Orientarsi nella rivoluzione dei sistemi senza equipaggio nel settore della Difesa

I produttori di droni (in particolare i sistemi senza equipaggio (UxS) in volo, sulla terra e in mare) devono muoversi velocemente, ma devono anche prendere le decisioni giuste in anticipo. Ogni modifica nel carico utile, nella propulsione, nella struttura, nell'elettronica e nell'attrezzatura di comunicazione può influenzare massa, portata, autonomia, comportamento termico, costo e producibilità. Sbagliare queste decisioni potrebbe ritardare il tempo di commercializzazione e influenzare la consegna del prodotto alle parti interessate nel settore della difesa.

Per le industrie emergenti, queste decisioni tecniche devono spesso essere prese con risorse limitate e tempi di sviluppo compressi. Allo stesso tempo, l'azienda deve prepararsi a soddisfare le aspettative di clienti, principali appaltatori e organizzazioni governative.

Un prototipo iniziale deve quindi essere più di un prototipo funzionante. Deve evolversi in un sistema controllato, tracciabile e ottimizzato che possa integrarsi in un ambiente più ampio e essere prodotto con continuità anche con volumi crescenti.

Dassault Systèmes collega requisiti, progettazione, simulazione, validazione, produzione e operazioni lungo questo percorso completo.

Una volta che un'azienda UxS emergente ha ottenuto i finanziamenti, individuato una specifica esigenza operativa o un gap di funzionalità e ha avviato lo sviluppo del suo primo prototipo, la sfida immediata è integrare strutture, sistemi di propulsione, sensori, elettronica, software e componenti dei fornitori mentre la configurazione progettuale continua a evolversi. E’ ciò che viene definito un modello ingegneristico multifisico. 

L'obiettivo, in questa frase, è creare una baseline ingegneristica affidabile, che in seguito diventerà la stessa infrastruttura digitale di riferimento. Requisiti, definizioni di prodotto, software, elettronica e informazioni sui fornitori possono essere gestiti all'interno di un ambiente condiviso piuttosto che distribuiti in singoli file e strumenti scollegati. 

Poiché i carichi utili, i componenti e le esigenze della missione evolvono rapidamente, la gestione strutturata delle modifiche e della configurazione può aiutare i team a comprendere l'impatto di ogni modifica e a mantenere una definizione controllata di ogni prototipo o variante. Stabilire la continuità digitale in questa fase assicura anche che le informazioni create durante lo sviluppo iniziale possano successivamente supportare la validazione, la qualificazione e la produzione

Un prototipo funzionale non è sufficiente per un cliente importante, un integratore o un'organizzazione della difesa. Il produttore deve dimostrare che il sistema soddisfa i requisiti definiti per la difesa, funziona come previsto all'interno di un sistema di sistemi legacy ed è interoperabile all'interno di un'architettura più ampia.

L'ingegneria dei sistemi basata sui modelli (MBSE) aiuta a definire l'architettura UxS, le interfacce, i comportamenti e le interazioni con i sistemi di comando, i sensori, altre piattaforme e le risorse esistenti. Questo fornisce una definizione condivisa più chiara tra il produttore, i fornitori, gli integratori e il cliente.

Allo stesso tempo, gli ingegneri devono anche ottimizzare l'intero sistema. Aumentare l'autonomia può influenzare la massa della batteria e il carico utile. Ridurre il peso strutturale può influenzare la robustezza. Il posizionamento dell’antenna può influenzare le prestazioni di comunicazione, mentre le scelte di potenza e termiche possono incidere sull'elettronica e sui sistemi integrati.

La simulazione multifisica e l'ottimizzazione del design multidisciplinare (MDO) aiutano i team a valutare prima i compromessi di progettazione interconnessi e a concentrare i test fisici sulle configurazioni più promettenti. La validazione virtuale non sostituisce i test fisici, ma aiuta i team a concentrare prototipi e test sulle configurazioni più promettenti. Connettere i dati del gemello virtuale con i dati operativi reali, aiuta i team a prendere le decisioni migliori in tempi record.

Requisiti, decisioni di architettura, simulazioni, modifiche e registri di test/missione devono rimanere costantemente collegati. Questo facilita la dimostrazione di come vengono affrontati i requisiti e aggiorna le prove pertinenti quando il design evolve. Per un nuovo programma, questo consente inoltre di dimostrare all’utente o all’appaltatore principale che il programma può essere gestito con il rigore e la disciplina di una grande organizzazione industriale.

La produzione di sistemi senza equipaggio (UxS) porta nuove sfide. Con l’arrivo degli ordini, la priorità si sposta dal dimostrare che un singolo sistema funziona all’assicurare che ogni sistema possa essere prodotto in modo costante e ripetibile.

Le piattaforme UxS potrebbero dover supportare diversi carichi utili, suite di comunicazione, opzioni di propulsione e configurazioni specifiche del cliente. Gestire queste varianti da una baseline di prodotto comune consente ai team di riutilizzare elementi già validati, invece di trattare ogni configurazione come un programma separato. 

La continuità digitale, implementata fin dalle fasi iniziali, collega la definizione ingegneristica con alle distinte base di produzione, ai piani di processo, alle istruzioni di lavoro e alle informazioni sulla qualità. Questo consente di limitare le reinterpretazioni manuali tra ingegneria e produzione, aiutando a preservare la definizione del prodotto validata, all’aumentare dei volumi.

Anche la pianificazione della produzione virtuale, la simulazione della linea, l'automazione e la gestione della qualità possono aiutare i produttori a preparare i processi industriali prima che la produzione acceleri e a supportare una maggiore coerenza tra fornitori o siti di produzione. Questo aiuterà anche le industrie a progettare le nuove fabbriche e ottimizzare il tempo di produzione connettendo la catena di fornitura. 

Lo sviluppo e la scalabilità di UxS raramente avvengono in modo isolato. Man mano che i programmi maturano, i produttori devono lavorare con fornitori, partner tecnologici, integratori, organizzazioni di difesa e utenti finali mantenendo il controllo dei propri dati di prodotto e della proprietà intellettuale.

Dassault Systèmes è un partecipante attivo in questo ecosistema di innovazione, e aiuta i produttori a costruire soluzioni digitali di prossima generazione per le capacità UxS. Attraverso la piattaforma 3DEXPERIENCE, startup, scaleup, aziende dual use, attori industriali consolidati e altre parti interessate possono lavorare su una base digitale comune, ridurre il rischio di sviluppo e passare da idee rivoluzionarie alla realtà operativa.