Obsah:
Systémové inženýrství je kritickou součástí každého projektu ve strojírenském průmyslu; ať už jde o výrobu jedné jednoduché součásti nebo návrh složitého produktu, jako je automobil nebo letadlo. Osvědčené organizace, jako jsou NASA a BAE Systems, zdůrazňují význam systémového inženýrství pro splnění požadavků a úspěch v misích a projektech. Co je to však systémové inženýrství a jakou roli hraje v leteckém a kosmickém průmyslu?
Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, zvažte, co je to systém. Podle příručky MIL-HBK-338B Electronic Reliability Design Handbook je systém:
"Souhrn vybavení, dovedností a technik schopných vykonávat nebo podporovat operační roli, nebo obojí." (Ministerstvo obrany, 1998)
Systém nemusí být nutně tak složitý jako vozidlo nebo počítač a může být součástí většího komplexnějšího systému. Nemusí to být ani člověkem; sluneční soustava je přirozeným příkladem systému, zatímco brzdy automobilů jsou samy o sobě systémem, který přispívá jako součást většího systému. Systém je sestava komponent, které společně zpracovávají vstup a vytvářejí výstup.
Systémy lze rozdělit do několika menších systémů a subsystémů, které se specializují na různé oblasti, aby bylo zajištěno, že celkový systém vyhovuje jeho požadavkům a specifikacím. Lze vypracovat hierarchii těchto systémů, aby se požadavky hlavního systému rozdělily na menší a lépe spravovatelné komponenty, které lze distribuovat mezi tyto specializované subsystémy.
Obrázek 1 - Příklad hierarchie systémů. (Moir & Seabridge, 2013)
Aby bylo zajištěno, že všechny komponenty budou spolupracovat v celém systému, je zapotřebí hodně komunikace a integrace mezi subsystémy. Tady přichází na řadu systémové inženýrství. Systémové inženýrství popisuje Mezinárodní rada pro systémové inženýrství (INCOSE) jako:
"Interdisciplinární přístup a prostředky umožňující realizaci úspěšných systémů." Zaměřuje se na definování potřeb zákazníků a požadovaných funkcí v rané fázi vývojového cyklu, dokumentování požadavků, dále na syntézu designu a validaci systému při zohlednění celého problému. “ (INKOZE)
Systémové inženýrství je „holistické a integrativní“ a překlenuje mezeru v komunikaci mezi různými subsystémy „za účelem vytvoření soudržného celku“ (NASA, 2009). Zatímco subsystémy jsou specializované a zaměřují se na jednu oblast hlavního systému, systémové inženýrství je obecnější a zaujímá přístup více zaměřený na cíl, přičemž se dívá na širší obraz, aby zajistilo, že se subsystémy efektivně spojí a vytvoří konečný hlavní systém ve stanoveném termínu. a rozpočet.
Systémové inženýrství v letectví a kosmonautice
Organizace v odvětvích, jako je automobilový a letecký průmysl, považují systémové inženýrství za obzvláště užitečné pro identifikaci alternativních řešení, prevenci nepředvídaných problémů a zajištění spokojenosti zákazníka s kvalitou hotového výrobku. INCOSE dále uvádí, že „efektivní využití systémového inženýrství může ušetřit více než 20% rozpočtu projektu“ (INCOSE, 2009). Software systémového inženýrství nyní umožňuje společnostem testovat koncepční modely podle požadavků zákazníka pomocí virtuálních simulací a vytvářet dokumentované bezpečnostní důkazy pro hodnocení od certifikačních orgánů, jako je Úřad pro civilní letectví (CAA) (3dsCATIA, 2011). To pomáhá snížit plýtvání materiály z testování prototypů, modifikací a možného vyřazení a proces od konceptu k produktu je mnohem rychlejší a efektivnější.
