Pubblicato il 7 ottobre 2024

Ingegneria dei sistemi

L’ingegneria dei sistemi (o system engineering) è un approccio interdisciplinare mirato allo sviluppo o al perfezionamento di sistemi tecnici complessi che comprende l’analisi, la pianificazione, la progettazione, l’implementazione e la manutenzione dei sistemi stessi lungo l’intero ciclo di vita.

Cockpit dell’elicottero da trasporto Cougar — © DDPS

L’obiettivo dell’ingegneria dei sistemi consiste nell’assicurare che vengano soddisfatti i requisiti di tutti gli stakeholder, considerando le interazioni tra i componenti del sistema, così come tra quest’ultimo e il suo ambiente. Ciò comprende l’ottimizzazione di prestazioni, affidabilità, sicurezza, manutenibilità e costi. Gli ingegneri di sistema utilizzano una serie di strumenti e tecniche per modellare, analizzare e simulare sistemi complessi al fine di adottare decisioni fondate su basi solide durante tutto il processo di sviluppo. All’interno del settore specialistico Ingegneria dei sistemi, il system engineering trova applicazione in ambiti come l’aeronautica, la difesa terra-aria, la tecnologia dell’informazione e le telecomunicazioni a beneficio dell’Esercito svizzero.

Le nostre competenze e attività

Nel quadro delle disposizioni esecutive per il servizio delle modifiche dei sistemi aeronautici militari, l’ingegnere di sistema si accerta che le modifiche sviluppate per la flotta siano efficaci a livello operativo, idonee e accessibili, così come che rappresentino una soluzione tempestiva per soddisfare le esigenze degli utenti con un livello di rischio accettabile. In questo ambito rientrano tra l’altro compiti quali:

responsabilità per l’integrità tecnica dei sistemi;
responsabilità per le attività tecniche di gestione delle modifiche;
responsabilità per i requisiti tecnici e le specifiche;
assicurazione che i sistemi aeronautici soddisfino i requisiti contrattuali, qualitativi e di navigabilità;
affidamento all’industria o a enti governativi esteri di mandati relativi ad attività di costruzione, produzione e manutenzione con riferimento alle modifiche;
gestione di prove di sviluppo e di valutazione.

Nell’ambito dei progetti di acquisto, armasuisse Ingegneria dei sistemi definisce in qualità di responsabile tecnico i requisiti di tecnica dei sistemi e ne verifica l’applicazione, stabilendo con precisione quali caratteristiche tecniche e funzioni deve soddisfare un sistema da acquistare. L’attenzione si concentra in questo caso su una precisa comprensione di necessità e requisiti di utenti e gruppi di interesse, che devono tradursi in requisiti tecnici chiari e realizzabili. In questo contesto vengono anche valutati e integrati nella definizione dei requisiti eventuali rischi e limitazioni a livello tecnico. Durante l’intero processo di acquisto, armasuisse Ingegneria dei sistemi monitora l’attuazione e conduce regolari verifiche per accertarsi che il prodotto o il sistema acquistato corrisponda ai requisiti concordati.

Aree ingegneria dei sistemi

Un grafico riassuntivo delle varie aree della tecnologia di sistema. Mostra le seguenti aree: Servizio di modifica dei sistemi aeronautici, ingegneria dei sistemi, test, aeronavigabilità, gestione del rischio, cooperazione industriale. — Aree ingegneria dei sistemi — © DDPS

