Model-based system engineering and digitalization effectiveness assessment on spacecraft avionics design

With the development of new technologies and the fast growth of the space sector, the need of optimizing the Systems Engineering processes has become evident. The response to this need takes the name of digitalization, a process aiming at enclosing all the aspects related to the engineering process in a digital and structured environment that can be processed and elaborated through computers. An example of such digitalization is the Model-Based System Engineering methodology, also known as MBSE, an approach based on the realization of models that should provide a structured repository of all the data pertaining to the System Engineering activities of a project. The first part of this thesis provides a status quo of digitalization and MBSE activities within the European Space Industry, to have an overview of the different applications in the field, and to frame the industrial environment in which Space Products and Innovation GmbH is operating. An analysis of the company's internal processes is then performed to identify which activities could benefit from a digitized approach. Based on the identified processes, a Multi-Criteria Decision Analysis is performed to identify the best operative solution according to the company's needs. Following the analysis, multiple different solutions are presented, which feasibility varies a lot according to the level of digitalization needed and the resources available in the company. Selecting an entry-level solution, an MBSE model of the Multipurpose Adapter Generic Interface Connector (MA61C) is developed by means of the Capella modeling tool. In the second part of this thesis, the MBSE model of the MA61C is applied to the use case of the Modular Avionics Test Bench project by SPiN and to two additional examples to test the model in a practical application and demonstrate its flexibility. With the first implementation, the design of the project architecture is achieved along with a partial functional design of the assembly. Some additional developments will be required to consolidate the design and embed the model in a fully digitized and interconnected environment.

Con lo sviluppo di nuove tecnologie e la rapida crescita del settore spaziale, è diventata evidente la necessità di ottimizzare i processi relativi all'ingegneria dei sistemi. La risposta a questa necessità prende il nome di digitalizzazione, un processo rivolto a racchiudere la totalità degli aspetti legati al processo ingegneristico in un ambiente digitale e strutturato che sia processabile ed elaborabile tramite computer. Un esempio lampante di tale processo di digitalizzazione è la cosiddetta ingegneria dei sistemi basata sui modelli (MBSE), una metodologia basata sulla realizzazione di modelli allo scopo di fornire una banca dati per le informazioni riguardanti le attività di ingegneria dei sistemi di un progetto. Nella prima parte della tesi viene fornito uno status quo del processo di digitalizzazione e delle attività legate all'MBSE nell'industria spaziale europea, al fine di fornire una visione d'insieme delle differenti applicazioni nel campo ed inquadrare il contesto industriale in cui Space Products and Innovation GmbH si trova ad operare. A seguire, viene presentata un'analisi dei processi interni all'azienda per identificare quelli che potrebbero beneficiare da un approccio digitale. Sulla base di tali processi, viene quindi svolta una Multi-Criteria Decision Analysis al fine di individuare la miglior soluzione operativa in base alle necessità dell'azienda. In seguito a tale analisi, vengono dunque presentate molteplici applicazioni la cui fattibilità varia a seconda del livello di digitalizzazione richiesto e alle risorse disponibili in azienda. Optando per un approccio graduale alla disciplina, si procede quindi con lo sviluppo di un modello del Multipurpose Adapter Generic Interface Connector (MA61C) utilizzando lo strumento di modellazione Capella. Nella seconda parte, il modello viene applicato al progetto Modular Avionics Test Bench di SPiN e a due esempi aggiuntivi per testarlo in un'applicazione pratica e dimostrarne la flessibilità. La prima implementazione porta al design dell'architettura di progetto ed al design funzionale parziale del prodotto. Vengono quindi presentati i risultati raggiunti e alcuni sviluppi aggiuntivi che saranno necessari per consolidare il design e racchiudere il modello in un ambiente operativo completamente digitalizzato ed interconnesso.