Inżynieria systemowa

Techniki inżynierii systemów są wykorzystywane w złożonych projektach: projektowanie statków kosmicznych, projektowanie chipów komputerowych, robotyka, integracja oprogramowania i budowanie mostów. Inżynieria systemów wykorzystuje wiele narzędzi, które obejmują modelowanie i symulację , analizę wymagań i planowanie w celu zarządzania złożonością.

Inżynieria systemów to interdyscyplinarna dziedzina inżynierii i zarządzania inżynierią , która koncentruje się na tym, jak projektować, integrować i zarządzać złożonymi systemami w całym ich cyklu życia . W swej istocie inżynieria systemów wykorzystuje myślenia systemowego do organizowania tego zasobu wiedzy. Indywidualny wynik takich wysiłków, system inżynieryjny , można zdefiniować jako kombinację komponentów, które działają w synergii , aby wspólnie pełnić użyteczną funkcję .

Kwestie takie jak inżynieria wymagań , niezawodność, logistyka , koordynacja różnych zespołów, testowanie i ocena, łatwość konserwacji i wiele innych dyscyplin niezbędnych do pomyślnego zaprojektowania, rozwoju, wdrożenia i ostatecznego wycofania systemu stają się trudniejsze w przypadku dużych lub złożonych projektów. Inżynieria systemów zajmuje się procesami pracy, metodami optymalizacji i zarządzania ryzykiem w takich projektach. Nakłada się na dyscypliny techniczne i skoncentrowane na człowieku, takie jak inżynieria przemysłowa , inżynieria systemów produkcyjnych, inżynieria systemów procesowych , inżynieria mechaniczna , inżynieria produkcji , inżynieria produkcji , inżynieria sterowania , inżynieria oprogramowania , elektrotechnika , cybernetyka , inżynieria lotnicza , studia organizacyjne , inżynieria lądowa i zarządzanie projektami . Inżynieria systemów zapewnia, że ​​wszystkie prawdopodobne aspekty projektu lub systemu są rozważane i zintegrowane w całość.

Proces inżynierii systemów jest procesem odkrywania, który jest zupełnie inny niż proces produkcyjny. Proces produkcyjny koncentruje się na powtarzalnych czynnościach, które zapewniają uzyskanie wysokiej jakości produktów przy minimalnych kosztach i czasie. Proces inżynierii systemów musi rozpocząć się od odkrycia rzeczywistych problemów, które należy rozwiązać, oraz zidentyfikowania najbardziej prawdopodobnych lub najbardziej dotkliwych awarii, które mogą wystąpić — inżynieria systemów polega na znalezieniu rozwiązań tych problemów.

Historia

QFD Dom Jakości dla Procesów Rozwoju Produktów Przedsiębiorstw

Termin inżynieria systemów wywodzi się z Bell Telephone Laboratories w latach czterdziestych XX wieku. Potrzeba identyfikacji i manipulowania właściwościami systemu jako całości, które w złożonych projektach inżynierskich mogą znacznie różnić się od sumy właściwości części, zmotywowała różne branże, zwłaszcza te opracowujące systemy dla armii USA, do zastosowania tej dyscypliny.

Kiedy nie można było już polegać na ewolucji projektu w celu ulepszenia systemu, a istniejące narzędzia nie były wystarczające, aby sprostać rosnącym wymaganiom, zaczęto opracowywać nowe metody, które bezpośrednio odnosiły się do złożoności. Ciągła ewolucja inżynierii systemów obejmuje rozwój i identyfikację nowych metod i technik modelowania. Metody te pomagają w lepszym zrozumieniu projektowania i kontroli rozwojowej systemów inżynierskich, gdy stają się one coraz bardziej złożone. W tamtych czasach opracowano popularne narzędzia, które są często używane w kontekście inżynierii systemów, w tym USL , UML , QFD i IDEF .

roku przedstawiciele wielu amerykańskich korporacji i organizacji założyli stowarzyszenie zawodowe zajmujące się inżynierią systemów, National Council on Systems Engineering (NCOSE). NCOSE został stworzony, aby zaspokoić potrzebę ulepszeń w praktykach inżynierii systemów i edukacji. W wyniku rosnącego zaangażowania inżynierów systemowych spoza USA, w 1995 roku nazwa organizacji została zmieniona na International Council on Systems Engineering (INCOSE). Szkoły w kilku krajach oferują programy podyplomowe z inżynierii systemów i kształcenia ustawicznego opcje są również dostępne dla praktykujących inżynierów.