Cílem systémového inženýra je pomoci zákazníkovi správně porozumět danému problému a připravit řešení problému, ze kterého si zákazník může vybrat. Systémový inženýr pak může vést a vést různá oddělení projektového týmu k cíli implementace tohoto řešení, počínaje požadovaným výstupem k určení požadovaných vstupů a neustálým odkazováním zpět na požadavky zákazníka, aby zajistil, že finální systém odpovídá jeho specifikace. K tomu musí mít systémový inženýr řadu různých dovedností a vlastností, včetně:
- Široká technická kompetence: systémoví inženýři vyžadují základní pochopení většiny, ne-li všech, různých subsystémů a touhu dozvědět se více o těchto oblastech;
- Ocenění hodnoty procesu a celkových cílů, které je třeba splnit pro dosažení konečného cíle, a schopnost adresovat tyto cíle týmům subsystému;
- Sebevědomý vůdce, ale také silný a asertivní člen týmu. Harold Bell z ústředí NASA naznačuje, že „skvělý systémový inženýr zcela chápe a používá umění vedení a má zkušenosti a zjizvené tkáně ve snaze získat odznak vedoucího od svého týmu“ (NASA, 2009);
- Schopnosti řešení problémů a kritického myšlení;
- Výjimečné komunikační a aktivní schopnosti poslechu a schopnost navazovat spojení v celém systému;
- Schopnost zaujmout přístup zaměřený na cíl, na rozdíl od technického nebo chronologického vhledu: systémový inženýr se dívá na výstup, aby určil požadované vstupy pro projekt, a musí být schopen vidět větší obrázek, pouze se zaměřuje na menší detaily když je potřeba;
- Pohodlné se změnami a nejistotou: podle NASA musí systémoví inženýři porozumět a podporovat kvantifikaci nejistoty v týmech, aby mohli navrhnout systém, který těmto nejistotám vyhovuje (NASA, 2009);
- Kreativita a inženýrský instinkt, aby bylo možné najít nejlepší způsob řešení problému a zároveň ocenit rizika a důsledky;
- Správná paranoia: očekávat to nejlepší, ale preventivně přemýšlet a plánovat nejhorší scénář.
Několik charakteristik chování systémového inženýra lze shrnout do jednoho atributu: systémové myšlení. Systémové myšlení bylo poprvé založeno v roce 1956 profesorem MIT Jayem Forresterem, který uznal potřebu lepších metod testování nových myšlenek o sociálních systémech podobným způsobem, jakým lze testovat myšlenky ve strojírenství (Aronson). Systémové myšlení je soubor obecných principů, které lidem umožňují pochopit a řídit sociální systémy a zlepšovat je.
Přístup systémového myšlení se zásadně liší od analýzy tradičních forem. Za prvé, tradiční analýza se zaměřuje na redukcionismus - redukci částí hlavního systému (označovaného také jako holony) na stále se zmenšující komponenty (Kasser & Mackley, 2008). Naproti tomu systémové myšlení se dívá na větší obrázek a na to, jak systém nebo jeho část interaguje s ostatními holony, a rozeznává smyčky a vztahy mezi holony. To může často vyústit ve výrazně odlišné závěry, než jaké vyvozuje použití tradičních analytických metod, ale také to může pomoci při určování naléhavého chování holonů a možnosti nežádoucích výsledků - očekávání neočekávaných. Přijetím těchto kroků bude snazší identifikovat nová a efektivnější řešení složitých a opakujících se problémů,a zároveň zlepšit koordinaci v rámci organizace.
V průmyslu se vyžaduje, aby systémoví inženýři spolupracovali s řadou různých zúčastněných stran, z nichž každý má vlastní perspektivu návrhu a vývoje požadovaného produktu. Pokud by se například letecká organizace měla zabývat vývojem konceptu nového civilního letadla, existovala by celá řada dotčených zúčastněných stran, včetně dodavatelů materiálů a služeb, cestujících a posádek letadel a certifikačních orgánů, jakož i technický tým přímo zapojený do projektu. Obrázek 2 ukazuje typické zúčastněné strany v systému civilního letectví a rozděluje je do čtyř hlavních systémových rozhraní: sociálně-ekonomická, regulační, technická a lidská. Identifikací těchto rozhraní mohou systémoví inženýři plánovat, kdy jsou vyžadovány interakce s konkrétními systémy, a zjednodušit vývoj a provoz,dokumentování celého procesu.
