L’ingegneria dei sistemi nell’aerospaziale e nella difesa

APPLICAZIONI –

In occasione del Forum Aerospazio e Difesa 09, organizzato a Roma da National Instruments, sono state condivise le tecnologie innovative a supporto dell’ingegneria di sistema, discusse applicazioni e presentati nuovi prodotti.

La quarta edizione del Forum Aerospazio e Difesa organizzata da National Instruments a Roma è stata patrocinata  da Incose Italia, Capitolo italiano dell'International Council on Systems Engineering e dal Capitolo di Roma dell'Afcea (Associazione delle Comunicazioni e dell'Elettronica per le Forze Armate). Tema conduttore dell'evento è stata l'Ingegneria dei Sistemi nel settore aerospaziale e della difesa, con un interesse particolare rivolto agli strumenti di progettazione grafica di cui LabView di National Instrument è oggi una delle più diffuse e interessanti espressioni.
Il settore militare e spaziale, in effetti, sta oggi attraversando una lenta fase di cambiamento, che in parte si è già osservata nelle applicazioni consumer e che vede un graduale spostamento dell'attenzione dal prodotto al servizio. Ne consegue, in definitiva, la transizione da una visione ingegneristica classica che potremmo definire di tipo “verticale”, ovvero “capability based”, a un approccio “neurale” o “net-centrico” di tipo, appunto, “service oriented”. Elementi fondamentali in questa transizione sono una più stretta cooperazione tra clienti e fornitori al fine di meglio definire i requisiti del servizio, l'integrazione di competenze e conoscenze per la definizione delle architetture di sistema e l'individuazione di nuove e più efficienti soluzioni di fast-prototyping. Ed è su queste linee che si è dipanato il Forum Aerospazio e Difesa 2009.

Il nuovo ruolo della difesa
Un'area espositiva di oltre 600 metri quadri ad accesso libero per gli addetti ai lavori, con 6 postazioni dimostrative di National Instruments, ha offerto ai visitatori la possibilità di incontrare gli Alliance Partner dell'azienda, gli utenti finali che hanno illustrato le loro applicazioni (ben 17 sono stati i poster esposti nella sessione dedicata), le Università coinvolte nell'ambito della Ingegneria dei Sistemi. Selex Sistemi Integrati, Aviogeld, Eads Astrium e WindRiver sono solo alcune delle aziende di maggiore richiamo internazione che hanno preso parte all'evento. Due ampie sessioni orali con presentazioni di varia natura e un'interessante tavola rotonda hanno fatto da cornice all'evento. Dopo il benvenuto di Augusto Mandelli, Area Sales and Academic Relations Manager di National Instrument, la sessione mattutina è iniziata con l'intervento dell'Ammiraglio Ispettore Capo L. Accardo - presente in rappresentanza della Presidenza del Capitolo di Roma di Afcea - che ha presentato il nuovo ruolo, non soltanto militare ma anche civile, che la Difesa nazionale deve oggi assumere all'interno di un panorama mondiale profondamente cambiato. I nuovi scenari puntano su missioni multi-forze dove l'adozione di infrastrutture e protocolli condivisi è un requisito indispensabile per l'interoperabilità dei contingenti.

