Obsah:
Systémové inžinierstvo je dôležitou súčasťou každého projektu v strojárskom priemysle; či už ide o výrobu jedného jednoduchého komponentu alebo návrh zložitého produktu, ako je automobil alebo lietadlo. Osvedčené organizácie ako NASA a BAE Systems zdôrazňujú význam systémového inžinierstva pre splnenie požiadaviek a úspech v misiách a projektoch. Čo je to však systémové inžinierstvo a akú úlohu hrá v leteckom priemysle?
Pri odpovedi na túto otázku je potrebné zvážiť, čo je systém. Podľa príručky MIL-HBK-338B Electronic Reliability Design Handbook je systém:
„Zloženie vybavenia, zručností a techník schopných vykonávať alebo podporovať operačnú rolu alebo oboje.“ (Ministerstvo obrany, 1998)
Systém nemusí byť nevyhnutne taký zložitý ako vozidlo alebo počítač a môže byť súčasťou väčšieho a zložitejšieho systému. Nemusí to byť ani vyrobené človekom; slnečná sústava je prirodzeným príkladom systému, zatiaľ čo brzdy automobilov sú samy osebe systémom, ktorý prispieva ako súčasť väčšieho systému. Systém je zostava komponentov, ktoré spolupracujú na spracovaní vstupu na vytvorenie výstupu.
Systémy možno rozdeliť na niekoľko menších systémov a subsystémov, ktoré sa špecializujú na rôzne oblasti, aby sa zabezpečilo, že celkový systém vyhovuje jeho požiadavkám a špecifikáciám. Môže sa vytvoriť hierarchia týchto systémov, aby sa požiadavky hlavného systému rozdelili na menšie a lepšie zvládnuteľné komponenty, ktoré je možné distribuovať medzi tieto špecializované subsystémy.
Obrázok 1 - Príklad hierarchie systémov. (Moir & Seabridge, 2013)
Aby sa zabezpečilo, že všetky komponenty budú spolupracovať v celom systéme, je potrebná veľká komunikácia a integrácia medzi subsystémami. To je miesto, kde prichádza na rad systémové inžinierstvo. Systémové inžinierstvo popisuje Medzinárodná rada pre systémové inžinierstvo (INCOSE) ako:
„Interdisciplinárny prístup a prostriedky umožňujúce realizáciu úspešných systémov. Zameriava sa na definovanie potrieb zákazníka a požadovaných funkcií na začiatku vývojového cyklu, dokumentovanie požiadaviek, pokračovanie v syntéze dizajnu a validácii systému pri zohľadnení celého problému. “ (INKÓZA)
Systémové inžinierstvo je „holistické a integratívne“ a preklenuje priepasť v komunikácii medzi rôznymi subsystémami „za účelom vytvorenia koherentného celku“ (NASA, 2009). Zatiaľ čo subsystémy sú špecializované a zameriavajú sa na jednu oblasť hlavného systému, systémové inžinierstvo je zovšeobecnenejšie a uplatňuje prístup zameraný na cieľ, pričom sa pozerá na širší obraz, aby sa zabezpečilo, že sa subsystémy efektívne spoja, aby vytvorili konečný hlavný systém v stanovenom termíne. a rozpočet.
Systémové inžinierstvo v letectve
Organizácie v odvetviach ako automobilový a letecký priemysel považujú systémové inžinierstvo za zvlášť užitočné pri identifikácii alternatívnych riešení, predchádzaní nepredvídaným problémom a zabezpečovaní spokojnosti zákazníka s kvalitou hotového výrobku. INCOSE ďalej uvádza, že „efektívne využitie systémového inžinierstva môže ušetriť viac ako 20% rozpočtu projektu“ (INCOSE, 2009). Softvér systémového inžinierstva teraz umožňuje spoločnostiam testovať koncepčné modely podľa požiadaviek zákazníka prostredníctvom virtuálnych simulácií a vytvárať zdokumentované bezpečnostné dôkazy pre hodnotenia od certifikačných orgánov, ako je Úrad pre civilné letectvo (CAA) (3dsCATIA, 2011). To pomáha znižovať odpad v materiáloch z testovania prototypov, úprav a možného vyradenia a robí proces od konceptu k produktu oveľa rýchlejší a efektívnejší.
