On application of KBE systems for the space industry: satellite design case

Abstract

Etter som kommersielle og andre ikke-statlige aktører har rommet blitt mer aktive i rommet, sammenlignet med dagene under romkappløp i den kalde. Privat industrie, universiteter og studenter opererer oppererer nå i rommet, og de første masseproduserte satellittene er i bane. Disse aktørene er ofte nye i domenet, arbeider med mer begrensede budsjetter og har noen ganger et profittmotiv, noe som krever at romfartøy bygges enklere, raskere og billigere.

En mulig tilnærming er å bygge videre på de nåværende metodene, som Set Based og Model-Based Engineering. Disse metodene vil bli brukt som et rammeverk for ytterligere automatisering av satellittutvikling. Dette oppnås ved å implementere et ontologi-drevet, Knowledge Based Engineering (KBE) system rundt de nevnte metodene. Ontologisystemet vil bli implementert som en back-end til nåværende designprogrammer/kunnskaps-sverktøy som Valispace eller Comet-CE for å best mulig gjøre utviklingen av romfartøy enklere. Her vil systmet fungere som en "oversetter" fra disse programmene til programmer brukt for simuleringer, CAD eller andre datamodeller, og omvendt, slik at kunnskapen i programmene knyttes sammen. Dette ble gjort ved bruk av et semantisk språk for å gjøre systemet plattformuavhengig. Siden kunnskapen om kravene, den nåværende tilstanden til satellitten, og evalueringene av satellitten alle er lokalisert på ett felles sted, er en iterativ metode mulig.

Denne oppgaven er derfor en utforskning av den tekniske gjennomførbarheten av et slikt system ved å lage et prototypesystem som tar sikte på å generere romfartøy-design, i en trildig fase, basert på en liste med krav og ontologi. Dette vil hjelpe i de tidlige fasene av utvikling ved raskt å evaluere forskjellige muligheter og ved å generere et grunnleggende design og fungere som et system for videre utvikling. Det siste er mulig siden bruk av et ontologi-drevet KBE-system basert på nåværende metoder forsterker og promoterer riktig bruk av standardiserte strukturer, arbeidsmetodologi og hjelper til med kunnskapshåndtering.

Det ble funnet at rammeverket hentet fra eksisterende metoder fungerte godt for å lette kunnskapsutveksling mellom plattformer, passer naturlig i romindustrien og for å muliggjøre kodeintegrasjon og automatisering. Den iterative metoden ble bevist å fungere, men bare i begrenset kapasitet, mer arbeid ville være nødvendig for å bevise dens gjennomførbarhet i full skala. Systemet viste stort potensial, og testing i større skala anbefales.

With the entry of commercial and other non-state actors, space has become much more accessible compared with the days of the Cold War space race. Private industries, universities and students now operate in space, and the first mass-produced satellites are in orbit. These actors are often new to the domain, work on more limited budgets and sometimes have a profit motive, thus requiring spacecraft to be built easier, faster and cheaper.

A possible approach is building upon the current methods, such as Set Based and Model-Based Engineering. These methods will be used as a framework for further automation of satellite development. This is achieved by implementing an Ontology-driven Knowledge Based Engineering (KBE) system around the mentioned methods. The ontology system will be implemented as a back-end to current concurrent design software/knowledge management tools like Valispace or Comet-CE to best facilitate spacecraft development. Here, it will work as a “translator” from these programs to programs used for simulations, CAD or other data models, and vice versa, thus linking the knowledge of the programs. This was done by the utilisation of a semantic language to make the system platform independent. Since the knowledge of requirements, the current state of the satellite, and evaluations of the satellite are all located in a commonplace, an iterative loop is possible.

This paper is thus an exploration of the technical feasibility of such a system by creating a prototype system that aims to generate preliminary spacecraft designs based on a list of requirements and an ontology. This would aid in the early phases of spacecraft development by rapidly evaluating different possibilities and by generating a base design and system for further development. The latter is important since utilizing an ontology-driven KBE system based on current methods reinforces and facilitates the proper usage of standardized structures, work methodology and aids in knowledge management.

It was found that the framework derived from existing methods worked well in facilitating knowledge exchange between platform, fits naturally into the space industry, and to enable code integration and automation. The iterative loop was proven to work, but only in a limited capacity, more work would be needed to prove its feasibility on a complete scale. The system showed great potential and testing on a larger scale is adviced.