モデルベースのシステム エンジニアリングが R&D イノベーションの推進にどのように役立つか

革新的な製品、つまりよりスマートで、よりつながりがあり、現実世界の課題を解決する製品に対する需要が高まっているため、製品の設計と構築はこれまで以上に複雑になっています。 同時に、エンジニアリング チームは、プロジェクトを迅速かつ高水準で完了するというプレッシャーに常にさらされています。

モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) は、エンジニアリング チームがどのようにできるかを示す代表的な例です。 ～するためにデジタルトランスフォーメーションを受け入れる エンジニアリングの革新を加速します。

MBSE は、機械、ソフトウェア、電気、電子分野を同時に検討するために必要なツール、テクノロジー、戦略をエンジニアリング チームに提供します。 同時に、プロジェクトの要件を満たし、より短い期間で高品質の製品を提供するのに役立ちます。

MBSE の助けを借りて、エンジニアは開発ライフ サイクルに方法論的で統一されたアプローチを適用できます。 MBSE は以下の分野で最も一般的に利用されています。 航空宇宙 & 防衛 ただし、医療や製造から家庭用電化製品に至るまで、さまざまな業界に適用できます。

では、MBSE とは正確には何ですか?また、なぜ現代の企業にとって mbse の導入が不可欠なのでしょうか? この記事では、MBSE 実装を成功させるためのいくつかの標準的なベスト プラクティスを検討しながら、これらの質問に答えます。

モデルベース システム エンジニアリングとは何ですか?

モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) は、情報、フィードバック、要件交換の主な手段としてデジタル システム ドメイン モデルを作成および活用するために使用される、形式化されたシステム エンジニアリング方法論です。

具体的には、MBSE は、複雑なシステムの開発を合理化し、維持することを目的として、デジタル モデリングの原則とベスト プラクティスをさまざまなシステム設計、分析、検証、検証活動に適用します。 このプロセスは、初期の概念設計段階以降に適用され、システム開発ライフサイクル全体がデジタル モデリングに集中します。

モデルはシステム開発、特に次のような複雑で大規模なシステムにおいて重要な役割を果たします。 医療機器、政府の安全保障、航空機。 本質的に、設計および分析段階で構造、動作、およびあらゆる種類の動作特性を表現するために使用されるモデルです。

後のシステム開発段階では、利害関係者の要件との調整に重点を置いて、検証とシミュレーションに使用されます。

MBSE の XNUMX つの構成要素

MBSE のコア コンポーネントであるシステム アーキテクチャ モデル、エンジニアリング シミュレーション ソフトウェア、集中データ システムを調べることで、MBSE がどのように機能するかを理解できます。

システムアーキテクチャモデル

　 システムアーキテクチャモデル (SAM) は、提案されたシステムの機能的および物理的属性の構造、動作、および観点を定義する概念モデルです。 システムのアーキテクチャ設計は、接続されたブロック図またはフロー図によって抽象的に表現されます。 また、必須要件 (特定の身体的性質や実行機能など) が詳しく説明される場所でもあります。

SAM は、 アーキテクチャ記述言語 (ADL)。 ADL（ システムMLs) は、システム アーキテクチャを記述し、テキストとグラフィックを通じてルールとベスト プラクティスを定義する正式なシステム モデリング言語です。

SAM の活用は、検証と検証の段階で重要な役割を果たします。 最終的にはエラーとコストが削減されます。 MBSE を統合する理由の中で、注目すべき点は次のとおりです。 企業は導入の最も重要な理由としてコスト削減を挙げています時間の短縮とデータへのアクセスの向上が実現します。

エンジニアリングシミュレーションソフトウェア

SAM が提供する視覚的な XNUMX 次元表現からは、多くのことしかわかりません。 たとえば、特定の環境や特定の機能を実行するときに製品が与える現実世界の影響を示すことはできません。 これを達成するには、次のことが必要です エンジニアリングシミュレーションソフトウェア.

エンジニアリング シミュレーション ソフトウェアを使用すると、設計のモデルを作成し、それをコンピュータで生成された環境に配置し、現実世界での製品の動作を予測するシミュレーションを実行できます。 このテクノロジーは、エンジニアが設計のパフォーマンスをテストおよび分析する方法に革命をもたらしています。 これらの洞察により、潜在的な危険を特定し、機能を最適化することができます。

複雑なシステムの場合は、さまざまな種類のシミュレーション ツールを使用することが賢明です。 たとえば、複雑なシステムでは、化学反応や天候からサイバーセキュリティや安全性に至るまで、あらゆるものをシミュレートする必要がある場合があります。 このため、さまざまなシミュレーション ソフトウェアを使用するのと同様に、さまざまなシミュレーション ソフトウェアを使用することが一般的なベスト プラクティスです。 業界固有のシミュレーション.

