Cuprins:
Ingineria sistemelor este o parte critică a oricărui proiect din industria inginerească; indiferent dacă este vorba de fabricarea unei componente simple sau de proiectarea unui produs complex, cum ar fi o mașină sau un avion. Organizații bine consacrate precum NASA și BAE Systems subliniază importanța ingineriei de sisteme pentru a îndeplini cerințele și a avea succes în misiuni și proiecte. Dar ce anume este ingineria sistemelor și ce rol joacă în industria aerospațială?
Pentru a răspunde la această întrebare, ia în considerare ce este un sistem. Conform manualului de proiectare a fiabilității electronice MIL-HBK-338B, un sistem este:
„Un compozit de echipamente, abilități și tehnici capabile să îndeplinească sau să susțină un rol operațional, sau ambele.” (Departamentul Apărării, 1998)
Un sistem nu trebuie neapărat să fie la fel de complex ca un vehicul sau computer și poate face parte dintr-un sistem mai complex și mai mare. Nici măcar nu trebuie să fie creat de om; Sistemul solar este un exemplu firesc de sistem, în timp ce frânele mașinilor sunt un sistem care contribuie ca parte a unui sistem mai mare. Un sistem este un ansamblu de componente care lucrează împreună pentru a procesa o intrare pentru a crea o ieșire.
Sistemele pot fi împărțite într-o serie de sisteme și subsisteme mai mici, specializate în diferite domenii, pentru a se asigura că sistemul general este conform cu cerințele și specificațiile sale. O ierarhie a acestor sisteme poate fi întocmită pentru a împărți cerințele sistemului major în componente mai mici și mai ușor de gestionat, care pot fi distribuite între aceste subsisteme specializate.
Figura 1 - Exemplu de ierarhie a sistemelor. (Moir & Seabridge, 2013)
Pentru a se asigura că toate componentele vor funcționa împreună în sistemul general, este necesară multă comunicare și integrare între subsisteme. Aici intervine ingineria sistemelor. Ingineria sistemelor este descrisă de Consiliul internațional pentru ingineria sistemelor (INCOSE) ca:
„O abordare și mijloace interdisciplinare pentru a permite realizarea de sisteme de succes. Se concentrează pe definirea nevoilor clienților și a funcționalității necesare la începutul ciclului de dezvoltare, documentarea cerințelor, apoi continuarea cu sinteza proiectării și validarea sistemului, luând în considerare problema completă. ” (INCOSE)
Ingineria sistemelor este „holistică și integrativă” și acoperă decalajul în comunicarea dintre diferitele subsisteme „pentru a produce un întreg coerent” (NASA, 2009). În timp ce subsistemele sunt specializate și se concentrează pe un domeniu al sistemului major, ingineria sistemelor este mai generalizată și adoptă o abordare mai axată pe obiective, analizând imaginea mai largă pentru a se asigura că subsistemele se reunesc în mod eficient pentru a produce sistemul major final într-un termen și buget.
Ingineria sistemelor în industria aerospațială
Organizațiile din sectoare precum auto și aerospațial consideră că ingineria sistemelor este utilă în special pentru a identifica soluții alternative, pentru a preveni orice probleme neprevăzute și pentru a se asigura că clientul este mulțumit de calitatea produsului finit. În plus, INCOSE afirmă că „utilizarea eficientă a ingineriei de sisteme poate economisi peste 20% din bugetul proiectului” (INCOSE, 2009). Software-ul de inginerie a sistemelor permite acum companiilor să testeze modele conceptuale în funcție de cerințele clienților prin simulări virtuale și să producă dovezi documentate de siguranță pentru evaluări de la organismele de certificare, cum ar fi Autoritatea de aviație civilă (CAA) (3dsCATIA, 2011). Acest lucru ajută la reducerea deșeurilor din materiale de la testarea prototipurilor, modificărilor și posibilelor casări și face procesul de la concept la produs mult mai rapid și mai eficient.
Scopul unui inginer de sistem este de a ajuta clientul să înțeleagă corect problema la îndemână și să pregătească soluții pentru problemele pe care clientul le poate alege. Inginerul de sistem poate conduce și ghida diferitele departamente ale echipei de proiect către scopul implementării acestei soluții, începând cu rezultatul dorit pentru a determina intrările necesare și apoi referindu-se în mod constant la cerințele clientului pentru a se asigura că sistemul final este conform cu specificațiile sale. Pentru aceasta, un inginer de sistem trebuie să aibă o serie de abilități și trăsături diferite, inclusiv:
- O competență tehnică largă: inginerii de sisteme necesită o înțelegere fundamentală a majorității, dacă nu chiar a tuturor, dintre diferitele subsisteme și dorința de a afla mai multe despre aceste domenii;
- O apreciere a valorii procesului și a obiectivelor generale care trebuie îndeplinite pentru a atinge obiectivul final și a capacității de a aborda aceste obiective echipelor subsistemului;
- Un lider încrezător în sine, dar și un membru puternic și asertiv al echipei. Harold Bell de la sediul NASA sugerează că „un mare inginer de sisteme înțelege complet și aplică arta conducerii și are experiența și țesutul cicatricial din încercarea de a câștiga insigna de lider de la echipa sa” (NASA, 2009);
- Abilități de rezolvare a problemelor și de gândire critică;
- Abilități excepționale de comunicare și ascultare activă și capacitatea de a face conexiuni la nivel de sistem;
- Abilitatea de a adopta o abordare axată pe obiective, spre deosebire de o perspectivă tehnică sau cronologică: un inginer de sistem analizează rezultatul pentru a determina intrările necesare pentru un proiect și trebuie să poată vedea imaginea mai mare, concentrându-se doar pe detaliile mai mici. când e nevoie;
- Confortabil cu schimbarea și incertitudinea: conform NASA, inginerii de sisteme trebuie să înțeleagă și să încurajeze cuantificarea incertitudinii în echipe pentru a proiecta un sistem care să răspundă acestor incertitudini (NASA, 2009);
- Instinct de creativitate și inginerie pentru a găsi cea mai bună modalitate de a rezolva o problemă, apreciind în același timp riscurile și implicațiile;
- Paranoia corectă: așteptarea celor mai bune, dar gândirea și planificarea pentru cel mai rău caz ca măsură de precauție.
Câteva dintre caracteristicile comportamentale ale unui inginer de sisteme pot fi rezumate într-un singur atribut: gândirea sistemelor. Gândirea sistemelor a fost fondată pentru prima dată în 1956 de către profesorul MIT Jay Forrester, care a recunoscut necesitatea unor metode mai bune de testare a ideilor noi despre sistemele sociale, într-un mod similar în care ideile din inginerie pot fi testate (Aronson). Gândirea sistemică este un set de principii generale care le permite oamenilor să înțeleagă și să gestioneze sistemele sociale și să le îmbunătățească.
Abordarea gândirii sistemelor este fundamental diferită de analiza formelor tradiționale. În primul rând, analiza tradițională se concentrează pe reducționism - reducerea părților din sistemul major (denumit și holoni) la componente în continuă scădere (Kasser și Mackley, 2008). În schimb, gândirea sistemelor privește imaginea de ansamblu și modul în care sistemul sau partea interacționează cu ceilalți holoni și recunoaște buclele și relațiile dintre holoni. Acest lucru poate duce adesea la concluzii semnificativ diferite de cele generate de utilizarea metodelor analitice tradiționale, dar poate ajuta, de asemenea, la determinarea comportamentelor emergente ale holonilor și a posibilității unor rezultate nedorite - așteptarea neprevăzutului. Luând acești pași, devine mai ușor să identificăm soluții noi și mai eficiente la probleme complexe și recurente,îmbunătățind în același timp coordonarea în cadrul organizației.
În industrie, inginerii de sisteme sunt obligați să colaboreze cu o serie de părți interesate diferite, fiecare având propria perspectivă pentru proiectarea și dezvoltarea produsului necesar. De exemplu, dacă o organizație aerospațială ar trebui să analizeze dezvoltarea conceptului unei noi aeronave civile, ar exista o gamă largă de părți interesate, inclusiv furnizori de materiale și servicii, pasageri și echipaj aerian și autorități de certificare, precum și echipa de ingineri implicată direct în proiect. Figura 2 prezintă părțile interesate tipice într-un sistem de aviație civilă, împărțindu-le în patru interfețe principale de sistem: socio-economic, de reglementare, inginerie și uman. Prin identificarea acestor interfețe, inginerii de sisteme pot planifica atunci când sunt necesare interacțiuni cu anumite sisteme și simplifică dezvoltarea și operațiunile,documentarea procesului pe tot parcursul.
Figura 2 - Părțile interesate tipice într-un sistem de aviație civilă. (Moir & Seabridge, 2013)
Fiecare părți interesate este interdependentă cu altele din aceeași interfață. De exemplu, atunci când se solicită un certificat de tip, trebuie să fie produse o serie de prototipuri pentru a fi supuse unor teste diferite și trebuie să fie pus la punct un program de întreținere pentru a sprijini navigabilitatea continuă după aprobarea proiectului. Acest lucru este prezentat împreună cu rezultatele testelor prototipului autorităților de reglementare care - dacă sunt satisfăcuți de aspectele de siguranță, sănătate și mediu ale prototipului - aprobă prototipul, iar autoritatea de navigabilitate acordă un certificat de tip (MAWA, 2014). Ulterior, trebuie să se respecte alte reglementări pentru ca aeronava să-și păstreze certificatul de tip și certificatul de navigabilitate sau va fi considerat nesigur să zboare.Prin urmare, inginerii de sistem trebuie să înțeleagă reglementările la care trebuie să se conformeze aeronava de-a lungul vieții și să planifice metode pentru ao menține la un standard de navigabilitate.
Slujba unui inginer de sistem nu se termină odată ce conceptul a devenit un produs. Apoi, trebuie să colaboreze cu o echipă de întreținere pentru a menține produsul în siguranță și capabil de utilizare până când acesta se retrage din service. Figura 3 prezintă ciclul de viață al unei aeronave din punctul de vedere al Autorității Aviației Civile (CAA) și modul în care inginerii de sisteme și managerii de produse din domeniul aeronautic ar trebui să colaboreze cu CAA pe tot parcursul ciclului de viață.
Figura 3 - Ciclul de viață al unei aeronave (Autoritatea de aviație civilă din Noua Zeelandă, 2009)
Împachetând totul
Ingineria sistemelor este „o competență esențială crucială” pentru succesul în industria aerospațială. În primul rând, este vorba despre gestionarea complexității pentru a obține un design corect și apoi menținerea și îmbunătățirea integrității sale tehnice (NASA, 2009). Potrivit administratorului NASA Michael D. Griffin în prezentarea sa din 2007, Ingineria sistemelor și „Cele două culturi” ale ingineriei , ingineria sistemelor ajută la asigurarea unui echilibru al tuturor subsistemelor pentru a se combina într-un sistem care va trece peste faza preliminară de proiectare și astfel să îndeplinească cerințele clienților pentru care a fost conceput în mod explicit (Griffin, 2007).
Analizând dezvoltarea conceptului unei aeronave civile și luând în considerare diferitele părți interesate și interfețele de sistem implicate în ciclul de viață al aeronavei, fie direct, fie indirect, este evident că inginerii de sisteme au o gamă largă de responsabilități și perspective de gestionat în afara sistem de inginerie care continuă să fie abordat și gestionat chiar și după finalizarea fazei preliminare de proiectare. Asigurându-se că înțeleg pe deplin amploarea obiectivului final al produsului final și apreciind impactul pe care îl va avea asupra diferitelor părți interesate, inginerii de sisteme pot determina intrările necesare pentru a atinge aceste ținte în termenele și bugetele situate.
Deși ingineria sistemelor poate lua diferite forme în funcție de industrie și de preferințele organizației, metodele de bază utilizate rămân consecvente și scopul rămâne același: să găsim cel mai bun design care să îndeplinească cerințele. În orice proiect de inginerie va exista o serie de subsisteme specializate care trebuie reunite pentru a se asigura că rezultatul final al proiectului îndeplinește specificațiile sale în măsura posibilităților sale.
Referințe
3dsCATIA. (2011, 30 septembrie). Ce este "Ingineria sistemelor"? - Colecție elementară. Adus de pe YouTube:
Aronson, D. (nd). Prezentare generală a gândirii sistemelor. Adus în 2016, de la Thinking Page:
Departamentul Apărării. (1998). MIL-HBK-338B Manual de proiectare a fiabilității electronice. Virginia: Biroul Calității și Standardizării Apărării.
INCOSE. (nd). Ce este Ingineria sistemelor? Adus în 2016, de la INCOSE UK:
INCOSE. (2009, martie). Ghidul 3: De ce să investiți în ingineria sistemelor? Adus de la INCOSE UK:
Kasser, J. și Mackley, T. (2008). Aplicarea gândirii sistemelor și alinierea la ingineria sistemelor. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. și Seabridge, A. (2013). Proiectarea și dezvoltarea sistemelor de aeronave (ediția a II-a). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Arta și știința ingineriei de sisteme. NASA.
© 2016 Claire Miller