Supporto ai sistemi durante la fase di utilizzazione
armasuisse segue senza eccezioni tutti i velivoli in uso presso le Forze aeree svizzere durante l’intera fase di utilizzazione. Ingegneria dei sistemi è quindi direttamente responsabile a livello tecnico dell’aeronavigabilità dei vari aeromobili.
Per aeronavigabilità si intende l’idoneità di un sistema aeronautico militare all’esercizio previsto nel rispetto delle condizioni e delle limitazioni consentite, così come senza rischi inammissibili. Tale concetto comprende sicurezza di volo, funzioni e prestazioni. Le modifiche sviluppate per la flotta devono pertanto essere efficaci sul piano operativo, adeguate e applicabili in maniera tempestiva al fine di soddisfare le esigenze dell’utenza con un livello di rischio accettabile.
Mantenimento del valore dei PC-7
Il Pilatus PC-7 Turbo Trainer viene impiegato dal 1982 presso le Forze aeree come aereo d’addestramento per la formazione dei piloti, ma è ancora uno dei modelli della sua categoria con le migliori prestazioni. È particolarmente adatto per il volo strumentale in caso di scarsa visibilità, il volo notturno e il volo in formazione. Nel corso del tempo sono state apportate diverse modifiche e adottate diverse misure di mantenimento del valore, in modo da garantire che l’elettronica dell’aeromobile (avionica) sia al passo con i più recenti sviluppi della tecnica.
Tra le misure di mantenimento del valore attualmente in programma rientrano in particolare il rinnovamento del sistema di navigazione – indispensabile per il volo strumentale – e l’adeguamento degli impianti di radiocomunicazione in conformità alle normative introdotte in tutta Europa. I due simulatori di volo devono inoltre essere portati allo stesso livello di sviluppo tecnologico dei sistemi reali, ossia dei velivoli effettivamente in uso. Le misure di mantenimento del valore comprendono l’integrazione di moderni componenti aeronautici disponibili in commercio e ricadono sotto la responsabilità della Pilatus Flugzeugwerke AG di Stans, legata contrattualmente al gruppo tecnologico RUAG MRO Holding SA. Le misure di mantenimento del valore della flotta e dei simulatori saranno attuate presso le sedi di quest’ultima a Lodrino TI ed Emmen LU. Al termine dei lavori la flotta PC-7 verrà impiegata per altri 15 anni.
Mixed Reality – Studio di fattibilità PC-7 Ground Based Training System
Da alcuni anni il settore dei simulatori trae grandi vantaggi dall’industria videoludica. In questo dinamico contesto, anche le applicazioni professionali e le innovative tecnologie impiegate per realizzarle hanno fatto grandi passi avanti. I sistemi di visualizzazione possono per esempio essere integrati o completamente sostituiti da tecnologie basate sulla realtà virtuale o mista.
Le Forze aeree non utilizzano al momento sistemi del genere ed è pertanto necessario acquisire esperienze in questo settore. È noto che diverse forze aeree straniere sono già proficuamente impegnate in progetti pilota in questo ambito. L’obiettivo primario è portare gli aspiranti piloti a un livello di formazione più elevato in maniera più rapida e personalizzata. A tale scopo, anche la formazione stessa deve diventare più innovativa. Gli strumenti didattici consolidati non devono ad ogni modo essere rimpiazzati o visti come una delle alternative in concorrenza fra loro, ma piuttosto essere integrati in maniera intelligente.
La formazione di base dei piloti, che già oggi ricorre a simulatori (PC-7), è un ambiente di valutazione ideale per le nuove tecnologie. L’attuale sistema di visualizzazione dei simulatori PC-7 non verrà sostituito, ma integrato secondo un approccio modulare con un sistema basato sulla realtà mista, oltre che con hardware e software necessari a tale scopo. Ciò significa che sarà possibile scegliere il sistema di visualizzazione ideale a seconda delle esigenze dell’utente. Nella formazione ormai consolidata (IFR, Procedures Training, ecc.) verrà impiegato il sistema di visualizzazione attuale, mentre nei futuri moduli didattici, per il quali l’attenzione si concentra sul volo a vista, verrà impiegata la tecnologia di realtà mista, consentendo in questo modo di sfruttare in maniera ottimale i punti di forza di ciascun sistema.
