Cos'è l'ingegneria dei sistemi basata su modelli (MBSE)?

Il processo di ingegneria dei sistemi basato su modelli presenta diversi benefici rispetto agli approcci ingegneristici tradizionali nella progettazione di sistemi e sottosistemi complessi:

Esistono tre componenti principali dell'MBSE: il primo è il modello di architettura dei sistemi (SAM), che funge da singola fonte affidabile per il progetto. Il secondo è il software di simulazione ingegneristica che determina se il contenuto del SAM corrisponde ai requisiti e se funzionerà come previsto. Infine, un centro di calcolo centralizzato, basato sul cloud o fisico, svolge tutte le funzioni e memorizza i risultati. Insieme, queste parti costituiscono il thread digitale, in grado di garantire che l'aggiornamento conseguente alle modifiche apportate a un modello venga applicato a tutti gli altri modelli del sistema.

Il processo dell'ingegneria dei sistemi basato su modelli è composto da una serie di fasi interconnesse che guidano lo sviluppo del sistema dal concetto al completamento.

Anzitutto, gli stakeholder definiscono gli obiettivi del sistema e il contesto in cui funzionerà. Tali esigenze vengono poi tradotte in requisiti di sistema specifici e misurabili. Gli strumenti MBSE e il data modeling consentono la creazione di un modello dettagliato che soddisfi questi requisiti, in modo da garantirne la coerenza e l'allineamento con gli obiettivi nel complesso. Attraverso la progettazione dell'architettura del sistema, ne viene sviluppata la struttura complessiva.

Una volta realizzata l'architettura, inizia la progettazione più dettagliata dei singoli componenti. L'MBSE facilita la simulazione del comportamento del sistema, consentendo agli ingegneri di testare e perfezionare i progetti in un ambiente virtuale. In questo modo risulta più facile identificare e risolvere i problemi ancor prima della costruzione dei prototipi fisici.

Da qui, il sistema è costruito e assemblato, e utilizza il modello come riferimento per garantire la coerenza. Seguono processi di verifica, test e convalida per garantire che il sistema funzioni come previsto. Una volta implementati, i modelli MBSE possono essere utilizzati per supportare le attività di manutenzione ed eventuali aggiornamenti futuri, garantendo che il sistema continui a soddisfare le mutevoli esigenze nel corso del suo ciclo di vita.

Come approccio di ingegneria dei sistemi, l'MBSE si basa su una varietà di strumenti e linguaggi, che vanno da semplici applicazioni di diagrammi, fogli di calcolo, strumenti di modellazione e piattaforme di workflow a software sofisticati. Ecco alcuni esempi:

• SysML (Systems Modeling Language): SysML è un linguaggio di modellazione grafica che estende l'UML (Unified Modeling Language) ed è particolarmente adatto all'ingegneria dei sistemi. Fornisce un modo standardizzato per rappresentare i sistemi con vari diagrammi che aiutano a visualizzare i componenti e i comportamenti del sistema.

• Strumenti software MBSE: gli strumenti software progettati appositamente per l'MBSE offrono ambienti per la creazione, la modifica e la gestione di modelli SysML. Facilitano la collaborazione, il controllo delle versioni e l'integrazione con altri strumenti di progettazione.

• Strumenti di simulazione e analisi: l'MBSE utilizza spesso strumenti di simulazione per test e analisi di sistema. I gemelli digitali, o rappresentazioni virtuali di oggetti o sistemi che coprono il loro ciclo di vita, fungono da copia dinamica per i test per vedere come si comporta un sistema in condizioni diverse; in questo modo è possibile identificare potenziali problemi e ottimizzare le prestazioni.

• Strumenti di gestione dei requisiti: tenere traccia dei requisiti di sistema è fondamentale nei progetti complessi, quindi vengono utilizzati gli strumenti per garantire che siano tutti acquisiti, tracciati e compatibili con la progettazione del sistema stesso.

L'MBSE è particolarmente utile per progetti grandi e complessi grazie alla sua capacità di gestire la complessità e di facilitare la comunicazione tra team di grandi dimensioni. Detto questo, può essere adattato anche a progetti più piccoli, con conseguente miglioramento della comunicazione e riduzione degli errori. L'MBSE può essere implementato anche in modo incrementale, per agevolarne la tracciabilità e organizzare i progetti man mano che si espandono. Può essere prezioso nell’ingegneria digitale e in altre discipline ingegneristiche.

Consentendo un'allocazione più efficiente delle risorse, riducendo gli sprechi e facilitando la progettazione di sistemi più efficienti dal punto di vista energetico, l'MBSE può contribuire a raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile. La sua enfasi sul pensiero olistico e integrato dei sistemi aiuta a sviluppare soluzioni non solo tecnicamente solide, ma anche ecologicamente responsabili.

Tramite MBSE, gli ingegneri possono modellare e simulare l'impatto ambientale dei progetti prima ancora che vengano realizzati. In questo modo diventa possibile identificare e mitigare i potenziali rischi ambientali fin dall'inizio del processo di sviluppo. Facilita inoltre l'integrazione di fonti di energia rinnovabile e di materiali sostenibili nella progettazione dei sistemi, promuovendo soluzioni rispettose dell'ambiente. Inoltre, ottimizzando la progettazione e l'efficienza operativa, l'MBSE aiuta a limitare l'impronta ambientale dei nuovi progetti assicurandosi che consumino meno energia e risorse, contribuendo così a una riduzione delle emissioni di carbonio e di altri impatti ambientali.