharia de sistemas, o MBSE depende de várias ferramentas e linguagens, que vão desde aplicações simples de diagramação, planilhas, ferramentas de modelagem e plataformas de fluxo de trabalho até softwares sofisticados. Alguns exemplos incluem:

• SysML (Systems Modeling Language): SysML é uma linguagem gráfica de modelagem que estende a UML (Unified Modeling Language) e é adaptada para a engenharia de sistemas. Ela fornece uma forma padronizada de representar sistemas com diversos diagramas que ajudam a visualizar os componentes e comportamentos do sistema.

• Ferramentas de software MBSE: ferramentas de software desenvolvidas especificamente para MBSE oferecem ambientes para criação, edição e gerenciamento de modelos SysML. Elas facilitam a colaboração, o controle de versões e a integração com outras ferramentas de engenharia.

• Ferramentas de simulação e análise: o MBSE frequentemente utiliza ferramentas de simulação para testes e análise de sistemas. Digital twins, ou representações virtuais de objetos ou sistemas que abrangem seu ciclo de vida, funcionam como uma cópia dinâmica para testar como o sistema se comporta em diferentes condições; isso ajuda a identificar problemas potenciais e otimizar o desempenho.

• Ferramentas de gerenciamento de requisitos: acompanhar os requisitos do sistema é essencial em projetos complexos, por isso ferramentas são utilizadas para garantir que todos os requisitos sejam capturados, acompanhados e compatíveis com o design do sistema.

O MBSE é particularmente benéfico para projetos grandes e complexos devido à sua capacidade de gerenciar a complexidade e facilitar a comunicação entre equipes numerosas. No entanto, ele pode ser adaptado também a projetos menores, resultando em uma comunicação aprimorada e na redução de erros. O MBSE também pode ser implementado incrementalmente, para que seja fácil rastrear e organizar projetos à medida que eles se expandem. Pode ser valioso em engenharia digital e outras disciplinas de engenharia.

Ao permitir uma alocação de recursos mais eficiente, reduzir desperdícios e facilitar o design de sistemas mais eficientes em termos energéticos, o MBSE pode ajudar a promover metas de desenvolvimento sustentável. Sua ênfase em um pensamento sistêmico abrangente e integrado contribui para o desenvolvimento de soluções que não apenas são tecnicamente sólidas, mas também ambientalmente responsáveis.

Através do MBSE, os engenheiros podem modelar e simular o impacto ambiental de seus projetos antes de serem construídos. Isso ajuda a identificar e mitigar possíveis riscos ambientais no início do processo de desenvolvimento. Ele também facilita a integração de fontes de energia renovável e materiais sustentáveis em projetos de sistemas, promovendo soluções ambientalmente amigáveis.

O MBSE otimiza a eficiência de design e operação, ajudando a limitar a pegada ambiental de novos projetos. O MBSE garante que esses projetos consumam menos energia e recursos, contribuindo para a redução de emissões de carbono e outros impactos ambientais.