Ingegneria dei sistemi in SpaceX

Michael Jastram e Joe Justice, entrambi esperti ingegneri di sistema, ci portano nel funzionamento interno di SpaceX ed esplorano come sia diventata la più importante azienda di ingegneria spaziale su questo pianeta (e oltre!). 

Analizzano l’approccio innovativo dell’azienda al systems engineering, inclusi il design guidato dai dati e l’importante ruolo della modularità. 

Punti chiave

• Il successo di SpaceX affonda le sue radici nel systems engineering guidato dai dati. SpaceX utilizza i dati come fondamento del processo decisionale lungo l’intero ciclo di vita, dal concetto all’integrazione, consentendo una previsione precoce delle prestazioni, iterazioni più rapide e una riduzione del rischio di progettazione per sistemi altamente complessi.
• La prototipazione rapida e i test rigorosi sostituiscono le pesanti analisi iniziali. Invece di affidarsi a un’ampia analisi preliminare, SpaceX punta sullo sviluppo iterativo, su test realistici (“test as you fly”) e persino su test di guasto intenzionale per individuare i problemi in anticipo e migliorare la robustezza del sistema.
• La modularità e la progettazione basata sui parametri aumentano flessibilità e riutilizzo. Tracciando i parametri chiave del sistema (come la massa) fino al livello di progettazione e riutilizzando componenti modulari tra sistemi diversi, SpaceX accorcia i cicli di sviluppo, riduce i costi e facilita gli aggiornamenti.
• La struttura organizzativa e la cultura sono importanti quanto gli strumenti tecnici. Team di ingegneria indipendenti e auto-organizzati; burocrazia minima; elevata fiducia negli ingegneri; e moderni strumenti digitali di collaborazione consentono decisioni rapide, forte senso di responsabilità ed efficace integrazione di sistema su larga scala.

Come SpaceX ha ridefinito l’ingegneria aerospaziale

SpaceX, pioniera dell’industria spaziale privata, ha trasformato l’ingegneria aerospaziale attraverso il suo uso innovativo del design guidato dai dati e una struttura organizzativa efficiente. La nuova strategia dell’azienda ha modernizzato il settore e ha alzato il livello in termini di efficacia ed efficienza. 

L’azienda è stata molto presente sui media: ha completato con successo il primo volo spaziale con equipaggio per gli Stati Uniti dal 2011, quando la capsula Dragon ha riportato in sicurezza sulla Terra due astronauti il 2 agosto.

Come ingegneri di sistema, siamo curiosi di capire come SpaceX affronti il systems engineering. Il suo successo è in gran parte attribuito al suo approccio di progettazione guidato dai dati. Utilizzando dati e fatti per orientare il processo decisionale, SpaceX è in grado di progettare e creare sistemi aerospaziali complessi con un’efficienza senza precedenti. 

I dati vengono utilizzati per guidare il processo di sviluppo dal concept iniziale fino alle fasi finali di integrazione del sistema, riducendo il rischio di costosi errori di progettazione e migliorando l’efficienza complessiva.

Uno dei principali vantaggi dell’approccio data-driven di SpaceX è la capacità di simulare e prevedere le prestazioni del sistema in una gamma di condizioni. Grazie a queste capacità predittive, SpaceX può individuare possibili problemi nelle prime fasi della progettazione e apportare le revisioni necessarie prima di costruire prototipi reali.

La filosofia del systems engineering in SpaceX

Nella conferenza “System Engineering: A Traditional Discipline in a Non-traditional Organization”, SpaceX spiega come la cultura della propria organizzazione renda tutto questo possibile. 

SpaceX ha una filosofia davvero interessante riguardo allo sviluppo del prodotto. Mentre tradizionalmente il rischio veniva gestito attraverso un’eccessiva analisi iniziale, SpaceX si affida invece alla prototipazione rapida e a cicli di test iterativi. Nel XXI secolo abbiamo l’opportunità unica di poter sviluppare e testare sistemi reali in cicli di sviluppo brevi. 

In SpaceX vengono eseguiti test rigorosi a tutti i livelli, incluso sul razzo completo immediatamente prima del lancio.

L’organizzazione deve essere in grado di supportare questo tipo di approccio. Il pensiero di systems engineering viene quindi insegnato e messo in pratica a tutti i livelli e in tutti i reparti di SpaceX. Tutti i reparti devono inoltre occuparsi dell’integrazione e adottare una visione olistica. 

La sua struttura organizzativa svolge un ruolo cruciale nel suo successo. I team di ingegneri dell’azienda sono organizzati in modo da promuovere collaborazione e comunicazione, assicurando che tutti lavorino verso gli stessi obiettivi.

