ANSYS 部落格
June 29, 2022
MBSE 如何用於航太工程
「錯綜複雜」這句話，並不足以形容航太工程的繁複程度。實際上，這應該稱為火箭科學。若要將太空船發射到大氣層之外，然後引導太空船在軌道上精準運行並安全回到地面，必須協調跨部門團隊進行繁複的技術整合。為了達到成功執行航太系統所需的協調能力，工程師仰賴基於模型的系統工程 (MBSE)。
什麼是 MBSE？
MBSE 是一種複雜產品的系統工程方法，通過描述性和分析性建模來交換訊息、反饋和需求，而不是依賴文件。從概念設計階段到產品生命周期的終端，MBSE提供了全程追踪、協作、任務管理和報告功能，這些功能對於高風險的航太任務能夠順利且成功地運行至關重要。MBSE結合了系統架構模型和傳統領域模型，以確保系統在每個生命周期階段中滿足所有需求。
航太工程師通常面臨在嚴格的預算和時間限制下開發關鍵任務系統的挑戰。在像航太這樣的任務和效能關鍵，受高度監管的行業中，MBSE對於確保軟體程式碼和子系統的效能，並實現計劃、預算和進度目標至關重要。
MBSE 的優點為何？
MBSE 能讓工程企業組織管理日益複雜的產品設計與建置問題。傳統的設計方法可能導致成本超支和錯過工期，而MBSE（基於模型的系統工程）有助於使組織能夠按時、在預算範圍內將高品質產品推向市場。
透過掌握每種設計選擇如何影響整個系統生命週期，MBSE 能夠：
- 縮短上市時間：確保系統設計符合需求，且能進一步最佳化，並以最高效率提供最先進的功能。
- 降低風險：在設計程序初期偵測並修正瑕疵，以避免成本超支與進度落後，以及瞭解實際效能。
- 管理複雜性：讓工程師與所有技術相關人員分享願景細節，並確保符合所有需求。
- 促進協同合作：促進溝通，確保所有相關人員對願景達成共識，以降低成本與風險，並提升設計與營運效率。
- 確保安全：確保軟體程式碼和子系統正常運作。MBSE 可將標準完全整合至核心程序。
模型式系統工程範例
美國國防部 (DoD) 認可 MBSE 的優點，並規定應用於主要武器計畫。例如，美國空軍 (USAF) 規定承包商必須運用 MBSE 執行預算超過 500 億美元的陸基戰略防禦 (GBSD) 計畫。NASA 噴射推進實驗室 (JPL) 專門設計複雜且高技術風險的太空船與任務，這個組織也率先採用 MBSE。
Lockheed Martin Space 模擬太空船的任務軌道
執行 OSIRIS-REx 任務前，需花費數個月進行測試、建模與分析以做好準備。為了讓太空船降落在貝努小行星表面上、收集樣本並安全送回地球，NASA 與 Lockheed Martin Space (LMS) 簽約，將整個任務的複雜作業交由該公司整合。
請參閱本白皮書，瞭解 LMS 是如何開發基於模型的系統工程架構，以對抗多變量和事件進行整個星期的操控序列。
美國航太國防承包商 Northrop Grumman 專為政府客戶提供技術解決方案。美國國防部委託該公司針對用於無線通訊、雷達和電子戰的相位陣列天線感應器系統，解決效能與成本限制。
瞭解 Northrop Grumman 如何運用 MBSE 設計複雜的相位陣列天線系統、改善品質、縮短設計時間並降低成本。
連接各領域模型的共用系統
MBSE 是航太領域數位轉型計畫的關鍵驅動因素，因為透過這種方法設計的系統必須能在高風險環境中運作，同時還要能控管成本。隨著系統設計作業從概念階段進入原型製作，系統複雜度更高且產生的資料更多，也讓 MBSE 越來越重要。
Ansys MBSE 解決方案可在產品生命週期全程連結模擬與系統架構模型，讓工程師更早發現潛在問題，確保系統運作表現符合設計。企業組織可使用 ModelCenter、Systems Tool Kit (STK)、SCADE、medini analyze 和 optiSLang 等 Ansys 產品導入 MBSE 程序，設計出安全的最佳化軟硬體系統和任務。
歡迎觀看這場隨選網路研討會，瞭解 Northrop Grumman 如何運用 MBSE 設計複雜的相位陣列天線系統、改善品質、縮短設計時間並降低成本：透過基於模型的系統工程 (MBSE) 方法設計和最佳化相位陣列天線系統