Perché è importante sapere pianificare nei moderni progetti di Astrofisica.

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1 La pianificazione nei progetti di Astrofisica Perché è importante sapere pianificare nei moderni progetti di Astrofisica.

2 Contatti: SRT: Sardinia Radio Telescopy Luca Stringhetti Via Bassini 15 INAF/IASF Milano INCOSE L. Stringhetti 2

3 Sommario 1. Perchè è importante sapere pianificare nei progetti di astrofisica? Come sono cambiati e come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica Definizione di progetto (costo-qualità-tempo) 2. Dal progetto al system thinking Il concetto di sistema e la sua applicazione nei progetti moderni Alcune considerazioni numeriche e statistiche per dimostrare come l'applicazione dei processi del System Thinking migliora l'efficienza del progetto 3. Life cycle di un progetto di astrofisica nel System Engineering Gli stadi di un progetto identificando le loro naturali peculiarità 4. Alcuni modelli di System Thinking: Vee-Model, Agile Alcuni esempi di best practice nei progetti moderni. 5. Alcuni Link interessanti per approfondire L. Stringhetti 3

4 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica 1887 Esperimento di Michelson Morsley Circa due persone impiegate per circa quattro giorni Qualche migliaia di euro per realizzare l esperimento Nel 1907 Arriva il Nobel L. Stringhetti

5 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica 1942 E. Fermi e la Pila Atomica Circa trenta persone impiegate per circa quattro anni Il presidente US finanziò l esperimento con 6000$ (Circa 70Keuro oggi) Il nobel era già arrivato nel 1938 L. Stringhetti

6 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica Planck Più di 200 scienziati coinvolti Più di 300 Meuro (Costo ESA) Circa 15 anni di lavoro Circa 15 nazionalità coinvolte L. Stringhetti

7 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica 2018 CTA ( 190M Euro di costo dello strumento nudo 2M euro l anno per la missione 150 telescopi in due siti Circa 800 scienziati in 25 paesi diversi Fase di costruzione anni di missione Ad oggi siamo nella fase preparatoria Galactic Gamma-Ray Sources Supernova Remnants Pulsar Wind Nebulae Pulsar Physics Star-Formation Regions The Galactic Centre X-Ray Binaries & Microquasars Extragalactic Gamma-Ray Sources Active Galactic Nuclei Extragalactic Background Light Gamma-Ray Bursts Galaxy Clusters L. Stringhetti

8 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica 2019 Euclid ( Euclid approvato da ESA Per un costo allocato di 450 Meuro (Solo costo ESA) Lancio previsto nel anni di missione Circa 400 scienziati e 15 nazionalità coinvolte Weak gravitational Lensing : Weak lensing is a method to map the dark matter and measure dark energy by measuring the distortions of galaxy images by mass inhomogeneities along the line-of-sight. Baryonic Acoustic Oscillations : BAOs are wiggle patterns, imprinted in the clustering of galaxies, which provide a standard ruler to measure dark energy and the expansion in the Universe. L. Stringhetti

9 Come stanno cambiando gli esperimenti di (astro)fisica 2024 SKA ( 1e6 Square meters antenna Circa 67 organizzazioni in 20 paesi diversi Fase di pre-costruzione Deployment completato nel 2024 Costo stimato 1500 Meuro Costo per la fase di missione 150Meuro anno 10 GB/SECOND The milky way and local galaxies SETI, Stellar end products, Transient sources Cosmology and large scale structure Galaxy evolution Active galactic nuclei and super massive black holes The life cycle of stars The solar system and planetary science The intergalactic medium Magnetism L. Stringhetti

10 Altri futuri possibili E-ELT ( Telescopio ottico da 40 Metri VLT 9 metri di diametro Solar Orbiter ( ) Osservazione e studio del sole JWST ( ) L Hubble space telescope di seconda generazione Hubble 2.4 metri di diametro L. Stringhetti

