Digital Twin-Enabling Architecture for Environmental Monitoring Systems: An MBSE Approach
Digital twin, Engenharia de sistemas baseada em modelos, Monitoramento ambiental, Twinning multinível, MBSE, Arcadia/Capella.
Esta tese investiga a integração de capacidades de Digital Twin (DT) em arquiteturas de sistemas de monitoramento ambiental utilizando Engenharia de Sistemas Baseada em Modelos (MBSE). Uma revisão sistemática da literatura foi conduzida para mapear as interações entre DT e MBSE. As interações foram categorizadas em dois tipos: DT baseado em MBSE, em que o DT é projetado utilizando a metodologia e as ferramentas do MBSE, e DT que utiliza modelos de sistema MBSE, em que o DT é desenvolvido após o sistema e consome modelos produzidos durante o processo de MBSE. Uma limitação comum identificada em ambas as categorias é a falta de orientação explícita para projetistas sobre como integrar o DT com a arquitetura do sistema. Para abordar essa lacuna, foi desenvolvida uma metodologia que incorpora explicitamente o modelo de DT de cinco dimensões de Tao et al. no desenvolvimento da arquitetura do sistema no Arcadia/Capella. A metodologia foi aplicada ao Sistema Perception, um sistema de coleta e monitoramento de dados por satélite para ativos estratégicos, incluindo biomas e infraestrutura crítica. Um modelo genérico completo foi desenvolvido em quatro níveis de engenharia do Arcadia, resultando em uma arquitetura de referência agnóstica em relação à tecnologia e independente de bioma. Um mapeamento entre as cinco dimensões do DT e os níveis de engenharia Arcadia demonstrou que as dimensões do DT emergem progressivamente desde a especificação operacional até a implementação física. O conceito de twinning multinível foi introduzido e demonstrado no piloto do Cerrado, no qual o modelo genérico foi instanciado para três ativos monitorados: o bioma Cerrado, a Unidade de Monitoramento Remoto e o satélite Perceive. O twinning multinível permite que o sistema monitore e suporte o futuro twinning da infraestrutura de monitoramento em conjunto com o ambiente monitorado. A arquitetura proposta é habilitadora de DT e não DT-completa, os modelos específicos de domínio e a implantação operacional são identificados como trabalhos futuros.