Pojęcie

Niektóre definicje , które
Simon Ramo uważał przez niektórych za twórcę nowoczesnej inżynierii systemów, określały tę dyscyplinę jako: „… całości, biorąc pod uwagę wszystkie aspekty i wszystkie zmienne oraz łącząc to, co społeczne z tym, co technologiczne”. — Conquering Complexity, 2004.
„Interdyscyplinarne podejście i środki umożliwiające realizację udanych systemów” — podręcznik INCOSE , 2004.
„Inżynieria systemowa to solidne podejście do projektowania, tworzenia i obsługi systemów. Mówiąc prościej, podejście składa się z identyfikacji i kwantyfikacji celów systemu, stworzenia alternatywnych koncepcji projektu systemu, wykonania zleceń projektowych, wyboru i wdrożenia najlepszego projektu, sprawdzenia, czy projekt jest prawidłowo zbudowany i zintegrowany oraz oceny powdrożeniowej, w jakim stopniu system spełnia (lub osiągnął) cele”. — NASA Systems Engineering Handbook, 1995.
„Sztuka i nauka tworzenia efektywnych systemów przy użyciu całego systemu, zasad całego życia” LUB „Sztuka i nauka tworzenia optymalnych systemów rozwiązań złożonych problemów i problemów” — Derek Hitchins, prof. systemów Engineering, były prezes INCOSE (Wielka Brytania), 2007.
„Koncepcja z inżynierskiego punktu widzenia jest ewolucją naukowca-inżyniera, tj. generalisty naukowego, który utrzymuje szerokie perspektywy. Metoda polega na podejściu zespołowym. W przypadku problemów systemowych na dużą skalę zespoły naukowców i inżynierów, generaliści jak i specjaliści podejmują wspólne wysiłki, aby znaleźć rozwiązanie i fizycznie je zrealizować… Technika ta była różnie nazywana podejściem systemowym lub metodą rozwoju zespołu ”. — Harry H. Goode i Robert E. Machol, 1957.
„Metoda inżynierii systemów uznaje, że każdy system jest zintegrowaną całością, nawet jeśli składa się z różnorodnych, wyspecjalizowanych struktur i podfunkcji. Ponadto uznaje, że każdy system ma wiele celów i że równowaga między nimi może się znacznie różnić w zależności od systemu. Metody mają na celu optymalizację ogólnych funkcji systemu zgodnie z ważonymi celami i osiągnięcie maksymalnej kompatybilności jego części”. — Narzędzia inżynierii systemów autorstwa Harolda Chestnuta, 1965.

Inżynieria systemów oznacza tylko podejście, a ostatnio dyscyplinę inżynierii. Celem edukacji w zakresie inżynierii systemów jest proste sformalizowanie różnych podejść, a tym samym zidentyfikowanie nowych metod i możliwości badawczych podobnych do tych, które występują w innych dziedzinach inżynierii. Jako podejście inżynieria systemów jest holistyczna i interdyscyplinarna w smaku.

Geneza i tradycyjny zasięg

Tradycyjny zakres inżynierii obejmuje koncepcję, projektowanie, rozwój, produkcję i działanie systemów fizycznych. Inżynieria systemów, jak pierwotnie pomyślano, mieści się w tym zakresie. „Inżynieria systemów” w tym znaczeniu tego słowa odnosi się do budowania koncepcji inżynierskich.

Ewolucja w szerszym zakresie

Użycie terminu „inżynier systemów” ewoluowało w czasie, obejmując szerszą, bardziej holistyczną koncepcję „systemów” i procesów inżynierskich. Ta ewolucja definicji była przedmiotem ciągłych kontrowersji, a termin ten nadal ma zastosowanie zarówno w węższym, jak i szerszym zakresie.

Tradycyjna inżynieria systemów była postrzegana jako gałąź inżynierii w klasycznym sensie, to znaczy stosowana tylko do systemów fizycznych, takich jak statki kosmiczne i samoloty. Niedawno inżynieria systemów ewoluowała i nabrała szerszego znaczenia, zwłaszcza gdy ludzie byli postrzegani jako istotny element systemu. Peter Checkland uchwycił szersze znaczenie inżynierii systemów, stwierdzając, że „inżynieria” „można czytać w jej ogólnym znaczeniu; można zorganizować spotkanie lub porozumienie polityczne”.

Zgodnie z szerszym zakresem inżynierii systemów, Ciało Wiedzy o Inżynierii Systemów (SEBoK) zdefiniowało trzy rodzaje inżynierii systemów: (1) Inżynieria systemów produktów (PSE) to tradycyjna inżynieria systemów skoncentrowana na projektowaniu systemów fizycznych składających się ze sprzętu i oprogramowanie. (2) Enterprise Systems Engineering (ESE) odnosi się do postrzegania przedsiębiorstw, czyli organizacji lub kombinacji organizacji, jako systemów. (3) Service Systems Engineering (SSE) ma do czynienia z inżynierią systemów usługowych. Checkland definiuje system usługowy jako system, który ma służyć innemu systemowi. Większość systemów infrastruktury cywilnej to systemy usługowe.