集中型コンピューティングセンター

MBSE の中核的な目標の XNUMX つは、データを一元化された簡単にアクセスできる場所に統合することです。 したがって、MBSE の導入を成功させるには、コンピューティング アーキテクチャの集中化が極めて重要です。 一部の企業は物理的なオンプレミス サーバーを介してコンピューティング センターを集中管理することを選択していますが、ほとんどの現代の企業は クラウドに目を向ける 最大限の柔軟性と拡張性を実現します。

クラウドにより、大規模な組織や多様なチームにわたるデータへのアクセスと分析を簡単に一元管理して管理できるようになりました。 たとえば、次のような企業です。 データブリック 包括的なサービスを提供できるようになりました クラウドベースのプラットフォーム 多様なデータセットを一元化して統合します。

MBSEの利点

企業も政府も同様にデジタル モデリング環境を導入し、その結果として MBSE を採用する速度が加速しています。

MBSE が多くの企業にとって優先的な取り組みとなっている理由を理解するには、ドキュメント中心のシステム エンジニアリングがビジネスを不利な立場に置く理由を理解するのに役立ちます。

ドキュメントベースのシステムエンジニアリングの問題を解決する

ドキュメントベースのシステムエンジニアリングでは、さまざまな作成者がシステム設計を伝える論文やドキュメントを作成します。 これには、図やモックアップからシステムの動作やセキュリティ仕様まで、あらゆるものを含めることができます。

これらの各ドキュメントは完全に自己完結型であるため、高度にサイロ化された環境になります。 たとえば、エンジニアが 超音速ジェットの空気力学。 元のドキュメントに変更を加えるだけでは済みません。 変更したいディメンションを含むすべてのドキュメントを特定するには、ドキュメント スタック全体を並べ替える必要があります。

そこからは、たとえ単一の数式のような小さな変更であっても、すべてのドキュメントに手動で変更を加える必要があります。 ドキュメントベースのアプローチに関するその他の問題としては、人的エラーのリスクの増加、検証可能性の低下、解釈上の矛盾、開発ライフサイクルの終わりまで欠陥が発見されない可能性が高いことなどが挙げられます。

結果？ 非効率的なワークフローにより、システム開発の実装や取り組みの成功が損なわれます。

一元化された環境の作成

デジタル モデリング環境における MBSE の主な利点は、ますます複雑化する環境においてドキュメント中心のシステム エンジニアリングへの依存を排除​​する (または少なくとも大幅に軽減する) ことです。

MBSE は基本的に、静的ドキュメントのサイロ化された環境の代わりに、インテリジェントなデジタル モデルの統合された集中環境を作成します。 これらのデジタル モデルは、コア アーキテクチャから重要な要件に至るまで、すべての重要なシステム情報を XNUMX つの中央の場所に統合し、「単一の真実の情報源」と表現されることがあります。 最新のデータレイクテクノロジー 多様なデータセットの保存、統合、分析 により、このタスクははるかに簡単になりますが、現代のビジネスにおけるデータの課題は終わりがありません。

MBSE は、設計エンジニアから管理者に至るまで、プロジェクトに関わるすべての人が確実に安心できるようにするだけではありません。 データエンジニアと科学者—必要なデータに即座にアクセスできます。 また、最終的にはアーキテクチャの青写真と関係者の要件に対する信頼できる標準の両方として機能する、明確な単一の真実の情報源も提供します。

全員が同じ認識を持っていれば、統一された製品を作成するのがはるかに簡単 (そして迅速) になります。

リスクの軽減と信頼性の向上

MBSE のもう XNUMX つの際立った利点は、開発リスクを軽減することで展開の成功を加速できることです。 最も注目すべき点は、変更エラーのリスクが軽減されることです。

同様に RDD (復元力のある分散データセット)、MBSE はエンジニアが単一のモデルに独自の変更を加えることを防ぐという不変の性質を持っています。 MBSE は、内部の一貫性と正確性を確保するための自動品質チェックにより、行われた変更がデジタル モデル全体の依存関係者に自動的に伝達されるようにします。 自動伝播と品質テストにより、システムの信頼性が大幅に向上します。

MBSE には、信頼性の向上に加えて、次のような利点もあります。

• 自動化により、ワークフローがより効率的で最適化され、変更の価値実現までの時間が短縮されます。
• 関係者の可視性が向上し、要件との整合性が向上します（これをさらに最大限に高めるには、 エンタープライズ契約管理ソフトウェア)
• 複雑なシステムの学習の加速など、統一性と理解性の向上
• 欠陥を早期に検出できるため、エラーの可能性が減り、エラーによって生じる大幅なコストが削減されます。
• 機敏性と拡張性の向上
• 大幅な投資収益率
• 初回導入の成功を加速し、市場投入までの時間を短縮
• へのサポート 持続可能なコンピューティング 戦略と取り組み