Cieľom systémového inžiniera je pomôcť zákazníkovi správne porozumieť danému problému a pripraviť mu riešenie, z ktorého si môže vybrať. Systémový inžinier potom môže viesť a viesť rôzne oddelenia projektového tímu k cieľu implementácie tohto riešenia tak, že začne s požadovaným výstupom na určenie požadovaných vstupov a potom bude neustále odkazovať späť na požiadavky zákazníka, aby zabezpečil, že konečný systém bude v súlade s jeho špecifikácie. K tomu musí mať systémový inžinier množstvo rôznych zručností a vlastností, vrátane:
- Široká technická kompetencia: systémoví inžinieri vyžadujú základné pochopenie väčšiny, ak nie všetkých, rôznych subsystémov a túžbu dozvedieť sa viac o týchto oblastiach;
- Ocenenie hodnoty procesu a celkových cieľov, ktoré je potrebné splniť, aby sa dosiahol konečný cieľ, a schopnosť adresovať tieto ciele tímom subsystému;
- Sebavedomý vodca, ale tiež silný a asertívny člen tímu. Harold Bell z ústredia NASA naznačuje, že „skvelý systémový inžinier úplne chápe a uplatňuje umenie vodcovstva a má skúsenosti a zjazvené tkanivá, ktoré sa snažia získať odznaku vodcu od svojho tímu“ (NASA, 2009);
- Schopnosti riešenia problémov a kritického myslenia;
- Výnimočné komunikačné a aktívne schopnosti počúvania a schopnosť nadviazať spojenie v celom systéme;
- Schopnosť zaujať prístup zameraný na cieľ na rozdiel od technického alebo chronologického prehľadu: systémový inžinier sa pozerá na výstup, aby určil potrebné vstupy pre projekt, a musí byť schopný vidieť väčší obraz, zamerať sa iba na menšie detaily podľa potreby;
- Pohodlné so zmenami a neistotou: podľa NASA musia systémoví inžinieri pochopiť a podporovať kvantifikáciu neistoty v tímoch, aby mohli navrhnúť systém, ktorý tieto neistoty zvládne (NASA, 2009);
- Kreativita a inžiniersky inštinkt s cieľom nájsť najlepší spôsob riešenia problému a zároveň oceniť riziká a dôsledky;
- Správna paranoja: očakávať to najlepšie, ale preventívne premýšľať a plánovať najhorší scenár.
Niekoľko behaviorálnych charakteristík systémového inžiniera možno zhrnúť do jedného atribútu: systémové myslenie. Systémové myslenie prvýkrát založil v roku 1956 profesor MIT Jay Forrester, ktorý uznal potrebu lepších metód testovania nových myšlienok o sociálnych systémoch podobným spôsobom, ako je možné testovať nápady v strojárstve (Aronson). Systémové myslenie je súbor všeobecných princípov, ktoré umožňujú ľuďom porozumieť a riadiť sociálne systémy a zlepšovať ich.
Prístup systémového myslenia sa zásadne líši od analýzy tradičných foriem. Jedna vec je, že tradičná analýza sa zameriava na redukcionizmus - redukciu častí hlavného systému (označovaného tiež ako holony) na stále sa zmenšujúce komponenty (Kasser & Mackley, 2008). Naopak, systémové myslenie sa pozerá na väčší obraz a na to, ako systém alebo jeho časť interaguje s ostatnými holonmi, a rozoznáva slučky a vzťahy medzi holonmi. To môže často vyústiť do výrazne odlišných záverov, ako sú závery vyvodené z použitia tradičných analytických metód, ale môže to tiež pomôcť pri určovaní urgentného správania sa holonov a možnosti nežiaducich výsledkov - očakávania neočakávaných. Prijatím týchto krokov je ľahšie nájsť nové a efektívnejšie riešenia zložitých a opakujúcich sa problémov,a zároveň zlepšuje koordináciu v rámci organizácie.
V priemysle sa od systémových inžinierov vyžaduje, aby spolupracovali s mnohými rôznymi zainteresovanými stranami, z ktorých každý má svoju vlastnú perspektívu návrhu a vývoja požadovaného produktu. Napríklad, ak by sa letecká organizácia mala zaoberať vývojom koncepcie nového civilného lietadla, bola by tu široká škála zainteresovaných strán vrátane dodávateľov materiálov a služieb, cestujúcich a posádky lietadla a certifikačných orgánov, ako aj technický tím priamo zapojený do projektu. Obrázok 2 zobrazuje typické zainteresované strany v systéme civilného letectva a ich rozdelenie do štyroch hlavných systémových rozhraní: sociálno-ekonomické, regulačné, technické a ľudské. Identifikáciou týchto rozhraní dokážu systémoví inžinieri naplánovať, kedy sú potrebné interakcie s konkrétnymi systémami, a zjednodušiť vývoj a prevádzku,dokumentovanie celého procesu.