11 Perché Pianificare: Conclusioni (1/2) I progetti moderni sono affetti da gigantismo HUMAN PERSPECTIVE Nei progetti moderni lavorano tipicamente molte centinaia di scienziati Tali scienziati sono dislocati nel mondo Gli scienziati possono avere diverse lingue e diverse culture TECHNOLOGY PERSPECTIVE I progetti moderni richiedono tecnologia che tipicamente o non esiste (SKA) o è per lo meno innovativa (CTA) In uno stesso progetto coesistono diverse discipline tecniche (ACES: Ottica, Radiofrequenza, Fisica atomica, Criogenia, Elettronica Veloce..) MANAGEMENT Ormai nessun grande progetto costa poco. (> Centinaia di milioni di euro) Tutti i progetti sono consortili E indispensabile trovare un dizionario comune per condurre il progetto. Questo dizionario può essere quello del System Engineering Management L. Stringhetti

12 Perché Pianificare: Definizione di progetto, i vincoli. DEF: Progetto Gli esperimenti moderni assumono la forma di grandi progetti Impresa complessa, unica e di durata determinata, rivolta al raggiungimento di un obiettivo desiderato e predefinito mediante un processo continuo di pianificazione e controllo di risorse differenziate e con vincoli interdipendenti di Costi-Tempi-Qualità. (Archibald) Costo Accorciare il tempo di un progetto si può fare mettendo più persone a lavorare in parallelo => Aumento dei costi Tempo Qualità Accorciare il tempo di un progetto si può fare rinunciando a certi requisiti => Abbassare la qualità Diminuire il costo di un progetto si può fare rinunciando a certi requisiti => Abbassare la qualità Il System Engineering Management mira a condurre il progetto all interno di un organizzazione con lo scopo di raggiungere gli obiettivi prefissati (Qualità) nei tempi e costi stabiliti L. Stringhetti

13 Perché Pianificare: Conclusioni (2/2) Perché un fisico si dovrebbe interessare di tutto ciò? 1) I moderni esperimenti di astrofisica sono tutti organizzati come dei progetti 2) Pur essendo la Qualità del progetto il punto più importante per noi fisici, (nessuno vorrebbe completare un progetto che poi non dà risultati scientifici di rilievo) tutti i progetti dispongono di fondi finiti. 3) La competizione internazionale è sempre più accesa. 4) Il fisico ha una visione d insieme del problema che può mancare all ingegnere. 5) Ci è richiesto un sempre maggiore coinvolgimento sistemistico dai progetti stessi. Molto spesso il prime integrator condivide l ufficio di Project Office con le organizzazioni scientifiche per ridurre i costi Regola del pollice Il fisico moderno quindi deve avere: -Solide basi matematiche -Solide basi di fisica -una discreta conoscenza tecniche di system engineering Management L. Stringhetti

15 Che cosa è il System Thinking System Products Processes People DEF: System A combination of interacting elements organized to achieve one or more stated purposes An integrated set of elements, subsystems, or assemblies that accomplish a defined objective. These elements include products (hardware, software, firmware), processes, people, information, techniques, facilities, services, and other support elements. (INCOSE) Regola del pollice Regola delle tre P (People, Process, Product) Che tradotto..(pazienza,pragmatismo,preparazione) L. Stringhetti

16 Che cosa è il System Thinking DEF: System Engineering Systems engineering is a discipline that concentrates on the design and application of the whole (system) as distinct from the parts. It involves looking at a problem in its entirety, taking into account all the facets and all the variables and relating the social to the technical aspect. (Ramo) Systems engineering is an interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems. It focuses on defining customer needs and required functionality early in the development cycle, documenting requirements, and then proceeding with design synthesis and system validation while considering the complete problem: operations, cost and schedule, performance, training and support, test, manufacturing, and disposal. SE considers both the business and the technical needs of all customers with the goal of providing a quality product that meets the user needs. (INCOSE) L. Stringhetti

17 Che cosa è il System Thinking: Esempio di un sistema System Of interest Space segment Ground Segment Instrument#1 Instrument#2 Instrument#3 Carrozza DPC#1 DPC#2 Ottica Power Supply PC di Strumento Comunicazione PC di Bordo Regola del pollice MAKE OR BUY? Se è MAKE probabilmente ho bisogno di altri livelli Se è BUY mi posso fermare Feed System Feed#1 Antenna Trasmettitore Meccanica Feed#2 Parabola DEF: PBS Product Breakdown Structure è una visualizzazione grafica e gerarchica degli elementi che compongono un sistema L. Stringhetti

18 System Thinking: esempi numerici (1/2) Definition$=> Definisce la quantità di tempo, risorse, soldi, spesi nella definizione e pianificazione iniziale del progetto. Nel dizionario di SE si intende lo stadio di Concept Stage Gruhl W. lessons Learned, cost/schedule Assessment Guide Internal Presentation NASA, 1992 L. Stringhetti 18

19 System Thinking: esempi numerici (2/2) Dove il costo del SE si può quantificare si può anche misurare l impatto che ha sul progetto. Best Value Tra gli 8% e il 12 % Honour E. Understanding the value of System Engineering, INCOSE Workshop L. Stringhetti 19

20 System Thinking: applicazioni ed esempi (Good) Oresund Bridge. Total length Width Longest span 7,845 metres (25,738 ft) 23.5 metres (77.1 ft) 490 metres (1,608 ft) The high bridge part of the Øresund Bridge has the longest cable-stayed main span of all bridges in the world. That goes for both road and rail traffic! And, the tunnel part of Øresundsbron is the world's longest underwater tube tunnel, also for both road and rail traffic. The Rover Team (Sojourner) La NASA volle dimostrare che con le nuove tecniche di SE in voga in quegli anni si poteva fare molto per la riuscita di un progetto ( 80). Con circa 280 M$ Il Rover Team riuscì a spedire su Marte il primo Rover Robotizzato. La missione che sarebbe dovuta durare una settimana durò tre mesi. Il Rover Team è un esempio di Best Practice per tutte le scuole di Management L. Stringhetti 20

21 System Thinking: applicazioni ed esempi (Very Bad!) Therac 25 (1987) Il Therac era sostanzialmente un piccolo acceleratore lineare di particelle atto a interventi di radioterapia. Morirono tre persone a causa di irraggiamenti anche 100 volte superiori a quello che doveva essere la dose medica. Il Therac è (purtroppo) il caso principe per quello che è BAD SYSTEM ENGINEER. An Investigation of the Therac-25 Accidents N. Leveson, IEEE Computer, Vol. 26, No. 7, July 1993, pp Challenger Disaster (1987) For a successful technology, reality must take precedence over public relations, for nature cannot be fooled. When playing Russian roulette the fact that the first shot got off safely is little comfort for the next. Richard Feynman L. Stringhetti 21

22 System Thinking: Tutto bello ma cosa ha a che fare con noi? L. Stringhetti 22

23 System Thinking: Tutto bello ma cosa ha a che fare con noi? La trasformazione del rapporto di fornitura Enablers/Stakeholders INAFScientific INAFScientific INAFScientific institutions ESA/Eso Local Agencies institutions ESA/Eso Local Agencies institutions ESA/Eso Local Agencies INAF INAF INAF INAF INAF INAF Il rapporto di fornitura sta cambiando e il ruolo degli istituti scientifici compare o comparirà in tutti i livelli della filiera. -Realizzatore di componenti di alta tecnologia -System Integrator -Stakeholder L. Stringhetti 23

24 System Thinking: Conclusioni 1. Tutto può essere un sistema. Bisogna quindi identificare il proprio sistema di interesse 2. La percentuale di SE ottimale nel completo corso del progetto è circa 8-10% (INCOSE) 3. La qualità dell applicazione del SE incide sul progetto. (Non importa quanto si fa ma come lo si fa) 4. Una buona preparazione all inizio del progetto (Concept) incide grandemente sulle sorti dello stesso. Una maggiore analisi iniziale porta ad un migliore controllo del progetto (NASA) Una maggiore analisi iniziale minimizza i rischi. Decisioni sbagliate all inizio del progetto sono quelle che costano di più alla fine. 5. Una buona analisi iniziale è frutto di una visione sistemistica (Gli elementi, i sottosistemi, non sono definiti all inizio) => E necessario applicare tecniche di System Engineering per conoscere lo sviluppo tipico di un progetto. 6. Sempre di più spesso i system integrator richiedono il supporto delle istituzioni scientifiche nel system team L. Stringhetti 24

26 Life cycle di un progetto Per definizione, un progetto si sviluppa in un tempo finito di tempo. In questo intervallo si possono identificare sei naturali e differenti stadi (Stages). INCOSE Concept Development Production Utilization Support Retirement Descrizione (INCOSE/ISO15288) Definizione del progetto. Identificazione dei requisiti e loro analisi Finalizzazione dei requisiti, Disegno e progetto, costruzione e verifica Produzione, ispezione e verifica Validazione e Operazioni Mantenimento delle operazioni Fine del progetto L. Stringhetti 26

27 Life cycle di un progetto Nelle applicazioni spaziali, ma sempre di più anche in quelle a terra, si utilizza una terminologia che storicamente proviene dalla NASA, ma che l ESA ha tradotto in una serie di standard: ECSS. INCOSE ESA/ESO/NASA Descrizione ECSS Concept Pre A (o Fase 0) A B Studio Preliminare Studio Design Preliminare Development C Design e costruzione Production D Integration tests e lancio Utilization E Missione Support E Missione Retirement F Fine del progetto L. Stringhetti 27

28 Life cycle di un progetto: (ECSS ST 10 C) Gli standard ECSS vogliono stendere le linee guida per tutti gli stadi dei progetti e per tutti I processi tecnici (Discipline) che si applicano a ciascun stadio. In relazione al progetto bisogna applicare il processo di Tailoring. Qualcuno lo chiamerebbe buon senso System Products Processes People L. Stringhetti 28

29 Life cycle di un progetto: Definizione Stadi (ECSS ST 10 C) Phase 0: Mission analysis-need identification a. The system engineering organization shall support the customer in identifying his needs. b. The system engineering organization shall propose possible system concepts. c. The system engineering organization shall support the MDR and ensure implementation of the MDR actions. Phase A: Feasibility a. The system engineering organization shall finalise the expression of the needs identified in Phase 0. b. The system engineering organization shall propose solutions (including identification of criticalities and risks) to meet the perceived needs. c. The system engineering organization shall support the PRR and ensure implementation of PRR actions. Phase B: Preliminary definition a. The system engineering organization shall establish the system preliminary definition for the solution selected at end of Phase A. b. The system engineering organization shall demonstrate that the solution meets the technical requirements according to the schedule, the budget, the target cost and the organization requirements. c. The system engineering organization shall support the SRR and PDR, and ensure implementation of the SRR and PDR actions. L. Stringhetti 29

30 Life cycle di un progetto: Definizione Stadi (ECSS ST 10 C) Phase C: Detailed definition a. The system engineering organization shall establish the system detailed definition. b. The system engineering organization shall demonstrate its capability to meet the technical requirements of the system technical requirements specification. c. The system engineering organization shall support the CDR and ensure implementation of the CDR actions. Phase D: Qualification and production a. The system engineering organization shall finalize the development of the system by qualification and acceptance. b. The system engineering organization shall finalize the preparation for operations and utilization. c. The system engineering organization shall support QR and AR and ensure implementation of the QR and AR actions. Phase E: Operations / utilization a. The system engineering organization shall support the launch campaign. b..e spesso le operazioni Phase F: Retirement (Disposal) a. The system engineering organization shall support the entity in charge of the disposal following the terms of a business agreement. L. Stringhetti 30

31 Life cycle di un progetto: Schedula (Progetto completo) Phase 0. Si valutano i bisogni della comunità Phase A. Si valutano le prime possibili soluzioni Decisione Phase B. Si inizia a fare il design preliminari Decisione Phase C. Si finalizza il progetto Decisione Phase D. Si integrano i sottosistemi Decisione Phase D. Si Fanno i test Decisione Decisione Phase E. Si lancia e si procede con la valutazione Decisione Phase E. Si svolge la missione Decisione Phase F. IL progetto si chiude Decisione L. Stringhetti 31

32 Life cycle di un progetto: Schedula (Progetto completo) Phase 0. Si valutano i bisogni della comunità Phase A. Si valutano le prime possibili soluzioni Approval Phase B. Si inizia a fare il design preliminari Decisione Phase C. Si finalizza il progetto CDR Phase D. Si integrano i sottosistemi Decisione Phase D. Si Fanno i test Decisione Decisione Phase E. Si lancia e si procede con la valutazione Comm. Phase E. Si svolge la missione Decisione Phase F. IL progetto si chiude Lessons L. Stringhetti 32

