Dissertação

{pt_PT=A Model-Based Systems Engineering Approach to the Design of a Spacecraft Subsystem} {} EVALUATED

{pt=A engenharia de sistemas (SE) foi adotada na indústria aeroespacial para ajudar engenheiros a gerir complexidade. Contudo, à medida que os sistemas se estão a tornar mais distribuídos e interconectados, os mecanismos tradicionais que garantem a manutenção de consistência em SE - documentos escritos - estão-se a tornar gradualmente inadequados. Engenharia de sistemas baseada em modelos (MBSE) pode mitigar este problema, introduzindo modelação e centralização de informação nas práticas tradicionais de SE. Investigação tem mostrado que MBSE pode ser aplicado com sucesso em processos de design conceptual de sistemas. Contudo, quando aplicado a design de subsistemas, desafios diferentes são enfrentados relativamente à integração de SE com áreas de conhecimento especializadas. A integração de MBSE com simulação constitui um exemplo de um desafio à adoção destas práticas na indústria. Neste trabalho, uma metodologia baseada em OOSEM é proposta para o design de um subsistema de um veículo espacial. Esta inclui uma ferramenta de transformação de modelos capaz de gerar modelos de Simulink, a partir de especificação em SysML. A metodologia é demonstrada no design de um sistema de determinação e controlo de atitude de um pequeno satélite, com simulação sendo utilizada para avaliar performance e comparar designs alternativos. Com o trabalho desenvolvido, verificamos alguns benefícios de MBSE e concluímos que este tipo de abordagem pode ser aplicada ao nível de subsistema, integrando adequadamente engenharia de sistemas com áreas especializadas. Demonstramos ainda que abordagens de transformação de modelos são capazes de gerar simuladores completamente funcionais a partir de especificação em SysML., en=Systems engineering (SE) has been adopted in the aerospace industry to help engineers manage complexity. However, as systems become more distributed and interconnected, the traditional mechanisms through which SE ensured consistency - written documents - are becoming increasingly inadequate. Model-based systems engineering (MBSE) can help mitigate this issue, by introducing modelling and information centralization into traditional SE practices. Some research has been done showing that MBSE can successfully be applied to system-level conceptual design processes. However, when applied to subsystem design, MBSE faces the challenge of integrating systems engineering with specialized knowledge domains. Specifically, the integration of MBSE with simulation presents itself as a major challenge to the adoption of MBSE practices in industry settings. In this work, a methodology based on the OOSEM is proposed for the design of a spacecraft subsystem, including a framework for integrating MBSE with simulation through a model transformation approach. System specification in SysML is transformed into a simulation model in Simulink, capable of evaluating system performance. The methodology is demonstrated by being applied to the design of an Attitude Determination and Control System (ADCS) of a small satellite, where simulation is used to evaluate subsystem performance and compare alternative designs. Some benefits of MBSE are verified, and we conclude that an MBSE approach can be applied at the subsystem-level, with a proper integration of systems engineering and specialized domains. We further demonstrate that model transformation approaches are capable of successfully generating fully functioning simulators from SysML specification.}
{pt=MBSE, SysML, Transformação de Modelos, OOSEM, MATLAB/Simulink, ADCS, en=MBSE, SysML, Model Transformation, OOSEM, MATLAB/Simulink, ADCS}

dezembro 6, 2021, 16:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

João Paulo Lopes Monteiro

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Tagus Park (DEEC - Tagus Park)

Investigador

ORIENTADOR

Paulo Jorge Soares Gil

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar