Concurrent Design studies have become of great importance in the space industry reducing the time and costs associated to the feasibility assessments for future space missions. This has also helped companies and space agencies to be at the forefront of this fast-developing sector. These collaborative sessions are carried out by an interdisciplinary group of engineers, experts and customers who are capable of achieving an optimal design solution within a short period of time, typically a few weeks. They make use of dedicated tools, like COMET® which is developed by RHEA Group, to store and share the data within the team, as well as with other partners or stakeholders. As new software tools are developed for Model-Based Systems Engineering (MBSE) applications, parallel improvements are needed for Concurrent Engineering teams, since this can be one of the first steps for a model-based approach. One of the main constraints during Concurrent Design studies is the limited number of analysed options, since evaluating the entire design space would require longer sessions and increased time availability from the experts, and would consequently result in more expensive projects. One solution for this problem can be the application of generative engineering technologies to Concurrent Design studies. This method would allow to explore the entire design space by first defining the study model together with the system constraints, and then using a software to automatically generate all the possible architecture variants for that specific model. An example of state-of-the-art technologies for generative design is Simcenter™ Studio, a recently released tool from Siemens Digital Industries Software. The complexity of space missions requires a very detailed definition and evaluation of the system architecture, even at the early stages of the design process. Therefore, research is needed on the use and implementation of new methodologies that will tackle the challenges related to Concurrent Design. The context of the research presented in this thesis is the new project proposed by RHEA Group, Siemens and OHB, called Generative Concurrent Design (GCD). It aims to combine their software tools COMET® and Simcenter Studio, bringing generative engineering to Concurrent Design. One of the main advantages is achieving more optimised solutions in shorter times, reducing the number of necessary iterations on the system architecture during the entire project lifecycle. An enhanced feature of this tool is the possibility for the users to explore the solutions trade space with the support of an Artificial Intelligence (AI) based system. This thesis presents and demonstrates the application of the GCD methodology to a use case at system level, focused on the evaluation of configuration and assembly options in the design of a spacecraft. Using the mission EnVision, selected in 2021 by ESA’s Science Programme Committee, as the design baseline, the GCD methodology has been implemented in this use case study making use of both software tools and showing potential future features and applications. / Les études de conception concourante ont pris une grande importance dans l'industrie spatiale, en réduisant le temps et les coûts associés aux évaluations de faisabilité des futures missions spatiales. Cela a également permis aux entreprises et aux agences spatiales d'être à l'avant-garde de ce secteur en plein essor. Ces sessions de collaboration sont menées par un groupe interdisciplinaire d'ingénieurs, d'experts et de clients qui sont capables d'obtenir une solution de conception optimale dans un délai court, généralement quelques semaines. Ils utilisent des outils dédiés, comme COMET® qui est développé par RHEA Group, pour stocker et partager les données au sein de l'équipe, ainsi qu'avec d'autres partenaires ou parties prenantes. Au fur et à mesure que de nouveaux outils logiciels sont développés pour les applications d'ingénierie des systèmes basés sur les modèles (MBSE), des améliorations parallèles sont nécessaires pour les équipes d'ingénierie concourante, car cela peut constituer l'une des premières étapes d'une approche basée sur les modèles. L'une des principales contraintes lors des études de conception concourante est le nombre limité d'options analysées, car l'évaluation de l'ensemble de l'espace de conception nécessiterait des sessions plus longues et une plus grande disponibilité des experts, ce qui se traduirait par des projets plus coûteux. Une solution à ce problème pourrait être l'application des technologies d'ingénierie générative aux études de conception concourante. Cette méthode permettrait d'explorer l'ensemble de l'espace de conception en définissant d'abord le modèle d'étude ainsi que les contraintes du système, puis en utilisant un logiciel pour générer automatiquement toutes les variantes possibles du système pour ce modèle spécifique. Un exemple de technologies de pointe pour la conception générative est Simcenter™ Studio, un outil récemment publié par Siemens Digital Industries Software. La complexité des missions spatiales exige une définition et une évaluation très détaillées de l'architecture du système, même aux premiers stades du processus de conception. Par conséquent, des recherches sont nécessaires sur l'utilisation et la mise en œuvre de nouvelles méthodologies qui permettront de relever les défis liés à la conception concourante. Le contexte de la recherche présentée dans cette thèse est le nouveau projet proposé par RHEA Group, Siemens et OHB, appelé Conception Concurrente Générative (Generative Concurrent Design ou GCD en anglais). Il vise à combiner leurs outils logiciels COMET® et Simcenter Studio, en apportant l'ingénierie générative à la conception concourante. L'un des principaux avantages est de parvenir à des solutions plus optimisées dans des délais plus courts, en réduisant le nombre d'itérations nécessaires sur l'architecture du système pendant tout le cycle de vie du projet. Une caractéristique améliorée de cet outil est la possibilité, pour les utilisateurs, d'explorer l'espace commercial des solutions avec le soutien d'un système basé sur l'intelligence artificielle (IA). Cette thèse présente et démontre l'application de la méthodologie GCD à un cas d'utilisation au niveau système, centré sur l'évaluation des options de configuration et d'assemblage dans la conception d'un vaisseau spatial. En utilisant la mission EnVision, sélectionnée en 2021 par le Comité du Programme Scientifique de l'ESA, comme base de conception, la méthodologie GCD a été mise en œuvre dans cette étude de cas d'utilisation, en employant les deux outils logiciels et en montrant les fonctionnalités et applications potentielles futures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-102228 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Maestro Redondo, Paloma |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Rymdteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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