Widok holistyczny

Inżynieria systemów koncentruje się na analizie i pozyskiwaniu potrzeb klientów i wymaganych funkcjonalności na wczesnym etapie cyklu rozwoju, dokumentowaniu wymagań, a następnie przystąpieniu do syntezy projektu i walidacji systemu, biorąc pod uwagę cały problem, cykl życia systemu . Obejmuje to pełne zrozumienie wszystkich interesariuszy . Oliver i in. twierdzą, że proces inżynierii systemów można rozłożyć na

  • proces techniczny inżynierii systemów i
  • Proces Zarządzania Inżynierią Systemów .

W ramach modelu Olivera celem Procesu Zarządzania jest zorganizowanie wysiłku technicznego w cyklu życia, podczas gdy Proces Techniczny obejmuje ocenę dostępnych informacji , zdefiniowanie miar efektywności , stworzenie modelu zachowania , stworzenie modelu struktury , wykonanie analizy kompromisu , i utwórz sekwencyjny plan kompilacji i testów .

W zależności od ich zastosowania, chociaż istnieje kilka modeli stosowanych w branży, wszystkie mają na celu określenie relacji między różnymi etapami wymienionymi powyżej i uwzględnienie informacji zwrotnych. Przykładami takich modeli są model Waterfall oraz model VEE (nazywany również modelem V).

Dziedzina interdyscyplinarna

Rozwój systemu często wymaga wkładu ze strony różnych dyscyplin technicznych. Zapewniając systemowe ( całościowe ) spojrzenie na prace rozwojowe, inżynieria systemów pomaga uformować wszystkich współpracowników technicznych w zjednoczony wysiłek zespołu, tworząc ustrukturyzowany proces rozwoju, który przechodzi od koncepcji przez produkcję do eksploatacji, a w niektórych przypadkach do zakończenia i utylizacji . W przejęciu holistyczna dyscyplina integracyjna łączy wkłady i równoważy kompromisy między kosztami, harmonogramem i wydajnością, przy jednoczesnym utrzymaniu akceptowalnego poziomu ryzyka obejmującego cały cykl życia przedmiotu.

Ta perspektywa jest często powielana w programach edukacyjnych, ponieważ kursy inżynierii systemów są prowadzone przez wykładowców z innych wydziałów inżynierii, co pomaga stworzyć interdyscyplinarne środowisko.

Zarządzanie złożonością

Potrzeba inżynierii systemów pojawiła się wraz ze wzrostem złożoności systemów i projektów, co z kolei wykładniczo zwiększyło możliwość tarcia komponentów, a tym samym zawodność projektu. Mówiąc w tym kontekście, złożoność obejmuje nie tylko systemy inżynieryjne, ale także logiczną organizację danych przez człowieka. Jednocześnie system może stać się bardziej złożony ze względu na wzrost rozmiaru, a także wraz ze wzrostem ilości danych, zmiennych lub liczby pól, które są zaangażowane w projekt. Przykładem takiego systemu jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna .

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest przykładem bardzo złożonego systemu wymagającego Inżynierii Systemów.

Rozwój inteligentniejszych algorytmów sterowania , projektowanie mikroprocesorów i analiza systemów środowiskowych również wchodzą w zakres inżynierii systemów. Inżynieria systemów zachęca do korzystania z narzędzi i metod w celu lepszego zrozumienia i zarządzania złożonością systemów. Niektóre przykłady tych narzędzi można zobaczyć tutaj:

Przyjęcie interdyscyplinarnego podejścia do systemów inżynierskich jest z natury złożone, ponieważ zachowanie i interakcja między komponentami systemu nie zawsze jest od razu dobrze zdefiniowana lub zrozumiana. Zdefiniowanie i scharakteryzowanie takich systemów i podsystemów oraz interakcji między nimi jest jednym z celów inżynierii systemów. W ten sposób luka istniejąca między nieformalnymi wymaganiami użytkowników, operatorów, organizacji marketingowych i specyfikacjami technicznymi jest skutecznie wypełniana.

