Системна інженерія , техніка використання знань з різних галузей техніки та науки для впровадження технологічних інновацій на етапи планування та розробки системи.
Системна інженерія - це не стільки галузь техніки, скільки техніка застосування знань з інших галузей техніки та наукових дисциплін в ефективному поєднанні для вирішення багатогранної інженерної проблеми. Це пов’язано з дослідженнями операцій, але відрізняється від нього тим, що це більше функція планування та проектування, що часто включає технічні інновації. Ймовірно, найважливішим аспектом системної інженерії є її застосування для розробки нових технологічних можливостей із конкретною метою - використовувати їх так швидко, наскільки дозволяють економічні та технічні міркування. У цьому сенсі її можна розглядати як акушерку технологічного розвитку.
Слово "системи" часто вживається і в інших поєднаннях, особливо коли елементи технологічного прогресу не так важливі. Прикладом є системний аналіз. Теорія систем, або іноді системна наука, часто застосовується для аналізу фізичних динамічних систем. Прикладом може бути складна електрична мережа з однією або декількома петлями зворотного зв'язку, в яких ефекти процесу повертаються, щоб спричинити зміни у джерелі процесу.
У розвитку різних інженерних дисциплін у 19-20 століттях між різними галузями було неминуче значне перекриття; наприклад, хімічне машинобудування та машинобудування стосувалися як передачі тепла, так і потоку рідини. Подальше розповсюдження спеціалізацій, як і в багатьох галузях електротехніки та електронної техніки, таких як теорія комунікацій, кібернетика та комп’ютерна теорія, призвело до подальшого перекриття. Системна інженерія може розглядатися як логічний останній крок у процесі. Системні інженери часто мають досвід роботи в галузі електроніки та зв'язку та широко використовують комп’ютери та комунікаційні технології. Проте інженерію систем не слід плутати з цими іншими галузями. Принципово точка зору або спосіб нападу,його не слід ототожнювати з якоюсь конкретною предметною сферою. За своєю суттю та за характером проблем, на які він нападає, він є міждисциплінарним - процедура об'єднання окремих методів та сукупності знань для ефективного досягнення встановленої мети.
Загалом, підхід до системної інженерії, ймовірно, відрізнятиметься від звичайного підходу до проектування, виявляючи підвищену загальність у своїй основній логічній структурі та підвищену стурбованість основними цілями, яких потрібно досягти. Таким чином, на кожному етапі системний інженер, швидше за все, запитує і чому, і як, а не просто як.
На додаток до системної інженерії важливо визначити самі системи. Системи, до яких стосується системний інженер, насамперед створені людиною. По-друге, вони великі і складні; їх складові частини взаємодіють настільки широко, що зміна однієї частини може вплинути на багато інших. Якщо не існує такої взаємодії, інженеру систем мало що зробити, принаймні на рівні систем; він може негайно звернутися до самих компонентів. Іншою важливою характеристикою систем є те, що їх вхідні дані зазвичай є стохастичними; тобто вхідні дані є по суті випадковими функціями часу, хоча вони можуть мати статистичні закономірності. Таким чином, не можна розраховувати на те, що саме буде піддана система в реальній експлуатації,і його ефективність повинна оцінюватися як середнє статистичне значення відповідей на цілий ряд можливих входів. Обчислення, засноване на одній точно визначеній функції введення, не допоможе.
Системи можуть також відрізнятися залежно від обсягу людського судження, що вступає в їх роботу. Звичайно, існують такі системи, як електричні схеми, автоматизоване виробниче обладнання або роботи, які можуть працювати повністю визначено. З іншого боку, існують системи управління та управління як для ділових, так і для військових цілей, в яких машини в певному сенсі виконують більшу частину роботи, але з людським наглядом та прийняттям рішень у критичних точках. Очевидно, що ці змішані системи людина-машина пропонують найбільше різноманіття як можливостей, так і проблем для системного інженера. Аспекти таких систем розглянуто в статті Інженерія людських факторів.
Розвиток системної інженерії
Математичне моделювання
Системний підхід випливає з ряду джерел. У широкому розумінні це можна розглядати як просте розширення стандартної наукової методології. Це загальноприйнята процедура в науці (і в інших місцях) - перераховувати всі фактори, які можуть вплинути на ту чи іншу ситуацію, і вибирати з повного списку ті, які здаються критичними. Математичне моделювання, мабуть, найосновніший інструмент системної інженерії, - це техніка, з якою стикається будь-яка галузь науки, яка стала достатньо кількісною. Таким чином, у цьому широкому розумінні системний підхід є просто спадкоємцем традиції, яка є давньою поколіннями, якщо не століттями.
