Exploring the potentials and tools of systems engineering and MBSE in machine design

Abstract

This thesis explores Systems Engineering (SE) and Model-Based Systems Engineering (MBSE) in the context of modern machine design. The primary objective is to understand how SE’s interdisciplinary and holistic methodologies, once rooted in the telephone industry, can be seamlessly adapted into the intricate realm of machine design.

One of the key findings suggests that, despite the growing intrigue around MBSE as a novel approach to systems engineering, there is still a lack of concrete evidence to substantiate its effectiveness. However, certain studies have highlighted the strengths of MBSE, especially its tools’ capability for parametric and numerical analyses. These tools integrate smoothly with the initial phases of the design process, enabling continuous exploration of a system’s dynamic behavior.

While MBSE is still emerging, it offers several apparent advantages, such as improved communication, increased consistency, and efficient use of both time and financial resources. With the knowledge that mechanical engineering these days means working with many different specialists from various fields, we can safely say that engineering machines like cars and planes fall into the realm of systems engineering. The primary methodology employed for data acquisition in this thesis was a literature review.

Tämä opinnäytetyö tutkii Systeemitekniikan (SE) ja Mallipohjaisen Systeemitekniikan (MBSE) käsitteitä modernin koneensuunnittelun kontekstissa. Pääasiallinen tavoite on ymmärtää, miten SE:n monitieteelliset ja kokonaisvaltaiset menetelmät, jotka alun perin juontavat juurensa puhelinalaan, voivat saumattomasti soveltua monimutkaisen koneensuunnittelun maailmaan.

Yksi keskeisistä havainnoista viittaa siihen, että vaikka MBSE herättää kasvavaa kiinnostusta uutena lähestymistapana systeemitekniikkaan, sen tehokkuutta tukevasta konkreettisesta näytöstä on edelleen niukasti saatavilla. Kuitenkin tietyt tutkimukset ovat korostaneet MBSE:n vahvuuksia, erityisesti sen työkalujen kykyä parametriseen ja numeeriseen analyysiin. Nämä työkalut integroituvat saumattomasti suunnitteluprosessin alkuvaiheisiin, mahdollistaen järjestelmän dynaamisen käyttäytymisen jatkuvan tutkimisen.

Vaikka MBSE on edelleen kehittyvä alue, se tarjoaa useita selkeitä etuja, kuten parannetun kommunikaation, lisääntyneen johdonmukaisuuden sekä ajan ja taloudellisten resurssien tehokkaamman hyödyntämisen. Kun otetaan huomioon, että nykyaikainen koneensuunnittelu edellyttää usein yhteistyötä eri alojen erikoisasiantuntijoiden kanssa, voidaan perustellusti väittää, että monimutkaisten koneiden, kuten autojen ja lentokoneiden, suunnittelu kuuluu systeemitekniikan piiriin. Tämän opinnäytetyön tärkein tutkimusmenetelmä oli kirjallisuuskatsaus.