Por Tim Kinman, vicepresidente de Trending Solutions Consulting en Siemens Digital Industries Software
El mundo de la ingeniería y el desarrollo de productos se basa en la mejora constante de los procesos y tecnologías. Hay avances con los que interactuamos intencionalmente todos los días y mejoras en las infraestructuras que nos facilitan la vida pero a veces no les damos importancia. Independientemente de si una empresa está desarrollando el próximo producto electrónico personal o trabajando para conseguir un sistema de transporte más sostenible, el trabajo de ingeniería necesario para la mejora se está disparando.
Ese trabajo también se está diversificando en cuanto a la disciplina para muchas industrias; el software y la electrónica se están convirtiendo en importantes puntos de valor para productos tradicionalmente mecánicos. Los ejecutivos de la ingeniería de todo el mundo buscan mejores métodos para integrar estos sistemas con el fin de desarrollar la próxima generación de productos innovadores.
Buscan una solución para llevar estos productos al mercado más rápido y aprovechar la creciente demanda de productos inteligentes y conectados. La nueva generación de ingeniería de sistemas basada en modelos, o MBSE, es ese método que proporciona una solución digitalizada que puede aprovechar la complejidad de estos sistemas integrados y ofrecer productos superiores.
¿De qué MBSE está hablando?
Para muchos de los sectores de electrónicos, automovilísticos y la industria aeroespacial, la metodología MBSE puede resultar familiar. En estos sectores se ha utilizado durante décadas una implementación y un conjunto de herramientas como la evolución de la ingeniería de sistemas, pero es importante comprender que un enfoque MBSE moderno tiene un aspecto y un funcionamiento muy diferentes a los de las iteraciones anteriores.
Posiblemente, la distinción más importante es cómo se captura, almacena y comparte la información sobre el sistema. En lugar de diagramas en una pizarra o modelos construidos en PowerPoint, los datos se almacenan de forma centralizada con conexiones seguras a otro tipo de información relevante para constituir la arquitectura del sistema o la hoja de ruta para los procesos de desarrollo hasta las operaciones de servicio.
Durante el desarrollo del producto, los distintos procesos se apoyan en flujos de trabajo digitales que vinculan las decisiones y el trabajo realizado en una sola herramienta de dominio con el gemelo digital. Esta única fuente de verdad hace que los datos sean más accesibles y valiosos para el desarrollo multidisciplinar de los productos de hoy y de mañana.
Estableciendo la arquitectura
La arquitectura del sistema es el aspecto más importante de la ingeniería de sistemas basada en modelos, y aunque abarca muchas funciones en una empresa, su función principal es la gestión de los procesos de desarrollo en toda la cadena de negocio y de valor. El trabajo sobre la arquitectura del sistema comienza con cualquier proyecto, puede ser en la fase de concepto de un nuevo producto o en la calificación de las necesidades de un producto brownfield. La arquitectura del sistema se convierte en la definición de lo que requiere el mercado y en el plan de desarrollo.
- ¿Qué califica un éxito?
- ¿Cómo se verificarán y validarán las decisiones de desarrollo?
- ¿Quién se encargará de refinar los sistemas en una definición específica de dominio, ya sea mecánico, de software, electrónico o incluso de operaciones comerciales?
La información contenida en la arquitectura de un sistema puede ser muy amplia, desde los requisitos de las agencias reguladoras hasta las limitaciones de fabricación de la infraestructura existente, pasando por los estudios de compensación que se realizan en las primeras fases del desarrollo. Coordinar esta información de forma eficaz requiere una metodología estandarizada, y para los ingenieros de sistemas esto se basa en un lenguaje de modelado como SysML y una herramienta de modelado como System Modeling Workbench.
Tradicionalmente, todas las decisiones, los análisis y los procesos de desarrollo se remitían a un pequeño grupo de ingenieros de sistemas que redistribuían los conocimientos entre los distintos grupos. Pero la creciente interconexión de los productos actuales hace que esta tarea sea difícil, pero no imposible. En cambio, las empresas que desarrollan aeronaves inteligentes y conectados, automóviles, equipos pesados, etc., están empezando a democratizar el proceso mediante la digitalización. Las decisiones relevantes se transfieren a los grupos multidisciplinares y su inversión en el sistema se devuelve a todos los afectados por los cambios. La aplicación de esta metodología solo es posible mediante una comunicación eficaz.
Comunicar de forma eficaz
Disponer de una arquitectura que tenga sistemas sólidos es un gran valor para la mayoría de las empresas, pero sin comunicación entre todas las partes interesadas, no existe una entrega ágil entre los departamentos. Puede que no exista en absoluto. Una arquitectura de sistemas depende de que cada departamento añada contexto al sistema. La comunicación ha mejorado mucho en el flujo de trabajo de MBSE en los últimos años y está previsto que se desarrolle aún más con SysML v2, el lenguaje de modelado de próxima generación para la ingeniería de sistemas.
La mayoría de las industrias innovadoras siguen trabajando con documentos digitales para comunicar la comprensión de sus sistemas complejos. Sin embargo, existe una desconexión entre el deseo de tener un hilo conductor fiable desde el concepto hasta el servicio y el hecho de tenerlo, que se reduce a la falta de capacidad de las herramientas y al cambio de cultura necesario para confiar en una única fuente de verdad.
