Satura rādītājs:
Sistēmu inženierija ir būtiska jebkura inženierijas nozares projekta sastāvdaļa; neatkarīgi no tā, vai tas ražo vienu vienkāršu sastāvdaļu, vai arī izstrādā sarežģītu produktu, piemēram, automašīnu vai lidmašīnu. Labi izveidotas organizācijas, piemēram, NASA un BAE Systems, uzsver sistēmu inženierijas nozīmi, lai izpildītu prasības un gūtu panākumus misijās un projektos. Bet kas tieši ir sistēmu inženierija un kādu lomu tā spēlē aviācijas un kosmosa industrijā?
Lai atbildētu uz šo jautājumu, apsveriet, kas ir sistēma. Saskaņā ar MIL-HBK-338B elektroniskās uzticamības dizaina rokasgrāmatu sistēma ir:
"Iekārtu, iemaņu un paņēmienu kopums, kas spēj izpildīt vai atbalstīt operatīvo lomu vai abus." (Aizsardzības departaments, 1998)
Sistēmai nav obligāti jābūt tik sarežģītai kā transportlīdzeklim vai datoram, un tā var būt daļa no lielākas, sarežģītākas sistēmas. Tam pat nav jābūt cilvēka darinātam; Saules sistēma ir dabisks sistēmas piemērs, savukārt automašīnu bremzes ir atsevišķa sistēma, kas dod ieguldījumu kā lielāka sistēmas sastāvdaļa. Sistēma ir komponentu kopums, kas strādā kopā, lai apstrādātu ievadi, lai izveidotu izvadi.
Sistēmas var sadalīt vairākās mazākās sistēmās un apakšsistēmās, kas specializējas dažādās jomās, lai nodrošinātu, ka visa sistēma atbilst tās prasībām un specifikācijām. Šo sistēmu hierarhiju var izveidot, lai sadalītu galvenās sistēmas prasības mazākos un vieglāk pārvaldāmos komponentos, kurus var sadalīt starp šīm specializētajām apakšsistēmām.
1. attēls - Sistēmu hierarhijas piemērs. (Moir & Seabridge, 2013)
Lai nodrošinātu visu komponentu kopīgu darbību kopējā sistēmā, ir nepieciešama liela saziņa un integrācija starp apakšsistēmām. Šeit rodas sistēmu inženierija. Starptautiskā sistēmu inženierijas padome (INCOSE) sistēmu inženieriju raksturo šādi:
“Starpdisciplināra pieeja un līdzekļi veiksmīgu sistēmu realizēšanai. Tas koncentrējas uz klientu vajadzību un nepieciešamās funkcionalitātes noteikšanu izstrādes cikla sākumā, prasību dokumentēšanu, pēc tam turpinot dizaina sintēzi un sistēmas validāciju, vienlaikus ņemot vērā visu problēmu. ” (IESAISTĪT)
Sistēmu inženierija ir „holistiska un integrējoša”, un tā pārvar plaisu saziņā starp dažādām apakšsistēmām, „lai izveidotu saskaņotu veselumu” (NASA, 2009). Tā kā apakšsistēmas ir specializētas un koncentrējas uz vienu galvenās sistēmas jomu, sistēmu inženierija ir vispārīgāka un izmanto vairāk mērķtiecīgu pieeju, aplūkojot plašāku ainu, lai nodrošinātu, ka apakšsistēmas efektīvi apvienojas, lai noteiktajā termiņā izveidotu galīgo galveno sistēmu. un budžets.
Sistēmu inženierija aviācijā
Organizācijām tādās nozarēs kā automobiļu un kosmosa nozare sistēmu inženierija šķiet īpaši noderīga, lai identificētu alternatīvus risinājumus, novērstu neparedzētas problēmas un nodrošinātu, ka klients ir apmierināts ar gatavā produkta kvalitāti. Turklāt INCOSE norāda, ka “efektīva sistēmu inženierijas izmantošana var ietaupīt vairāk nekā 20% no projekta budžeta” (INCOSE, 2009). Sistēmu inženierijas programmatūra tagad ļauj uzņēmumiem pārbaudīt koncepciju modeļus atbilstoši klientu prasībām, izmantojot virtuālās simulācijas, un sagatavot dokumentētus drošības pierādījumus tādu sertifikācijas struktūru novērtējumiem kā Civilās aviācijas pārvalde (CAA) (3dsCATIA, 2011). Tas palīdz samazināt materiālu atkritumus, pārbaudot prototipus, modifikācijas un iespējamo nodošanu metāllūžņos, un padara procesu no idejas līdz produktam daudz ātrāku un efektīvāku.
