Войти
Методы системной инженерии используются в сложных проектах: проектирование космических аппаратов, проектирование компьютерных микросхем, робототехника, интеграция программного обеспечения и строительство мостов. Системная инженерия использует множество инструментов, включая моделирование и симуляцию, анализ требований и планирование для управления сложностью. Системная инженерия - это междисциплинарная область проектирования и инженерного менеджмента, которая фокусируется на том, как проектировать, интегрировать и управлять сложными системами на протяжении их жизненного цикла. По своей сути, системная инженерия использует принципы системного мышления для организации всей совокупности знаний. Индивидуальный результат таких усилий, спроектированная система, может быть определена как комбинация компонентов, которые работают в синергии для коллективного выполнения полезной функции.
Такие вопросы, как разработка требований, надежность, логистика, координация различных команд, тестирование и оценка, ремонтопригодность и многие другие дисциплины, необходимые для успешного проектирования, разработки, внедрения и окончательного вывода системы из эксплуатации, становятся более сложными при работе с большими или сложными проектами. Системная инженерия занимается рабочими процессами, методами оптимизации и инструментами управления рисками в таких проектах. Она перекрывает технические и антропогенные центрируются дисциплины, такие как промышленное строительство, процесс проектирования систем, машиностроение, технологии машиностроение, производства техника, техника управления, программная инженерия, электротехника, кибернетика, аэрокосмическая техника, организационные исследования, гражданское строительство и управление проектами. Системная инженерия гарантирует, что все возможные аспекты проекта или системы рассмотрены и интегрированы в единое целое.
Процесс системного проектирования - это процесс открытия, который сильно отличается от производственного процесса. Производственный процесс ориентирован на повторяющиеся действия, позволяющие достичь высокого качества продукции с минимальными затратами и временем. Процесс системного проектирования должен начинаться с обнаружения реальных проблем, которые необходимо решить, и определения наиболее вероятных или наиболее значимых отказов, которые могут произойти - системное проектирование включает поиск решений этих проблем.
QFD House of Quality for Enterprise Product Development Processes Термин « системная инженерия» восходит к 1940-м годам в Bell Telephone Laboratories. Необходимость идентифицировать и управлять свойствами системы в целом, которые в сложных инженерных проектах могут сильно отличаться от суммы свойств частей, побудила различные отрасли промышленности, особенно те, которые разрабатывают системы для вооруженных сил США, применять эту дисциплину.
Когда больше нельзя было полагаться на эволюцию дизайна для улучшения системы, а существующих инструментов было недостаточно для удовлетворения растущих требований, начали разрабатываться новые методы, напрямую решающие эту сложность. Продолжающаяся эволюция системной инженерии включает разработку и идентификацию новых методов и методов моделирования. Эти методы помогают лучше понять проектирование и контроль разработки инженерных систем по мере их усложнения. В это время были разработаны популярные инструменты, которые часто используются в контексте системной инженерии, включая USL, UML, QFD и IDEF 0.
В 1990 году представители ряда корпораций и организаций США основали профессиональное сообщество системной инженерии - Национальный совет по системной инженерии (NCOSE). NCOSE был создан для удовлетворения потребности в улучшении практики системной инженерии и обучения. В результате растущего участия системных инженеров за пределами США в 1995 году название организации было изменено на Международный совет по системной инженерии (INCOSE). Школы в нескольких странах предлагают программы для выпускников по системной инженерии, а также есть варианты повышения квалификации. также доступно для практикующих инженеров.
