Tartalomjegyzék:
A rendszertechnika a mérnöki ipar bármely projektjének kritikus része; akár egy egyszerű alkatrész gyártása, akár egy olyan összetett termék - például autó vagy repülőgép - megtervezése. Olyan jól megalapozott szervezetek, mint a NASA és a BAE Systems hangsúlyozzák a rendszertervezés fontosságát a követelmények teljesítése, valamint a küldetések és projektek sikere érdekében. De mi is a rendszertervezés pontosan, és milyen szerepet játszik az űriparban?
Ennek a kérdésnek a megválaszolása érdekében fontolja meg, hogy mi a rendszer. A MIL-HBK-338B elektronikus megbízhatósági tervezési kézikönyv szerint a rendszer:
"Berendezések, készségek és technikák összessége, amelyek képesek operatív szerep, vagy mindkettő ellátására vagy támogatására." (Védelmi Minisztérium, 1998)
A rendszernek nem feltétlenül kell olyan összetettnek lennie, mint egy járműnek vagy számítógépnek, és egy nagyobb, összetettebb rendszer része lehet. Nem is kell, hogy ember alkotta legyen; a Naprendszer a rendszer természetes példája, míg az autók fékei önmagában olyan rendszerek, amelyek hozzájárulnak egy nagyobb rendszer részeként. A rendszer olyan összetevők összessége, amelyek együtt dolgoznak egy bemenet feldolgozásával a kimenet létrehozása érdekében.
A rendszereket fel lehet osztani számos kisebb rendszerre és alrendszerre, amelyek különféle területekre szakosodtak annak biztosítása érdekében, hogy a teljes rendszer megfeleljen a követelményeinek és specifikációinak. Ezeknek a rendszereknek a hierarchiája összeállítható, hogy a fő rendszer követelményeit kisebb és jobban kezelhető összetevőkre ossza fel, amelyek szétoszthatók ezen speciális alrendszerek között.
1. ábra - Példa a rendszerek hierarchiájára. (Moir és Seabridge, 2013)
Annak biztosítása érdekében, hogy az összes komponens együttesen működjön a teljes rendszerben, sok kommunikációra és integrációra van szükség az alrendszerek között. Itt jön be a rendszertervezés. A Nemzetközi Rendszertechnikai Tanács (INCOSE) a rendszertervezést a következőképpen írja le:
„Interdiszciplináris megközelítés és eszközök a sikeres rendszerek megvalósításához. Arra összpontosít, hogy meghatározza az ügyfelek igényeit és a szükséges funkcionalitást a fejlesztési ciklus elején, dokumentálja a követelményeket, majd folytassa a terv szintézisét és a rendszer validálását, miközben figyelembe veszi a teljes problémát. (INCOSE)
A rendszertervezés „holisztikus és integratív”, és áthidalja a különbségeket a különböző alrendszerek közötti kommunikációban, hogy „koherens egészet teremtsen” (NASA, 2009). Míg az alrendszerek specializálódtak és a fő rendszer egyik területére összpontosítanak, a rendszertervezés általánosabb és célközpontúbb megközelítést alkalmaz, a nagyobb képet szemlélve annak biztosítása érdekében, hogy az alrendszerek hatékonyan összeálljanak, és határidőn belül elkészítsék a végső fő rendszert és költségvetés.
Rendszertechnika az űrkutatásban
Az olyan ágazatok szervezetei, mint az autóipar és az űrkutatás, különösen hasznosnak tartják a rendszertervezést az alternatív megoldások azonosításához, az előre nem látható problémák megelőzéséhez és annak biztosításához, hogy az ügyfél elégedett legyen a késztermék minőségével. Az INCOSE kijelenti továbbá, hogy „a rendszertervezés hatékony felhasználásával a projekt költségvetésének több mint 20% -a megtakarítható” (INCOSE, 2009). A rendszermérnöki szoftver lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy virtuális szimulációk segítségével teszteljék a koncepciómodelleket az ügyfelek igényeivel szemben, és dokumentált biztonsági bizonyítékokat állítsanak elő olyan tanúsító testületek számára, mint például a Polgári Repülési Hatóság (CAA) (3dsCATIA, 2011). Ez segít csökkenteni az anyagok hulladékát a prototípusok tesztelése, a módosítások és az esetleges selejtezés során, és sokkal gyorsabbá és hatékonyabbá teszi a folyamatot a koncepciótól a termékig.