Obrázok 2 - Typické zainteresované strany v systéme civilného letectva. (Moir & Seabridge, 2013)
Každý účastník je vzájomne závislý od ostatných v rovnakom rozhraní. Napríklad pri žiadosti o typové osvedčenie sa musí vyrobiť niekoľko prototypov, aby sa mohli podrobiť rôznym skúškam, a musí sa zostaviť program údržby, ktorý po schválení návrhu podporí nepretržitú letovú spôsobilosť. Toto sa predkladá spolu s výsledkami skúšky prototypu regulačným orgánom, ktoré - ak sú spokojné s bezpečnostnými, zdravotnými a environmentálnymi aspektmi prototypu - schvália prototyp a orgán letovej spôsobilosti udelí typové osvedčenie (MAWA, 2014). Musia byť potom dodržané ďalšie predpisy, aby si lietadlo mohlo ponechať svoje typové osvedčenie a osvedčenie o letovej spôsobilosti, inak bude jeho let považovaný za nebezpečný.Systémoví inžinieri preto musia rozumieť predpisom, ktorým musí lietadlo vyhovovať počas celej svojej životnosti, a naplánovať metódy, aby ho udržali na letovej úrovni.
Akonáhle sa z koncepcie stane produkt, úloha systémového inžiniera nekončí. Potom musia spolupracovať s tímom údržby, aby bol produkt bezpečný a schopný používania až do vyradenia z prevádzky. Obrázok 3 zobrazuje životný cyklus lietadla z pohľadu Úradu pre civilné letectvo (CAA) a spôsob, akým by systémoví inžinieri a produktoví manažéri v letectve museli pracovať s CAA počas celého životného cyklu.
Obrázok 3 - Životný cyklus lietadla (The Civil Aviation Authority of New Zealand, 2009)
Celé to zabalím
Systémové inžinierstvo je „rozhodujúcou kľúčovou kompetenciou“ pre úspech v leteckom priemysle. V prvom rade je to o zvládnutí zložitosti, aby sa dosiahol správny dizajn, a potom o udržanie a zvýšenie jeho technickej integrity (NASA, 2009). Podľa správcu NASA Michaela D. Griffina vo svojej prezentácii z roku 2007, Systémové inžinierstvo a „dve kultúry“ inžinierstva , systémové inžinierstvo pomáha zabezpečiť rovnováhu všetkých subsystémov, aby sa spojili do systému, ktorý bude prechádzať fázou predbežného návrhu, a teda splniť požiadavky zákazníka, pre ktoré bol výslovne navrhnutý (Griffin, 2007).
Pohľadom na vývoj koncepcie civilného lietadla a zvážením rôznych zainteresovaných strán a systémových rozhraní, ktoré sa podieľajú na životnom cykle lietadla, či už priamo alebo nepriamo, je zrejmé, že systémoví inžinieri majú širokú škálu zodpovedností a perspektív, ktoré musia riadiť mimo inžiniersky systém, ktorý sa naďalej rieši a spravuje aj po ukončení fázy predbežného návrhu. Zabezpečením úplného pochopenia rozsahu konečného cieľa konečného produktu a zhodnotenia jeho dopadu na rôzne zainteresované strany môžu systémoví inžinieri určiť vstupy potrebné na dosiahnutie týchto cieľov v stanovených termínoch a rozpočtoch.
Hoci systémové inžinierstvo môže mať rôzne podoby v závislosti od odvetvia a preferencií organizácie, použité základné metódy zostávajú konzistentné a cieľ zostáva rovnaký: nájsť najlepší dizajn, ktorý by vyhovoval požiadavkám. V každom inžinierskom projekte bude niekoľko špecializovaných subsystémov, ktoré je potrebné spojiť, aby sa zabezpečilo, že konečný výsledok projektu bude podľa jeho najlepších schopností spĺňať jeho špecifikácie.
Referencie
3dsCATIA. (2011, 30. september). Čo je to „Systémové inžinierstvo“? - Elementárna zbierka. Obnovené z YouTube:
Aronson, D. (nd). Prehľad systémového myslenia. Získané v roku 2016, zo stránky Thinking:
Ministerstvo obrany. (1998). Príručka o dizajne elektronickej spoľahlivosti MIL-HBK-338B. Virgínia: Úrad pre kvalitu a štandardizáciu obrany.
INKÓZA. (nd). Čo je to Systémové inžinierstvo? Získané v roku 2016, z agentúry INCOSE UK:
INKÓZA. (2009, marec). zGuide 3: Prečo investovať do systémového inžinierstva? Prevzaté z INCOSE UK:
Kasser, J. a Mackley, T. (2008). Aplikácia systémového myslenia a jeho zosúladenie so systémovým inžinierstvom. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. a Seabridge, A. (2013). Dizajn a vývoj leteckých systémov (2. vydanie). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Umenie a veda systémového inžinierstva. NASA.
© 2016 Claire Miller