航空宇宙工学におけるMBSEの使用方法

航空宇宙工学は複雑だと言うのは控えめ過ぎる言葉です。宇宙探査機を大気圏外まで推進させ、軌道上で正確な操縦を実行するように指示し、その安全な帰還を達成するために部門横断型チームを調整するには、非常に高度な技術的統合が必要であり、難しいことです。航空宇宙システムの成功に必要な調整レベルを達成するために、エンジニアはモデルベースシステムズエンジニアリング（MBSE）に頼っています。

MBSEとは

MBSEは、ドキュメントではなく、記述的および分析的なモデリングを通じて、情報、フィードバック、および要件を交換する、複雑な製品のためのシステムズエンジニアリング手法です。MBSEは、概念設計段階から製品ライフサイクル全体にわたり、非常に難しい航空宇宙ミッションを円滑に遂行して成功させるために必要なエンドツーエンドのトレーサビリティ、コラボレーション、タスク管理、およびレポート機能を提供します。MBSEはシステムアーキテクチャモデルと従来のドメインモデルを組み合わせて、システムがライフサイクルのすべての段階を通じて、すべての要件を満たすことを保証します。

航空宇宙業界のエンジニアは、厳しい予算と時間の制約の下でミッションクリティカルなシステムを開発することをしばしば任されています。ミッションクリティカルでパフォーマンスが重視され、厳しい規制が課せられる航空宇宙などの業界では、ソフトウェアコードとサブシステムが実行され、プログラム、予算、スケジュールの目標を達成するためにMBSEが不可欠です。  

MBSEの利点

MBSEを使用することで、エンジニアリング組織は、設計および開発する製品の複雑さを管理できます。従来の設計プラクティスは、コスト超過や期限の遅れにつながる可能性がありますが、MBSEは、組織が高品質の製品を時間通りに予算内で市場に投入するのに役立ちます。

モデルベースシステムズエンジニアリングでは、設計の選択がライフサイクル全体にわたってシステムにどのような影響を与えるかを理解することで、次のことが可能になります。

• 市場への投入期間の短縮: システム設計が要件を満たし、さらなる最適化を可能にし、最も効率的に最先端の機能を提供できるようになります。
• リスクの削減: 設計プロセスの早い段階で欠陥を検出して修正することで、コストやスケジュールのオーバーランを回避し、実環境でのパフォーマンスを把握できます。
• 複雑さへの対処: エンジニアは、ビジョンの詳細をすべての技術ステークホルダーと共有し、すべての要件が満たされていることを確認できます。
• コラボレーションの向上: すべてのステークホルダーで共通のビジョンの伝達を容易にし、コストとリスクを削減して、設計効率と運用効率を向上させます。
• 安全性の確保: ソフトウェアコードとサブシステムが、想定される動作を実行していることを確認します。MBSEは、標準規格をコアプロセスに完全に統合します。

モデルベースシステムズエンジニアリング例

アメリカ国防総省（DoD）はMBSEの利点を認めており、主要な兵器プログラムでの使用を義務付けています。たとえば、アメリカ空軍（USAF）は、500億ドル超の地上戦略防衛（GBSD）計画でMBSEを活用するよう請負業者に要求しています。NASA Jet Propulsion Laboratory（JPL）は、複雑で技術的にリスクの高い宇宙探査機やミッションを設計する組織であり、MBSEの主要な採用者でもあります。

Lockheed Martin Space社、OSIRIS-REx宇宙探査機のミッション軌道をシミュレーションするためにMBSEの統合を使用

OSIRIS-RExミッションの準備には、数か月にわたるテスト、モデリング、解析が必要でした。ベンヌの地表に宇宙探査機を着陸させ、サンプルを採取して安全に地球に帰還させるという目的を達成するため、NASAはLockheed Martin Space（LMS）社とミッション全体の複雑な運用を統合する契約を結びました。

このホワイトペーパーでは、LMS社がMBSEアーキテクチャを開発し、複数の不確定要素やイベントに対して1週間にわたる操作の適切なシーケンスを設定した方法を説明します。

Northrop Grumman社、フェーズドアレイアンテナの開発にMBSEを適用

アメリカを拠点とする航空宇宙・防衛の請負業者で、主に政府機関の顧客に技術ソリューションを提供するNorthrop Grumman社は、国防総省から無線通信、レーダー、電子戦に使用されるフェーズドアレイアンテナセンサーシステムのパフォーマンスとコストの制約を解決するように依頼されました。

MBSEが、Northrop Grumman社での複雑なフェーズドアレイアンテナシステムの設計、品質の向上、設計時間の短縮、コストの削減にどのように貢献したかをご覧ください。

分野モデルをつなぐ共有システム

MBSEは、コストを管理しながらリスクの高い環境で動作する必要があるシステムを設計するため、航空宇宙業界におけるデジタルトランスフォーメーションイニシアチブの重要な推進力となります。システム設計が概念からプロトタイプへと進むにつれて、システムはより複雑になり、より多くのデータが生成され、MBSEがより重要になります。

AnsysのMBSEソリューションは、製品ライフサイクルを通してシステムアーキテクチャモデルにシミュレーションをつなげることで、エンジニアは潜在的な問題を早期に特定し、システムが設計どおりに動作することを保証できます。組織は、ModelCenter、Systems Tool Kit（STK）、SCADE、medini analyze、optiSLangなどのAnsysの製品を使用して、MBSEプロセスを実装し、最適化された安全なハードウェアおよびソフトウェアシステムおよびミッションを設計できます。

MBSEが、Northrop Grumman社での複雑なフェーズドアレイアンテナシステムの設計、品質の向上、設計時間の短縮、コストの削減にどのように貢献したかについては、オンデマンドウェビナー「フェーズドアレイアンテナシステムの設計と最適化のためのモデルベースシステムズエンジニアリング（MBSE）アプローチ」をご覧ください。