Acquistati con il programma d’armamento 1998, gli elicotteri da trasporto Cougar sono da allora impiegati quotidianamente per trasportare materiali e truppe. Sono inoltre utilizzati anche a supporto delle autorità civili, per esempio in interventi di spegnimento incendi o per azioni di ricerca e salvataggio, nonché nel promovimento militare della pace (p. es. in Kosovo).
Tecnica nel mantenimento del valore
Le misure di mantenimento del valore hanno compreso un nuovo sistema di autoprotezione con capacità avanzate, nuove radio di bordo e un sistema di identificazione amico-nemico di ultima generazione, nonché l’integrazione della capacità di svolgere procedure di avvicinamento con supporto satellitare. I nove elicotteri sono stati dotati di un nuovo sistema di allarme anticollisione e di un visore integrato nel casco, nonché di diverse altre funzionalità; in questo modo il Cougar è stato pressoché uniformato al Super Puma. Allo stesso tempo, gli elicotteri sono stati anche sottoposti a una revisione totale. Grazie a tutti questi miglioramenti è stato possibile ampliare la gamma degli impieghi del Cougar in caso di cattivo tempo e di voli in un contesto caratterizzato da minacce particolari.
Dal punto di vista tecnico, un fattore chiave per il buon esito del mantenimento del valore è stata la collaborazione tra gli esperti tecnici di tutti i soggetti coinvolti (armasuisse, Forze aeree, RUAG, diversi subfornitori, autorità statunitensi), che si è dimostrata costruttiva e orientata tanto alle soluzioni quanto alla clientela. Il motivato team tecnico ha consentito di realizzare il progetto assicurando un elevato livello qualitativo.
Gli aerei da combattimento F/A-18C/D Hornet sono stati acquistati con il programma d’armamento 1992 e introdotti presso le Forze aeree nella seconda metà degli anni Novanta.
Assicurazione dell’integrità dei sistemi degli aerei da combattimento F/A-18
Gli aerei da combattimento F/A-18C/D Hornet sono stati acquistati con il programma d’armamento 1992 e introdotti presso le Forze aeree nella seconda metà degli anni Novanta. Negli ultimi vent’anni vari programmi di aggiornamento hanno permesso di mantenere al passo con i tempi le prestazioni dei mezzi di impiego principali delle Forze aeree. L’ultimo di questi è il programma NUV, il cui obiettivo è il prolungamento della durata di utilizzazione e la certificazione di F/A-18 a 6000 ore di volo a velivolo, affinché la flotta possa continuare a volare fino all’introduzione dei nuovi aerei da combattimento.
Al suo interno è compreso un programma di risanamento strutturale per il mantenimento dell’aeronavigabilità nel quadro del quale verranno eliminate diverse vulnerabilità individuate e avranno luogo approfondite ispezioni. Oltre alla struttura del velivolo, le misure riguardano anche sotto-sistemi e componenti per i quali esercizio e manutenzione risultano spesso problematici, così come la modernizzazione dei sottosistemi per l’impiego e l’addestramento, nello specifico missili a guida radar e avionica.
Nella fase di utilizzazione degli aerei da combattimento svizzeri, il settore specialistico Ingegneria dei sistemi garantisce l’integrità tecnica dei sistemi in collaborazione con partner interni ed esterni ed è al contempo titolare del certificato di tipo militare (Military Type Certificate Holder). Fra le attività principali rientrano per esempio la direzione della gestione dei rischi relativamente all’aeronavigabilità, l’approvazione di piccole modifiche e riparazioni, così come la guida tecnica dei programmi di aggiornamento.
Propulsori degli aerei a reazione