A rendszermérnök célja, hogy segítse az ügyfelet a megértett probléma megfelelő megértésében, és megoldások előkészítésére a vevő számára a választáshoz. Ezután a rendszermérnök vezetheti és irányíthatja a projektcsapat különböző részlegeit a megoldás megvalósításának célja felé, kezdve a kívánt kimenettel a szükséges bemenetek meghatározásához, majd folyamatosan visszautalva az ügyfelek igényeire annak biztosítására, hogy a végleges rendszer megfeleljen a specifikációit. Ehhez egy rendszermérnöknek számos különböző készséggel és tulajdonsággal kell rendelkeznie, beleértve:
- Széles műszaki kompetencia: a rendszermérnökök megkövetelik a különböző alrendszerek többségének, ha nem is mindegyikének alapvető megértését, és vágyat, hogy többet megtudjanak ezekről a területekről;
- A folyamat és az általános célok értékének értékelése, amelyeknek meg kell felelniük a végcél elérése érdekében, valamint az a képesség, hogy ezeket a célkitűzéseket az alrendszer csapataira irányítsák;
- Önbiztos vezető, ugyanakkor erős és határozott csapat tagja. Harold Bell a NASA központjából azt sugallja, hogy "egy nagyszerű rendszermérnök teljesen megérti és alkalmazza a vezetés művészetét, és van tapasztalata és hegszövete abból, hogy megpróbálja megszerezni csapatának vezetői jelvényét" (NASA, 2009);
- Problémamegoldó és kritikus gondolkodási készség;
- Kivételes kommunikációs és aktív hallgatási készségek, valamint az egész rendszerre kiterjedő kapcsolatok létrehozásának képessége;
- Célközpontú megközelítés képessége, szemben a technikai vagy időrendi betekintéssel: A rendszermérnök a kimenetet vizsgálja, hogy meghatározza a projekt szükséges bemeneteit, és képesnek kell lennie a nagyobb kép megtekintésére, csak a kisebb részletekre összpontosítva amikor szükség van;
- Kényelmes változásokkal és bizonytalansággal: a NASA szerint a rendszermérnököknek meg kell érteniük és ösztönözniük kell a bizonytalanság számszerűsítését a csapatokban annak érdekében, hogy kialakítsanak egy rendszert, amely befogadja ezeket a bizonytalanságokat (NASA, 2009);
- Kreativitás és mérnöki ösztön annak érdekében, hogy megtalálják a legjobb megoldást egy probléma megoldására, miközben értékelik a kockázatokat és következményeket;
- Megfelelő paranoia: a legjobbak elvárása, de elővigyázatosságból gondolkodás és tervezés a legrosszabb esetre.
A rendszermérnök viselkedési jellemzői közül néhány egy tulajdonságba foglalható össze: a rendszer-gondolkodás. A rendszerszemléletet először 1956-ban alapította Jay Forrester, az MIT professzora, aki felismerte, hogy jobb módszerekre van szükség a társadalmi rendszerekkel kapcsolatos új ötletek teszteléséhez, hasonló módon, ahogy a mérnöki ötletek is tesztelhetők (Aronson). A rendszer-gondolkodás olyan általános elvek összessége, amely lehetővé teszi az emberek számára a társadalmi rendszerek megértését és kezelését, valamint azok fejlesztését.
A rendszerszemléletű megközelítés alapvetően eltér a hagyományos formanalízistől. Egyrészt a hagyományos elemzés a redukcionizmusra összpontosít - a fő rendszer egyes részeit (más néven holonoknak) egyre csökkenő összetevőkké redukálva (Kasser & Mackley, 2008). Ezzel szemben a rendszerszemlélet a nagyobb képet nézi, és azt, hogy a rendszer vagy annak része hogyan lép kölcsönhatásba a többi holonnal, és felismeri a holonok közötti hurkokat és kapcsolatokat. Ez gyakran markánsan eltérő következtetéseket vonhat le, mint a hagyományos analitikai módszerek alkalmazásával, de segíthet a holonok megjelenő viselkedésének és a nem kívánt eredmények lehetőségének meghatározásában is - várva a váratlant. Ezeknek a lépéseknek az elvégzésével könnyebb megtalálni az összetett és visszatérő problémák új és hatékonyabb megoldásait,miközben javítja a szervezeten belüli koordinációt is.
Az iparban a rendszermérnököknek számos különböző érdekelt féllel kell együttműködniük, mindegyiküknek megvan a maga perspektívája a szükséges termék tervezéséhez és fejlesztéséhez. Például, ha egy űrkutatási szervezet egy új polgári repülőgép koncepciójának kidolgozását vizsgálná, az érintett felek széles köre lenne jelen, beleértve az anyagok és szolgáltatások szállítóit, az utasokat és a légi személyzetet, valamint a tanúsító hatóságokat, valamint a projektben közvetlenül részt vevő mérnöki csapat. A 2. ábra bemutatja a polgári repülési rendszer tipikus érdekeltjeit, négy fő rendszerinterfészre osztva őket: társadalmi-gazdasági, szabályozási, mérnöki és emberi. Ezen interfészek azonosításával a rendszermérnökök meg tudják tervezni, hogy szükség van-e interakciókra bizonyos rendszerekkel, és leegyszerűsítik a fejlesztést és a műveleteket,a folyamat végig dokumentálása.