Sistēmas inženiera mērķis ir palīdzēt klientam pareizi izprast radušos problēmu un sagatavot problēmas risinājumus, no kuriem klients var izvēlēties. Pēc tam sistēmu inženieris var vadīt un virzīt dažādus projekta komandas departamentus šī risinājuma ieviešanas mērķa sasniegšanai, sākot ar vēlamo rezultātu, lai noteiktu nepieciešamos datus, un pēc tam pastāvīgi atsaucoties uz klientu prasībām, lai pārliecinātos, ka galīgā sistēma atbilst tā specifikācijas. Šim nolūkam sistēmu inženierim ir jābūt dažādām prasmēm un īpašībām, tostarp:
- Plaša tehniskā kompetence: sistēmu inženieriem nepieciešama fundamentāla izpratne par lielāko daļu, ja ne par visām, dažādām apakšsistēmām, un vēlme uzzināt vairāk par šīm jomām;
- Novērtējums par procesa vērtību un vispārējiem mērķiem, kas jāsasniedz, lai sasniegtu gala mērķi, un spēju šos mērķus adresēt apakšsistēmas komandām;
- Pašpārliecināts līderis, bet arī spēcīgs un pārliecinošs komandas loceklis. Harolds Bels no NASA galvenās mītnes liek domāt, ka "izcils sistēmu inženieris pilnībā izprot un pielieto vadības mākslu, un viņam ir pieredze un rētaudi, mēģinot nopelnīt vadītāja zīmi no savas komandas" (NASA, 2009);
- Problēmu risināšanas un kritiskās domāšanas prasmes;
- Ārkārtas komunikācijas un aktīvās klausīšanās prasmes un spēja izveidot visas sistēmas savienojumus;
- Spēja izmantot uz mērķi orientētu pieeju, nevis tehnisku vai hronoloģisku ieskatu: sistēmu inženieris aplūko produkciju, lai noteiktu nepieciešamos ieguldījumus projektam, un jāspēj redzēt lielāku ainu, koncentrējoties tikai uz mazākām detaļām kad nepieciešams;
- Ērti ar izmaiņām un nenoteiktību: pēc NASA domām, sistēmu inženieriem ir jāsaprot un jāveicina nenoteiktības noteikšana komandās, lai izstrādātu sistēmu, kas ņemtu vērā šīs nenoteiktības (NASA, 2009);
- Radošums un inženierijas instinkts, lai atrastu labāko veidu, kā atrisināt problēmu, vienlaikus novērtējot riskus un sekas;
- Pareiza paranoja: gaidot labāko, bet piesardzības nolūkos domājot par sliktāko scenāriju un plānojot to.
Dažus no sistēmu inženiera uzvedības raksturlielumiem var apkopot vienā atribūtā: sistēmu domāšana. Sistēmisko domāšanu pirmo reizi 1956. gadā nodibināja MIT profesors Džejs Foresters, kurš atzina vajadzību pēc labākām metodēm jaunu ideju par sociālajām sistēmām testēšanai līdzīgi, kā var pārbaudīt inženierzinātņu idejas (Aronson). Sistēmiskā domāšana ir vispārīgu principu kopums, kas cilvēkiem ļauj izprast un pārvaldīt sociālās sistēmas un tās pilnveidot.
Sistēmiskās domāšanas pieeja būtiski atšķiras no tradicionālo formu analīzes. Pirmkārt, tradicionālā analīze koncentrējas uz redukcionismu - galvenās sistēmas daļu samazināšanu (sauktas arī par holoniem) līdz arvien samazinošām sastāvdaļām (Kasser & Mackley, 2008). Turpretī sistēmiskā domāšana aplūko plašāku ainu un to, kā sistēma vai tā daļa mijiedarbojas ar citiem holoniem, un atzīst cilpas un attiecības starp holoniem. Tā rezultātā bieži var izdarīt izteikti atšķirīgus secinājumus nekā tie, kas iegūti, izmantojot tradicionālās analītiskās metodes, bet tas var arī palīdzēt noteikt holonu uzvedību un nevēlamu rezultātu iespējamību - gaidot negaidītu. Veicot šīs darbības, kļūst vieglāk atrast jaunus un efektīvākus risinājumus sarežģītām un atkārtotām problēmām,vienlaikus uzlabojot koordināciju organizācijas iekšienē.
Rūpniecībā sistēmu inženieriem ir jāsadarbojas ar vairākām dažādām ieinteresētajām personām, kurām katrai ir sava perspektīva vajadzīgā produkta projektēšanai un attīstībai. Piemēram, ja aviācijas un kosmosa organizācija izpētītu jauna civilā gaisa kuģa koncepcijas izstrādi, tajā būtu plašs ieinteresēto personu loks, tostarp materiālu un pakalpojumu piegādātāji, pasažieri un gaisa apkalpe, kā arī sertifikācijas iestādes, kā arī projektā tieši iesaistītā inženieru komanda. 2. attēlā ir parādītas civilās aviācijas sistēmas tipiskās ieinteresētās personas, sadalot tās četrās galvenajās sistēmas saskarnēs: sociālekonomiskā, regulatīvā, inženiertehniskā un cilvēku. Identificējot šīs saskarnes, sistēmu inženieri var plānot, kad nepieciešama mijiedarbība ar konkrētām sistēmām, un vienkāršot izstrādi un darbības,visa procesa dokumentēšana.
