Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Evaluating the Impact of Design Changes in Remote Sensing Satellites Using Design Structure Matrix

Document Type : Original Research Paper

Author
Assistant Professor, Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Abstract
Designing complex systems, especially in the space industry, is accompanied by challenges such as changes in components and their interactions. This article aims to facilitate the design of complex systems by introducing and examining the design structure matrix (DSM). The design structure matrix, by analyzing the relationships between components, helps improve the speed of design and implement optimal changes in systems. This article discusses the features and analyses of this matrix, as well as its limitations and challenges. Two matrices are developed for a remote sensing satellite under study. The first matrix is designed to examine the influence of each component on the design of other components. In this matrix, all components are listed along both the rows and columns (meaning it's a square matrix), and if one component affects the design of another, this influence is indicated in the matrix. These effects are determined by the design team of each subsystem. Furthermore, both direct and indirect effects are considered in the formation of this matrix, and the calculation method is detailed in this paper. The second matrix examines the relationships between different components. These relationships include electrical, mechanical, data, or thermal connections, which are identified based on design blueprints and represented in the matrix. A matrix is also developed to assess the impact of each component on the design of other components, and efforts have been made to make this matrix practical by examining and weighting the effects of components on each other. With the help of these two matrices, the impact of changing one component (adding, removing, or altering the design) on other components is examined. Additionally, for better analysis, a case study is conducted. In this case study, the impact of adding a star sensor to the considered satellite is investigated and required technical changes for supporting on extra star sensor, such as data interface and power line or mechanical interface have been investigated. The defined matrices increase the design speed for more technical and precise analyses and provide the expert with the tool to apply changes in the system in less time and without creating excessive design cycles.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

ارزیابی تأثیر تغییرات طراحی در ماهواره‌های سنجشی با استفاده از ماتریس ساختار طراحی

Author Persian

محمد سینجلی
استادیار، پژوهشکده سامانه های ماهواره- پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
Abstract Persian

طراحی سیستم‌های پیچیده، به‌ویژه در صنعت فضایی، با چالش‌هایی مانند ایجاد تغییر در اجزا و تاثیر متقابل آنها همراه است. این مقاله با هدف تسهیل طراحی سیستم‌های پیچیده به معرفی و بررسی ماتریس طراحی (DSM) می‌پردازد. ماتریس ساختار طراحی با بررسی ارتباطات بین اجزاء، به بهبود سرعت طراحی و انجام تغییرات بهینه در سیستم‏ها کمک می‌کند. در این مقاله به ویژگی­­ها و تحلیل­های این ماتریس اشاره شده و محدودیت­ها و چالش­های آن را بیان می‏کند. سپس به کمک همین روش، دو ماتریس برای ماهواره سنجشی مورد مطالعه ترسیم می‏شود. ماتریس اول برای بررسی تاثیر هر جزء بر طراحی جزء دیگر می‏باشد. در این ماتریس تمامی اجزا در طول و عرض ماتریس قرار می‏گیرند(یعنی ماتریس مربعی) و در صورتی که یک جزء در طراحی جزء دیگر تاثیرگذار باشد، در ماتریس این تاثیر را نمایش می‏دهیم. این تاثیرات توسط تیم طراحی هر زیرسیستم تعیین می‏شود. همچنین تاثیرات مستقیم و غیر مستقیم در تشکیل این ماتریس لحاظ شده است که در این مقاله نحوه محاسبه آن تشریح شده‏است. در ماتریس دوم، ارتباطات بین اجزاء مختلف مورد بررسی قرار گرفته‏است. این ارتباطات شامل ارتباط الکتریکی، مکانیکی، داده‏ای یا حرارتی می‏باشد که با توجه به نقشه‏های طراحی این ارتباطات مشخص شده و در ماتریس مورد نظر نمایش داده‏ می‏شود.  که یک ماتریس برای بررسی تاثیر هر جزء در طراحی سایر اجزاء ترسیم شده که با توجه به بررسی‏های انجام شده و وزن­دهی به تاثیرات اجزاء بر یکدیگر  سعی در کاربردی شدن این ماتریس شده‏است. به کمک این دو ماتریس تاثیر تغییر یک جزء (اضافه شدن، حذف و یا تغییر در طراحی) بر سایر اجزاء مورد بررسی قرار می‏‏گیرد. همچنین برای بررسی بهتر، یک مطالعه‏ی موردی انجام شده است. در این مطالعه موردی،  تاثیر اضافه کردن یک سنسور ستاره بر روی ماهواره مورد نظر بررسی شده است و تغییرات مورد نیاز به منظور پشتیبانی از یک سنسور ستاره دیگر همانند تامین خط تغذیه، خط ارتباطی و.. نمایش داده شده است.  ماتریس‏های تعریف شده، سرعت طراحی را  برای بررسی‏های فنی‏تر و دقیق‏تر افزایش می‏دهد و به فرد خبره این ابزار را ارائه می‏دهد که در زمان کمتر و بدون ایجاد چرخه‏های طراحی بیش از حد، تغییرات را در سیستم اعمال نماید.

Keywords Persian

ماتریس طراحی (DSM)
ماهواره سنجشی
تغییرات سیستم
طراحی مفهومی
مدیریت تغییرات
[1]   S. D. Eppinger and T. R. Browning, Design Structure Matrix Methods And Applications. MIT Press, 2012.
[2]   R. R. Qureshi, D. N. Ford, and C. M. Wolf, "Descriptive design structure matrices for improved system dynamics qualitative modeling," System Dynamics Review, vol. 40, no. 4, 2024, Art. no. e1764, https://doi.org/10.1002/sdr.1764.
[3]   Y. Wang, S. Bian, L. Dong, and H. Li, "Multiresolution modeling of a modular building design process based on design structure matrix," Buildings, vol. 13, no. 9, 2023, Art. no. 2330, https://doi.org/10.3390/buildings13092330.
[4]   M. Danilovic and T. R. Browning, "Managing complex product development projects with design structure matrices and domain mapping matrices," International Journal of Project Management, vol. 25, no. 3, pp. 300-314, 2007, https://doi.org/10.1016/j.ijproman.2006.11.003.
[5]   N. Sangal, E. Jordan, V. Sinha, and D. Jackson, "Using dependency models to manage complex software architecture," in 20th Annual ACM SIGPLAN Conference on Object-Oriented Programming, Systems, Languages, and Applications, San Diego, USA, 2005, pp. 167-176, https://doi.org/10.1145/1094855.1094915.
[6]   T. Assawarungsri and N. Janthong, "An integration matrix for investigating the impact of design changes in mechatronic products," Designs, vol. 7, no. 1, 2023, Art. no. 16, https://doi.org/10.3390/designs7010016.
[7]   J. Tran, M. Stowe, M. Plattner, and M. Zimmermann, "Using the design structure matrix for space system design," in 21st International DSM Conference (DSM 2019), Monterey, California, 2019, pp. 1-10, https://doi.org/10.35199/dsm2019.17.
[8]   N. Chitsaz and M. Efatmaneshnik, "Design structure matrix for design assurance and management: The case of CubeSats," in International Systems Conference (SysCon), Vancouver, BC, Canada, 2023, pp. 1-5, https://doi.org/10.1109/SysCon53073.2023.10131105.
[9]   T. Boudouh and O. Grunder, "A new algorithm for the optimization of the design process using the design structure matrix," Applied Mechanics and Materials, vol. 760, pp. 39-44, 2015, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.760.39.
[10] B. Shekar, R. Venkataram, and B. Satish, "Managing complexity in aircraft design using design structure matrix," Concurrent Engineering, vol. 19, no. 4, pp. 283-294, 2011, https://doi.org/10.1177/1063293X11426461.
[11]H. Naseh, F. J. Amleshi, A. Mahmoodi, N. M. Bdizi, and M. R. Bakhtiari, "Multi-objective optimization of satellite power supply subsystem based on  mass and power production," Aerospace Knowledge and Technology Journal, vol. 12, no. 2, pp, 231-244, 2023.
Volume 18, Issue 2
2025
Pages 24-40

  • Receive Date 22 October 2024
  • Revise Date 22 February 2025
  • Accept Date 03 March 2025
  • First Publish Date 16 April 2025