Spisu treści:
Inżynieria systemów jest krytyczną częścią każdego projektu w przemyśle maszynowym; niezależnie od tego, czy chodzi o wytwarzanie jednego prostego komponentu, czy projektowanie złożonego produktu, takiego jak samochód lub samolot. Ugruntowane organizacje, takie jak NASA i BAE Systems, podkreślają znaczenie inżynierii systemów w celu spełnienia wymagań i odniesienia sukcesu w misjach i projektach. Ale czym właściwie jest inżynieria systemów i jaką rolę odgrywa w przemyśle lotniczym?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, zastanów się, czym jest system. Zgodnie z podręcznikiem projektowania niezawodności elektronicznej MIL-HBK-338B, system to:
„Połączenie wyposażenia oraz umiejętności i technik zdolnych do wykonywania lub wspomagania roli operacyjnej lub obu.” (Departament Obrony, 1998)
System niekoniecznie musi być tak złożony jak pojazd lub komputer i może być częścią większego, bardziej złożonego systemu. Nie musi nawet być stworzona przez człowieka; Układ Słoneczny jest naturalnym przykładem systemu, podczas gdy hamulce w samochodach są samodzielnym systemem, który wnosi swój wkład jako część większego systemu. System to zespół komponentów, które współpracują ze sobą, aby przetworzyć dane wejściowe i utworzyć wynik.
Systemy można podzielić na kilka mniejszych systemów i podsystemów, które specjalizują się w różnych obszarach, aby zapewnić zgodność całego systemu z jego wymaganiami i specyfikacjami. Można sporządzić hierarchię tych systemów, aby podzielić wymagania głównego systemu na mniejsze i łatwiejsze w zarządzaniu komponenty, które można rozdzielić między te wyspecjalizowane podsystemy.
Rysunek 1 - Przykład hierarchii systemów. (Moir & Seabridge, 2013)
W celu zapewnienia, że wszystkie komponenty będą współpracować w całym systemie, wymagana jest duża komunikacja i integracja między podsystemami. Tutaj właśnie wkracza inżynieria systemów. Inżynieria systemów jest opisana przez Międzynarodową Radę Inżynierii Systemów (INCOSE) jako:
„Interdyscyplinarne podejście i środki umożliwiające realizację udanych systemów. Koncentruje się na zdefiniowaniu potrzeb klienta i wymaganej funkcjonalności na wczesnym etapie cyklu rozwojowego, dokumentowaniu wymagań, a następnie kontynuowaniu syntezy projektu i walidacji systemu z uwzględnieniem całego problemu. ” (INCOSE)
Inżynieria systemów jest „całościowa i integrująca” i wypełnia lukę w komunikacji między różnymi podsystemami „w celu stworzenia spójnej całości” (NASA, 2009). Podczas gdy podsystemy są wyspecjalizowane i koncentrują się na jednym obszarze głównego systemu, inżynieria systemów jest bardziej uogólniona i przyjmuje podejście bardziej skoncentrowane na celu, patrząc z szerszej perspektywy, aby zapewnić, że podsystemy zostaną skutecznie połączone w celu wyprodukowania ostatecznego głównego systemu w określonym terminie i budżet.
Inżynieria systemów w przemyśle lotniczym
Organizacje z sektorów takich jak motoryzacja i lotnictwo uważają, że inżynieria systemów jest szczególnie przydatna do identyfikowania alternatywnych rozwiązań, zapobiegania nieprzewidzianym problemom i zapewnienia, że klient jest zadowolony z jakości gotowego produktu. Ponadto INCOSE stwierdza, że „efektywne wykorzystanie inżynierii systemów może zaoszczędzić ponad 20% budżetu projektu” (INCOSE, 2009). Oprogramowanie do inżynierii systemów umożliwia teraz firmom testowanie modeli koncepcyjnych pod kątem wymagań klienta za pomocą wirtualnych symulacji oraz tworzenie udokumentowanych dowodów dotyczących bezpieczeństwa na potrzeby ocen przeprowadzanych przez jednostki certyfikujące, takie jak Urząd Lotnictwa Cywilnego (CAA) (3dsCATIA, 2011). Pomaga to zmniejszyć marnotrawstwo materiałów z testowania prototypów, modyfikacji i ewentualnego złomowania oraz sprawia, że proces od pomysłu do produktu jest znacznie szybszy i wydajniejszy.