I propulsori sono componenti chiave degli aerei da combattimento. Comprendere correttamente esercizio, manutenzione e logistica fa parte delle conoscenze necessarie per garantire la fase di utilizzazione del sistema. Ne consegue uno stretto contatto con RUAG Maintenance Repair Overhaul (MRO).
Nell’ambito della regolare manutenzione dei propulsori, le prove si concentrano sui seguenti aspetti:
- verifica delle prestazioni per garantire che il propulsore sia in grado di generare la spinta necessaria;
- prove di vibrazione e bilanciamento per controllare ed eventualmente bilanciare i rotori;
- controlli del sistema dell’olio e del combustibile;
- verifica delle perdite per accertare la corretta tenuta di tutti i sistemi.
Ingegneria dei sistemi assume il ruolo di rappresentante della Svizzera e si occupa del coordinamento in occasione di conferenze internazionali tra produttori, fornitori selezionati, utenti e marina statunitense. A livello nazionale, il coordinamento per la fase di utilizzazione coinvolge lo Stato maggiore dell’esercito (SM Es), le Forze aeree, l’autorità per l’aeronavigabilità, RUAG MRO e alcuni fornitori. Ricade nella sfera di competenza di S+T Ingegneria dei sistemi anche il coordinamento diretto tra gli utenti.
Chi controlla lo spazio aereo determina ciò che si muove a terra. A tale scopo, oltre che di aerei da combattimento le Forze aeree hanno bisogno anche della difesa terra-aria.
I sistemi di difesa terra-aria a lunga, media e corta gittata proteggono la popolazione, le infrastrutture civili e militari critiche nonché le formazioni di truppa dalle minacce provenienti dallo spazio aereo. Il settore specialistico Ingegneria dei sistemi è un elemento fondamentale del team di progetto e assume i seguenti compiti chiave anche al di là della fase di progettazione:
- supporta il committente e il cliente nella definizione dei requisiti di business e stakeholder;
- individua i requisiti tecnici per la redazione del capitolato tecnico;
- descrive i sistemi circostanti a livello dei componenti e crea architetture di sistema da integrare nell’ambiente di sistema svizzero;
- svolge compiti nell’ambito dell’ingegneria dei sistemi, p. es. nel quadro della gestione di requisiti, modifiche e dei rischi tecnici, elabora le basi di progettazione ingegneristiche, conduce revisioni e assume la responsabilità per verifica e validazione.
Negli ultimi anni, la tecnologia dei mini-droni ha vissuto un forte sviluppo tanto in ambito civile quanto nel settore militare. Hanno fatto la loro comparsa nuove capacità che soddisfano svariati requisiti. Sulla base delle conoscenze acquisite nel quadro di un primo progetto di acquisto, sono già stati acquisiti quattro diversi sistemi di droni per l’Esercito svizzero. Con armasuisse alla guida del progetto, Ingegneria dei sistemi ha definito i requisiti e valutato lo sviluppo al fine di gestire i rischi tecnici e amministrare le modifiche.
La flotta di mini-droni dell’Esercito svizzero comprende diversi modelli che offrono differenti possibilità di impiego. Il Black Hornet (BH) 3 di Teledyne FLIR è il sistema più piccolo: con soli 33 grammi di peso, può essere impiegato anche in spazi ristretti e ambienti interni senza bisogno di un segnale del sistema globale di navigazione satellitare (GNSS). Con un peso di 10 kg e un’apertura alare di 3 m, l’Orbiter 2b Aeronautics è per contro il sistema dalle dimensioni maggiori e risulta idoneo all’impiego tattico a livello portatile. In considerazione della sua classe di peso richiede un’autorizzazione dedicata della Military Aviation Authority (MAA). Ulteriori modelli come l’Indago 3 di Lockheed Martin, equipaggiato con un trasponder FLARM per le informazioni sul traffico aereo, sono stati seguiti da armasuisse per definire e verificare i requisiti tecnici. L’ANAFI di Parrot completa la gamma e funge da modello iniziale per i futuri piloti di droni dell’Esercito svizzero.