Il software come strumento
A seguire, Pete Zogas, Vice Presidente Sales&Marketing di National Instruments, ha parlato del ruolo che può avere la strumentazione virtuale nell'affrontare le sfide dell'Ingegneria dei Sistemi nel prossimo futuro; tra queste Zogas ha citato la necessità di rendere economica su larga scala l'energia solare come fonte energetica rinnovabile o di individuare modi per derivare energia sicura e pulita mediante la fusione nucleare, il miglioramento della qualità dei servizi sanitari in genere, delle infrastrutture urbane, la definizione di nuove modalità di apprendimento, lo sviluppo di un cyberspazio sicuro o la creazione di una realtà virtuale più 'vera', la prevenzione del terrorismo nucleare. Zogas ha rimarcato le idee di base di una visione aziendale orientata all'idea che “il software sia lo strumento”, in linea con la filosofia di uno “strumento sintetico” come recentemente è stato espresso dal Dipartimento della Difesa Americano (un singolo strumento in grado di integrare diverse funzioni riducendo così difficoltà logistiche e risolvendo problemi di obsolescenza). In questa prospettiva, ha sottolineato la costante convergenza tra le necessità di test e quelle di progetto accelerata, sotto certi aspetti, dall'esigenza di definire condizioni di verifica quanto più realistiche possibile come conseguenza della crescente complessità delle maggior parte delle applicazioni. L'obiettivo è definire nuovi paradigmi di progettazione mediante la strumentazione virtuale che consentano a un numero sempre maggiore di persone con sempre minori competenze specifiche di utilizzare le tecnologie rese disponibili. Emblematico, da questo punto di vista, è l'esempio dell'ambiente di sviluppo LabView in grado di supportare le più diverse applicazioni, dalla progettazione del Lego Mindstorm NXT, uno dei più divertenti giocattoli in circolazione, alla realizzazione di alcuni parti dell'elettronica di controllo del Large Hadron Collider, il più grande acceleratore di particelle al mondo. Su questa strada, uno dei punti chiave, come sottolineato da Zogas, è certamente la standardizzazione delle interfacce di comunicazione e dei protocolli di scambio dei dati; importante è l'impegno costantemente profuso da NI a supporto di tali processi.

Progettazione e formazione
All'intervento di Zogas è seguita una tavola rotonda moderata dal professor Gaudenzi dell'Università La Sapienza di Roma, a cui hanno preso parte, oltre allo stesso vice presidente di National Instrument, l'Ing. R. Esposito di Aiad, l'Ing. M. Hause di Artisan Software e l'Ing. M. Lisi, presidente onorario di Incose Italia e recentemente nominato System Procurement Manager in Esa per il programma Galileo. La tavola rotonda ha affrontato il tema del ruolo dell'Ingegneria dei Sistemi nei settori militare e aerospaziale sotto i diversi punti di vista dettati dalle competenze e dagli interesse dei vari relatori. Più o meno concordemente, in particolare, è stato sottolineato come anche in questo ambito sia ormai diventato fondamentale ridurre i tempi di sviluppo dei progetti pur restando in grado di realizzare soluzioni innovative e funzionali. In una visione net-centrica in cui il servizio diventa predominante rispetto al sistema, il requisito si deve intendere come una specifica in continua evoluzione lungo l'intero ciclo di vita del prodotto. L'approccio classico deve essere quindi sostituito da una visione di tipo bottom-up. Si avverte, nel settore, una forte necessità di interoperabilità dei sistemi e delle piattaforme non soltanto a livello sistemistico ma anche sul piano ingegneristico. È forte la spinta per la definizione di nuovi standard di modellizzazione che consentano di favorire l'integrazione dei diversi tool di sviluppo e produzione lungo l'intero ciclo di vita del prodotto. Sotto tutti questi aspetti, attenzione particolare, come sottolineato dall'intervento del professor Gaudenzi, merita la questione della formazione degli ingegneri del futuro e delle opportunità che l'Università italiana è oggi in grado di offrire. L'idea più o meno condivisa è che l'attuale modello di studio non sia in grado di coprire tutti le competenze necessarie ma che passi in avanti in questa direzione siano stati fatti con l'istituzione di master e scuole di specializzazione. Una della realtà più interessanti, in questo senso, è ad esempio MasterSpazio, il Master in Sistemi Avanzati di Comunicazione e Navigazione Satellitare istituito dall'Università di Roma Tor Vergata.