2. attēls - tipiskas ieinteresētās puses civilās aviācijas sistēmā. (Moir & Seabridge, 2013)
Katra ieinteresētā puse ir savstarpēji atkarīga no citiem tajā pašā saskarnē. Piemēram, piesakoties tipa sertifikātam, ir jāražo vairāki prototipi, lai tiem veiktu dažādus testus, un pēc projekta apstiprināšanas ir jāsastāda apkopes programma, lai nodrošinātu nepārtrauktu lidojumderīgumu. Tas tiek iesniegts kopā ar prototipa testa rezultātiem regulatoriem, kuri, ja ir apmierināti ar prototipa drošības, veselības un vides aspektiem, apstiprina prototipu un lidojumderīguma iestāde piešķir tipa sertifikātu (MAWA, 2014). Pēc tam ir jāievēro citi noteikumi, lai gaisa kuģis saglabātu sava tipa sertifikātu un lidojumderīguma sertifikātu, vai arī tas tiks uzskatīts par nedrošu lidot.Tāpēc sistēmu inženieriem ir jāsaprot noteikumi, kas gaisa kuģim ir jāatbilst visā tā ekspluatācijas laikā, un jāplāno metodes, kā uzturēt lidojumderīgumu.
Sistēmas inženiera darbs nebeidzas, kad koncepcija ir kļuvusi par produktu. Pēc tam viņiem ir jāsadarbojas ar tehniskās apkopes komandu, lai produkts būtu drošs un izmantojams līdz brīdim, kad tas vairs nedarbojas. 3. attēlā parādīts gaisa kuģa dzīves cikls no Civilās aviācijas pārvaldes (CAA) viedokļa un veids, kā aeronavigācijas sistēmu inženieriem un produktu vadītājiem būtu jāsadarbojas ar CAA visā dzīves ciklā.
3. attēls - Lidmašīnas dzīves cikls (Jaunzēlandes Civilās aviācijas pārvalde, 2009)
Visu to ietīt
Sistēmu inženierija ir "izšķiroša pamatkompetence" panākumiem aviācijas un kosmosa nozarē. Pirmkārt, tas ir sarežģītības pārvaldīšana, lai iegūtu pareizu dizainu, un pēc tam tā tehniskās integritātes uzturēšana un uzlabošana (NASA, 2009). Kā sacīja NASA administrators Maikls D. Grifins savā 2007. gada prezentācijā Sistēmu inženierija un inženierzinātņu “divas kultūras” , sistēmu inženierija palīdz nodrošināt visu apakšsistēmu līdzsvaru, lai tās varētu apvienot sistēmā, kas turpināsies pēc sākotnējās projektēšanas fāzes un tādējādi izpildīt klienta prasības, kurām tā bija skaidri izstrādāta (Griffin, 2007).
Apskatot civilā gaisa kuģa koncepcijas izstrādi un ņemot vērā dažādas ieinteresētās personas un sistēmas saskarnes, kas tieši vai netieši iesaistītas gaisa kuģa dzīves ciklā, ir skaidrs, ka sistēmu inženieriem ir plašs pienākumu un perspektīvu klāsts, lai pārvaldītu ārpus lidostas. inženiertehniskā sistēma, kas turpina risināt un pārvaldīt pat pēc sākotnējā projektēšanas posma pabeigšanas. Nodrošinot, ka viņi pilnībā izprot galaprodukta gala mērķa apjomu un novērtē tā ietekmi uz dažādām ieinteresētajām pusēm, sistēmu inženieri var noteikt nepieciešamos ieguldījumus, lai sasniegtu šos mērķus noteiktajos termiņos un paredzētajos budžetos.
Lai gan sistēmu inženierija var izpausties dažādās formās atkarībā no nozares un organizācijas vēlmēm, izmantotās pamatmetodes paliek konsekventas, un mērķis paliek nemainīgs: atrast labāko dizainu, kas atbilstu prasībām. Jebkurā projektēšanas projektā būs vairākas specializētas apakšsistēmas, kas jāapvieno, lai nodrošinātu, ka projekta gala rezultāts pēc iespējas labāk atbilst tā specifikācijām.
Atsauces
3dsKATIJA. (2011, 30. septembris). Kas ir "sistēmu inženierija"? - pamatkolekcija. Iegūts no YouTube:
Aronsons, D. (otrais). Sistēmas domāšanas pārskats. Iegūts 2016. gadā no domājošās lapas:
Aizsardzības departaments. (1998). MIL-HBK-338B elektroniskās uzticamības dizaina rokasgrāmata. Virdžīnija: Aizsardzības kvalitātes un standartizācijas birojs.
INKOSĒT. (nd). Kas ir sistēmu inženierija? Iegūts 2016. gadā no INCOSE UK:
INKOSĒT. (2009, marts). zGuide 3: Kāpēc jāiegulda sistēmu inženierijā? Iegūts no INCOSE UK:
Kasers, Dž. Un Maklijs, T. (2008). Sistēmu domāšanas pielietošana un pielīdzināšana sistēmu inženierijai. Kranfīlds: Džozefs E. Kasers.
Moir, I., un Seabridge, A. (2013). Gaisa kuģu sistēmu projektēšana un izstrāde (2. izdevums). Čičestera: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Sistēmu inženierijas māksla un zinātne. NASA.
© 2016 Klēra Millere