Зміст:
Системна інженерія є важливою частиною будь-якого проекту в машинобудуванні; будь то виготовлення одного простого компонента або проектування складного продукту, такого як автомобіль або літак. Добре створені організації, такі як NASA та BAE Systems, наголошують на важливості системної інженерії для задоволення вимог та досягнення успіху в місіях та проектах. Але що саме таке системна інженерія і яку роль вона відіграє в аерокосмічній галузі?
Щоб відповісти на це запитання, розгляньте, що таке система. Відповідно до посібника з проектування електронної надійності MIL-HBK-338B, система є:
"Сукупність обладнання та навичок та прийомів, здатних виконувати або підтримувати оперативну роль, або те й інше". (Міністерство оборони, 1998)
Система не обов'язково повинна бути такою складною, як транспортний засіб або комп'ютер, і вона може бути частиною більшої, більш складної системи. Це навіть не повинно бути створено людиною; Сонячна система є природним прикладом системи, тоді як гальма на автомобілях - це система сама по собі, яка сприяє як частина більшої системи. Система - це збірка компонентів, які працюють разом для обробки вхідних даних для створення вихідних даних.
Системи можна розділити на ряд менших систем та підсистем, які спеціалізуються на різних областях, щоб гарантувати, що загальна система відповідає її вимогам і специфікаціям. Ієрархія цих систем може бути складена для розподілу вимог основної системи на менші та більш керовані компоненти, які можна розподілити між цими спеціалізованими підсистемами.
Рисунок 1 - Приклад ієрархії систем. (Moir & Seabridge, 2013)
Для того, щоб гарантувати, що всі компоненти будуть працювати разом у загальній системі, потрібно багато зв'язку та інтеграції між підсистемами. Тут виникає системна інженерія. Інженерна система описується Міжнародною радою з системної інженерії (INCOSE) як:
«Міждисциплінарний підхід та засоби для реалізації успішних систем. Він зосереджений на визначенні потреб клієнтів та необхідних функціональних можливостей на початку циклу розробки, документування вимог, а потім продовжує синтез проекту та перевірку системи, розглядаючи всю проблему ". (ВКЛЮЧИТИ)
Системна інженерія є «цілісною та інтегративною» і заповнює прогалину у спілкуванні між різними підсистемами «для створення цілісного цілого» (NASA, 2009). У той час як підсистеми спеціалізуються і зосереджуються на одній області основної системи, системна інженерія є більш узагальненою і застосовує більш цілеспрямований підхід, розглядаючи загальну картину, щоб забезпечити ефективне об'єднання підсистем для вироблення остаточної основної системи у визначений термін. та бюджету.
Системна інженерія в аерокосмічній галузі
Організації в таких галузях, як автомобільна та аерокосмічна, вважають інженерію систем особливо корисною для пошуку альтернативних рішень, запобігання будь-яким непередбаченим проблемам та забезпечення задоволення замовника якістю готової продукції. Крім того, INCOSE заявляє, що "ефективне використання системної інженерії може заощадити понад 20% бюджету проекту" (INCOSE, 2009). Зараз програмне забезпечення системної інженерії дозволяє компаніям перевіряти моделі концепцій на відповідність вимогам замовника за допомогою віртуального моделювання та представляти документовані докази безпеки для оцінок від органів сертифікації, таких як Управління цивільної авіації (CAA) (3dsCATIA, 2011). Це допомагає зменшити витрати матеріалів на випробування прототипів, модифікації та можливий скрап, а також робить процес від концепції до продукту набагато швидшим та ефективнішим.