| Некоторые определения |
|---|
| Саймон Рамо, которого некоторые считают основателем современной системной инженерии, определил эту дисциплину как: «... отрасль инженерии, которая концентрируется на проектировании и применении целого в отличие от частей, рассматривая проблему в целом, принимая во внимание все аспекты и переменные и связывая социальное с технологическим ». - Покоряя сложность, 2004. |
| «Междисциплинарный подход и средства, позволяющие реализовать успешные системы» - Справочник INCOSE, 2004 г. |
| «Системная инженерия - это надежный подход к проектированию, созданию и эксплуатации систем. Проще говоря, этот подход состоит из идентификации и количественной оценки целей системы, создания альтернативных концепций проектирования систем, выполнения сделок по проектированию, выбора и реализации лучший дизайн, проверка того, что проект правильно построен и интегрирован, а также оценка после внедрения того, насколько хорошо система соответствует (или достигла) целей ». - Справочник по системной инженерии НАСА, 1995. |
| «Искусство и наука создания эффективных систем с использованием целостной системы, принципов целостной жизни» ИЛИ «Искусство и наука создания оптимальных систем решения сложных вопросов и проблем» - Дерек Хитчинс, профессор системной инженерии, бывший президент INCOSE ( Великобритания), 2007. |
| «Концепция с инженерной точки зрения - это эволюция ученого-инженера, то есть ученого широкого профиля, придерживающегося широкого кругозора. Это метод командного подхода. По проблемам крупномасштабных систем, группы ученых и инженеров, универсалы а также специалисты прилагают совместные усилия для поиска решения и его физической реализации... Этот метод по-разному называют системным подходом или методом командной разработки ». - Гарри Х. Гуд и Роберт Э. Махол, 1957. |
| «Метод системной инженерии признает, что каждая система является интегрированным целым, даже если она состоит из разнообразных специализированных структур и подфункций. Он также признает, что любая система имеет ряд целей и что баланс между ними может сильно различаться от системы к системе. Эти методы направлены на оптимизацию общих функций системы в соответствии с взвешенными целями и достижение максимальной совместимости ее частей ». - Инструменты системного проектирования, Гарольд Честнат, 1965. |
Системная инженерия означает только подход, а в последнее время - инженерное дело. Цель обучения системной инженерии - просто формализовать различные подходы и при этом выявить новые методы и исследовательские возможности, аналогичные тем, которые используются в других областях инженерии. Как подход, системная инженерия носит целостный и междисциплинарный характер.
Традиционная область инжиниринга охватывает концепцию, проектирование, разработку, производство и эксплуатацию физических систем. Системная инженерия, как это изначально задумывалось, входит в эту сферу. «Системная инженерия» в этом смысле означает создание инженерных концепций.
Использование термина «системный инженер» со временем эволюционировало, чтобы охватить более широкую, более целостную концепцию «систем» и инженерных процессов. Эта эволюция определения была предметом постоянных споров, и этот термин продолжает применяться как к более узкому, так и к более широкому охвату.
Традиционная системная инженерия рассматривалась как отрасль инженерии в классическом смысле, то есть применительно только к физическим системам, таким как космические корабли и самолеты. В последнее время системная инженерия приобрела более широкий смысл, особенно когда люди рассматривались как важнейший компонент системы. Checkland, например, улавливает более широкий смысл системной инженерии, заявляя, что «инженерия» «может быть прочитана в ее общем смысле; вы можете спланировать встречу или политическое соглашение».
В соответствии с более широким объемом системной инженерии, свод знаний системной инженерии (SEBoK) определил три типа системной инженерии: (1) Системная инженерия продукта (PSE) - это традиционная системная инженерия, ориентированная на проектирование физических систем, состоящих из аппаратного обеспечения. и программное обеспечение. (2) Корпоративная системная инженерия (ESE) относится к представлению предприятий, то есть организаций или комбинаций организаций, как систем. (3) Разработка сервисных систем (SSE) связана с проектированием сервисных систем. Checkland определяет систему обслуживания как систему, которая задумана как обслуживающая другую систему. Большинство систем гражданской инфраструктуры - это системы обслуживания.
Системная инженерия фокусируется на анализе и выявлении потребностей клиентов и требуемой функциональности на ранних этапах цикла разработки, документировании требований, затем продолжении синтеза проекта и валидации системы с учетом всей проблемы, жизненного цикла системы. Это включает полное понимание всех вовлеченных заинтересованных сторон. Оливер и др. утверждают, что процесс системной инженерии можно разложить на
В модели Оливера целью процесса управления является организация технических усилий в жизненном цикле, в то время как технический процесс включает оценку доступной информации, определение мер эффективности, создание модели поведения, создание модели структуры, выполнение анализа компромиссов и т. Д. и создать план последовательной сборки и тестирования.
В зависимости от их применения, хотя существует несколько моделей, которые используются в отрасли, все они направлены на определение взаимосвязи между различными этапами, упомянутыми выше, и включение обратной связи. Примеры таких моделей включают модель водопада и модель VEE (также называемый V модель).
Разработка системы часто требует участия различных технических дисциплин. Предоставляя системный ( целостный ) взгляд на усилия по разработке, системная инженерия помогает объединить всех технических участников в единую командную работу, формируя структурированный процесс разработки, который переходит от концепции к производству к эксплуатации и, в некоторых случаях, к прекращению и утилизации.. При приобретении целостная интеграционная дисциплина сочетает в себе вклад и баланс между затратами, графиком и производительностью, сохраняя при этом приемлемый уровень риска, охватывающий весь жизненный цикл элемента.
Эта точка зрения часто воспроизводится в образовательных программах, где курсы системной инженерии преподаются преподавателями других инженерных факультетов, что помогает создать междисциплинарную среду.
Потребность в системном проектировании возникла с увеличением сложности систем и проектов, что, в свою очередь, экспоненциально увеличивало возможность трения компонентов и, следовательно, ненадежность конструкции. Говоря в этом контексте, сложность включает не только инженерные системы, но и логическую человеческую организацию данных. В то же время система может стать более сложной из-за увеличения размера, а также из-за увеличения количества данных, переменных или количества полей, задействованных в дизайне. Международная космическая станция является примером такой системы.
Международная космическая станция является примером очень сложной системы, требующей инженерно - технических систем. Разработка более интеллектуальных алгоритмов управления, конструкция микропроцессоров и анализ систем окружающей среды также входят в сферу системной инженерии. Системная инженерия поощряет использование инструментов и методов для лучшего понимания сложности систем и управления ими. Некоторые примеры этих инструментов можно увидеть здесь:
Применение междисциплинарного подхода к инженерным системам по своей сути сложно, поскольку поведение и взаимодействие между компонентами системы не всегда сразу четко определяется или понимается. Определение и характеристика таких систем и подсистем и взаимодействий между ними - одна из целей системной инженерии. При этом успешно устраняется разрыв между неформальными требованиями пользователей, операторов, маркетинговых организаций и техническими спецификациями.
Объем работ по системному проектированию Один из способов понять мотивацию системной инженерии - это рассматривать ее как метод или практику для выявления и улучшения общих правил, существующих в самых разных системах. Помня об этом, принципы системной инженерии - холизм, эмерджентное поведение, границы и др. - могут применяться к любой системе, сложной или иной, при условии, что системное мышление используется на всех уровнях. Помимо обороны и аэрокосмической промышленности, многим компаниям, работающим в сфере информационных и технологических технологий, компаниям по разработке программного обеспечения и отраслям в области электроники и связи, требуются системные инженеры в составе своей команды.
Анализ, проведенный Центром передового опыта системной инженерии INCOSE (SECOE), показывает, что оптимальные усилия, затрачиваемые на системную инженерию, составляют около 15–20% от общих усилий по проекту. В то же время исследования показали, что системная инженерия по существу приводит к снижению затрат среди других преимуществ. Однако до недавнего времени не проводилось крупномасштабных количественных исследований, охватывающих широкий спектр отраслей. Такие исследования проводятся для определения эффективности и количественной оценки преимуществ системной инженерии.
Системная инженерия поощряет использование моделирования и симуляции для проверки предположений или теорий о системах и взаимодействиях внутри них.
Использование методов, позволяющих раннее обнаружение возможных отказов в технике безопасности, интегрировано в процесс проектирования. В то же время решения, принятые в начале проекта, последствия которых не совсем понятны, могут иметь огромное значение в дальнейшем в жизненном цикле системы, и задача современного системного инженера - исследовать эти проблемы и принимать важные решения. Ни один метод не гарантирует, что сегодняшние решения будут по-прежнему действительны, когда система будет введена в эксплуатацию через годы или десятилетия после ее создания. Однако есть методы, поддерживающие процесс системной инженерии. Примеры включают в себя методологию мягких систем, Джей Райт Forrester «s Системная динамику методы, а Unified Modeling Language (UML) -вс в настоящее время изучается, оценивается и разработан для поддержки процесса инженерного решения.
Образование в области системной инженерии часто рассматривается как дополнение к обычным инженерным курсам, что отражает отношение отрасли к тому, что студентам-инженерам требуется базовая подготовка в одной из традиционных инженерных дисциплин (например, аэрокосмическая инженерия, гражданское строительство, электротехника, машиностроение, производство инжиниринг, промышленная инженерия, химическая инженерия ) - плюс практический, реальный опыт, позволяющий эффективно работать в качестве системных инженеров. Количество университетских программ бакалавриата, посвященных системной инженерии, растет, но они остаются редкостью: степени, включающие такой материал, чаще всего представлены как степень бакалавра в области промышленной инженерии. Обычно программы (либо сами по себе, либо в сочетании с междисциплинарным обучением) предлагаются, начиная с уровня выпускника, как по академическим, так и по профессиональным направлениям, что приводит к получению степени магистра / ученого или доктора философии. / EngD степень.
INCOSE в сотрудничестве с Исследовательским центром системной инженерии в Технологическом институте Стивенса поддерживает регулярно обновляемый каталог всемирных академических программ в надлежащим образом аккредитованных учреждениях. По состоянию на 2017 год в нем перечислены более 140 университетов в Северной Америке, предлагающих более 400 программ бакалавриата и магистратуры в области системной инженерии. Широко распространенное институциональное признание этой области как отдельной дисциплины появилось совсем недавно; в выпуске того же издания за 2009 год сообщается, что количество таких школ и программ составляет только 80 и 165 соответственно.
Образование в области системной инженерии можно рассматривать как системно-ориентированное или предметно-ориентированное:
Оба этих паттерна стремятся обучить системного инженера, способного контролировать междисциплинарные проекты с глубиной, необходимой для основного инженера.
Инструменты системной инженерии - это стратегии, процедуры и методы, которые помогают выполнять системную инженерию проекта или продукта. Назначение этих инструментов варьируется от управления базами данных, графического просмотра, моделирования и рассуждений до создания документов, нейтрального импорта / экспорта и многого другого.
Существует множество определений того, что такое система в области системной инженерии. Ниже приведены несколько авторитетных определений:
Процессы системного проектирования охватывают все творческие, ручные и технические действия, необходимые для определения продукта и которые необходимо выполнить для преобразования определения системы в достаточно подробную спецификацию проектирования системы для производства и развертывания продукта. Проектирование и разработку системы можно разделить на четыре этапа, каждый из которых имеет разные определения:
В зависимости от области применения инструменты используются на различных этапах процесса системного проектирования:
Модели играют важную и разнообразную роль в системной инженерии. Модель может быть определена несколькими способами, в том числе:
Вместе эти определения достаточно широки, чтобы охватить физические инженерные модели, используемые при проверке проекта системы, а также схематические модели, такие как функциональная блок-схема и математические (т.е. количественные) модели, используемые в процессе изучения торговли. Этот раздел посвящен последнему.
Основная причина использования математических моделей и диаграмм в исследованиях торговли заключается в предоставлении оценок эффективности системы, производительности или технических характеристик, а также стоимости на основе набора известных или поддающихся оценке количеств. Как правило, требуется набор отдельных моделей, чтобы предоставить все эти переменные результата. Суть любой математической модели - это набор значимых количественных соотношений между ее входами и выходами. Эти отношения могут быть такими простыми, как сложение составляющих величин для получения общей суммы, или такими сложными, как набор дифференциальных уравнений, описывающих траекторию космического корабля в гравитационном поле. В идеале отношения выражают причинно-следственную связь, а не только корреляцию. Кроме того, ключом к успешной деятельности по системному проектированию также являются методы, с помощью которых эти модели эффективно и действенно управляются и используются для моделирования систем. Однако различные области часто представляют собой повторяющиеся проблемы моделирования и симуляции для системной инженерии, и новые достижения направлены на перекрестное использование методов среди различных научных и инженерных сообществ под названием «Моделирование и системная инженерия на основе моделирования».
Первоначально, когда основной целью системного инженера является понимание сложной проблемы, графические представления системы используются для передачи функциональных требований системы и требований к данным. Общие графические представления включают:
Графическое представление связывает различные подсистемы или части системы через функции, данные или интерфейсы. Любой или каждый из вышеперечисленных методов используется в отрасли в зависимости от требований. Например, диаграмма N2 может использоваться там, где важны интерфейсы между системами. На этапе проектирования создается структурная и поведенческая модели системы.
После того, как требования поняты, теперь ответственность за их уточнение лежит на системном инженере и вместе с другими инженерами определить лучшую технологию для работы. На этом этапе, начиная с исследования торговли, системная инженерия поощряет использование взвешенного выбора для определения наилучшего варианта. Матрица решения, или метод Pugh, является одним из способов ( QFD является другим), чтобы сделать этот выбор, а с учетом всех критериев, которые являются важными. Торговое исследование, в свою очередь, информирует дизайн, который снова влияет на графическое представление системы (без изменения требований). В процессе SE этот этап представляет собой итерационный этап, который выполняется до тех пор, пока не будет найдено допустимое решение. Матрица решений часто заполняется с использованием таких методов, как статистический анализ, анализ надежности, системная динамика (управление с обратной связью) и методы оптимизации.
Язык моделирования систем (SysML), язык моделирования, используемый для приложений системной инженерии, поддерживает спецификацию, анализ, проектирование, проверку и валидацию широкого спектра сложных систем.
Язык моделирования жизненного цикла (LML) - это язык моделирования с открытым стандартом, разработанный для системного проектирования, который поддерживает полный жизненный цикл: этапы концептуального, использования, поддержки и вывода из эксплуатации.
Многие связанные области можно считать тесно связанными с системным проектированием. Следующие области внесли свой вклад в развитие системной инженерии как отдельного объекта:
