MBSE frente a la gestión tradicional de requisitos: lo que las empresas deben saber

Los productos de ingeniería modernos, como los automóviles, los aviones o los dispositivos médicos, combinan hoy en día software, electrónica, servicios en la nube y sistemas mecánicos en una única arquitectura de producto. Por lo tanto, gestionar los requisitos de sistema de dichos productos implica mucho más que redactar la documentación de requisitos.

Es cierto que el enfoque de gestión de requisitos sigue constituyendo la base de todos los programas de ingeniería. Sin embargo, al mismo tiempo, la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) está ganando protagonismo. En lugar de recurrir a documentos como principal vehículo de la intención del sistema, la MBSE utiliza modelos formales e interconectados, en los que los requisitos, la arquitectura, el comportamiento y las interfaces se integran en una única estructura regulada.

Este cambio ha suscitado un importante debate en el sector sobre cómo encajan ambos enfoques en los entornos de ingeniería modernos.

Por qué existe el debate entre la MBSE y la gestión tradicional de requisitos

El debate entre el MBSE y la gestión tradicional de requisitos (basada en documentos) no es teórico; surge de los fracasos reales que se han producido en grandes programas de ingeniería, en los que el enfoque basado en documentos tuvo dificultades para reflejar la interacción del sistema.

Por ejemplo:

• Se perdió la sonda Mars Climate Orbiter: Durante el desarrollo, un equipo de ingeniería había calculado los datos de empuje en libras-fuerza-segundos, mientras que otro había utilizado newton-segundos. Debido a esta discrepancia, la nave espacial entró en la atmósfera marciana con una trayectoria errónea y se desintegró. La causa de este fallo fue una documentación de requisitos inconexa que nunca se validó a nivel de sistema.
• Accidente del Boeing 737 MAX: En octubre de 2018 y marzo de 2019, se estrellaron dos aviones Boeing. Posteriormente, el equipo de investigación descubrió que los detalles críticos sobre el sistema de control de vuelo MCAS estaban dispersos en la documentación técnica y no estaban relacionados con el análisis de seguridad de la aeronave.

Por lo tanto, estos fracasos ponen de manifiesto una serie de retos más amplios —que enumeramos a continuación— a los que se enfrentan actualmente muchos responsables de ingeniería en distintos sectores:

• Falta de trazabilidad del ciclo de vida.
• Escasa visibilidad sobre cómo se conectan los subsistemas
• Gestión de requisitos en correos electrónicos y documentos dispersos
• Detección tardía de problemas de integración

Esta es la razón por la que las empresas están adoptando un enfoque de ingeniería de sistemas basado en modelos y de gestión estructurada de requisitos. Profundicemos en este tema en la siguiente sección.

Áreas en las que el MBSE destaca en entornos de ingeniería complejos

El MBSE cobra especial relevancia cuando los sistemas de ingeniería se vuelven demasiado complejos como para comprenderlos a través de especificaciones escritas.

Veámoslo con el siguiente ejemplo:

Consideremos el sistema de distribución de energía de la aeronave, que se encarga de suministrar energía a múltiples subsistemas, entre los que se incluyen:

• Generadores
• Baterías
• Aviónica
• Sistemas de respaldo de emergencia

En este caso, el documento de requisitos puede especificar que «el suministro eléctrico debe pasar al sistema de respaldo en un plazo de 50 ms cuando falle el generador», pero el comportamiento del sistema depende de transiciones de estado que no pueden validarse a través de los requisitos documentados.

Gracias a la ingeniería basada en modelos, los equipos pueden:

• Representa gráficamente el flujo de energía entre generadores, baterías y subsistemas
• Representar la lógica de control que rige las decisiones de conmutación
• Evaluar el comportamiento del sistema en diferentes situaciones de fallo
• Comprueba si la arquitectura puede cumplir los requisitos de tiempo, como la condición de conmutación por error en 50 ms.

Por qué las empresas están adoptando un enfoque de desarrollo basado en el MBSE 

• Visibilidad de la arquitectura del sistema: En el desarrollo de proyectos complejos, varios equipos —entre ellos los de ingeniería mecánica, eléctrica, diseño y software— se encargan de crear diferentes partes. El MBSE permite crear una visión unificada de la arquitectura y facilita la comprensión visual de las relaciones entre cada componente.
• Simulación temprana del comportamiento: gracias a los modelos digitales, los equipos pueden simular diferentes escenarios antes de invertir recursos en la creación de prototipos iniciales. Esto ayuda a detectar a tiempo los problemas de integración.
• Apoyo a las prácticas de ingeniería digital: los modelos MBSE conectan los requisitos, la arquitectura, las simulaciones y los artefactos de verificación. Esto ayuda a las organizaciones a mantener una comprensión coherente del sistema y la trazabilidad a lo largo de las fases de desarrollo, pruebas, implementación y operación.

