ARCADIA И CAPELLA – принимая вызовы системной инженерии

В разных областях промышленности возрастающая сложность выпускаемой продукции приводит к тому, что клиенты требуют все больше взаимосвязанных, готовых к использованию, безопасных, экологичных и недорогих систем.

Многие примеры этих проблем нашли свое отражение в таких областях, как:

• Транспорт (автономные транспортные средства, подключенные устройства, низкий уровень выбросов и т.д.).

• Энергетика (сети, эффективность, долговременные воздействия и т.д.).

• Аэрокосмическая отрасль (более низкие расходы входа, сокращение задержек и т.д.).

Подобные проблемы легко обнаруживаются и во многих других областях промышленности.

Гонка за покупателем заставляет промышленность вводить в процессы производства и проектирования инновации все более быстрыми темпами.

Поскольку вновь разрабатываемые изделия базируются на большом количестве взаимодействующих между собой компонентов это приводит к еще большей сложности: более широкие и глубокие функциональные нарушения, увеличивающееся количество функциональных зависимостей и интерфейсов, появление все более сложных архитектурных решений и высокая изменчивость.

Проектирование и производство столь сложных систем сильно зависит от междисциплинарной деятельности, которая требует долгосрочного сотрудничества между многочисленными экспертами в различных областях техники (механика, технология термообработки, программное обеспечение, телекоммуникация, безопасность и т.д.).

Будущее уже здесь: прорывные технологии, такие как «Интернет вещей», 3D-печать и новые материалы, также меняют тип услуг, предоставляемых системами и способы их развития.

Все это означает, что системные инженеры должны реализовывать новый подход, который позволит им справляться с этими экспоненциально растущими уровнями сложности.

Задача системных инженеров – обеспечить совместную работу всех подсистем, оборудования и программного обеспечения для достижения заданных целей. Большая сложность означает, что они должны адаптировать свои методы и быть более точны в своих действиях, для того чтобы выполнить следующие ключевые задачи.

Первая задача – понять цели системы. Это означает понимание потребностей клиентов и добавленной стоимости новой системы. В случае больших и сложных систем число требований может быть значительным, а главное перечень этих требований зависит от всех взаимосвязанных с разрабатываемой системой подсистем и компонентов. Кроме того, чем больше компонентов в системе, тем сложнее идентифицировать синтезируемые эмерджентные свойства возникающих от взаимодействия компонентов между собой и то, как эти эмерджентные свойства будут способствовать (или вредить) реализации целевых услуг, предоставляемых всей системой.

Поэтому логично говорить на общем языке, который может использоваться различными заинтересованными сторонами для общения о многих взаимозависимых свойствах.

На протяжении всего жизненного цикла проекта, от этапа определения потребностей до утилизации системы, включая этапы проектирования, разработки, производства, проверки, эксплуатации и обслуживания, системные инженеры должны

сотрудничать друг с другом, с экспертами в различных отраслях промышленности, а также с другими заинтересованными сторонами, включая субподрядчиков и конечных потребителей.

Это подразумевает общее консолидированное и последовательное видение всей системы.

После определения и совместного использования архитектурных драйверов архитекторы систем должны сосредоточиться на ранней оценке предполагаемого решения в соответствии с несколькими факторами (производительность, стоимость, ремонтопригодность, масса, долговечность и т. д.).

Умение оценивать архитектуру на ранней стадии имеет решающее значение для поиска лучших архитектурных компромиссов.

Цель моделе-ориентированного подхода – перейти от набора разнородных офисных документов к согласованному, интегрированному и вычислительному описанию системы.

Моделе-ориентированный подход заключается в использовании формального цифрового формата для определения, проектирования, анализа и проверки систем. Этот формат (понятия с их свойствами и взаимосвязями) определяется стандартным языком (метамоделью), который позволяет реализовать рабочие среды, предоставляющие услуги моделирования, такие как редактирование, визуализация, преобразование, сравнение, хранение и т. д.

В подходе системного проектирования на основе моделей (MBSE), модель описывает систему и ее компоненты по всему спектру от точки зрения потребностей бизнеса до физической реализации, включая логическую декомпозицию системы. Для разработки модели системные инженеры могут выполнять функциональный и структурный анализ, получать интерфейсы и работать над динамическими аспектами (сценарии, диаграммы состояний).

Наличие как функционального представления системы, так и прослеживаемости вплоть до физических компонентов обеспечивает целостность описания системы и полную прослеживаемость на протяжении всего процесса системного проектирования. Это уменьшает несоответствия и облегчает сборку, позволяя заблаговременно выявлять любые несовместимости между компонентами.

Подход MBSE также может быть связан с графической нотацией, так что система визуально описывается множеством согласованных представлений, которые могут быть выделены для широкого спектра конкретных задач (производительность, безопасность, устойчивость, стоимость, риск и т. д.). Эти представления, которые могут быть графическими или табличными, синхронизируются с моделью, которая обеспечивает согласованность описания всей системы.

Помимо средств, предлагаемых для создания согласованной системы, еще одним важным преимуществом MBSE является возможность автоматизации многих инженерных работ благодаря цифровому формату моделей, включая:

• Проверку согласованности.
• Вывод архитектурных альтернатив.
• Оценку компромиссов.
• Изготовление материалов.
• Обмен с другими инженерными инструментами.
• Повторное использование архитектур между несколькими проектами.

С подходом MBSE системные инженеры могут быстрее исследовать больше альтернатив, последовательно решать широкий спектр междисциплинарных проблем и успешно достигать поставленных целей.

Компания Thales инициировала разработку методологии Arcadia и инструментального средства Capella с учетом выше описанных проблем, внедрив у себя в компании короткие циклы экспериментов для получения обратной связи системных инженеров.

Поскольку Arcadia является своего рода ДНК для Capella, инструментальные средства Capella обеспечивают методологическое руководство, включая технологический процесс с четкими задачами моделирования и расширенный набор инструментов для повышения производительности.

Это открытое решение MBSE является расширяемым. Оно может быть адаптировано к конкретным инженерным подходам и интегрировано с другими инструментами разработки. Его также можно дополнить готовыми к использованию надстройками для облегчения запуска новых проектов, совместной работы удаленных групп, создания документов и т. д.

Решение Capella, успешно развернуто в различных отраслях промышленности во всех подразделениях Thales по всему миру, является проверенным на практике решением.

Оно помогает управлять сложностью систем, в первую очередь на этапах разработки, а также на этапах производства и эксплуатации.

В 2014 году решение Capella стало с открытым исходным кодом в рамках PolarSys, рабочей группы Eclipse Foundation, занимающейся разработкой встраиваемых систем.

Также был создан промышленный консорциум Capella. Он собирает всех заинтересованных в подходе MBSE, кто хочет сотрудничать в условиях, не зависящих от поставщиков, и открытого управления. Участвуя в консорциуме компании, разрабатывающие сложные системы и программное обеспечение, поставщики, предоставляющие решения в дополнение к Capella, ученые, могут поделиться своим видением того, как Capella может развиваться, и объединить свои инвестиционные усилия.