Aspetti tecnici e ingegneristici
Con l'inizio della sessione pomeridiana del forum, l'attenzione si è quindi spostata su aspetti tecnici e ingegneristici. Tema centrale delle discussioni è stato il “Graphical System Design through System Life Cycle”, con la presentazione di alcune delle principali applicazioni realizzate per il settore Difesa e Aerospazio e basate su prodotti National Instrument. Riconoscimenti sono stati assegnati alle iniziative più interessanti. Per la categoria industria il premio è stato consegnato ad A. Russo e G. Ferrara di Mbda per la realizzazione su piattaforma PXI-7883R e in ambiente LabView Real-time di un sistema di validazione di un protocollo di scambio dati per bus parallelo proprietario (vedi riquadro di approfondimento). Nella categoria Accademia è stato invece premiato il progetto di un ricevitore Gps Software based - implementazione LabView del Modulo Acquisition sviluppata di Francesco Bartolozzi, Alberto De Sanctis, Pasquale Di Gregorio, Gabriele Mariani e Efer Miotti di MasterSpazio. La sessione si è chiusa infine con una presentazione delle attività di Incose, l'organizzazione non-profit cui fanno capo oltre 6800 professionisti in tutto il mondo (dal dicembre 2008 è attivo anche il capitolo Italia) che si occupa della diffusione dei principi di base e delle metodologie dell'Ingegneria dei Sistemi.

Gestione in LabView Real-Time di un protocollo di scambio dati per bus parallelo

L'applicazione sviluppata da A. Russo e G. Ferrara presso Mbda ha riguardato lo realizzazione di un'apparecchiatura di validazione denominata Ape (Aupilot Emulator) per il test della componente Autodirettore (AD) di un sistema missilistico; tale componente ha come funzione l'inseguimento radar del bersaglio. Il protocollo di comunicazione del'AD è di tipo command/reply su bus proprietario parallelo a 8-bit con velocità di trasmissione di 2.5 Mbps. L'Ape simula nello specifico l'interfaccia del sistema di auto-pilota del missile che gestisce lo scambio di comandi e messaggi con l'AD su tale bus. È implementato mediante uno chassis PXI-402 gestito dal controller PXI-8196 con sistema operativo real-time Phar Lap ETS; un'applicazione Ape Host sviluppata in ambiente Labview Real-time consente la gestione e la preparazione dei messaggi e dei dati di scambio. Un'unità VMIC-5565 Reflective Memory gestisce quindi la connessione con la stazione di test per l'elaborazione in tempo reale di questi dati. Un modulo PXI-7833R basato su Fpga implementa invece i dettagli del protocollo di comunicazione con l'AD sul bus proprietario; l'applicazione Ape Target è sviluppata in questo caso in ambiente Labview Fpga. Oltre alla funzionalità intrinseca di simulatore dell'autopilota, l'Ape dispone di una funzionalità di Internal Tracing che consente di memorizzare nell'unità Reflective Memory un'ulteriore copia dei dati di scambio ed integra un Analizzatore del bus di connessione con l'AD che serve anche come sistema di auto-validazione dell'apparecchiatura. Mbda è una joint venture di Bae Systems (37,5%), Eads (37,5%) e Finmeccanica (25%). Con un fatturato annuo superiore a 3 miliardi di euro, un portafoglio commesse superiore a 13 miliardi di euro e oltre 70 clienti in tutto il mondo, è tra i primi costruttori mondiali di sistemi missilistici.

Incose, un'organizzazione per promuovere il System Engineering

Incose (Internation Council on System Engineering) è una organizzazione non-profit fondata nel 1990 per iniziativa di 35 manager del settore e diffusasi con lo scopo di sviluppare e diffondere i principi e le pratiche interdisciplinari dell'Ingegneria dei Sistemi nello spirito di una collaborazione internazionale attenta ai diversi ambiti applicativi, di formazione e di ricerca. Attualmente conta 58 capitoli e oltre 6800 iscritti ed un Comitato direttivo di 58 membri ed a cui partecipano le principali aziende che realizzano sistemi complessi come Bae Systems, Boeing, Eads, General Dynamics, Raytheon, Rockwell Collins, Rolls-Royce, Saab, Honeywell, JPL, Lockheed Martin, Thales. A livello locale è strutturata in Capitoli che hanno come obiettivo quello di favorire lo scambio delle informazioni e l'intensificazione dei contatti tra i membri mediante, ad esempio, organizzazione di incontri periodici e workshop di approfondimento o di definire programmi di certificazione delle competenze di System Engineering. L'attività in Italia è iniziata nel 2006 grazie all'incontro di alcuni appassionati; il Capitolo Italia è stato approvato ufficialmente nel dicembre 2008 e conta attualmente 49 membri, provenienti principalmente dal settore Aerospazio e Difesa.


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