Publicado: 2 de dezembro de 2023
contribuidores: Amanda McGrath, Alexandra Jonker
A engenharia de sistemas baseada em modelos (MBSE) é uma metodologia que utiliza modelos para apoiar todo o ciclo de vida de um sistema, desde a concepção e o design até as atividades de verificação e validação, até a descomissionamento.
Diferentemente dos métodos de engenharia tradicionais que se baseiam em documentos textuais e processos manuais, o MBSE utiliza modelagem digital e simulação para o design de sistemas. Esses modelos fornecem uma maneira 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 permitir a detecção e correção antecipada de problemas, a MBSE pode reduzir significativamente o tempo e os custos de desenvolvimento. Ele permite uma análise rápida por meio de simulações e iteração rápida, e pode facilitar a automação.
O MBSE é útil ao trabalhar com um "sistema de sistemas" ou qualquer projeto que combine os recursos de vários sistemas para criar um mais complexo, pois permite a representação clara e aberta de relações e dependências intricadas dentro de um sistema.
O MBSE pode ser adaptado a projetos de diversos tamanhos e complexidades, tornando-o uma abordagem versátil adequada para uma ampla gama de aplicações. Ele também pode ajudar a apoiar o desenvolvimento de produtos durante todo o ciclo de vida do produto.
Existem três componentes principais do MBSE: primeiro é o modelo de arquitetura de sistemas (SAM), que serve como uma fonte única da verdade para o projeto. Em segundo lugar, o software de simulação de engenharia que determina se o que está no SAM atende aos requisitos e se ele funcionará como planejado. Finalmente, um centro de computação centralizado, que pode ser baseado na 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, as partes interessadas definem os objetivos do sistema e o contexto em que ele irá operar. Essas necessidades são então traduzidas em requisitos de sistema específicos e mensuráveis. As ferramentas MBSE e a 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 de arquitetura do sistema, a estrutura geral do sistema é desenvolvida.
Uma vez que a arquitetura está estabelecida, o design mais detalhado dos componentes individuais começa. O MBSE facilita a simulação do comportamento do sistema, permitindo que os engenheiros testem e refinem seus projetos em um ambiente virtual. Isso ajuda a identificar e resolver problemas antes que protótipos físicos sejam construídos.
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 abordagens MBSE são usadas em muitos setores, especialmente no desenvolvimento e na engenharia de software. Alguns exemplos importantes incluem:
A NASA é um exemplo proeminente de uma organização que utiliza MBSE. Para projetos complexos como sistemas de espaçonaves e satélites, a NASA utiliza o MBSE para lidar com as intrincadas interações entre diferentes sistemas e simular diversos cenários de missões espaciais, reduzindo significativamente os riscos associados à exploração espacial.
As principais empresas automotivas, como a Ford e a BMW, incorporaram a MBSE no projeto de seus veículos. Essa abordagem auxilia na gestão da crescente complexidade dos carros modernos, que incluem eletrônicos avançados e software.
O Departamento de Defesa (DoD) dos EUA utiliza o MBSE para o desenvolvimento de sistemas de defesa. Isto inclui tudo, desde sistemas de armas até redes de vigilância e comunicação.
As empresas do setor de telecomunicações usam o MBSE para projetar e gerenciar sistemas de rede complexos. Isso inclui o desenvolvimento de infraestrutura para tecnologias emergentes como o 5G, onde a MBSE auxilia na otimização de layout de redes e assegura comunicações confiáveis e de alta velocidade.
Como uma abordagem de engenharia de sistemas, o MBSE depende de uma variedade de ferramentas e linguagens, que vão desde aplicativos simples de diagramação, planilhas, ferramentas de modelagem e plataformas de fluxo de trabalho até software sofisticado. Exemplos incluem:
- SysML (linguagem de modelagem de sistemas): O SysML é uma linguagem de modelagem gráfica que estende o UML (Unified Modeling Language) e é adaptado para engenharia de sistemas. Ele fornece uma maneira padronizada de representar sistemas com vários diagramas que auxiliam na visualização dos componentes e comportamentos do sistema.
- Ferramentas de software MBSE: Ferramentas de software projetadas especificamente para MBSE oferecem ambientes para criação, edição e gerenciamento de modelos SysML. Eles facilitam a colaboração, o controle de versão e a integração com outras ferramentas de engenharia.
- Ferramentas de simulação e análise: O MBSE geralmente utiliza ferramentas de simulação para teste e análise do sistema. Digital twins, ou representações virtuais de objetos ou sistemas que abrangem todo o seu ciclo de vida, funcionam como uma cópia dinâmica para testar o comportamento de um sistema em diferentes condições; isso auxilia na identificação de problemas potenciais e na otimização do desempenho.
- Ferramentas de gerenciamento de requisitos: Manter o controle dos requisitos do sistema é fundamental em projetos complexos, portanto, ferramentas são utilizadas para garantir que todos sejam capturados, rastreados 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 mais eficiente de recursos, reduzir o desperdício e facilitar o projeto de sistemas mais eficientes em termos de energia, o MBSE pode ajudar nas metas de desenvolvimento sustentável. Sua ênfase no pensamento sistêmico abrangente e integrado ajuda no desenvolvimento de soluções que não são apenas 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. Ao otimizar a eficiência operacional e de design, o MBSE ajuda a limitar a pegada ambiental de novos projetos, garantindo que consomem menos energia e recursos, contribuindo assim para uma redução nas emissões de carbono e outros impactos ambientais.
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