2. ábra - Tipikus érdekeltek a polgári repülési rendszerben. (Moir és Seabridge, 2013)
Minden érdekelt fél kölcsönösen függ másokkal, ugyanazon a felületen. Például a típusalkalmassági bizonyítvány kérelmezésekor számos prototípust kell előállítani különböző tesztek elvégzéséhez, és karbantartási programot kell összeállítani a folyamatos légialkalmasság támogatása érdekében a terv jóváhagyása után. Ezt a prototípus vizsgálati eredményeivel együtt benyújtják azoknak a szabályozóknak, akik - ha elégedettek a prototípus biztonsági, egészségügyi és környezetvédelmi szempontjaival - jóváhagyják a prototípust, és a légialkalmassági hatóság típusbizonyítványt ad ki (MAWA, 2014). Ezután további szabályoknak kell megfelelni annak érdekében, hogy a légi jármű megőrizze típusalkalmassági bizonyítványát és légialkalmassági bizonyítványát, különben nem biztonságos repülni.A rendszermérnököknek ezért meg kell érteniük azokat az előírásokat, amelyeknek a repülőgépnek teljes élettartama során meg kell felelniük, és meg kell tervezniük a módszereket annak érdekében, hogy a repülőgépet repülhető színvonalon tartsák.
A rendszermérnök munkája nem fejeződik be, ha a koncepció termékké vált. Ezután együtt kell működniük egy karbantartó csapattal, hogy a termék biztonságban legyen és használható legyen mindaddig, amíg az nem áll le a szolgáltatásról. A 3. ábra a repülőgép életciklusát mutatja be a Polgári Repülési Hatóság (CAA) szempontjából, és azt a módot, ahogyan a repüléstechnikai rendszermérnököknek és termékmenedzsereknek az életciklusuk során együtt kellene működniük a CAA-val.
3. ábra - Egy repülőgép életciklusa (Új-Zéland Polgári Repülési Hatósága, 2009)
Az egészet becsomagolva
A repülőgépipar sikere szempontjából a rendszertervezés "döntő fontosságú alapvető kompetencia". Először is a bonyolultság kezelése a megfelelő tervezés érdekében, majd annak műszaki integritásának fenntartása és fokozása (NASA, 2009). Michael D. Griffin, a NASA rendszergazdája szerint 2007-ben, a Rendszertechnika és a mérnöki két kultúra című előadásában, a rendszertervezés segít az összes alrendszer egyensúlyának megteremtésében, hogy az előzetes tervezési szakaszon túlmenő rendszerré egyesüljenek, és így teljesíteni a vevői igényeket, amelyekre kifejezetten tervezték (Griffin, 2007).
A polgári repülőgép koncepciójának kidolgozásával és a légi jármű életciklusában részt vevő különböző érdekelt felek és rendszerinterfészek közvetlen vagy közvetett figyelembevételével nyilvánvaló, hogy a rendszermérnökök széles körű felelősséggel és perspektívákkal rendelkeznek a légi járműveken kívüli irányításhoz. mérnöki rendszer, amelyet az előzetes tervezési szakasz befejezése után is kezelnek és kezelnek. A rendszermérnökök annak biztosításával, hogy teljes mértékben megértsék a végtermék végcéljának mértékét, és megbecsülik annak a különböző érdekelt felekre gyakorolt hatását, meg tudják határozni az e célok eléréséhez szükséges inputokat a megadott határidőkön és költségvetéseken belül.
Noha a rendszertechnika az iparágtól és a szervezet preferenciáitól függően különböző formákat ölthet, az alkalmazott mögöttes módszerek következetesek maradnak, és a cél ugyanaz: megtalálni a követelményeknek megfelelő legjobb tervet. Bármely mérnöki projektben számos speciális alrendszer található, amelyeket össze kell hozni annak biztosítása érdekében, hogy a projekt végeredménye a lehető legjobban megfeleljen specifikációinak.
Hivatkozások
3dsCATIA. (2011, szeptember 30.). Mi a "Rendszertechnika"? - Elemi gyűjtés. Letöltve a YouTube-ról:
Aronson, D. (másik). A rendszer-gondolkodás áttekintése. Letöltve 2016-ban a Gondolkodó oldalról:
Védelmi Minisztérium. (1998). MIL-HBK-338B elektronikus megbízhatósági tervezési kézikönyv. Virginia: Védelmi Minőségi és Szabványügyi Hivatal.
INCOSE. (nd). Mi a Rendszertechnika? Letöltve 2016-ban az INCOSE UK webhelyről:
INCOSE. (2009, március). zGuide 3: Miért érdemes befektetni a Rendszertechnikába? Letöltve az INCOSE UK webhelyről:
Kasser, J. és Mackley, T. (2008). Rendszergondolkodás alkalmazása és összehangolása a rendszertervezéssel. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. és Seabridge, A. (2013). Repülőgép-rendszerek tervezése és fejlesztése (2. kiadás). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). A rendszertechnika művészete és tudománya. NASA.
© 2016 Claire Miller