Основания системной инженерии
02. Определения системной инженерии
Теперь определения системной инженерии.
Вообще говоря, определения системной инженерии начались вот отсюда.
И это накладывает некоторый отпечаток на то, что было дальше. На начальном этапе системная инженерия рассматривалась Берталанфи как некоторое прикладное направление, некоторая прикладная составляющая общей теории систем. Нам уже приходилось обсуждать к чему это привело в СССР [см. запись доклада "Заметки о системной инженерии в СССР"]. В СССР системная инженерия это не системная инженерия, а некоторый прикладной аспект общей теории систем. И из этого много последствий потом было.
На западе тоже с этого начинали. Посмотрите даты - это 1962-й год. В этом году появилась книга Холла "Методология системной инженерии" (до сих пор актуальная). На эту книжку Берталанфи дал положительный отзыв, заметив: "Смотри-ка, а инженеры написали хорошую книгу". Вот примерно такой был отзыв. Он без подначки был: солидный, хороший, позитивный отзыв. Но в нем Берталанфи позиционировал работу Холла - а Холл был инженером - именно в таком плане, что вот инженеры понимают общую теорию систем и они правильно понимают, как приложить общую теорию систем к их работе, к их делу.
Вот теперь посмотрим определения. Я эти определения поделил на три группы. Определения, которые условно названы начальными, срединными и современными.
Вот начальные определения: 1974-1993 гг. Применительно к инженерной деятельности первое определение появилось в 1974-м году. Где? В военном стандарте США MIL-STD-499A. Что там написано?
На западе тоже с этого начинали. Посмотрите даты - это 1962-й год. В этом году появилась книга Холла "Методология системной инженерии" (до сих пор актуальная). На эту книжку Берталанфи дал положительный отзыв, заметив: "Смотри-ка, а инженеры написали хорошую книгу". Вот примерно такой был отзыв. Он без подначки был: солидный, хороший, позитивный отзыв. Но в нем Берталанфи позиционировал работу Холла - а Холл был инженером - именно в таком плане, что вот инженеры понимают общую теорию систем и они правильно понимают, как приложить общую теорию систем к их работе, к их делу.
Вот теперь посмотрим определения. Я эти определения поделил на три группы. Определения, которые условно названы начальными, срединными и современными.
Вот начальные определения: 1974-1993 гг. Применительно к инженерной деятельности первое определение появилось в 1974-м году. Где? В военном стандарте США MIL-STD-499A. Что там написано?
"Применение научных и технических усилий для:
- преобразования требований, предъявляемых к боевым средствам в описание конфигурации и эксплуатационных характеристик системы посредством использования итеративного процесса, включающего описание, синтез, анализ, проектирование, испытания и аттестацию;
- согласования и объединения в единое целое соответствующих технических параметров и обеспечения совместимости всех связанных с ними функциональных и программных интерфейсов таким образом, чтобы оптимизировать описание и проект системы;
- интегрированного учета надежности, ремонтопригодности, безопасности, живучести, человеческого фактора и других подобных характеристик в рамках общих инженерно-технических усилий, направленных на достижение установленных стоимостных и технических показателей при условии соблюдения утвержденного графика работ."
Что мы тут, в самом первом определении, видим? Системный инженер - это должен был быть человек, который в первую очередь делал систему, которая отвечает заданным требованиям в "каноническом" понимании людей, создававших системы после войны. И если мы почитаем всё, что написано дальше, то по сути дела вся системная инженерия рассматривалась во всех этих определениях как системная инженерия для проектировщика. Для того человека, который проектирует сложные машины и механизмы.
Есть определение Сэйлора. Оно считается одним из важных — это 90-й год. Опубликовано в журнале IEEE. Впервые появляется слово «процесс».
«Процесс, характеризующийся одновременным наличием как технической, так и управленческой составляющих. В технической части — сосредоточен на аналитических усилиях, направленных на преобразование представления о необходимых эксплуатационных возможностях в конструкцию системы надлежащего размера и конфигурации, а также на документировании и спецификации требований. В управленческой части — сосредоточен на оценке рисков и затрат, на формировании интегрированных коллективов, включающих специалистов по отдельным инженерным направлениям и проектные группы, а также на устойчивом управлении конфигурацией и непрерывном аудите усилий, направленных на обеспечение соответствия затрат, графика работ и технических характеристик заявленным эксплуатационным возможностям системы»
Sailor J.D. System engineering: An introduction. В книге System and Software Requirements Engineering, R.H. Thayer and M. Dorfman (eds.). — IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA. — 1990. — pp. 35— 47
Sailor J.D. System engineering: An introduction. В книге System and Software Requirements Engineering, R.H. Thayer and M. Dorfman (eds.). — IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA. — 1990. — pp. 35— 47
Определение Сэйджа — это до сих пор живущий один из основоположников системной инженерии. У Сэйджа впервые появилось в определении «заслуживающих доверия систем». Замечательные слова: не «эффективных», не «качественных». В 1992-м году написано «заслуживающих доверия систем». Для меня это очень знаковая вещь, потому что когда меня учили и когда я начал работать над проектами (первый проект, в котором я участвовал, выполнялся по заказу Минобороны, это было в 1976-м году), и вот за все прошедшие годы я всегда слышал, что «такие должны быть характеристики, такие характеристики». Но я ни от кого из военных не слышал, что система должна заслуживать доверия.