Celem inżyniera systemowego jest pomoc klientowi we właściwym zrozumieniu problemu i przygotowaniu rozwiązań do wyboru przez klienta. Inżynier systemowy może następnie prowadzić i kierować różnymi działami zespołu projektowego w kierunku celu wdrożenia tego rozwiązania, zaczynając od pożądanego wyniku w celu określenia wymaganych danych wejściowych, a następnie stale odwołując się do wymagań klienta, aby upewnić się, że ostateczny system jest zgodny z jego specyfikacje. W tym celu inżynier systemów musi mieć wiele różnych umiejętności i cech, w tym:
- Szerokie kompetencje techniczne: inżynierowie systemów wymagają podstawowej znajomości większości, jeśli nie wszystkich, różnych podsystemów oraz chęci dowiedzenia się więcej o tych obszarach;
- Docenienie wartości procesu i ogólnych celów, które należy osiągnąć, aby osiągnąć cel końcowy, oraz zdolność do adresowania tych celów do zespołów podsystemu;
- Pewny siebie lider, ale także silny i asertywny członek zespołu. Harold Bell z siedziby NASA sugeruje, że „wspaniały inżynier systemowy w pełni rozumie i stosuje sztukę przywództwa oraz ma doświadczenie i tkankę bliznowatą po próbach zdobycia odznaki lidera w swoim zespole” (NASA, 2009);
- Umiejętności rozwiązywania problemów i krytycznego myślenia;
- Wyjątkowe umiejętności komunikacyjne i aktywne słuchanie oraz umiejętność nawiązywania połączeń systemowych;
- Umiejętność przyjęcia podejścia zorientowanego na cel w przeciwieństwie do wglądu technicznego lub chronologicznego: inżynier systemowy patrzy na dane wyjściowe, aby określić wymagane dane wejściowe dla projektu i musi mieć możliwość spojrzenia na szerszy obraz, koncentrując się tylko na mniejszych szczegółach kiedy był potrzebny;
- Wygodne w przypadku zmian i niepewności: według NASA inżynierowie systemów muszą rozumieć i zachęcać do ilościowego określania niepewności w zespołach, aby zaprojektować system, który uwzględnia te niepewności (NASA, 2009);
- Kreatywność i instynkt inżynieryjny w celu znalezienia najlepszego sposobu rozwiązania problemu przy jednoczesnym docenieniu ryzyka i konsekwencji;
- Właściwa paranoja: oczekiwanie najlepszego, ale zapobiegawczo myślenie i planowanie najgorszego scenariusza.
Kilka cech behawioralnych inżyniera systemów można podsumować w jednym atrybucie: myśleniu systemowym. Myślenie systemowe zostało po raz pierwszy założone w 1956 roku przez profesora MIT Jaya Forrestera, który uznał potrzebę lepszych metod testowania nowych pomysłów na temat systemów społecznych w podobny sposób, w jaki można testować pomysły w inżynierii (Aronson). Myślenie systemowe to zbiór ogólnych zasad, które umożliwiają ludziom zrozumienie systemów społecznych i zarządzanie nimi oraz ich ulepszanie.
Myślenie systemowe różni się zasadniczo od analizy tradycyjnych form. Po pierwsze, tradycyjna analiza skupia się na redukcjonizmie - redukowaniu części głównego systemu (zwanego również holonami) do coraz mniejszych komponentów (Kasser i Mackley, 2008). Natomiast myślenie systemowe patrzy na szerszy obraz i na to, jak system lub jego część oddziałuje z innymi holonami oraz rozpoznaje pętle i relacje między holonami. Może to często skutkować wnioskami znacznie różniącymi się od tych, które wynikają z zastosowania tradycyjnych metod analitycznych, ale może też pomóc w określeniu pojawiających się zachowań holonów i możliwości wystąpienia niepożądanych skutków - spodziewając się nieoczekiwanego. Podejmując te kroki, łatwiej jest zidentyfikować nowe i skuteczniejsze rozwiązania złożonych i powtarzających się problemów,jednocześnie poprawiając koordynację w organizacji.
W przemyśle inżynierowie systemów muszą współpracować z wieloma różnymi interesariuszami, z których każdy ma własną perspektywę projektowania i rozwoju wymaganego produktu. Na przykład, gdyby organizacja lotnicza miała przyjrzeć się koncepcji rozwoju nowego cywilnego statku powietrznego, byłaby to szeroka grupa zainteresowanych stron, w tym dostawcy materiałów i usług, pasażerowie i załoga lotnicza oraz organy certyfikujące, a także zespół inżynierów bezpośrednio zaangażowany w projekt. Rysunek 2 przedstawia typowych interesariuszy w systemie lotnictwa cywilnego, dzieląc ich na cztery główne interfejsy systemowe: społeczno-ekonomiczny, regulacyjny, inżynieryjny i ludzki. Identyfikując te interfejsy, inżynierowie systemów są w stanie zaplanować, kiedy interakcje z określonymi systemami są wymagane i uprościć rozwój i operacje,dokumentowanie całego procesu.
