完全自主的空间任务操作需要具备在没有人工干预的情况下检测故障并进行补偿的能力。为了解决这一挑战并为系统设计和操作提供基于模型的支持，连接故障管理(FM)与基于模型的系统工程(MBSE)至关重要。这种方法通过利用NASA的HelioSwarm任务早期设计信息，成功展示了基于模型的故障模式和影响分析及故障树的生成。随着NASA在阿尔忒弥斯计划和未来深空科学任务中不断推进空间旅行的边界，系统的自主性和弹性必然成为关键技术需求。自主操作需要故障管理(FM)软件，以检测太空中发生的问题，从而在没有人工干预的情况下进行自动缓解。设计自主任务需要一种多学科的方法，将故障管理(FM)与用于任务设计的基于模型的系统工程(MBSE)方法相结合，以确保在设计阶段构建、建模和集成弹性和容错系统。为满足这一需求，NASA向Qualtech Systems Inc. (QSI)颁发了第二阶段小企业创新研究(SBIR)合同，以开发FM能力并增强其商业可用工具集TEAMS®（此产品源于该公司早期NASA赞助的SBIR工作商业化）。这一努力中最重要的任务之一是将系统健康管理(SHM)与故障管理(FM)连接到系统工程(SE)过程中。SHM/FM共同组成了一套机制，确保通过防止故障发生或在发生时及时检测和缓解来实现任务目标。SE过程协调、交叉检查和集成系统要素，以实现任务目标，并在系统的设计、规范、验证与确认(V&V)过程中至关重要。NASA通常为其SE过程采用基于模型的方法，使用系统建模语言(SysML)作为框架。尽管SHM/FM与SE在实践中具有内在的密切关系，但SHM/FM的实践通常未能与SE紧密集成。通常，SHM/FM仅在设计完一个名义系统之后才被纳入，这本质上使得SHM/FM成为问题发生后的修补，而没有考虑如何防止问题的发生。此外，SE和SHM/FM通常涉及不同的主题专家，这些专家拥有各自孤立的知识库。这种情况可能导致使用建模方法和分析过程产生不一致的结果，可能导致整个任务生命周期中的低效率。由NASA资助的QSI团队的方法从项目开始时将SHM/FM直接集成到MBSE过程中。这种方法能够在操作环境中评估FM设计，展示SHM/FM方案如何缓解模拟组件级物理和功能故障的影响。这项技术还促进了评估各种FM架构在设计阶段的优缺点的交易研究。在这项SBIR努力中，QSI与SysML v2提交团队(SST)合作——这是一个由终端用户、供应商、学术界和政府联络人组成的多样化团队，参与SysML v2的规格开发，这是SysML的最新版本。QSI团队将FM概念和建模标准纳入SysML v2中，然后展示了SysML v2模型如何转化为QSI工具集生成的故障空间模型。该能力使系统工程师能够使用QSI的商业建模工具集，分析在SysML v2中捕获的系统设计的FM方面。通过捕获故障的原因和影响，QSI的工具集使任务设计人员能够执行故障模式、影响与关键性分析(FMECAs)和故障树分析(FTAs)，以分析、量化和改善系统的诊断能力与可用性。此外，该工具集根据这些分析的结果，推荐设计改进（例如，航天器上传感器的最优位置），并以行业标准格式提供这些建议，便于理解和纳入设计。在这项SBIR努力中，QSI的工具集还进行了增强，以与MBSE框架接口，并促进FM概念在任务设计中的创建、评估和选择。该工具集现在使得FM概念可以在设计过程的早期进行测试，以便在系统设计中内置足够的检测和诊断，这可能降低开发总成本，促进任务团队成员之间的更好沟通与协调，并降低开发风险（成本和进度）。