Integrating MBSE into advanced tiltrotor aircraft design: enhancing complex systems management

In recent years, engineering processes have undergone significant evolution with the introduction of model-based approaches, such as Model-Based Systems Engineering (MBSE). This methodology differs from traditional approaches as it aims to facilitate the management of increasingly complex systems, improving the understanding of system interactions and their interconnections within a broader system of systems. It enhances the efficiency and quality of communication between the various teams involved, reducing the risk of errors and misunderstandings, and establishes a dynamic model that evolves throughout the entire product life cycle. Leonardo Helicopter Division, part of Leonardo S.p.A. and leader in the rotary wing aircraft business, has chosen MBSE to address the challenges posed by the increasing complexity of modern systems. This requires a systemic and integrated approach to ensure greater project control through the modeling of a System of Interest (SOI), with the goal of demonstrating the advantages of MBSE in the context of advanced aeronautical system design and development. This thesis aims to explore the application of the MagicGrid framework as a key tool to achieve these objectives, highlighting its benefits and potential for the industry. Specifically, the work showcases how MBSE and MagicGrid enabled the efficient and effective derivation of robust system requirements, supporting rigorous traceability and alignment across teams. In this context, MBSE is applied to the preliminary design phase of a new aircraft, the Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA). Starting from customer requirements and from the description of the aircraft's missions, the ATA’s operational context and behavior are modeled from both a black-box and white-box perspective, ensuring a comprehensive problem characterization. Then, through an iterative modeling process, the functional and logical architecture of the SOI is developed, focusing on the platform-level system architecture without delving into subsystem details. The output of this modeling process is a set of precise and traceable system requirements, underscoring the efficiency and effectiveness of the MBSE approach in supporting complex system development.

Negli ultimi anni, i processi di ingegneria hanno subito un’evoluzione significativa con l’introduzione di approcci basati su modelli, come il Model-Based System Engineering (MBSE). Questa metodologia si differenzia dagli approcci tradizionali in quanto mira a facilitare la gestione di sistemi sempre più complessi, migliorando la l'interazione tra i sistemi e le loro interconnessioni all'interno di un sistema di sistemi più ampio. Essa potenzia inoltre l’efficienza e la qualità della comunicazione tra i vari team coinvolti, riducendo il rischio di errori e incomprensioni, e stabilisce un modello dinamico che evolve lungo l'intero ciclo di vita del prodotto. La Divisione Elicotteri Leonardo, parte di Leonardo S.p.A. e leader nel settore degli aeromobili ad ala rotante, ha scelto l'MBSE per affrontare le sfide poste dalla crescente complessità dei sistemi moderni. Questo richiede un approccio sistemico e integrato per garantire un maggiore controllo del progetto attraverso la modellazione di un Sistema di Interesse (SOI), con l’obiettivo di dimostrare i vantaggi dell’MBSE nel contesto della progettazione e dello sviluppo avanzato di sistemi aeronautici. Questa tesi propone di esplorare l’applicazione del framework MagicGrid come strumento chiave per raggiungere questi obiettivi, evidenziandone i benefici e il potenziale per l’industria. In particolare, il lavoro mostra come l'MBSE e il MagicGrid abbiano permesso la derivazione efficiente ed efficace di requisiti di sistema robusti, supportando una tracciabilità rigorosa e l’allineamento tra i team. In questo contesto, l'approccio MBSE viene applicato alla fase di progettazione preliminare di un nuovo velivolo, l’Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA). A partire dai requisiti del cliente e dalla descrizione delle missioni dell’aeromobile, il contesto operativo e il comportamento dell’ATA vengono modellati sia da una prospettiva black-box che white-box, garantendo una caratterizzazione completa del problema. Successivamente, attraverso un processo di modellazione iterativo, viene sviluppata l'architettura funzionale e logica dell' SOI, concentrandosi sull'architettura di sistema a livello di piattaforma senza entrare nei dettagli dei sottosistemi. Il risultato di questo processo di modellazione è un insieme di requisiti di sistema precisi e tracciabili, sottolineando l’efficienza e l’efficacia dell’approccio MBSE nel supportare lo sviluppo di sistemi complessi.