З іншого боку, при пошуку нових і більш конкретних джерел для системного підходу особливо виділяються два. По-перше, це загальна сфера зв'язку, особливо комерційна телефонія, де інженерія систем вперше виникла як явна дисципліна сама по собі. Сліди системного підходу можна знайти в телефонній техніці принаймні ще на початку століття, і системні ідеї були досить поширеними в телефонії до 20-30-х років. Коли Bell Telephone Laboratories, дослідницький підрозділ Американської телефонної та телеграфної компанії, був офіційно зареєстрований в 1925 році, два його основні інженерні підрозділи називалися відповідно розробкою апаратів та розробкою систем. Повна формальна доктрина про роль системної інженерії, однак,вперше виник у роки після Другої світової війни в рамках зусиль з переосмислення політики та структури досліджень та розробок. Ця доктрина встановила інженерні зусилля на рівні логічного співвідношення із зусиллями досліджень та розробок і зробила їх майже порівнянними фактичними розмірами, принаймні з дослідженнями. Системний інженер мав безліч функцій, з особливим акцентом на ефективне використання науково-технічних досягнень при плануванні нових систем зв'язку. Цей конкретний набір ідей, звичайно, відображав особливі потреби телефонії. Тим не менше, як приклад та вихідний пункт, це мало широкий ефект. Це, здається, одна з причин, чому такий езотеричний предмет, як системна інженерія, прогресував так само швидко, як і раніше. (Для детального обговорення досліджень та розробок аспектів системної інженерії,див. статтю Дослідження та розробки.)
Дослідження операцій та системна інженерія
Другим важливим джерелом для системної інженерії є дослідження операцій, яке виникло у визнаній формі у Великобританії під час Другої світової війни і спочатку стосувалося найкращого використання військової техніки. Типові приклади включали визначення найкращої зайнятості певної кількості бомбардувальників, найкращого способу організації конвоїв проти атаки підводного човна та найкращого способу використання перехоплювачів проти бомбардування. Дослідження операцій були ефективними у таких випадках і з тих пір процвітали як у цивільному, так і у військовому контексті.
Існує чітка різниця між дослідженнями операцій та системною інженерією. Оскільки дослідження операцій стосується найкращого використання існуючого обладнання, технологічна невизначеність не виникає. З іншого боку, системна інженерія зазвичай займається плануванням нового обладнання, і такі невизначеності можуть бути важливими. На практиці, проте, системна інженерія та дослідження операцій мають багато спільного. Зокрема, вони поділяють багато однакових аналітичних методів. Це багато в чому випливає з того факту, що системний інженер, ймовірно, оцінить ефективність попереднього проекту тими самими методами, які використовував би фахівець з досліджень операцій із фактичним обладнанням.
Ще однією причиною перекриття є той факт, що різниця між новим та існуючим обладнанням є не зовсім чіткою. Новинка в обладнанні - справа відносна. Якщо нове обладнання достатньо добре базується на існуючих конструкторських техніках і, схоже, має мало достатньо технічних невизначеностей, питання стає неважливим. Питання полягає в ступені та, певною мірою, в судженнях.
Більша частина сучасного характеру системної інженерії склалася історично з початку 1950-х років. У роки, що відбулися безпосередньо після Другої світової війни, були деякі варті уваги події, зокрема, наприклад, запровадження лінійного програмування в 1947 році та заснування різних організацій для подальшого розвитку галузі наприкінці 1940-х років. Однак загалом це був період консолідації попередніх досягнень. Таким чином, в галузі зв'язку основними системами були деякі системи передачі даних на великі відстані, які були започатковані ще до війни і перервані воєнною діяльністю.
У 1950-х роках темпи зростання помітно прискорились. Перший загальний підручник з системної інженерії з’явився в 1957 році, за яким послідував ряд інших робіт, що стосувалися як промислових, так і військових застосувань. Ці публікації виявились достатніми для того, щоб визначити системну інженерію як загальновизнану навчальну дисципліну, і курси з неї зараз викладаються у багатьох університетах розвинених країн світу. Професійні товариства та журнали існують у Франції, Індії, Японії, Німеччині, Великобританії та США.
Зв'язок та електроніка
Розвиток системної інженерії після 1950 р. Багато в чому випливав із впливу значних успіхів у сусідніх областях, зокрема в галузі зв'язку та електроніки. Хорошим прикладом є система автоматичного управління. Система управління має основну характеристику того, що компоненти екстенсивно взаємодіють і що система в цілому має певні властивості - наприклад, стабільність -, про які не можна сказати, що вони прилягають до будь-якого окремого компонента. Таким чином, системи управління забезпечили зручні навчальні приклади для системної інженерії.
Розвиток теорії інформації як базової відправної точки для комунікаційної інженерії у роки, що відразу після Другої світової війни, також вплинуло на формування еволюції системної інженерії. Було виявлено, що різні підсистеми багатьох повноцінних систем утримуються разом за допомогою, фактично, каналів зв'язку. Таким чином, ідеї передачі інформації від однієї частини системи до іншої виявилися корисними для розуміння роботи структури в цілому.
Комп’ютери та системна інженерія
Системна інженерія також отримала прибуток від появи комп’ютерів та подальшого розвитку потужних мов програмування високого рівня, які вплинули на сферу двома основними способами. По-перше, вони надали нові інструменти для аналізу складних систем за допомогою великих розрахунків або прямого моделювання. По-друге, їх можна використовувати для перетравлення великих обсягів даних або як фактичні складові складних систем, особливо тих, що стосуються переважно передачі інформації. Це відкрило можливість обробки інформації, а також просто її передачі в таких системах (див. Також обробку інформації).
Вплив проблем військової зброї на інженерну систему розпочався незабаром після Другої світової війни. Знаковою датою став 1945 рік, коли було започатковано розробку американського ракетного комплексу Nike Ajax.
У 1945 р. Доступний ракетний пристрій здавалося ледве достатнім для забезпечення ракети задовільної тактичної дальності. Було виявлено, що досяжна дальність залежить від кількох параметрів, таких як вага і розмір боєголовки, тонкість аеродинамічної конструкції ракети, ступінь маневреності, що забезпечується системою управління, а також форма траєкторії та середня швидкість по ній. Таким чином було проведено ефективне проектування систем, в якому досліджувались різноманітні комбінації властивостей ракети з метою досягнення найкращого балансу між дальністю та іншими тактичними характеристиками.
Питання щодо контролю та зворотного зв'язку також були важливими аспектами загальної проблеми системи. По суті, вся система представляла собою гігантський цикл зворотного зв'язку, оскільки ракета управлялася за наказом, надісланим з наземного комп'ютера, а вхід комп'ютера містив інформацію про те, що робить радіолокатор спостереження, який робить ракета. Таким чином, був замкнутий цикл зворотного зв’язку від ракети до комп’ютера і знову до ракети. Існували також такі допоміжні петлі зворотного зв'язку, як автопілот, що контролював відношення ракети, і на динамічну реакцію системи додатково впливала необхідність обробляти радіолокаційні сигнали для видалення радіолокаційного «тремтіння». Аналіз таких складних динамічних систем, що включають переплетені шляхи зворотного зв'язку, став важливою особливою частиною загальної області систем.
У 1950-1960-х роках інженерія систем також зростала в інших напрямках, в основному в результаті проектів систем озброєнь, пов'язаних з холодною війною. Таким чином, дослідження Ajax стосувалося динаміки однієї ізольованої ракети. З іншого боку, оборонні системи, які виросли в 1950-х роках, передбачали скоординовану роботу великої кількості ракет, гармат, перехоплювачів та радіолокаційних установок, розкиданих на значній території. Всі вони були об’єднані великим цифровим комп’ютером, який таким чином став центральним елементом системи. Хорошим прикладом є система SAGE (напівавтоматичне наземне середовище) у США.
У ті ж роки системний підхід також все частіше ідентифікувався з функціями управління. Таким чином, фраза «системна інженерія та технічне керівництво» увійшла в обіг для опису ролі системного інженера, відповідального як за початкове планування проекту, так і за його подальше управління. Так звані методи планування, програмування та бюджетування (PPB) були розроблені для забезпечення подібних комбінацій системної інженерії та управління фінансами.
У невійськових сферах системна інженерія розвивалась за подібними, хоча й скромнішими напрямками. Ранні програми, ймовірно, наголошували на системах управління зворотним зв'язком на великих автоматизованих виробничих потужностях, таких як сталепрокатний завод та нафтопереробні заводи. Пізніше додатки наголошували на комп'ютерній інформаційній системі управління та управління, дещо подібній до тих, що були раніше розроблені для ППО. В останні роки системний підхід іноді застосовується до набагато більших цивільних підприємств, таких як планування нових міст.