Obrázek 2 - Typické zúčastněné strany v systému civilního letectví. (Moir & Seabridge, 2013)
Každý zúčastněný subjekt je ve vzájemném vztahu s ostatními ve stejném rozhraní. Například při podávání žádosti o typové osvědčení musí být vyrobeno několik prototypů, které projdou různými zkouškami, a musí být sestaven program údržby, který po schválení návrhu podpoří zachování letové způsobilosti. To se předkládá spolu s výsledky zkoušek prototypu regulačním orgánům, které - pokud jsou spokojeny s bezpečnostními, zdravotními a environmentálními aspekty prototypu - schválí prototyp a úřad letové způsobilosti udělí typové osvědčení (MAWA, 2014). Poté musí být vyhověno dalším předpisům, aby si letadlo uchovalo svůj typový certifikát a osvědčení letové způsobilosti, jinak bude let považován za nebezpečný.Systémoví inženýři proto musí rozumět předpisům, kterým musí letadlo po celou dobu své životnosti vyhovovat, a plánovat metody, aby ho udrželi na letové úrovni.
Jakmile se koncept stane produktem, práce systémového inženýra nekončí. Poté musí spolupracovat s týmem údržby, aby udrželi produkt v bezpečí a mohli jej používat, dokud nevyprší jeho platnost. Obrázek 3 ukazuje životní cyklus letadla z pohledu Úřadu pro civilní letectví (CAA) a způsob, jakým by systémoví inženýři a produktoví manažeři v letectví museli pracovat s CAA během celého životního cyklu.
Obrázek 3 - Životní cyklus letadla (The Civil Aviation Authority of New Zealand, 2009)
Zabalit to všechno
Systémové inženýrství je „klíčovou základní kompetencí“ úspěchu v leteckém a kosmickém průmyslu. Jde především o řízení složitosti, aby se dosáhlo správného designu, a poté zachování a zvýšení jeho technické integrity (NASA, 2009). Podle administrátora NASA Michaela D. Griffina ve své prezentaci z roku 2007, Systémové inženýrství a „dvě kultury“ inženýrství , pomáhá systémové inženýrství zajistit rovnováhu všech subsystémů, které se spojí do systému, který bude postupovat kolem předběžné fáze návrhu, a tak splnit požadavky zákazníků, pro které byl výslovně navržen (Griffin, 2007).
Při pohledu na vývoj koncepce civilního letadla a zvážení různých zúčastněných stran a systémových rozhraní zapojených do životního cyklu letadla, ať už přímo či nepřímo, je zřejmé, že systémoví inženýři mají rozsáhlou škálu odpovědností a perspektiv, které mají spravovat mimo inženýrský systém, který je i nadále řešen a spravován i po dokončení předběžné fáze návrhu. Zajištěním toho, že plně rozumí rozsahu konečného cíle konečného produktu, a zhodnocení dopadu, který bude mít na různé zúčastněné strany, jsou systémoví inženýři schopni určit vstupy potřebné k dosažení těchto cílů ve stanovených termínech a rozpočtech.
Ačkoli systémové inženýrství může mít různé formy v závislosti na odvětví a preferencích organizace, použité základní metody zůstávají konzistentní a cíl zůstává stejný: najít nejlepší design, který splní požadavky. V každém inženýrském projektu bude existovat řada specializovaných subsystémů, které je třeba spojit, aby bylo zajištěno, že konečný výsledek projektu splňuje jeho specifikace podle jeho nejlepších schopností.
Reference
3dsCATIA. (2011, 30. září). Co je to „Systémové inženýrství“? - Základní kolekce. Citováno z YouTube:
Aronson, D. (nd). Přehled systémového myšlení. Citováno 2016, z Thinking Page:
Ministerstvo obrany. (1998). Příručka pro návrh elektronické spolehlivosti MIL-HBK-338B. Virginie: Úřad pro kvalitu a standardizaci obrany.
INKOZE. (nd). Co je to Systémové inženýrství? Citováno 2016, z INCOSE UK:
INKOZE. (2009, březen). zGuide 3: Proč investovat do systémového inženýrství? Citováno z INCOSE UK:
Kasser, J. a Mackley, T. (2008). Uplatnění systémového myšlení a jeho sladění se systémovým inženýrstvím. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I., & Seabridge, A. (2013). Návrh a vývoj leteckých systémů (2. vydání). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Umění a věda systémového inženýrství. NASA.
© 2016 Claire Miller