Rysunek 2 - Typowi interesariusze w systemie lotnictwa cywilnego. (Moir & Seabridge, 2013)
Każdy interesariusz jest współzależny z innymi w tym samym interfejsie. Na przykład w przypadku ubiegania się o certyfikat typu należy wyprodukować szereg prototypów, które zostaną poddane różnym testom, a po zatwierdzeniu projektu należy opracować program obsługi technicznej, aby zapewnić ciągłą zdatność do lotu. Jest to przekazywane wraz z wynikami testów prototypu do organów regulacyjnych, które - jeśli są zadowolone z aspektów bezpieczeństwa, zdrowia i środowiska prototypu - zatwierdzają prototyp, a organ zdatności do lotu przyznaje certyfikat typu (MAWA, 2014). Następnie należy dostosować się do dalszych przepisów, aby statek powietrzny mógł zachować swój certyfikat typu i świadectwo zdatności do lotu, w przeciwnym razie lot zostanie uznany za niebezpieczny.Dlatego inżynierowie systemów muszą rozumieć przepisy, których statek powietrzny musi przestrzegać przez cały okres użytkowania i zaplanować metody utrzymania go na poziomie zdatności do lotu.
Praca inżyniera systemowego nie kończy się, gdy koncepcja staje się produktem. Następnie muszą współpracować z zespołem konserwacyjnym, aby produkt był bezpieczny i mógł być używany do czasu wycofania go z eksploatacji. Rysunek 3 przedstawia cykl życia statku powietrznego z punktu widzenia Urzędu Lotnictwa Cywilnego (CAA) oraz sposób, w jaki inżynierowie systemów i menedżerowie produktów w lotnictwie musieliby współpracować z CAA przez cały cykl życia.
Rysunek 3 - Cykl życia statku powietrznego (Urząd Lotnictwa Cywilnego Nowej Zelandii, 2009)
Zawijanie wszystkiego
Inżynieria systemów to „kluczowa kompetencja podstawowa” zapewniająca sukces w przemyśle lotniczym. Przede wszystkim chodzi o zarządzanie złożonością, aby uzyskać właściwy projekt, a następnie utrzymywanie i ulepszanie jego integralności technicznej (NASA, 2009). Według administratora NASA Michaela D. Griffina w swojej prezentacji z 2007 roku, Systems Engineering and the 'Two Cultures' of Engineering , inżynieria systemów pomaga zapewnić równowagę wszystkich podsystemów, aby połączyć je w system, który przejdzie przez fazę wstępnego projektowania, a tym samym spełnić wymagania klienta, dla których zostało wyraźnie zaprojektowane (Griffin, 2007).
Patrząc na koncepcję rozwoju cywilnego statku powietrznego i biorąc pod uwagę różnych interesariuszy i interfejsy systemowe zaangażowane w cykl życia statku powietrznego, bezpośrednio lub pośrednio, jest oczywiste, że inżynierowie systemów mają szeroki zakres obowiązków i perspektyw do zarządzania poza granicami system inżynieryjny, który jest nadal uwzględniany i zarządzany nawet po zakończeniu wstępnej fazy projektowania. Upewniając się, że w pełni rozumieją zakres końcowego celu końcowego produktu i doceniają wpływ, jaki będzie on miał na różnych interesariuszy, inżynierowie systemów są w stanie określić nakłady wymagane do osiągnięcia tych celów w ustalonych terminach i budżecie.
Chociaż inżynieria systemów może przybierać różne formy w zależności od branży i preferencji organizacji, stosowane metody pozostają spójne, a cel pozostaje ten sam: znaleźć najlepszy projekt spełniający wymagania. W każdym projekcie inżynieryjnym będzie wiele wyspecjalizowanych podsystemów, które trzeba będzie połączyć w celu zapewnienia, że końcowy rezultat projektu będzie spełniał jego specyfikacje najlepiej jak jest to możliwe.
Bibliografia
3dsCATIA. (2011, 30 września). Co to jest „Inżynieria systemów”? - Kolekcja elementarna. Pobrane z YouTube:
Aronson, D. (nd). Przegląd myślenia systemowego. Pobrano 2016 r., Ze strony Thinking:
Departament Obrony. (1998). MIL-HBK-338B Podręcznik projektowania niezawodności elektronicznej. Virginia: Biuro ds. Jakości i Standaryzacji Obrony.
INCOSE. (nd). Co to jest inżynieria systemów? Pobrano 2016, z INCOSE UK:
INCOSE. (2009, marzec). zGuide 3: Dlaczego warto inwestować w inżynierię systemów? Pobrane z INCOSE UK:
Kasser, J. i Mackley, T. (2008). Zastosowanie myślenia systemowego i dostosowanie go do inżynierii systemów. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. i Seabridge, A. (2013). Projektowanie i rozwój systemów lotniczych (wydanie drugie). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Sztuka i nauka inżynierii systemów. NASA.
© 2016 Claire Miller