Agenzia Spaziale Italiana Roma, Italia 23 Ottobre, 2013

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1 Systems engineering e systems architecture per la formulazione e valutazione di missioni spaziali e di strategie di sviluppo industriale: una prospettiva internazionale Agenzia Spaziale Italiana Roma, Italia 23 Ottobre, 2013 Prof. Alessandro Golkar Skoltech Assistant Professor - MIT Visiting Professor Director, Strategic Innovation Research Group Slide 1

2 Outline Principi di systems engineering e systems architecture Qual è la differenza tra le due discipline Alcuni principi appresi negli anni tra Stati Uniti e Russia Presentazione dello Strategic Innovation Research Group Linee di ricerca Progetti attuali Presentazione di Skolkovo Tech università dell innovazione Presentazione di Cantabia srl startup Italiana alumni MIT Slide 2

3 Principio n.1 Slide 3

4 Principio n.1 Le aziende Italiane praticano un ottimo systems engineering, ma spesso non lo sanno. Slide 4

5 Principio n.1 Le aziende Italiane praticano un ottimo systems engineering, ma spesso non lo sanno. >> e quindi, a volte si perdono occasioni di business ed innovazione Slide 5

6 Principio n.1: Systems engineering motore di innovazione La moderna innovazione è guidata dalla sintesi multidisciplinare, piuttosto che dall avanzamento della singola disciplina. E-commerce Biotech Automotive (AMZN, 15:32 Oct ) Market cap: $150 billion Revenue: $66.8 billion EBITDA: $2.9 billion Acquired by Sanofi in 2011 for $20 billion (TSLA, 15:32 Oct ) Market cap: $21.5 billion Revenue: $562 mln (Q1 2013) Gross profit: $15 mln (Q1 2013) Il systems engineering è la disciplina della sintesi multidisciplinare. SE è un motore di innovazione, e non semplicemente un metodo per la gestione dei requirements e dei sistemi complessi. Systems architecture è la disciplina di SE che si occupa della definizione della architettura di insieme la big picture La applicazione di un buon systems engineering si traduce in opportunità di innovazione e di business. Slide 6

7 Principio n.2 Slide 7

8 Principio n.2 I requirements non sono legge. Le esigenze degli stakeholders, sì! Slide 8

9 Principio n.2: Sui requirements e gli stakeholders Noi ingegneri siamo formati a progettare il sistema per soddisfare una serie di requirements. A volte ci si dimentica che i requirements vengono formulati per guidare la progettazione di un sistema (o di una strategia industriale, o di una infrastruttura) che soddisfi le esigenze degli stakeholders. Il cliente non è l unico stakeholder da considerare. L ingegneria deve considerare anche questi aspetti (non sono esclusivo appannaggio dei commerciali e del management!), ma spesso non è preparata e formata a farlo (a causa di una marcata specializzazione delle professioni tecniche). ll systems engineer è la figura professionale adatta al ruolo di sintesi multidisciplinare. I systems engineers si possono formare la seniority professionale è una condizione sufficiente ma non necessaria in tal senso. Slide 9

10 Principio n.2: Sui requirements e gli stakeholders La realtà degli stakeholders di un sistema, una strategia industriale, o una infrastruttura, è infatti molto variegata e complessa. La rete degli stakeholders va analizzata, compresa, e progettata, alla stregua di un sistema ingegneristico Principio chiave: il valore percepito dallo stakeholder in una transazione è una variabile soggettiva. Trascurare la gestione degli stakeholders può comportare allo sviluppo di sistemi ingegneristici brillanti, ma che non soddisfano le esigenze degli stakeholders e che quindi sono destinati a perire. Esempi dall ingegneria spaziale? service fees profits funding funding profits Investors service fees policies licenses Added-value data products FSS network monitoring service fees Commercial businesses / operators funding profits specialized workforce jobs space hardware compliance with policies / regulations compliance with policies / regulations compliance with standards press releases and media coverage link capacity funding data storage compliance with standards profits service fees licenses policies data storage telemetry broadcast service fees link capacity Regulators compliance with policies / regulations compliance policies with standards licenses FSS infrastructure Suppliers compliance with policies / regulations FSS network monitoring service fees data storage link capacity telemetry broadcast specialized workforce data storage link capacity payload data telemetry data Taxpayers / Workforce compliance with press releases Added-value data products policies / regulations and policies licenses media inter-agency Added-value data products coverage collaborations Added-value data products press releases and media coverage policies service fees telemetry broadcast service fees inter-agency collaborations strategic directions specialized workforce compliance with standards space hardware funding inter-agency collaborations Government inter-agency collaborationstrategic funding directions inter-agency collaborations Government agencies (defense, space) inter-agency collaborations compliance with standards licenses press releases and media coverage specialized workforce specialized workforce taxes specialized workforce votes Space missions (commercial) telemetry data payload data space services science needs service fees Space missions (government) science needs scientific results service fees LEGEND money resources services Added-value data products Science community science needs Slide 10