33 Life cycle di un progetto: Schedula (Progetto completo) Phase 0. Si valutano i bisogni della comunità Phase A. Si valutano le prime possibili soluzioni Approval Phase B. Si inizia a fare il design preliminari PDR Phase C. Si finalizza il progetto CDR Phase D. Si integrano i sottosistemi TRR Phase D. Si Fanno i test TRB FAR Phase E. Si lancia e si procede con la valutazione Comm. Phase E. Si svolge la missione EOM Phase F. IL progetto si chiude Lessons L. Stringhetti 33

34 Vita Reale Per condurre una PTR con successo devi avere finalizzato il tuo VCD in modo che qualsiasi NCR o sia chiusa o per lo meno sia riconducibile a una ECR o un RFW. Nella ultima MOM il CM ha richiesto alla QA che tutti gli AI siano tracciati in modo che tutti i CI siano sotto controllo Il PM ha richiesto di produrre una nuova analisi di ETC prima della CDR da presentare al TRB L. Stringhetti 34

35 Vita Reale Regola del Pollice Per condurre una PTR con successo devi avere finalizzato il tuo VCD in modo che qualsiasi NCR o sia chiusa o per lo meno sia riconducibile a una ECR o un RFW. Nella ultima MOM il CM ha richiesto alla QA che tutti gli AI siano tracciati in modo che tutti i CI siano sotto controllo Il PM ha richiesto di produrre una nuova analisi di ETC prima della CDR da presentare al TRB Chi lavora nel ramo inizia a parlare per acronimi Preparatevi! L. Stringhetti 35

36 Life cycle di un progetto: Milestone Ci sono molti modi per controllare l andamento del progetto. Uno dei più diffusi è quello di mettere dei punti di controllo (Milestone) Inizio formale del progetto; (KOM - Kick Off Meeting) Coincide con l approval. Design reviews preliminare includendo anche i fornitori (Preliminary Design Reviews PDR) Review del design definitivo, prima Critical Design Reviews (CDR); Production reviews such as Manufacturing Readiness Reviews (MRR), Major Inspection Points (MIP). Key Integration Point (KIP); Test reviews come Test Readiness Reviews (TRR). In un progetto ce ne è tipicamente una di sistema e tante quante sono i sottosistemi. Test Review Boards (TRB). È il punto finale e solitamente per ogni TRR c è una TRB. Altre Payment Milestones legate a agreement contrattuali. L. Stringhetti 36

37 Life cycle di un progetto: Schedula (Diagramma di Gantt) John Gantt è un ingegnere Americano che ha inventato il diagramma di GANTT nei primi anni del Dal GANTT si possono individuare Importanti Milestone Attività critiche Durata e costo delle singole attività Interdipendenze delle attività Il diagramma di GANTT è una rappresentazione grafica dello sviluppo temporale di un progetto. E un comodo strumento perché fa parte del tipico dizionario dei Sistemisti ed è utilizzato Worldwide L. Stringhetti 37

38 Life cycle di un progetto: conclusioni Il progetto è una attività con un inizio e una fine temporale. Esso può essere diviso in sei stadi diversi: Concept, Development, Production, Utilization, Support e Retirement. Per ogni stadio si può individuare un diverso contributo di system engineering. Ma il System Engineer ha sempre un ruolo in tutti gli stadi del progetto Ogni stadio ha uno sviluppo ben individuato da una Decision Gate o Milestone Lo strumento più utilizzato per seguire lo sviluppo temporale di un progetto è la Schedula nella sua rappresentazione grafica di diagramma di GANTT Un controllo delle tempistiche dettagliato e preciso è richiesto dalla stessa natura della catena di fornitura dei progetti moderni. (Un integratore di piattaforma e tanti sotto contrattori) L. Stringhetti 38

40 Alcuni modelli di SE Esistono una serie di processi (tecnici, di agreement, di Organizzazione, e i progetto) che vengono applicati ai vari stadi di un progetto. Tutti i processi vengono applicati a ciascun stadio anche se in diverse percentuali. Come questi processi vengono applicati dipende dal modello adottato. Il sistema è compreso e si è capito cosa si vuole Il sistema fa quello che volevamo Tailoring Stakeholder Req. Definition Requirement Analysis Il sistema è costruito come specifica Verification Integration Validation Operation Processi di Life Cycle (INCOSE come da ISO 15288) L. Stringhetti 40