MBSE en la práctica: ejemplos de programas de ingeniería reales

• Airbus (programa A350 XWB): El equipo de Airbus utilizó un enfoque de desarrollo basado en MBSE para construir el A350 XWB. Posteriormente, sus equipos de ingeniería informaron de que los defectos a nivel de integración se habían reducido entre un 30 % y un 40 % en comparación con programas anteriores. Todo ello fue posible gracias a que el equipo pudo validar el sistema en diferentes escenarios mediante simulación antes de fabricar ningún producto físico.
• Siemens (automatización ferroviaria): Siemens Mobility suele utilizar la ingeniería basada en modelos (MBSE) para desarrollar sistemas de control de trenes. En 2022 publicó un estudio de caso a través de INCOSE en el que afirmaba que la verificación basada en modelos redujo en un 25 % el trabajo de documentación del caso de seguridad.

Por lo tanto, el MBSE mejora la visibilidad general del sistema y permite a los equipos comprender fácilmente las interacciones entre arquitecturas complejas.

Ámbitos en los que la gestión estructurada de los requisitos sigue siendo fundamental

Las organizaciones que utilizan el MBSE también necesitan un proceso estructurado de gestión de requisitos para controlar cómo se redactan, revisan, aprueban y verifican los requisitos a lo largo del ciclo de vida del desarrollo del producto.

Sin embargo, en lugar de utilizar un enfoque tradicional de gestión de requisitos basado en documentos, los equipos empresariales están optando por herramientas de gestión de requisitos basadas en la nube, como Modern Requirements4DevOps, que funciona dentro de Azure DevOps. Estas herramientas permiten gestionar los requisitos en paralelo a los flujos de trabajo de desarrollo, al tiempo que se mantiene una trazabilidad completa en un único lugar.

Tomemos como ejemplo los programas de desarrollo de aeronaves: 

• Para obtener las homologaciones en el sector de la aviación, los equipos deben cumplir con la norma internacional DO-178C. Para ello, deben presentar a los organismos reguladores pruebas documentadas que demuestren cómo se definieron, revisaron, trazaron, versionaron y verificaron los requisitos. En estos casos, la gestión de requisitos mantiene los vínculos trazables entre los requisitos de seguridad, los elementos de diseño del sistema, las pruebas de verificación y la documentación de certificación.

Además, la gestión estructurada de los requisitos sigue respaldando varias actividades fundamentales en los programas de ingeniería empresarial:

• Flujos de trabajo de gobernanza y revisión para las aprobaciones.
• Control de versiones para realizar un seguimiento de cómo cambian los requisitos a lo largo de los sprints y las versiones.
• Trazabilidad del ciclo de vida que vincula los requisitos con el diseño, el desarrollo y las pruebas.
• Cumplimiento normativo en materia de normas de seguridad y certificación.
• Análisis de impacto para comprobar cómo afecta un cambio en los requisitos a otros artefactos.

En entornos de ingeniería complejos, estas capacidades de gobernanza garantizan que los requisitos se mantengan controlados, sean trazables y estén sujetos a auditoría a lo largo de todo el ciclo de vida del desarrollo.

La realidad empresarial: estrategias de ingeniería híbrida

En realidad, el MBSE no sustituye a la gestión estructurada de requisitos. Más bien, ambos se complementan. La mayoría de las empresas actuales utilizan ambos métodos conjuntamente, y un flujo de trabajo típico se desarrolla de la siguiente manera:

• Los requisitos se registran, gestionan, controlan y revisan en una única plataforma.
• La arquitectura del sistema y los modelos digitales se desarrollan utilizando herramientas específicas de MBSE.
• Se mantienen vínculos de trazabilidad entre los modelos digitales y los requisitos.
• Las actividades de desarrollo y pruebas de productos están conectadas a través de flujos de trabajo de DevOps.

Incluso las organizaciones más importantes están adoptando este enfoque híbrido. Por ejemplo:

• Northrop Grumman utiliza modelos digitales SysML para desarrollar y visualizar la arquitectura de los sistemas, y emplea una plataforma de gestión de requisitos basada en la nube para sus programas de defensa.
• Del mismo modo, Bosch Automotive utiliza plataformas MBSE para obtener una visión arquitectónica y plataformas de gestión de requisitos con el fin de cumplir con normas internacionales como la ISO 26262.

Así pues, la idea está clara. En lugar de sustituir la gestión de requisitos por el MBSE, empieza a utilizarlos conjuntamente para mantener la visibilidad del sistema y el control del ciclo de vida al mismo tiempo.

El siguiente paso para las empresas que gestionan sistemas complejos

Este cambio hacia el MBSE es una realidad. Ahora, los responsables de ingeniería deben empezar a replantearse cómo se debe gestionar el conocimiento del sistema a lo largo de todo el ciclo de vida del desarrollo del producto. El siguiente paso no consiste en añadir más documentación, sino en conectar los requisitos, los modelos de arquitectura, los flujos de trabajo de DevOps y los datos de validación, de modo que los equipos puedan comprender el comportamiento del sistema.

Muchas organizaciones ya han comenzado a implementar los «hilos digitales» en sus programas de ingeniería. Estos conectan los requisitos, los modelos de arquitectura, los artefactos de diseño y los resultados de las pruebas en una única cadena trazable. También están adoptando «gemelos digitales», que les permiten crear réplicas digitales de productos físicos y simular diferentes escenarios de forma virtual.

De cara al futuro, hay que empezar a crear ecosistemas de ingeniería en los que tanto el MBSE como la gestión de requisitos sigan estando interconectados para hacer frente a la creciente complejidad de los sistemas modernos.