成功する MBSE プロセスの作成

MBSE プロセスを成功させるには、いくつかの重要なベスト プラクティスが必要です。

アーキテクチャ中心: MBSE 方法論は、システム開発ライフサイクル全体を通じて構造的および機能的整合性が確実に維持されることを目指す必要があります。 これには、通常、 ザックマンフレームワーク、TOGAF、FEAF、DoDAF など

要件主導: システム設計、分析、インターフェースなどに関する要件は、モデルの基本部分として存在する必要があります。 さらに、すべての実装と変更は本質的にこれらの要件に遡って追跡できる必要があります。

テストファーストのアプローチ: アジャイル開発では、テストファーストのアプローチを使用して生産性を最適化し、エラーによる経済的影響を軽減します。 MBSE 戦略は、システム開発ライフサイクルの初期段階から徹底的に機能し、欠陥や異常を継続的に特定します。

コラボレーションの文化: ソフトウェア、ハードウェア、システム エンジニアのチーム間にサイロがあると、開発の後の段階で不整合が生じる可能性があります。 MBSE は、別々のデジタル モデルを デジタルスレッドこれにより、データの可視性を最大限に高め、一貫性を確保し、独立したチームを統一された目標に向けることができます。

ライフサイクル全体をサポートt: システム開発ライフサイクルのすべての段階をサポートしていない MBSE プロセスは、展開を妨げるリスクがあります。 成功する MBSE 戦略は、ライフ サイクルの設計、分析、要件、実装、統合、テストの各段階を複雑にサポートします。 検証と検証も厳密にサポートされる必要があります。

可変的な、測定できる、登れる、はがせる： 企業はますます大量のデータを処理するようになっているため、拡張可能なテクノロジーが必要です。 たとえば、 Hadoop は分散ストレージを使用します 大量の大規模データを、より小さく管理しやすい部分に分割します。 同様に、MBSE プロセスには、増大するデータの複雑さと量に対応するための固有のスケーラビリティが必要です。

シミュレート可能: 前述したように、シミュレーションは MBSE プロセスの中核コンポーネントです。 したがって、エンジニアリング シミュレーション ソフトウェア ツールを組み合わせて使用​​することが重要です。 AI によるエンジニアリング シミュレーションの最適化。 最も重要なことは、MBSE プロセスがサポートする必要があることです。 動的シミュレーション.

Rescale を使用したモデルベースのシステム エンジニアリング

MBSE プロセスが成功するかどうかは、保有しているツールの有効性によって決まります。 たとえば、リスケールは 高性能コンピューティング (HPC) プラットフォームは、堅牢な MBSE 環境の作成に役立ちます。

Rescale の拡張可能なシミュレーション製品ライフサイクル管理 (PLM) およびシミュレーション プロセス データ管理 (SPDM) 統合は、MSBE の取り組みを加速するように設計されています。 わずか数分で、完全なセキュリティと制御を備えた一元管理された場所からシミュレーションを実行、分析、監視することができ、キューに並ぶ必要はありません。 これは、学習の加速、市場投入までの時間、効果的な MBSE 環境の全体的な製品価値を意味します。

Rescale プラットフォームは、ワークフローの自動化機能を強化するファイル共有、データ転送、バージョン管理などを提供し、シミュレーション サイクル タイムを改善することもできます。

MBSE を今すぐ実装しましょう

研究開発チームが開発プロセスの最適化と一元化に努めているため、ドキュメント中心のシステム エンジニアリングは急速に時代遅れになりつつあります。 しかし、MBSE は、合理化された製品展開を達成するための基礎であることが証明されています。 これはコラボレーションの文化を育み、サイロ化されたチームを団結させ、個々のデザイン要素が全体の一部として存在する単一の目標に向かってチームを推進します。

MBSE を使用すると、製品とシステムの開発ライフサイクル全体をサポートできます。 プロセスの各重要な段階で、プロジェクトに関係する全員が常に足並みを揃え、情報を得ることができます。

MBSE の一環として、デジタル モデリングは、革新的な製品、特に複雑な製品の作成に不可欠な利点をもたらします。

航空宇宙、自動車、製造などの業界では、厳密に綿密なテスト、リスク評価、コンプライアンスのプロセスが行われています。 デジタル モデリングを使用すると、企業は自社の製品を仮想環境に配置し、「what if」テストを思う存分実行できます。

最終的に、堅牢な MBSE プロセスにより、デジタル エンジニアリングと研究を最大限に活用するための時間、費用、労力が節約されます。