Techniky systémového inženýrství se používají v komplexních projektech: při návrhu kosmických lodí, počítačových čipů, robotice, integraci softwaru a stavbě mostů. Systémové inženýrství využívá řadu nástrojů, které zahrnují modelování a simulaci, analýzu požadavků a plánování, aby zvládlo složitost.
Systémové inženýrství je interdisciplinární obor inženýrství. Zaměřuje se na vývoj a organizaci složitých umělých systémů.
Systémové inženýrství je definováno organizací INCOSE jako „obor inženýrství, jehož odpovědností je vytváření a realizace interdisciplinárního procesu, který zajistí, že potřeby zákazníka a zainteresovaných stran budou uspokojeny kvalitně, důvěryhodně, nákladově efektivně a v souladu s časovým plánem v průběhu celého životního cyklu systému, od vývoje přes provoz až po likvidaci“. Tento proces obvykle zahrnuje následujících sedm úkolů: Stanovení problému, Zkoumání alternativ, Modelování systému, Integrace, Spuštění systému, Vyhodnocení výkonnosti a Přehodnocení. Proces systémového inženýrství není sekvenční: úkoly se provádějí paralelně a iterativně.“
QFD Dům kvality pro procesy vývoje podnikových produktů
Termín systémové inženýrství pochází z Bellových telefonních laboratoří ze 40. let 20. století. Potřeba identifikovat a manipulovat s vlastnostmi systému jako celku, které se v případě složitých inženýrských projektů mohou značně lišit od součtu vlastností jednotlivých částí, motivovala ministerstvo obrany, NASA a další průmyslová odvětví k uplatnění této disciplíny [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text].
V roce 1990 byla zástupci řady amerických společností a organizací založena profesní společnost pro systémové inženýrství National Council on Systems Engineering (NCOSE). NCOSE byla založena s cílem řešit potřebu zlepšení postupů a vzdělávání v oblasti systémového inženýrství. V důsledku rostoucího zapojení systémových inženýrů mimo USA byl název organizace v roce 1995 změněn na International Council on Systems Engineering (INCOSE). Školy v několika zemích nabízejí postgraduální programy v oblasti systémového inženýrství a možnosti dalšího vzdělávání jsou k dispozici i pro praktikující inženýry.
Systémové inženýrství znamená jak přístup, tak nověji i disciplínu v inženýrství. Cílem vzdělávání v systémovém inženýrství je jednoduše formalizovat tento přístup a přitom identifikovat nové metody a možnosti výzkumu podobně, jako je tomu v jiných oblastech inženýrství. Jako přístup má systémové inženýrství holistickou a interdisciplinární příchuť.
Systémové inženýrství se zaměřuje na definování potřeb zákazníka a požadovaných funkcí v rané fázi vývojového cyklu, dokumentování požadavků, následně na syntézu návrhu a ověření systému při zohlednění celého problému, životního cyklu systému. Oliver a kol. tvrdí, že proces systémového inženýrství lze rozložit na
V rámci Oliverova modelu je cílem procesu řízení organizovat technické úsilí v životním cyklu, zatímco technický proces zahrnuje vyhodnocení dostupných informací, definování opatření účinnosti, vytvoření modelu chování, vytvoření modelu struktury, provedení analýzy kompromisů a vytvoření plánu postupného sestavování a testování.
Ačkoli v průmyslu existuje několik modelů, které se používají v závislosti na jejich použití, všechny se zaměřují na identifikaci vztahu mezi jednotlivými výše uvedenými fázemi a zahrnují zpětnou vazbu. Příklady takových modelů jsou např: Vodopádový model a model VEE.
Vývoj systému často vyžaduje přispění různých technických oborů. Tím, že SE poskytuje systémový (holistický) pohled na vývojové úsilí, pomáhá spojit všechny technické přispěvatele do jednotného týmového úsilí a vytvořit strukturovaný vývojový proces, který postupuje od koncepce přes výrobu až po provoz a v některých případech až po ukončení a likvidaci.
Tato perspektiva se často opakuje i ve vzdělávacích programech, kde kurzy systémového inženýrství vyučují učitelé z jiných technických kateder, což v podstatě pomáhá vytvářet interdisciplinární prostředí.
Potřeba systémového inženýrství vznikla s nárůstem složitosti systémů a projektů. Hovoříme-li v této souvislosti o složitosti, neomezujeme se pouze na inženýrské systémy, ale také na lidské organizace; zároveň se systém může stát složitějším nejen v důsledku nárůstu velikosti – jako v případě Mezinárodní vesmírné stanice -, ale také s nárůstem množství dat, proměnných nebo počtu oblastí, které jsou současně zapojeny do návrhu.