Мета системного інженера - допомогти замовнику правильно зрозуміти проблему, що склалася, та підготувати рішення проблеми для замовлення на вибір. Потім системний інженер може керувати та направляти різні відділи проектної групи до мети впровадження цього рішення, починаючи з бажаного результату, щоб визначити необхідні вхідні дані, а потім постійно посилаючись на вимоги замовника, щоб переконатися, що остаточна система відповідає його технічні характеристики. Для цього системний інженер повинен мати ряд різних навичок та рис, включаючи:
- Широка технічна компетентність: системні інженери вимагають фундаментального розуміння більшості, якщо не всіх, різних підсистем і бажання дізнатись більше про ці галузі;
- Оцінка цінності процесу та загальних цілей, які необхідно досягти для досягнення кінцевої мети, та здатність звертатися з цими цілями до команд підсистеми;
- Впевнений у собі лідер, але також сильний і напористий член команди. Гарольд Белл із штаб-квартири NASA припускає, що "чудовий системний інженер повністю розуміє і застосовує мистецтво лідерства і має досвід та рубцеві тканини від спроб заробити значок лідера у своєї команди" (NASA, 2009);
- Навички вирішення проблем та критичного мислення;
- Виняткові навички спілкування та активного прослуховування та здатність встановлювати загальносистемні зв’язки;
- Можливість прийняти цілеспрямований підхід на відміну від технічного або хронологічного розуміння: системний інженер розглядає результати, щоб визначити необхідні вхідні дані для проекту, і йому потрібно мати можливість бачити загальну картину, фокусуючись лише на дрібних деталях коли потрібно;
- Комфортно до змін та невизначеності: згідно з NASA, системні інженери повинні розуміти та заохочувати кількісну оцінку невизначеності в командах, щоб розробити систему, яка враховує ці невизначеності (NASA, 2009);
- Креативність та інженерний інстинкт для того, щоб знайти найкращий спосіб вирішити проблему, одночасно оцінюючи ризики та наслідки;
- Грамотна параноїя: очікувати кращого, але думати і планувати найгірший сценарій як запобіжний захід.
Деякі поведінкові характеристики системного інженера можна узагальнити в один атрибут: системне мислення. Вперше системне мислення було засновано в 1956 році професором Массачусетського технологічного інституту Джеєм Форестером, який визнав потребу в кращих методах перевірки нових уявлень про соціальні системи, подібним чином, що ідеї в техніці можна перевірити (Аронсон). Системне мислення - це сукупність загальних принципів, що дозволяє людям розуміти та керувати соціальними системами та вдосконалювати їх.
Підхід системного мислення принципово відрізняється від аналізу традиційних форм. З одного боку, традиційний аналіз фокусується на редукціонізмі - скороченні частин основної системи (також званих холонами) до постійно зменшуються компонентів (Kasser & Mackley, 2008). На відміну від цього, системне мислення розглядає загальну картину і те, як система або частина взаємодіє з іншими холонами, і розпізнає петлі та взаємозв'язки між холонами. Це часто може привести до помітно відмінних висновків, зроблених за допомогою використання традиційних аналітичних методів, але це може також допомогти у визначенні поведінки холонів, що виникає, та можливості небажаних результатів - очікуючи несподіваного. Роблячи ці кроки, стає легше знаходити нові та більш ефективні рішення складних та періодичних проблем,одночасно покращуючи координацію в організації.
У промисловості системні інженери повинні працювати з низкою різних зацікавлених сторін, кожна з яких має свою власну перспективу для проектування та розробки необхідного продукту. Наприклад, якби аерокосмічна організація розглядала концепцію розробки нового цивільного літального апарату, це було б широке коло зацікавлених сторін, включаючи постачальників матеріалів та послуг, пасажирів та екіпаж, а також органи сертифікації, а також інженерна команда, яка безпосередньо бере участь у проекті. На малюнку 2 показані типові зацікавлені сторони системи цивільної авіації, розділені на чотири основні системні інтерфейси: соціально-економічний, регуляторний, інженерний та людський. Визначивши ці інтерфейси, системні інженери можуть планувати, коли потрібна взаємодія з певними системами, та спрощувати розробку та експлуатацію,документування процесу протягом усього часу.