Zakres

Zakres działalności inżynierii systemów

Jednym ze sposobów zrozumienia motywacji stojącej za inżynierią systemów jest postrzeganie jej jako metody lub praktyki identyfikowania i ulepszania wspólnych zasad istniejących w wielu różnych systemach. [ potrzebne źródło ] Mając to na uwadze, zasady inżynierii systemów – holizm, wyłaniające się zachowanie, granica i in. – można zastosować do dowolnego systemu, złożonego lub innego, pod warunkiem myślenia systemowego jest zatrudniony na wszystkich poziomach. Oprócz obronności i lotnictwa, wiele firm informatycznych i technologicznych, firm zajmujących się tworzeniem oprogramowania oraz branż w dziedzinie elektroniki i komunikacji wymaga inżynierów systemowych jako części swojego zespołu.

Analiza przeprowadzona przez centrum doskonałości INCOSE Systems Engineering (SECOE) wskazuje, że optymalny wysiłek włożony w inżynierię systemów wynosi około 15–20% całkowitego wysiłku projektu. Jednocześnie badania wykazały, że inżynieria systemów, oprócz innych korzyści, zasadniczo prowadzi do obniżenia kosztów. Jednak do niedawna nie przeprowadzono żadnego badania ilościowego na większą skalę, obejmującego wiele różnych branż. Takie badania są w toku w celu określenia skuteczności i ilościowego określenia korzyści płynących z inżynierii systemów.

Inżynieria systemów zachęca do korzystania z modelowania i symulacji w celu weryfikacji założeń lub teorii dotyczących systemów i interakcji w nich zachodzących.

Wykorzystanie metod pozwalających na wczesne wykrywanie ewentualnych awarii w inżynierii bezpieczeństwa jest zintegrowane z procesem projektowania. Jednocześnie decyzje podjęte na początku projektu, których konsekwencje nie są jasno zrozumiane, mogą mieć ogromne konsekwencje w późniejszym życiu systemu, a zadaniem współczesnego inżyniera systemowego jest zbadanie tych kwestii i podjęcie krytycznych decyzji. Żadna metoda nie gwarantuje, że dzisiejsze decyzje będą nadal ważne, gdy system zacznie działać lata lub dekady po pierwszym pomyśle. Istnieją jednak techniki wspomagające proces inżynierii systemów. Przykłady obejmują metodologię systemów miękkich, dynamiki systemowej Jaya Wrighta Forrestera oraz język Unified Modeling Language (UML) — wszystkie są obecnie badane, oceniane i rozwijane w celu wspierania procesu podejmowania decyzji inżynierskich.

Edukacja

Główny artykuł: Lista inżynierii systemów na uniwersytetach

często postrzegana jako rozszerzenie regularnych kursów inżynierskich, co odzwierciedla postawę branży, zgodnie z którą studenci inżynierii potrzebują podstaw w jednej z tradycyjnych dziedzin inżynierii ( np . inżynieria , inżynieria przemysłowa , inżynieria chemiczna ) — plus praktyczne doświadczenie w świecie rzeczywistym, aby być skutecznym inżynierem systemów. Liczba programów uniwersyteckich studiów licencjackich wyraźnie związanych z inżynierią systemów rośnie, ale pozostają rzadkie, a stopnie naukowe zawierające takie materiały są najczęściej przedstawiane jako licencjat z inżynierii przemysłowej. Zazwyczaj programy (samodzielnie lub w połączeniu ze studiami interdyscyplinarnymi) są oferowane począwszy od poziomu magisterskiego, zarówno na ścieżkach akademickich, jak i zawodowych, co skutkuje uzyskaniem tytułu magistra / magistra lub doktora . / stopień inż.

INCOSE we współpracy z Systems Engineering Research Center w Stevens Institute of Technology prowadzi regularnie aktualizowany katalog światowych programów akademickich w odpowiednio akredytowanych instytucjach. Od 2017 roku wymienia ponad 140 uniwersytetów w Ameryce Północnej oferujących ponad 400 programów studiów licencjackich i magisterskich z inżynierii systemów. Powszechne instytucjonalne uznanie tej dziedziny za odrębną subdyscyplinę jest całkiem nowe; w wydaniu tej samej publikacji z 2009 r. liczba takich szkół i programów wynosiła odpowiednio zaledwie 80 i 165.

Edukacja w zakresie inżynierii systemów może być traktowana jako zorientowana na systemy lub zorientowana na domenę :

  • skoncentrowane na systemach traktują inżynierię systemów jako odrębną dyscyplinę, a większość kursów jest prowadzona z naciskiem na zasady i praktykę inżynierii systemów.
  • zorientowane na domeny oferują inżynierię systemów jako opcję, którą można wykorzystać w innej ważnej dziedzinie inżynierii.

Oba te wzorce mają na celu wykształcenie inżyniera systemów, który jest w stanie nadzorować projekty interdyscyplinarne z głębokością wymaganą od głównego inżyniera.

