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Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos (MBSE)

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Antes de ver qué aporta de novedoso la Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos (Model Based Systems Engineering – MBSE), conviene hacer una parada en la ingeniería de sistemas, una disciplina que permite la creación, explotación y retirada de un producto altamente complejo. Técnicamente, este producto complejo es un sistema complejo que se compone de elementos que interactúan de forma “inteligente” para conseguir un objetivo final.

En la práctica, la ingeniería de sistemas consiste en una serie de técnicas que permiten:

  • Definir explícitamente las necesidades del cliente, del entorno, de los usuarios, mediante requerimientos.
  • Crear soluciones tecnológicas que satisfacen estas necesidades.
  • Articular toda la actividad de la ingeniería alrededor de las necesidades.
  • Generar un diseño jerárquico mediante subsistemas, permitiendo delegar el diseño de los subsistemas a otros grupos de expertos (incluso subcontratas), sin perder la trazabilidad de las necesidades.
  • Integrar coherentemente múltiples disciplinas de la ingeniería: ingeniería mecánica, hidráulica, aerodinámica, fabricación, instalación, eléctrica, electrónica, software, estructuras.

Por estos motivos, la ingeniería de sistemas es un importante avance en la ingeniería: permite realizar productos que satisfacen las necesidades del cliente (evitando olvidar necesidades, o crear necesidades que no lo son), permite descomponer y delegar el diseño en subsistemas (que su vez se pueden subdividir en más sub-sub-sistemas), e integrar multitud de disciplinas de la ingeniería que utilizan lenguajes y técnicas diferentes. Cuánto más complejos es el producto y cuánto más exigentes son las necesidades, más necesaria se hace la ingeniería de sistemas; la alternativa es el caos.

La Ingeniería de Sistemas se empezó a utilizan en el sector militar durante el siglo XX; actualmente se aplica a la mayoría de los sectores de la ingeniería: industria aeronáutica, automoción, ferroviaria, naval, informática, eólica, ascensores, energía, etc.

Estación Espacial Internacional

La Estación Espacial Internacional es un ejemplo de un amplio y complejo sistema que requiere de la ingeniería de sistemas. Fuente: NASA a través de Wikimedia Commons

En la actualidad, la complejidad de los sistemas está creciendo exponencialmente: mayor cantidad de elementos (la miniaturización permite incorporar más elementos), mayor cantidad de jerarquías (al crecer la complejidad, es necesario que el diseño tecnológico se realice en más niveles), y mayor cantidad de comportamientos “inteligentes” y casuísticas de funcionamiento (debido al aumento de la utilización de controladores con software empotrado).

Este incremento de complejidad ha llevado a alcanzar algunos límites de las técnicas “clásicas” de la ingeniería de sistemas:

  • Debido al aumento de niveles, se incrementa el tiempo entre el que se define una arquitectura, y el tiempo en que se integran los equipos reales. Pasan “años de incertidumbre” hasta poder comprobar que los diferentes bloques que componen el sistema se integran correctamente.
  • Debido al aumento de niveles, a la subcontratación de los mismos, y a la utilización de requerimientos textuales, aumentan las posibilidades de malinterpretación de las necesidades.
  • Debido al aumento del uso del software, en la integración prevalece la componente dinámica y lógica, sobre la componente estática: no se trata solamente de encajar piezas mecánicas, sino que el conjunto de aplicaciones empotradas interaccionen como está previsto. Esta interacción dinámica es tan compleja que es muy difícil de prever en base a documentos textuales, requiere un esfuerzo de imaginación inalcanzable para un humano.
  • Debido al aumento de necesidades a satisfacer, un mismo elemento se ve sometido a tal cantidad de restricciones, que nadie es capaz de entender el impacto global de todas las restricciones, pudiéndose llegar a no detectar la inviabilidad de determinados diseños.

Las consecuencias principales de estas limitaciones se descubren en la fase de integración y pruebas:

  • Retrasos debido a importantes problemas de integración de los bloques del producto.
  • Incrementos imprevistos de los costes en las fases finales.
  • La resolución técnica de los problemas detectados en la fase de pruebas de integración no es óptima, llevando a una disminución de la calidad del producto.

Para superar estos límites, la Ingeniería de Sistemas evoluciona hacia la Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos, o “Model Based System Engineering (MBSE)” en inglés. El MBSE es el diseño y la arquitectura del sistema mediante modelado (gráfico y/o matemático) de alto nivel, mejorando el diseño, la eficiencia y obteniendo un prototipo del producto final testeable con gran antelación.

Las técnicas de MBSE aportan mucho a la ingeniería de sistemas, entre las más destacadas:

  • Detectar inconsistencias en los requerimientos, mediante la generación de diagramas de comportamiento o ecuaciones matemáticas.
  • Mediante simulación, permite prever, visualizar el comportamiento del sistema, interactuar con el sistema, inyectar fallos, y mejorar al diseño, antes de la creación de los sistemas finales.
  • Mejorar la comunicación entre los diferentes niveles e incluso dentro de la organización.
  • Crear una base de conocimiento técnico.
  • Estandarizar y racionalizar el diseño de las soluciones.

Actualmente Altran pone en práctica estas técnicas en las áreas de los sistemas más complejos, especialmente en el sector aeronáutico y ferroviario.

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