Nel prossimo futuro quest’ultimo potrà poi contare sui modelli successivi dei sistemi già introdotti, che saranno acquistati al fine di coprire il crescente fabbisogno e mantenersi aggiornati sulla tecnologia. Il settore specialistico Ingegneria dei sistemi si occupa di analizzare le differenze tecnologiche. Man mano che lo sviluppo e le possibilità d’uso progrediscono, cresce anche la domanda di diversi tipi di droni. Oltre ai mini-droni già acquistati, per restare al passo dei requisiti in costante evoluzione si renderanno necessari ulteriori progetti e integrazioni di interfacce. Un esempio è l’integrazione dei droni sul nuovo carro armato del genio al fine di ampliare le funzioni di sorveglianza ed esplorazione e migliorare la ricognizione della situazione in tempo reale. La combinazione di truppe di terra e ricognizione aerea tramite droni aumenta l’efficacia delle operazioni militari e la sicurezza delle truppe stesse.
Nel quadro del progetto di acquisto ADS 15, il settore specialistico Ingegneria dei sistemi svolge diversi compiti nel campo del system engineering come la gestione dei requisiti, delle modifiche e dei rischi tecnici. Il settore specialistico Ingegneria dei sistemi elabora basi di pianificazione per la realizzazione dei sistemi e conduce revisioni per controllare lo sviluppo e accertarsi del rispetto di tutti i requisiti. Inoltre, esso è responsabile della verifica e della validazione per assicurare che il sistema soddisfi le specifiche definite e le esigenze degli utenti.
Il progetto di acquisto ADS 15 riguarda un sistema di ricognizione senza equipaggio né armi che sostituirà il sistema di ricognitori telecomandati 95 impiegato fino alla fine del 2019 dall’Esercito svizzero, il cui livello tecnologico corrispondeva a quello degli anni Ottanta. La prevista durata di utilizzazione dell’ADS 15 è di 20 anni. Il drone serve alla ricognizione della situazione e dell’obiettivo, ma è previsto anche che, se necessario, possa essere equipaggiato con altri sensori, per esempio radar di telerilevamento per l’elaborazione di un’immagine del suolo o sensori per la ricognizione elettronica. Il sistema di droni consente un impiego tanto diurno quanto notturno. Per integrarsi nello spazio aereo, ha la capacità di rilevare e risolvere autonomamente i conflitti (Cooperative and Non-Cooperative Detect an Avoid).
L’ADS 15 vanta inoltre un’elevata autonomia di volo e consente di svolgere le seguenti prestazioni:
- sorveglianza di aree estese;
- ricerca, ricognizione e inseguimento di obiettivi;
- contributi all’elaborazione di un quadro della situazione e alla protezione delle infrastrutture critiche, così come delle proprie truppe.
Gli utenti continueranno a essere organi di condotta civili e militari: tra gli enti civili rientrano per esempio Stati maggiori cantonali di condotta, organi di polizia e di salvataggio o il Corpo delle guardie di confine. Per la difesa in caso di attacco militare, l’ADS 15 fornisce un contributo alla condotta e al controllo delle azioni a terra, in particolare nell’ambito dell’appoggio di fuoco.
Per preservare la sicurezza del traffico aereo, le autorità aeronautiche necessitano di analisi dei rischi prima di omologare nuovi sistemi e procedure. Sempre più spesso, in particolare nel campo dei sistemi aeronautici senza equipaggio, vengono applicate analisi quantitative e simulazioni in ambito operativo.
Ingegneria dei sistemi può contare sul supporto dell’Autorità dell’aviazione militare svizzera (MAA), dell’Ufficio federale dell’aviazione civile (UFAC) e degli organi internazionali di NATO ed Eurocontrol sotto forma di analisi dei dati, modelli matematici e simulazioni, nonché sulle conoscenze specialistiche nel campo della valutazione delle procedure e delle soluzioni tecniche in programma, come pure nell’elaborazione di regolamenti. Particolare attenzione è dedicata attualmente all’integrazione del sistema di ricognitori telecomandati 15 (ADS 15) nello spazio aereo svizzero.