Do oblasti systémového inženýrství spadá například vývoj inteligentnějších řídicích algoritmů, návrh mikroprocesorů a analýza environmentálních systémů. Systémové inženýrství podporuje používání nástrojů a metod pro lepší pochopení a řízení složitosti systémů. Některé příklady takových nástrojů jsou:.
Interdisciplinární přístup k inženýrským systémům je ze své podstaty složitý, protože chování a interakce mezi jednotlivými složkami systému nejsou vždy dobře definovány nebo pochopeny (alespoň na začátku). Definování a charakterizování takových systémů a subsystémů a interakcí mezi nimi je jedním z cílů systémového inženýrství. Tím se úspěšně překonává propast, která existuje mezi neformálními požadavky uživatelů, provozovatelů a marketingových organizací a technickými specifikacemi, které může inženýr realizovat.
Rozsah činností systémového inženýrství
Jedním ze způsobů, jak pochopit motivaci systémového inženýrství, je chápat ho jako metodu nebo postup, který umožňuje identifikovat a zlepšovat společná pravidla, která existují v rámci nejrůznějších systémů.Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text.S ohledem na tuto skutečnost lze principy systémového inženýrství – holismus, emergence, chování, hranice atd. – aplikovat na jakýkoli systém, ať už komplexní nebo jiný, za předpokladu, že se systémové myšlení používá na všech úrovních. Kromě obranného a leteckého průmyslu potřebuje mnoho společností založených na informačních a technologických technologiích, firem zabývajících se vývojem softwaru a odvětví v oblasti elektroniky a komunikací systémové inženýry jako součást svého týmu.
Analýza centra excelence INCOSE pro systémové inženýrství (SECOE) ukazuje, že optimální úsilí vynaložené na systémové inženýrství představuje přibližně 15-20 % celkového úsilí projektu. Studie zároveň ukázaly, že systémové inženýrství v podstatě vede mimo jiné ke snížení nákladů. Až donedávna však nebyl proveden žádný kvantitativní průzkum ve větším měřítku zahrnující širokou škálu průmyslových odvětví. Takové studie, jejichž cílem je zjistit efektivitu a kvantifikovat přínosy systémového inženýrství, probíhají.
Systémové inženýrství podporuje používání modelování a simulace k ověřování předpokladů nebo teorií o systémech a interakcích v nich.
Použití metod, které umožňují včasné odhalení možných poruch, je v bezpečnostním inženýrství integrováno do procesu navrhování. Současně platí, že rozhodnutí učiněná na začátku projektu, jejichž důsledky nejsou jasně pochopeny, mohou mít obrovské důsledky v pozdějším životním cyklu systému a úkolem moderního systémového inženýra je tyto otázky zkoumat a činit kritická rozhodnutí. Neexistuje metoda, která by zaručila, že rozhodnutí učiněná dnes budou platná i v době, kdy bude systém uveden do provozu po letech nebo desetiletích od jeho vzniku, ale existují techniky, které proces systémového inženýrství podporují. Příkladem může být využití metodologie měkkých systémů, metody systémové dynamiky Jaye Wrighta Forrestera a jednotného modelovacího jazyka (UML), z nichž každá je v současné době zkoumána, hodnocena a vyvíjena na podporu procesu inženýrského rozhodování.
Vzdělávání v oblasti systémového inženýrství je často považováno za rozšíření běžných inženýrských kurzů, což odráží postoj průmyslu, že studenti technických oborů potřebují základní vzdělání v některém z tradičních inženýrských oborů (např. průmyslové inženýrství, počítačové inženýrství, elektrotechnika) a praktické zkušenosti z reálného světa, aby mohli být efektivní jako systémoví inženýři. Vysokoškolské programy systémového inženýrství jsou vzácné.
Společnost INCOSE vede průběžně aktualizovaný adresář akademických programů systémového inženýrství po celém světě. Od roku 2006 existuje ve Spojených státech přibližně 75 institucí, které nabízejí 130 bakalářských a magisterských programů v oblasti systémového inženýrství. Vzdělávání v oblasti systémového inženýrství lze brát jako SE-centrické nebo doménově orientované.
Oba tyto modely se zaměřují na výchovu systémového inženýra, který je schopen dohlížet na mezioborové projekty s hloubkou, jakou vyžaduje hlavní inženýr.
Nástroje systémového inženýrství jsou strategie, postupy a techniky, které pomáhají při provádění systémového inženýrství projektu nebo produktu. Tyto nástroje mají různý účel, od správy databází, grafického prohlížení, simulace a uvažování až po tvorbu dokumentů, neutrální import/export a další.