41 Alcuni modelli di SE: Il modello IID IID è un modello definito come incremental, iterative development Si sposa con progetti che hanno requisiti che non sono esplicitati chiaramente dall inizio Scopo è consegnare un prodotto al più presto possibile L IID è ottimo per progetti piccoli o per progetti dove la velocità (Time to Market) è una condizione importante per la riuscita del progetto Il progetto accetta diverse versioni del prodotto migliorative (Incrementali e iterative) Riconoscete qualcosa? L. Stringhetti 41

42 Alcuni modelli di SE: Il modello AGILE Il modello AGILE sposa il motto Faster, Better, Cheaper Manager e ingegneri devono lavorare giornalmente assieme. Meglio se localizzati Il miglior metodo per scambiare informazioni è quello face to face Si lavora a costant pace (Passo costante) Il miglior modo di misurare un passo è avere un prodotto funzionante Ad intervanti regolari il team si domanda come essere più efficienti e adatta il proprio comportamento di conseguenza Il Rover Team è stato il primo ad seguire i principi del metodo AGILE. L. Stringhetti 42

43 Alcuni modelli di SE: Il modello VEE System Stakeholder Requirements Definition Requirements Analysis AIT related Project Processes Project Planning Project Assessment & Control Decision Mgmt Risk Mgmt Configuration Mgmt Information Mgmt Measurement Science Validation Verification Architectural Design Integration Implementation Element Technical Processes Time L. Stringhetti 43

44 Alcuni modelli di SE: Il modello VEE System Element Stakeholder Requirements Definition Requirements Analysis Architectural Design AIT related Project Processes Project Planning Project Assessment & Control Decision Mgmt Risk Mgmt Configuration Mgmt Information Mgmt Measurement Implementatio n Technical Processes Science Validation Verification Integration Time Il VEE Model Validation and Verifivation Si usa per quei progetti che danno maggiore importanza agli stadi di Concept e Development. Come prima approssimazione nei progetti di astrofisica (o scientifici in generale) si possono applicare alle fasi A,B i processi nella parte a sinistra e C,D quelli nella parte a destra. Il VEE Model ha un approccio Top-Bottom per i processi di individuazione e analisi dei requisiti (dal Sistema al sottosistema), e un approccio opposto Bottom-UP per quanto riguarda la verifica (dal sottosistema al sistema) La V ha una certa larghezza. Questo identifica il fatto che ad un certo tempo, espresso da una linea verticale diversi processi tecnici possono coesistere in parallelo. L. Stringhetti 44

45 Conclusioni I moderni progetti di fisica e astrofisica vanno verso una direzione di elevata complessità, fortissima internazionalizzazione e budget elevati Tali processi necessitano di una certa disciplina che possa condurre il progetto a raggiungere gli obiettivi prefissi nei tempi e costi allocati Una disciplina che risponde a questi requisiti è quella del System Engineering Management, proprio perché è già attiva negli stadi iniziali del progetto quando è necessario la maggiore analisi dello stesso (NASA Report) La percentuale migliore di SE in un tipico progetto si attesta tra l 8 il 10% (Honour) Il futuro andrà verso un sempre maggior coinvolgimento degli scienziati nei system team dei Prime Contractor Nella moderna astrofisica il SE deve conoscere e seguire degli standard (ECSS, ISO 15288) Ci sono molti modi di applicare al meglio queste tecniche. Nessuna in principio è meglio di un altra, ma spetta al SE identificare quella che meglio si appresta al tipo di progetto Il SE deve quindi come prima cosa applicare il processo di Tailoring per capire quale metodo, e quale quantità, possa esser la migliore per i suoi scopi. (Buon Senso e regola delle tre P) L. Stringhetti 45

46 Link Interessanti per approfondire Sito di INCOSE International Council on System Engineering ( ) Si possono scaricare tutti gli standard ESA per lo spazio. Un documento interessante è ECSS-ST-10C System Engineering L. Stringhetti 46