Tematy inżynierii systemów

Narzędzia inżynierii systemów to strategie , procedury i techniki , które pomagają w wykonywaniu inżynierii systemów w projekcie lub produkcie . Przeznaczenie tych narzędzi jest różne, od zarządzania bazą danych, przeglądania graficznego, symulacji i wnioskowania, po produkcję dokumentów, neutralny import/eksport i nie tylko.

System

Istnieje wiele definicji tego, czym jest system w dziedzinie inżynierii systemów. Poniżej znajduje się kilka autorytatywnych definicji:

  • ANSI / EIA -632-1999: „Agregacja produktów końcowych i umożliwienie produktom osiągnięcia określonego celu”.
  • DAU : „zintegrowany zespół ludzi, produktów i procesów, który zapewnia możliwość zaspokojenia określonej potrzeby lub celu”.
  • IEEE Std 1220-1998: „Zestaw lub układ elementów i procesów, które są ze sobą powiązane i których zachowanie zaspokaja potrzeby klienta/operacyjne i zapewnia utrzymanie cyklu życia produktów”.
  • INCOSE Systems Engineering Handbook: „jednorodna jednostka, która wykazuje predefiniowane zachowanie w świecie rzeczywistym i składa się z heterogenicznych części, które indywidualnie nie wykazują tego zachowania oraz zintegrowanej konfiguracji komponentów i / lub podsystemów”.
  • INCOSE : „System jest konstruktem lub zbiorem różnych elementów, które razem dają wyniki, których nie można uzyskać za pomocą samych elementów. Elementy lub części mogą obejmować ludzi, sprzęt, oprogramowanie, obiekty, zasady i dokumenty; to znaczy wszystkie rzeczy wymagane do uzyskania wyników na poziomie systemu. Wyniki obejmują cechy, właściwości, charakterystykę, funkcje, zachowanie i wydajność na poziomie systemu. Wartość dodana przez system jako całość, poza wartością wniesioną niezależnie przez poszczególne części, jest tworzona przede wszystkim przez relacje między części; to znaczy, w jaki sposób są one ze sobą połączone”.
  • ISO/IEC 15288:2008: „Połączenie oddziałujących na siebie elementów zorganizowanych w celu osiągnięcia jednego lub większej liczby określonych celów”.
  • NASA : „(1) Kombinacja elementów, które działają razem w celu wytworzenia zdolności do zaspokojenia potrzeby. Elementy obejmują cały sprzęt, oprogramowanie, wyposażenie, obiekty, personel, procesy i procedury potrzebne do tego celu. (2 ) Produkt końcowy (który wykonuje funkcje operacyjne) i produkty wspomagające (które zapewniają usługi wsparcia cyklu życia operacyjnych produktów końcowych), które składają się na system.

Procesy inżynierii systemów

Procesy inżynierii systemowej obejmują wszystkie kreatywne, manualne i techniczne działania niezbędne do zdefiniowania produktu i które należy przeprowadzić, aby przekształcić definicję systemu w wystarczająco szczegółową specyfikację projektu systemu do wytwarzania i wdrażania produktu. Projektowanie i rozwój systemu można podzielić na cztery etapy, z których każdy ma inną definicję:

  • definicja zadania (definicja informacyjna),
  • etap koncepcyjny (definicja kardynalna),
  • etap projektowania (definicja formatywna) oraz
  • etap wdrożenia (definicja wytwarzania).

W zależności od zastosowania narzędzia wykorzystywane są na różnych etapach procesu inżynierii systemów:

Systems Engineering Process.jpg

Korzystanie z modeli

Modele odgrywają ważną i różnorodną rolę w inżynierii systemów. Model można zdefiniować na kilka sposobów, w tym:

  • Abstrakcja rzeczywistości zaprojektowana w celu udzielenia odpowiedzi na konkretne pytania dotyczące prawdziwego świata
  • Imitacja, odpowiednik lub przedstawienie rzeczywistego procesu lub struktury; Lub
  • Konceptualne, matematyczne lub fizyczne narzędzie wspomagające decydenta.

Razem definicje te są wystarczająco szerokie, aby objąć modele inżynierii fizycznej stosowane w weryfikacji projektu systemu, a także modele schematyczne, takie jak funkcjonalny schemat blokowy oraz modele matematyczne (tj. ilościowe) wykorzystywane w procesie badania handlu. Ta sekcja skupia się na ostatnim.