Рисунок 2 - Типові зацікавлені сторони в системі цивільної авіації. (Moir & Seabridge, 2013)
Кожен зацікавлений учасник взаємозалежний з іншими в тому ж інтерфейсі. Наприклад, під час подання заявки на сертифікат типу необхідно виготовити ряд прототипів, щоб пройти різні випробування, і скласти програму технічного обслуговування для підтримки безперервної льотної придатності після затвердження проекту. Це подається разом із результатами випробувань прототипу регуляторам, які - якщо задоволені аспектами безпеки, охорони здоров'я та навколишнього середовища прототипу - схвалюють прототип, а орган з питань льотної придатності видає сертифікат типу (MAWA, 2014). Потім слід дотримуватися подальших правил, щоб повітряне судно зберігало свій сертифікат типу та сертифікат льотної придатності, інакше воно буде визнано небезпечним для польоту.Тому системні інженери повинні розуміти правила, яким повинен відповідати повітряний судно протягом усього свого життя, і планувати методи, щоб підтримувати його на рівні льотної придатності.
Робота системного інженера не закінчується, як тільки концепція стала продуктом. Потім їм доводиться співпрацювати з командою технічного обслуговування, щоб забезпечити безпеку та можливість використання виробу, поки він не вийде з експлуатації. На рисунку 3 показано життєвий цикл повітряного судна з точки зору Управління цивільної авіації (CAA) та спосіб, яким системні інженери та менеджери з продуктів в авіаційній галузі повинні працювати з CAA протягом усього життєвого циклу.
Рисунок 3 - Життєвий цикл повітряного судна (Управління цивільної авіації Нової Зеландії, 2009)
Завертаючи все це
Системна інженерія - це "ключова ключова компетенція" для успіху в аерокосмічній галузі. Це перш за все управління складністю, щоб отримати правильний дизайн, а потім підтримка та підвищення його технічної цілісності (NASA, 2009). За словами адміністратора NASA Майкла Д. Гріффіна у його презентації 2007 року " Системна інженерія та" дві культури "інженерії , системна інженерія допомагає забезпечити баланс усіх підсистем, щоб об'єднати їх у систему, яка проходитиме фазу попереднього проектування, і таким чином виконати вимоги замовника, для яких він був явно розроблений (Griffin, 2007).
Розглядаючи розробку концепції цивільного повітряного судна та розглядаючи різні зацікавлені сторони та системні інтерфейси, що беруть участь у життєвому циклі літака, прямо чи опосередковано, стає очевидним, що системні інженери мають широкий спектр відповідальності та перспектив для управління поза межами інженерна система, яка продовжує вирішуватися та керуватися навіть після завершення етапу попереднього проектування. Забезпечивши, що вони повністю розуміють ступінь кінцевої мети кінцевого продукту та оцінюючи вплив, який він матиме на різні зацікавлені сторони, системні інженери зможуть визначити вклад, необхідний для досягнення цих цілей у встановлені терміни та бюджети.
Хоча інженерія систем може приймати різні форми залежно від галузі та уподобань організації, основні методи, що використовуються, залишаються незмінними, а мета залишається незмінною: знайти найкращий дизайн, що відповідає вимогам. У будь-якому інженерному проекті існує ряд спеціалізованих підсистем, які необхідно об’єднати, щоб забезпечити, щоб кінцевий результат проекту відповідав його специфікаціям якнайкраще.
Список літератури
3dsCATIA. (2011, 30 вересня). Що таке "Системна інженерія"? - Елементарна колекція. Отримано з YouTube:
Aronson, D. (nd). Огляд системного мислення. Отримано 2016 р. Зі сторінки мислення:
Міністерство оборони. (1998). MIL-HBK-338B Довідник з проектування електронної надійності. Вірджинія: Управління якості та стандартизації оборони.
ВКЛЮЧИТИ. (nd). Що таке системна інженерія? Отримано в 2016 році з INCOSE UK:
ВКЛЮЧИТИ. (2009, березень). zGuide 3: Навіщо інвестувати в системну інженерію? Отримано з INCOSE UK:
Кассер, Дж., І Маклі, Т. (2008). Застосування системного мислення та узгодження його із системною інженерією. Кренфілд: Джозеф Е. Кассер.
Moir, I., & Seabridge, A. (2013). Проектування та розробка авіаційних систем (2-е видання). Чічестер: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Мистецтво та наука системної інженерії. NASA.
© 2016 Клер Міллер