11 service fees profits funding funding Principio n.2: Sui requirements e gli stakeholders profits Investors service fees policies licenses Added-value data products FSS network monitoring service fees Commercial businesses / operators funding profits specialized workforce jobs space hardware compliance with policies / regulations compliance with policies / regulations compliance with standards press releases and media coverage link capacity funding data storage compliance with standards profits service fees licenses policies data storage telemetry broadcast service fees link capacity Regulators compliance with policies / regulations compliance policies with standards licenses FSS infrastructure Suppliers compliance with policies / regulations service fees data storage link capacity specialized workforce compliance with Added-value data products policies / regulations policies licenses Added-value data products Added-value data products press releases and media coverage service fees FSS network monitoring telemetry broadcast telemetry broadcast service fees inter-agency collaborations strategic directions specialized workforce compliance with standards space hardware funding data storage link capacity payload data telemetry data inter-agency collaborations Taxpayers / Workforce press releases and media coverage Government inter-agency collaborationstrategic funding directions inter-agency collaborations Government agencies (defense, space) inter-agency collaborations inter-agency collaborations policies compliance with standards licenses press releases and media coverage specialized workforce specialized workforce taxes specialized workforce votes Space missions (commercial) telemetry data payload data space services service fees science needs service fees Space missions (government) scientific results science needs LEGEND money resources services Added-value data products Science community science needs Slide 11

12 Principio n.3 Slide 12

13 Principio n.3 L esperienza, da sola, può trovarsi in difficoltà. Slide 13

14 Principio n.3 L esperienza, da sola, può trovarsi in difficoltà. >> a volte i modelli di sintesi possono essere un aiuto prezioso per l ingegnere senior. Slide 14

15 Principio n.3 : sui modelli di sintesi L architettura di sistemi e strategie si compone di tre processi: 1) Enumerazione di possibili architetture; 2) Valutazione della performance, costo, e rischio, associato alle architetture enumerate; 3) Selezione delle architetture rappresentanti compromessi efficienti tra le metriche di giudizio considerate. Il processo esaustivo di enumerazione può risultare proibitivo (in termini di tempi e di costi) da condurre manualmente. Ciò che gli ingegneri fanno è una sintesi euristica basata sulla loro esperienza professionale. Come fanno ad essere sicuri di aver fatto le scelte giuste? L esempio qui illustrato mostra, ad esempio, che una campagna di Mars Sample Return può essere fatta in 2,304 x 92 = 211,968 architetture. Ognuna di queste è un point design (effort di approx. 1 man-month per point design). I modelli di systems architecture sono in grado di enumerare e valutare 100,000+ di architetture in pochi minuti chiaramente con metriche low fidelity guidano l analista alla selezione dei point design da studiare in fase A e quantificano I tradeoff architetturali principali.

16 Principio n.4 Slide 16

17 Principio n.4 La soluzione ottima non esiste. Slide 17

18 Principio n.4 La soluzione ottima non esiste. >> esistono però i compromessi efficienti (o in termini accademici, Pareto ottimi) Slide 18

19 Principio n.4: sugli ottimi Una architettura rappresenta un compromesso efficiente quando non è possibile migliorarla in una delle sue metriche (performance, costo, rischio) senza peggiorarne le altre. I modelli di systems architecture consentono la rapida identificazione dei giusti compromessi, ossia, delle architetture Pareto ottime. Mars Sample Return Case Study Sensitivity to Drilling Depth Requirement Slide 19

20 Slide 20

21 Skoltech Strategic Innovation Research Group Prof. Alessandro Golkar More information: The Strategic Innovation Research Group, founded in 2012 at Skoltech, does research in the areas space systems engineering and engineering management. SIRG operates on two lines of research: Cross-cutting research (systems engineering, stakeholders analysis) Space research (satellite engineering, payload development) SIRG is developing Skoltech s Concurrent Engineering Design Facility, a first of its kind in the Russian Federation. Currently hiring PhD students, Postdoc candidates, Research Engineers

22 SIRG Cross cutting Research Systems Architecture and Multi-dimensional design We are interested in the practice of systems architecting and multidimensional design, to support decision-makers in their high-level strategic decisions Previous work experience with NASA (space), BP plc (oil and gas), and ESA (space) The peculiarity of our models is to integrate engineering models covering multiple disciplines together with economics and policy models to obtain comprehensive assessments of new projects and industrial development strategies. Slide 22

23 Concurrent Engineering Design Facility SIRG Cross cutting Research SIRG plans to build a Concurrent Engineering Design Facility at Skoltech to support preliminary systems studies in all areas: Space, Energy, IT, Nuclear, and Biomed. CEDF is a novel engineering design methodology that was started in the aerospace domain to allows experts of multiple disciplines to interface their design tools in a centralized engineering model. The CEDF will consist on an infrastructure (facility) and a design process able to support multidisciplinary design projects, and that will allow engineers to immediately assess the impact of their design decisions on the work of other design teams. SIRG plans to extend the CEDF methodology to new areas of application. Slide 23

24 SIRG Satellite Engineering We are interested in supporting the development of new satellite payloads and instruments in the preliminary design phase. To be flown on the Russian segment of the ISS and other host spacecraft. In the future, as the Skoltech Space Center for Research, Education, and Innovation (CREI) will unfold, we aim to develop innovative space sensors for new observations and measurements of the Earth for observation and navigation purposes. Slide 24

25 Modern Industrial Revolution: characterized by breakthroughs in information technology (IT) and space engineering. IT developers soon realized that most of the potential of computer technology could be harnessed by allowing computers to communicate and operate through distributed networks. Mainframe Revolution ( ) SIRG Federated Satellite Systems Internet Revolution ( ) Cloud Computing Revolution (2005 today) (image source: Pictorial Parade/Archive Photos/Getty Images) (image source: oecd.org) (image source: piazzadelcavallino.it)

26 SIRG Federated Satellite Systems Neither has such a cultural revolution happened nor has it been explored extensively by scholars and practitioners in space technology. Our research explores the development of opportunistic cloud computing in space: Federated Satellite Systems (FSS). Monolithic Satellite Systems Single Source Constellations / Fractionated S/C A Vision for the Future Opportunistic Cloud Computing in Space: Federated Satellite Systems (FSS) (image source: ESA) (image source: Iridium, blogspot.com)

27 SIRG Federated Satellite Systems Neither has such a cultural revolution happened nor has it been explored extensively by scholars and practitioners in space technology. Our research explores the development of opportunistic cloud computing in space: Federated Satellite Systems (FSS). Monolithic Satellite Systems (image source: ESA) Single Source Constellations / Fractionated S/C (image source: Iridium, blogspot.com) A Vision for the Future Create a virtual Infrastructure of heterogeneous satellites using a FSS plugin payload and allow them to trade resources (the space equivalent of a WiFi PCMCIA card)

28 Benefits: The ability to scale customer capacity upwards and downwards on-demand. Generate secondary streams of revenue for supplier missions (including science and human spaceflight missions) Enabling new missions by repurposing partially failed spacecraft. Enabling the use of small satellites in new contexts leveraging on FSS infrastructure capacity. Allow the development of missions without need for space-to-ground communications. Improve the reliability of a space mission. Technical Costs : SIRG FSS Benefits and Costs! Is it possible to generate profit from the International Space Station? Need for tracking antennas and avionics able to handle fast handovers. New communications and interference control protocols are required. Programmatic risks introduced by FSS (tying mission success to FSS network) Slide 28

29 Herzog & de Meuron 29

30 Skoltech at a Glance Founded in 2011 in collaboration with MIT By 2020, Skoltech will have: 200 faculty, 300 postdocs, 1200 MSc and PhD Integrates science, engineering, and technology With strong programs in support of innovation and entrepreneurship Addressing problems and issues in Information, Energy, Biomedicine, Space, and Nuclear On a new campus, to be built in Skolkovo, near Moscow

31 strategic consulting and management education Profilo Societario Cantabia 2013 Prof.ing. srl Via Alessandro Alessio Golkar Baldovinetti Rome Italy Slide 31

32 Missione Cantabia è una Società di consulenza strategica aziendale Italiana. La missione di Cantabia è di fornire servizi di consulenza direzionale alle imprese Italiane, offrendo una sinergia unica di competenze multidisciplinari maturate negli anni in primarie realtà nel contesto europeo, americano, e dei paesi emergenti. In aggiunta ai servizi di consulenza aziendale, Cantabia porta per la prima volta in Italia corsi di innovazione strategica rivolti a professionisti mid-career, managers, ed imprenditori, disegnati secondo le best practices delle università statunitensi. Il nome della Società è la contrazione di Cantabrigia, antico nome di Cambridge, città del Massachusetts sede del prestigioso MIT, punto di incontro dei fondatori di Cantabia. Slide 32

33 Corsi di formazione avanzata 5-9 Maggio maggio 2014, Relais San Clemente, Perugia - Italia Sono aperte le registrazioni per la edizione 5-9 maggio 2014 dei corsi di formazione avanzata offerti da Cantabia srl. Corsi offerti: Strategie imprenditoriali ed innovazione Risk management per le decisioni strategiche Sostenibilità e management della produzione energetica Registrazioni: Scadenza registrazioni a prezzo ridotto early bird : 2 febbraio 2014 Programma dettagliato corsi: visita Sono inclusi nella quota di partecipazione vitto e alloggio presso il Relais **** San Clemente, oltre all accesso al ricco Programma Sociale offerto, ai corsi, e fornitura di materiali didattici. Sono inclusi nel programma sociale: Cena di Gala degli Orsini: cena di benvenuto sulla terrazza panoramica del Relais San Clemente Cena Postale del Castello di Monterone : cena presso il famoso Ristorante 1 Stella Michelin Cena-crociera sul Lago Trasimeno Coffee breaks mattutini e pranzo Slide 33

34 Settore di competenza: Spazio Settori Telecomunicazioni Assets spaziali e terrestri Soluzioni integrate Mercati SCADA Mercati SOHO Osservazione della Terra Sistemi di Lancio Servizi satellitari Attivitá principali Strategia Business Development Nuovi Mercati e Trends Architettura di sistema Ingegneria dei sistemi satellitari Strategie di platforming Slide 34

35 Settore di competenza: Energia Settori Oil & Gas Offshore Onshore Nucleare Energie Rinnovabili Solare ed Eolico Biomassa Geotermico Idroelettrico Attivitá principali Strategia Business Development Nuovi Mercati e Trends Architettura di sistema Ingegneria dei sistemi satellitari Strategie di platforming Slide 35

36 Settore di competenza: Trasporti Settori Aviazione Ferrovie Trasporti stradali Veicoli elettrici Veicoli ibridi Logistica Infrastrutture Attivitá principali Strategia Business Development Nuovi Mercati e Trends Architettura di sistema Ingegneria dei sistemi satellitari Strategie di platforming Slide 36

37 Clienti I consulenti di Cantabia hanno maturato esperienze lavorative, di ricerca, e consulenza, presso le seguenti istituzioni internazionali: BP plc (UK) Centro Italiano Ricerche Aerospaziali (CIRA) (IT) Delft University of Technology (NL) ENEA Casaccia (IT) Electricité de France Chatou (FR) European Space Agency ESRIN (IT) European Space Agency ESTEC (NL) Karlsruhe Inst. of Technology (DE) Massachusetts Institute of Technology (USA) Mercedes-Benz Research & Development (DE) NASA Ames (USA) NASA Jet Propulsion Laboratory (USA) Ryerson University (CA) Skolkovo Institute of Science and Technology (RU) Swedish Space Corporation (SWE) Università di Napoli Federico II (IT) Università di Roma La Sapienza (IT) Slide 37

38 Consiglio di Amministrazione Prof. ing. Alessandro Golkar, PhD Presidente PhD MIT Aeronautics and Astronautics Laurea Specialistica Ingegneria Astronautica Sapienza Università di Roma Laurea Ingegneria Aerospaziale Sapienza Università di Roma ing. Giancarlo Lenci Amministratore Delegato PhD MIT Nuclear Engineering (exp.14) Laurea Specialistica Ingegneria Nucleare Laurea Ingegneria Nucleare Sapienza Università di Roma Fabio Caiazzo, ir. Amministratore Delegato PhD MIT Aeronautics and Astronautics (exp.15) Laurea Specialistica Ingegneria Aerospaziale Università di Delft Laurea Ingegneria Aerospazial Università di Napoli Federico II Slide 38

39 Contatti Cantabia srl Partita IVA: Via Alessio Baldovinetti, Roma, Italia Consiglio di Amministrazione Presidente: Prof. ing. Alessandro Golkar, PhD Amministratore Delegato: ing. Giancarlo Lenci Amministratore Delegato: Fabio Caiazzo, ir. Slide 39

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