El objetivo de SysML v2 es mejorar la comunicación de las metodologías MBSE entre los dominios mecánicos, electrónicos, eléctricos y de software. Las implementaciones anteriores no podían modelar muchos de los sistemas complejos necesarios para los aviones o los automóviles, ya que el lenguaje de modelado estaba construido sobre el Lenguaje de Modelado Universal, creado originalmente sólo para el desarrollo de software.
La falta de funcionalidad nativa obligó a los grandes fabricantes de equipos originales y a las empresas de diseño a comprar y crear extensiones personalizadas para SysML con el fin de completar la información. Sin embargo, éstas anulan el propósito de un lenguaje de modelado estandarizado porque los proveedores, e incluso los departamentos internos en ocasiones, no podían procesar la información y los modelos dentro de la arquitectura del sistema.
El objetivo de SysML v2 es deshacerse de las limitaciones impuestas por el legado de UML e incorporar la sintaxis para manejar los modelos de los arquitectos de sistemas y las empresas que se utilizan a diario. Una comunicación adecuada impulsará el valor asociado a la reutilización descendente, posiblemente la mayor propuesta de valor de un enfoque MBSE moderno.
Aplicaciones con downstream
La comunicación es importante para crear una arquitectura de sistema precisa y difundirla en toda la organización para mapear el desarrollo, pero la comunicación también permite la reutilización de información altamente valiosa que contienen estos modelos. La reutilización descendente es uno de los beneficios más difíciles de definir para una organización porque puede surgir en un conjunto muy amplio de aplicaciones.
Un ejemplo muy valioso en la creación de productos inteligentes es la reutilización de funciones de software para reducir la complejidad del código. Por ejemplo, en el sistema de frenado de emergencia de un vehículo autónomo, la electrónica y el software tienen que entender una serie de factores para identificar un obstáculo y detenerse con seguridad. ¿A qué distancia está el objeto? ¿Cuál es la velocidad actual? ¿Cuáles son las condiciones de la carretera? ¿Están las pastillas de freno algo desgastadas y es necesario cambiarlas?
El cumplimiento de estas cuestiones se llevaría a cabo de forma óptima mediante funciones de software que ya existen en el vehículo. Esto reduce la cantidad de código necesario para el vehículo y permite una mayor optimización de los controladores electrónicos. La alternativa requeriría procesadores generalizados que calcularán un conjunto de datos más amplio con menos eficacia.
El sistema de frenado de emergencia, por ejemplo, podría extraer datos del sistema antibloqueo de frenos, recibir mediciones de velocidad y distancia del control de crucero adaptativo, y las condiciones de la carretera derivadas de los sensores de temperatura de a bordo integrados con datos meteorológicos basados en la nube.
El flujo exacto de datos puede ser muy diferente, pero el uso de la arquitectura del sistema para planificar estos casos de uso y optimizar el procesamiento mejora enormemente la eficacia de estos sistemas interconectados.
La aplicación de datos descendentes también puede influir en ámbitos más orientados al desarrollo de un producto. Los datos CAD procedentes de la ingeniería pueden utilizarse para crear materiales de marketing en las primeras fases del ciclo de diseño. La trazabilidad de las decisiones proporciona información de seguridad crítica a los reguladores.
Los responsables de compras disponen de información necesaria sobre las decisiones de producto para elegir a los proveedores o mayoristas adecuados y mejorar la colaboración entre el OEM y la red de proveedores. Y las métricas de sostenibilidad de un producto y su proceso de fabricación pueden evaluarse para seguir invirtiendo en la tecnología, sobre todo porque cada vez más fuentes de inversión buscan características ESG (ambientales, sociales y de gobernanza) positivas.
MBSE para una economía mundial
La ingeniería de sistemas basada en modelos significa muchas cosas para muchas empresas, pero toda implementación depende de una arquitectura de sistemas precisa y comunicable. Para desarrollar un producto con éxito, hay que entender los requisitos, los costos, los materiales, los procesos de fabricación, la seguridad y los productos de la competencia para diferenciar el suyo en tiempo, costo, calidad, sostenibilidad o una combinación de los cuatro.
}Conocer estos bits de información como parte de un sistema interconectado proporciona aún más valor que el conocimiento discreto. Su análisis se puede realizar desde el principio con la solución de software adecuada, lo que permite un espacio de diseño más amplio para seleccionar la mejor implementación para cualquier situación. Y una vez que se ha definido una arquitectura óptima, comunicar ese plan con precisión garantiza que el producto correcto se construya bien y se entregue a tiempo al cliente.
A medida que las cadenas de suministro se vuelvan más complejas y abarquen más regiones en la economía global, será fundamental contar con un enfoque de desarrollo que maneje la creciente complejidad. Y en Siemens estamos perfeccionando el enfoque de ingeniería de sistemas basado en modelos dentro de nuestra cartera de software Xcelerator para el futuro de los programas de desarrollo complejos y globales, para acelerar su negocio hoy.