Proces systémového inženýrství
V závislosti na jejich použití se nástroje používají v různých fázích procesu systémového inženýrství.
Nástroje pro grafické znázornění
Grafické znázornění propojuje různé subsystémy nebo části systému prostřednictvím funkcí, dat nebo rozhraní. Některá z výše uvedených metod nebo každá z nich se v odvětví používá na základě jeho požadavků. Například graf N2 lze použít tam, kde jsou důležitá rozhraní mezi systémy. Součástí fáze návrhu je vytvoření strukturálních a behaviorálních modelů systému.
Jakmile jsou požadavky pochopeny, je nyní úkolem systémového inženýra je upřesnit a spolu s ostatními inženýry určit nejlepší technologii pro danou úlohu. V tomto bodě, který začíná obchodní studií, systémové inženýrství vybízí k použití vážených voleb pro určení nejlepší varianty. Rozhodovací matice nebo Pughova metoda je jedním ze způsobů (QFD je jiný způsob), jak tuto volbu provést při zohlednění všech důležitých kritérií. Obchodní studie zase poskytuje informace pro návrh, který opět ovlivňuje grafické znázornění systému (aniž by se měnily požadavky). V procesu SE představuje tato fáze iterační krok, který se provádí, dokud není nalezeno proveditelné řešení. Rozhodovací matice se často vyplňuje pomocí technik, jako je statistická analýza, analýza spolehlivosti, dynamika systému (zpětnovazební řízení) a optimalizační metody.
Někdy musí systémový inženýr posoudit existenci několika proveditelných řešení a jen zřídkakdy se na základě vstupů od zákazníka dospěje pouze k jednomu. Některé požadavky zákazníka nepřinesou žádné proveditelné řešení. Je třeba obchodovat s omezeními, aby bylo nalezeno jedno nebo více proveditelných řešení. Požadavky zákazníků se stávají nejcennějším vstupem do takového obchodu a nelze je předpokládat. Tato přání/přání může zákazník zjistit až poté, co zjistí, že problém příliš omezil. Nejčastěji lze nalézt mnoho proveditelných řešení a je třeba definovat dostatečný soubor omezení, aby vzniklo optimální řešení. Tato situace je někdy výhodná, protože člověk může představovat příležitost ke zlepšení návrhu směrem k jednomu nebo mnoha cílům, jako jsou náklady nebo časový plán. K řešení problému lze použít různé metody modelování včetně omezení a nákladové funkce.
Jazyk pro modelování systémů (SysML), modelovací jazyk používaný pro aplikace systémového inženýrství, podporuje specifikaci, analýzu, návrh, ověřování a validaci široké škály složitých systémů.
Mnoho souvisejících oborů lze považovat za úzce propojené se systémovým inženýrstvím. Tyto oblasti přispěly k rozvoji systémového inženýrství jako samostatné entity.
Vyhledejte tuto stránku na Wikislovníku:
Systémové inženýrství
Umělá inteligence – Keramické inženýrství – Výpočetní technika – Elektronika – Energie – Skladování energie – Inženýrská fyzika – Technologie ochrany životního prostředí – Materiálové vědy a inženýrství – Mikrotechnologie – Nanotechnologie – Jaderná technologie – Optické inženýrství – Zoografie
Komunikace – Grafika – Hudební technologie – Rozpoznávání řeči – Vizuální technologie
Stavebnictví – Finanční inženýrství – Výroba – Strojírenství – Těžba – Podniková informatika
Bomby – Zbraně a munice – Vojenská technika a vybavení – Námořní technika
Domácí spotřebiče – Domácí technika – Vzdělávací technika – Potravinářská technika
Letectví a kosmonautika – Zemědělství – Architektura – Bioinženýrství – Biochemie – Biomedicína – Keramika – Chemie – Stavebnictví – Počítače – Konstrukce – Kryogenní – Elektrika – Elektronika – Životní prostředí – Potravinářství – Průmysl – Materiály – Mechanika – Mechatronika – Metalurgie – Hornictví – Námořní doprava – Jaderná energetika – Ropa – Software – Konstrukce – Systémy – Textil – Tkáně
Biomedicínské inženýrství – Bioinformatika – Biotechnologie – Chemická informatika – Technika požární ochrany – Zdravotnické technologie – Farmaceutika – Bezpečnostní inženýrství – Sanitární inženýrství
Letectví a kosmonautika – Letecké a kosmické inženýrství – Námořní inženýrství – Motorová vozidla – Kosmické technologie – Doprava