Głównym powodem stosowania modeli matematycznych i diagramów w badaniach handlowych jest dostarczenie oszacowań skuteczności systemu, wydajności lub atrybutów technicznych oraz kosztów na podstawie zestawu znanych lub możliwych do oszacowania ilości. Zazwyczaj potrzebny jest zbiór oddzielnych modeli, aby zapewnić wszystkie te zmienne wynikowe. Sercem każdego modelu matematycznego jest zestaw znaczących relacji ilościowych między jego danymi wejściowymi i wyjściowymi. Zależności te mogą być tak proste, jak sumowanie wielkości składowych w celu uzyskania sumy, lub tak złożone, jak zestaw równań różniczkowych opisujących trajektorię statku kosmicznego w polu grawitacyjnym. Idealnie, relacje wyrażają przyczynowość, a nie tylko korelację. Ponadto kluczem do udanych działań inżynierii systemów są również metody, za pomocą których te modele są efektywnie i skutecznie zarządzane i wykorzystywane do symulacji systemów. Jednak różne dziedziny często wiążą się z powtarzającymi się problemami modelowania i symulacji w inżynierii systemów, a nowe postępy mają na celu wzajemne zapłodnienie metod wśród różnych społeczności naukowych i inżynierskich pod tytułem „Modelowanie i inżynieria systemów oparta na symulacji”.

Formalizmy modelowania i reprezentacje graficzne

Początkowo, gdy głównym celem inżyniera systemów jest zrozumienie złożonego problemu, graficzne reprezentacje systemu są używane do komunikowania wymagań funkcjonalnych i danych systemu. Typowe reprezentacje graficzne obejmują:

Graficzna reprezentacja łączy różne podsystemy lub części systemu za pomocą funkcji, danych lub interfejsów. Dowolna lub każda z powyższych metod jest stosowana w branży w oparciu o jej wymagania. Na przykład wykres N2 może być używany tam, gdzie ważne są interfejsy między systemami. Częścią fazy projektowania jest stworzenie modeli strukturalnych i behawioralnych systemu.

Po zrozumieniu wymagań inżynier systemów jest teraz odpowiedzialny za ich udoskonalenie i określenie wraz z innymi inżynierami najlepszej technologii do danego zadania. W tym momencie, zaczynając od badania branżowego, inżynieria systemów zachęca do korzystania z ważonych wyborów w celu określenia najlepszej opcji. Macierz decyzyjna lub metoda Pugha to jeden ze sposobów ( innym jest QFD ) dokonania tego wyboru przy uwzględnieniu wszystkich ważnych kryteriów. Badanie branżowe z kolei wpływa na projekt, który ponownie wpływa na reprezentacje graficzne systemu (bez zmiany wymagań). W procesie SE ten etap reprezentuje krok iteracyjny, który jest wykonywany aż do znalezienia wykonalnego rozwiązania. Macierz decyzyjna jest często wypełniana przy użyciu technik, takich jak analiza statystyczna, analiza niezawodności, dynamika systemu (kontrola sprzężenia zwrotnego) i metody optymalizacji.

Inne narzędzia

Systems Modeling Language (SysML), język modelowania używany w aplikacjach inżynierii systemów, obsługuje specyfikację, analizę, projektowanie, weryfikację i walidację szerokiej gamy złożonych systemów.

Lifecycle Modeling Language (LML) to język modelowania o otwartym standardzie przeznaczony do inżynierii systemów, który obsługuje pełny cykl życia: etap koncepcyjny, użytkowania, wsparcia i wycofania.

Powiązane pola i podpola

Wiele powiązanych dziedzin można uznać za ściśle powiązane z inżynierią systemów. Następujące obszary przyczyniły się do rozwoju inżynierii systemów jako odrębnej jednostki:

Inżynieria systemów kognitywnych
Inżynieria systemów kognitywnych (CSE) to specyficzne podejście do opisu i analizy systemów człowiek-maszyna lub systemów socjotechnicznych . Trzy główne tematy CSE to sposób, w jaki ludzie radzą sobie ze złożonością, sposób wykonywania pracy przy użyciu artefaktów oraz sposób, w jaki systemy człowiek-maszyna i systemy społeczno-techniczne można opisać jako wspólne systemy poznawcze. CSE od początku swojego istnienia stała się uznaną dyscypliną naukową, czasami określaną również jako inżynieria kognitywna . W szczególności koncepcja wspólnego systemu poznawczego (JCS) stała się szeroko stosowana jako sposób zrozumienia, w jaki sposób złożone systemy społeczno-techniczne można opisywać z różnym stopniem rozdzielczości. Obszernie opisano ponad 20 lat doświadczeń z CSE.
Zarządzanie konfiguracją
Podobnie jak inżynieria systemów, zarządzanie konfiguracją jest praktykowane w przemyśle obronnym i lotniczym to szeroka praktyka na poziomie systemów. Pole odpowiada zadaniom inżynierii systemów; gdzie inżynieria systemów zajmuje się opracowywaniem wymagań, przydziałem do elementów rozwojowych i weryfikacją, zarządzanie konfiguracją obejmuje przechwytywanie wymagań, identyfikowalność elementu rozwojowego oraz audyt elementu rozwojowego w celu zapewnienia, że ​​osiągnął on pożądaną funkcjonalność, którą inżynieria systemów i/lub testowanie i Inżynieria weryfikacyjna sprawdziła się w obiektywnych testach.
Automatyka Automatyka
oraz jej projektowanie i realizacja układów sterowania , szeroko stosowany w prawie każdej branży, jest dużą poddziedziną inżynierii systemów. Tempomat w samochodzie i system naprowadzania pocisku balistycznego to dwa przykłady. Teoria systemów sterowania to aktywna dziedzina matematyki stosowanej, zajmująca się badaniem przestrzeni rozwiązań i opracowywaniem nowych metod analizy procesu sterowania.
Inżynieria przemysłowa
Inżynieria przemysłowa jest gałęzią inżynierii która dotyczy rozwoju, doskonalenia, wdrażania i oceny zintegrowanych systemów ludzi, pieniędzy, wiedzy, informacji, sprzętu, energii, materiałów i procesów. Inżynieria przemysłowa czerpie z zasad i metod analizy i syntezy inżynierskiej, a także nauk matematycznych, fizycznych i społecznych wraz z zasadami i metodami analizy i projektowania inżynierskiego w celu określenia, przewidywania i oceny wyników uzyskanych z takich systemów.
Inżynieria systemów produkcyjnych
Inżynieria systemów produkcyjnych (PSE) to rozwijająca się gałąź inżynierii, której celem jest odkrycie podstawowych zasad systemów produkcyjnych i wykorzystanie ich do analizy, ciągłego doskonalenia i projektowania.
Projekt interfejsu
Projekt interfejsu i jego specyfikacja mają na celu zapewnienie, że elementy systemu łączą się i współdziałają z innymi częściami systemu oraz, jeśli to konieczne, z systemami zewnętrznymi. Projekt interfejsu obejmuje również zapewnienie, że interfejsy systemowe będą w stanie zaakceptować nowe funkcje, w tym interfejsy mechaniczne, elektryczne i logiczne, w tym zarezerwowane przewody, przestrzeń wtyczek, kody poleceń i bity w protokołach komunikacyjnych. Jest to znane jako rozszerzalność . Interakcja człowiek-komputer (HCI) lub interfejs człowiek-maszyna (HMI) to kolejny aspekt projektowania interfejsów i krytyczny aspekt współczesnej inżynierii systemów. Zasady inżynierii systemów są stosowane przy projektowaniu protokołów komunikacyjnych dla sieci lokalnych i rozległych .
Inżynieria mechatroniczna
Inżynieria mechatroniczna , podobnie jak inżynieria systemów, jest multidyscyplinarną dziedziną inżynierii, która wykorzystuje modelowanie systemów dynamicznych do wyrażania namacalnych konstrukcji. Pod tym względem jest prawie nie do odróżnienia od inżynierii systemów, ale tym, co ją wyróżnia, jest skupienie się na mniejszych szczegółach, a nie na większych uogólnieniach i relacjach. Jako takie, obie dziedziny różnią się raczej zakresem projektów niż metodologią ich praktyki.
Badania operacyjne
Badania operacyjne wspierają inżynierię systemów. Narzędzia badań operacyjnych są wykorzystywane w analizie systemów, podejmowaniu decyzji i badaniach handlowych. Kilka szkół prowadzi kursy SE w dziale badań operacyjnych lub inżynierii przemysłowej [ potrzebne źródło ] , podkreślając rolę inżynierii systemów w złożonych projektach. Krótko mówiąc, badania operacyjne dotyczą optymalizacji procesu przy wielu ograniczeniach. Inżynieria
wydajności