La gestione e il trattamento delle informazioni sono cruciali, e SpaceX ha rinunciato ai tradizionali board e comitati di controllo adottando moderni strumenti di collaborazione. 

Altium Requirements Portal offre un ambiente collaborativo in cui gli ingegneri possono gestire e analizzare i dati, simulare le prestazioni del sistema e prendere decisioni di progettazione informate. 

Fornisce una visione completa del processo di progettazione e un’integrazione fluida dei dati provenienti da varie fonti, inclusi strumenti CAD, software di simulazione, fogli di calcolo e altri strumenti di ingegneria.

Il modello a V in SpaceX

SpaceX non opera né scompone il lavoro in modo tradizionale. Al contrario, i parametri chiave di progettazione vengono identificati e tracciati fino al livello di dettaglio progettuale. Per esempio, un parametro classico è il peso del razzo.

Questo approccio consente molta più flessibilità a livello di progettazione. È anche il metodo utilizzato da Requirements Portal. 

Il tema dell’integrazione e dei test di integrazione diventa ancora più importante con questo approccio. Per questo motivo, investire in un’infrastruttura di test adeguata è strategicamente importante. SpaceX cerca di rendere i test il più realistici possibile (“test as you fly”). Questo porta a numerosi test hardware-in-the-loop a livello di componente. Ove possibile, anche il software viene incluso nel test.

SpaceX esegue inoltre molti test che portano intenzionalmente al guasto dei componenti. Questo consente di esaminare gli scenari di guasto in modo più realistico. Naturalmente, tutti i test rilevanti vengono ripetuti a ogni modifica.

Sebbene questo approccio porti a un numero spettacolarmente alto di esplosioni di SpaceX su YouTube, è bene sapere che la maggior parte di esse si è verificata durante i test. Infatti, finora solo quattro lanci satellitari sono falliti, su un totale di 86 missioni.

La modularità nel design di SpaceX

Un aspetto chiave della filosofia progettuale di SpaceX è la modularità. Progettando componenti che possono essere utilizzati in più sistemi, SpaceX è riuscita a ridurre significativamente il tempo e i costi associati al processo di progettazione e sviluppo. 

Questo approccio consente anche una maggiore flessibilità, poiché i componenti possono essere facilmente sostituiti o aggiornati secondo necessità.

I team indipendenti e agili di SpaceX

L’organizzazione ingegneristica di SpaceX ruota attorno al concetto di team indipendenti. A differenza delle aziende di ingegneria tradizionali con una gestione centralizzata, SpaceX opera con team auto-organizzati. 

Joe Justice sottolinea che questi team lavorano in parallelo e in modo indipendente, eseguendo i progetti il più rapidamente possibile. L’assenza di strutture di gestione centralizzate consente agli ingegneri di assumersi la responsabilità e guidare l’innovazione, favorendo una cultura di fiducia e autonomia.

Questo ambiente dal ritmo serrato inizia fin dal momento dell’onboarding, quando un nuovo dipendente entra in azienda. Dai un’occhiata al talk di Joe Justice (Spoiler: dura solo 4 ore!)

Fiducia negli ingegneri ed eliminazione della politica interna

SpaceX ripone grande fiducia nei propri ingegneri, mettendoli nelle condizioni di affrontare direttamente i problemi. Joe Justice sottolinea che SpaceX non ha ruoli tradizionali come product manager, project manager o architetti. 

Al contrario, agli ingegneri viene affidato il compito di prendere decisioni e trovare soluzioni. Eliminando burocrazia e politica interna non necessarie, SpaceX coltiva un ambiente in cui gli ingegneri possono concentrarsi sul proprio lavoro, con il risultato di una maggiore produttività, un più forte senso di responsabilità e una maggiore percezione dello scopo.

Sostituire il management con l’autogestione digitale

SpaceX, insieme ad altre aziende sotto l’ombrello di Elon Musk, punta ad avere una forza lavoro focalizzata sull’ingegneria riducendo al minimo i livelli di management.

Le aziende di ingegneria tradizionali hanno spesso strutture gerarchiche, ma le aziende di Musk le hanno sostituite con stack software di intelligenza artificiale (AI). Questi stack software forniscono risposte e indicazioni in tempo reale, consentendo decisioni autonome e autogestione all’interno dell’organizzazione.

Verso la Luna! (o Marte!)

L’industria aerospaziale è stata completamente trasformata dall’uso rivoluzionario che SpaceX fa del design guidato dai dati e della modularità, oltre che dalla sua efficiente struttura organizzativa. 

La strategia dell’azienda rappresenta un forte esempio per altre imprese, mostrando come il design guidato dai dati possa aumentare la produttività, ridurre il rischio e stimolare l’innovazione.

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