Читать книгу Системная инженерия на раз-два - Виктор Николенко - Страница 5

При создании новых высокотехнологичных систем набор требований стал существенно сложнее, чем три десятилетия назад. Прошлые достижения инженеров и менеджеров не обеспечивают успех в условиях вызовов будущего. Инновационные разработки компаний направлены на решение следующих задач.

– Удовлетворить желания клиентов в отношении новых продуктов и услуг.

– Улучшить экономику компании в долгосрочной перспективе.

– Научиться быстро реагировать на изменения на рынке.

– Стремиться стать признанным лидером в своей отрасли.

– Улучшить бизнес-модель, стратегию и процессы организации.

– Воспитывать творческих сотрудников путем организации эффективной работы.

Ниже перечислены пункты блока «Технологический рывок» из решения правительства РФ по реализации федеральных проектов от 2021 г. Перечень инициатив включает разработку технологий, позволяющих производить соответствующее оборудование.

• Чистая энергетика (водород и возобновляемые виды энергетики).

• Новая атомная энергетика, в том числе малые атомные реакторы для удаленных территорий.

• Развитие производств новых материалов.

• Круглогодичный Северный морской путь.

• Беспилотные логистические коридоры для транспорта.

• Автономное судовождение.

• Беспилотная аэродоставка грузов.

• Персональные медицинские помощники.

• Электроавтомобиль и водородный автомобиль.

• Цифровая экосистема «Одно окно» экспортера.

• Платформа университетского технологического предпринимательства.

• Взлет – от стартапа до размещения акций на бирже.

• Передовые инженерные школы.

Успех будущих поколений специалистов, инженеров и менеджеров будет напрямую зависеть от их способности эффективно работать в этом новом мире.

Уточним основные понятия системы и их роли.

• Цели: формулируют потребности заинтересованных сторон и определяют общую задачу создания системы. Каждая цель формулируется в виде набора требований.

• Жизненный цикл: определяет, как система будет построена или произведена, ее испытания, продажи, финансирование, эксплуатацию, обслуживание и утилизацию по завершению эксплуатации.

• Режимы работы: предусматривают функционирование системы в различных средах и условиях (сценариях). Самолет, например, используется для перевозки пассажиров и грузов, и для обучения экипажа. Его также нужно обслуживать, ремонтировать и испытывать.

• Ограничения: каждая конкретная система ограничена законодательством, процедурами и стандартами, имеющимися материалами, знаниями и технологиями, заданным временем проекта, финансированием, людскими и материальными ресурсами.

Управление жизненным циклом системы включает все действия для выполнения программы или проекта в различных фазах, разделенных точками принятия ключевых решений или контрольными рубежами (КР). В стандарте «Процессы жизненного цикла систем» ISO 15288:2015 (ГОСТ Р 57193—2016) перечислены 30 базовых процессов жизненного цикла систем, рис. 2.

Рис. 2. Базовые процессы жизненного цикла систем

Указанные процессы разделены на четыре основные группы.

• Группа технических процессов, объединяет процессы, которые связаны с повседневной деятельностью по проектированию систем.

• Группа процессов технического управления, объединяет процессы, которые отражают специфику управления инженерными проектами.

• Группа организационных процессов, объединяет бизнес-процессы в целом, управление предприятием, инвестициями и процессы управления жизненным циклом системы.

• Группа процессов соглашения, объединяет вопросы отношений между заказчиками и поставщиками, заказа, поставки и приобретения систем.

Для описания инструментов системной инженерии в последующем тексте будут использоваться еще несколько терминов.

• Требование: определяет, что должна делать система. Например, «портативная система очистки воды должна очищать не менее двух литров воды в минуту». Требования верхнего уровня должны включать цели системы, жизненный цикл, режимы работы, ограничения, интерфейсы с другими системами.

• Функция: конкретное действие, которое система выполняет, или значимая цель, для которой система разработана или спроектирована. Функции не надо путать с задачами. Например, в системе кофейного автомата «подача кофейной капсулы» и «дозировка горячей воды» являются функциями автомата. Однако действия «вставить чашку» и «выбрать напиток нажатием кнопки» являются задачами пользователя, а не функциями.

• Компонент: элемент построения системы. Физические компоненты представляют оборудование для построения системы. Электрические и компьютерные компоненты программного обеспечения контролируют и регулируют ее работу. Человеческие компоненты взаимодействия людей с аппаратным и программным обеспечением необходимы для выполнения системных функций.

• Входы и выходы. Динамические объекты системы и ее компоненты нуждаются во входных сигналах для выполнения своих функций. Внутри системы некоторые компоненты могут генерировать выходы для других компонентов. Эти входы и выходы могут быть материалами, энергией, информацией или действиями.

• Базовая версия системы. Это задокументированная точка отсчета для оценки результатов системного проектирования. На определенных этапах проектирования системы предыдущая базовая версия сменяется на более проработанную или зрелую.

Типовое описание процессов жизненного цикла включает стандартные блоки компонентов. Каждый процесс состоит из входа, действия и выхода, дополненных функциями управления и обеспечения, рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема типового процесса

Процессы имеют важные полезные свойства. Они должны быть повторяемыми. Если процессы могут выполняться по-разному, то их результаты нельзя сравнивать. Процессы должны быть измеримыми, чтобы можно было контролировать их эффективность. Процессы могут быть сложными для понимания, в них используют язык конкретной предметной области.

Основными задачами управления жизненным циклом являются:

1. Управление процессом проектирования и разработки системы.

2. Управление процессом технологической подготовки производства.

3. Управление процессом производства продукции.

4. Управление процессами закупки комплектующих изделий, материалов, заготовок, запчастей.

5. Управление процессом испытаний системы, ресурсных, приемо-сдаточных, сертификационных, и др.

6. Управление процессом послепродажного обслуживания.

7. Управление процессами обучения пользователей и обслуживающего персонала.

8. Обеспечение качества на всех этапах ЖЦ.

9. Достижение заданной трудоемкости разработки и изготовления системы.

10. Управление информационной поддержкой всех процессов.

Процесс проектирования системной инженерии переводит системные потребности в структурированные системные требования. Далее посредством моделирования, анализа и синтеза общие требования преобразуют в количественные системные спецификации и параметры. Система развивается от общих концепций к конкретной проектной конфигурации, может быть легко сконструирована и изготовлена.

Для реализации проектов и программ в системной инженерии широко используется принцип декомпозиции:

• Декомпозиция проблемы – разделение сложной проблемы на более простые, позволяет легче найти решение и четко сформулировать задачи для каждого сотрудника.

• Декомпозиция времени – прием разбиения проекта на фазы с указанием конкретных результатов, чтобы эффективно контролировать процесс разработки, измерять эффективность и вовремя применять корректирующие меры.

• Декомпозиция продукта – разделение сложных продуктов на подсистемы, сборки и элементы, позволяет эффективно управлять конфигурацией и поставщиками.

• Декомпозиция действий проекта с последующей интеграцией – определяет четкую последовательность необходимых действий, требования, спецификацию, разбиение работ, проект, интеграцию, верификацию, эксплуатацию, вывод из эксплуатации.

Можно выделить 12 последовательных этапов системно-инженерного процесса создания системы или продукта:

1. Маркетинговая оптимизация – информация по принятию решений на основе анализа и отбора наиболее сбалансированных решений по требованиям рынка.

2. Комплексное техническое планирование – формирование планов процессов и продуктов.

3. Управление требованиями – определение и управление требованиями, которые описывают желаемые характеристики системы.

4. Функциональный анализ – описание функциональных характеристик (что система должна делать), которые используются для получения требований.

5. Синтез – этап преобразования требований в физические решения верхнего уровня системы.

6. Управление интерфейсами – определение и управление взаимодействиями между компонентами в рамках системы или с другими системами.

7. Специализированная (тематическая) инженерия – анализ системы, требования, функции, решения с использованием специальных навыков и инструментов. Помощь в получении требований, синтезе решений, выборе альтернатив.

8. Верификация интеграции – проверка, что интеграция системы обеспечила требуемый уровень точности и идентичности.

9. Управление рисками и возможностями – определение, анализ и управление неопределенностями достижения требований программы.

10. Управление конфигурацией – установление описания и поддержка базовой версии системы, управление изменениями функциональных и физических свойств.

11. Проверка (верификация) и сертификация (валидация) системы. Верификация определяет, что требования к системе являются правильными. Валидация определяет, что реализованное решение отвечает утвержденным требованиям.

12. Инженерия жизненного цикла – включает управление разработкой продукта, передачу работ в производство, интегрированную поддержку логистики, технологическую производственную часть и вывод из эксплуатации. Используется стандартизация для постоянного улучшения эффективности процессов и инструментов СИ, включая документирование и изучение уроков проектов.

Процесс разработки СИ включает несколько итерационных (повторяющихся) циклов: цикл требований, цикл проектирования, цикл верификации (проверки), цикл управления.

1. Цикл требований помогает уточнить определение требований путем распределения функций по подсистемам и компонентам на различных уровнях.

2. Цикл проектирования включает итерационные приложения результатов функционального анализа и распределения для проектирования продукта, чтобы система в целом могла работать в соответствии со всеми заданными требованиями.

3. Цикл верификации включает проведение испытаний спроектированного продукта, его подсистем и компонентов для контроля того, что все требования выполняются на всех уровнях.

4. Цикл управления обеспечивает рассмотрение и анализ вопросов в нужное время, и принятие правильных решений. Контур управления обеспечивает обмен информацией со всем персоналом, участвующим в программе разработки продукта.

Один из вариантов представления процесса разработки в системной инженерии в виде взаимосвязанных итерационных петель обратной связи показан на рис. 4.

Циклы повторяются для изменения архитектуры и конфигурации продукта, чтобы достичь сбалансированного дизайна продукта (т.е. удовлетворительно отвечающего всему набору требований с компромиссными решениями между различными конструктивными соображениями).

В ходе разработки системы должны быть спланированы действия на последующих этапах жизненного цикла. Планируются этапы производства или строительства готовой продукции, эксплуатации и послепродажной поддержки, а также вывода из эксплуатации и утилизации. Это важно для скорейшей передачи системы потребителям и организации процесса возврата инвестиций.

Детальное описание особенностей реализации процесса разработки систем можно найти в представленном в конце книги рекомендательном списке литературы [2,3,8,9]. Далее будут представлены некоторые особенности этапов разработки системы.