Inżynieria wydajności to dyscyplina zapewniająca, że ​​system spełnia oczekiwania klientów w zakresie wydajności przez cały okres jego użytkowania. Wydajność jest zwykle definiowana jako szybkość, z jaką wykonywana jest określona operacja lub zdolność do wykonania pewnej liczby takich operacji w jednostce czasu. Wydajność może ulec pogorszeniu, gdy operacje oczekujące w kolejce do wykonania są ograniczane przez ograniczoną pojemność systemu. Na przykład wydajność sieci z komutacją pakietów charakteryzuje się opóźnieniem przesyłania pakietów od końca do końca lub liczbą pakietów przełączanych w ciągu godziny. Projektowanie systemów o wysokiej wydajności wykorzystuje modelowanie analityczne lub symulacyjne, podczas gdy realizacja wdrożenia o wysokiej wydajności wymaga dokładnych testów wydajności. w swoich narzędziach i procesach w dużym stopniu opiera się na statystyce , teorii kolejek i teorii prawdopodobieństwa .
Zarządzanie programami i zarządzanie projektami
Zarządzanie programami (lub zarządzanie programami) ma wiele podobieństw do inżynierii systemów, ale ma szersze pochodzenie niż inżynieria inżynierii systemów. Zarządzanie projektami jest również ściśle związane zarówno z zarządzaniem programami, jak i inżynierią systemów.
Inżynieria propozycji
Inżynieria propozycji to zastosowanie zasad naukowych i matematycznych do projektowania, konstruowania i obsługi ekonomicznego systemu opracowywania propozycji. Zasadniczo inżynieria propozycji wykorzystuje „ proces inżynierii systemów ”, aby stworzyć opłacalną propozycję i zwiększyć szanse na pomyślną propozycję.
Inżynieria niezawodności
Inżynieria niezawodności to dyscyplina mająca na celu zapewnienie, że system spełnia oczekiwania klientów dotyczące niezawodności przez cały okres jego eksploatacji; tj. nie zawodzi częściej niż oczekiwano. Oprócz przewidywania niepowodzeń, równie ważne jest zapobieganie niepowodzeniom. Inżynieria niezawodności dotyczy wszystkich aspektów systemu. Jest ściśle powiązany z łatwością konserwacji , dostępnością ( preferowana przez niektórych niezawodność lub RAMS ) i inżynierią logistyki . Inżynieria niezawodności jest zawsze kluczowym elementem inżynierii bezpieczeństwa, podobnie jak w przypadku analizy trybów i skutków awarii (FMEA) oraz analizy drzewa błędów zagrożeń , a także inżynierii bezpieczeństwa .
Zarządzanie ryzykiem
Zarządzanie ryzykiem , praktyka oceny i radzenia sobie z ryzykiem jest jedną z interdyscyplinarnych części Inżynierii Systemów. W działaniach rozwojowych, zakupowych lub operacyjnych uwzględnienie ryzyka w kompromisie z kosztami, harmonogramem i funkcjami wydajności obejmuje iteracyjne złożone zarządzanie konfiguracją identyfikowalności i oceny do planowania i zarządzania wymaganiami w różnych domenach i cyklu życia systemu, który wymaga interdyscyplinarne podejście techniczne inżynierii systemów. Dział inżynierii systemów ma zarządzanie ryzykiem, które definiuje, dostosowuje, wdraża i monitoruje ustrukturyzowany proces zarządzania ryzykiem, który jest zintegrowany z ogólnym wysiłkiem.
Inżynieria bezpieczeństwa
Techniki inżynierii bezpieczeństwa mogą być stosowane przez niewyspecjalizowanych inżynierów przy projektowaniu złożonych systemów w celu zminimalizowania prawdopodobieństwa awarii krytycznych dla bezpieczeństwa. Funkcja „Inżynieria bezpieczeństwa systemu” pomaga zidentyfikować „zagrożenia bezpieczeństwa” w powstających projektach i może pomóc w technikach „łagodzenia” skutków (potencjalnie) niebezpiecznych warunków, których nie można zaprojektować poza systemami.
Planowanie
Planowanie jest jednym z narzędzi wspierających inżynierię systemów jako praktyka i element oceny interdyscyplinarnych problemów w ramach zarządzania konfiguracją. W szczególności bezpośredni związek zasobów, cechy wydajności i ryzyko z czasem trwania zadania lub powiązania zależności między zadaniami i wpływami w całym cyklu życia systemu są problemami inżynierii systemów.
Inżynieria bezpieczeństwa
Inżynieria bezpieczeństwa może być postrzegana jako dziedzina interdyscyplinarna , która integruje społeczność praktyków do projektowania systemów sterowania, niezawodności, bezpieczeństwa i inżynierii systemów. Może obejmować takie subspecjalizacje, jak uwierzytelnianie użytkowników systemu, cele systemu i inne: ludzie, obiekty i procesy.
Inżynieria oprogramowania
Od samego początku inżynieria oprogramowania pomagała kształtować nowoczesną praktykę inżynierii systemów. Techniki stosowane w radzeniu sobie ze złożonością dużych systemów intensywnie korzystających z oprogramowania miały duży wpływ na kształtowanie i przekształcanie narzędzi, metod i procesów inżynierii systemów.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Systems_engineering&oldid=1137850736 ”