Проектирование, производство и сопровождение заслуживающих доверия систем с учетом стоимостных и временных ограничений
Sage A. P. Systems Engineering. — Wiley, New York. — 1992
Есть определение Форсберга и Мооза, в нем упомянут системный анализ.
«Использование системного анализа и процесса проектирования, а также процессов комплексирования и верификации в логической последовательности, определяемой техническими аспектами ЖЦ проекта.»
Forsberg, K., and Mooz, H. The relationship of systems engineering to the project cycle. // Engineering Management Journal. — № 4(3). — 1992. — p.p. 36–43
Forsberg, K., and Mooz, H. The relationship of systems engineering to the project cycle. // Engineering Management Journal. — № 4(3). — 1992. — p.p. 36–43
Есть определение Вимора. Это основатель первой в мире кафедры системной инженерии (в 1960-м). В 1960-м году была открыта первая в мире кафедра системной инженерии в университете Аризоны. Этот человек открыл ее и возглавлял до 2011 года.
«Научная, учебная и профессиональная дисциплина, главная задача которой состоит в обеспечении того, чтобы все требования, предъявляемые к био/аппаратной/программной системе, были удовлетворены на протяжении полного жизненного цикла этой системы.»
Wymore A.W. Model-based Systems Engineering. — CRC Press, Boca Raton, FL. — 1993
Wymore A.W. Model-based Systems Engineering. — CRC Press, Boca Raton, FL. — 1993
Поскольку он из академической среды, упомянута «учебная» сторона дисциплины. Но мы тоже обсуждаем этот момент. Есть академическая среда. Без академической среды не будет прикладной инженерной деятельности и наоборот. В определении также указано «био/аппаратные/программные» системы. Программисты здесь на третьем месте.
Глядя на эти определения видно, что те аспекты, которые сейчас рассматриваются как неотъемлемая часть определения, появлялись постепенно.
Причем смотрите: это 20 лет. Это серьезный срок. И всё это время люди занимались работой.
При этом я сюда включил MIL-STD-499B, поскольку в течение многих лет это был основной стандарт системной инженерии. А все прекрасно знают, что без министерства обороны США нет американской системной инженерии. Это просто медицинский факт. Хотя бы потому что основная доля американских системных инженеров зарплату получают благодаря МО США. То, что они получают в академической среде, с этой зарплатой не идет в сравнение. Этот стандарт — «499-й» — развивался двадцать лет. Здесь уже привычное нашему уху определение.
Мультидисциплинарный подход, охватывающий полный набор технических усилий по развитию и верификации комплексной и сбалансированной в рамках ЖЦ совокупности системных решений, которые касаются персонала, продуктов и процессов и удовлетворяют требованиям клиентов и других заинтересованных сторон.
MIL-STD-499B
Вот базовые определения, которые по большей части вам известны и с которыми вы работаете. Это период 2000-2010 гг. Есть определение из второй версии руководства INCOSE. Это определение, которое очень часто берется в качестве основы. Здесь спустя десятилетие появилось слово «успешные».
«Междисциплинарный подход и средства, необходимые для создания успешных систем»
INCOSE Systems Engineering Handbook, Version 2a. — INCOSE-TP-2003-016-02. — June 2004
INCOSE Systems Engineering Handbook, Version 2a. — INCOSE-TP-2003-016-02. — June 2004
Другое очень важное определение. Кто-то из вас знает о Саймоне Рамо, кто-то меньше. Но даже когда пробовали при поддержке Росатома продвигать RusEC, даже там были ссылки на Рамо. Я, по сути, не ошибусь, если скажу, что Рамо — это в какой-то мере американский Королев. Поскольку для Вернера фон Брауна, которого все знают, Рамо был начальником в проекте. Не Вернер фон Браун был начальником проекта тяжелых ракет, а Саймон Рамо. А Вернер фон Браун, по-нашему говоря, был главным инженером или научным руководителем, если хотите, этого проекта. При этом Саймон Рамо не только работал в области космических систем, он и в области радиотехнических систем много чего сделал. То есть, такой разносторонний, крупный инженер, руководитель очень крупных проектов, сделанных в интересах Пентагона. И он руководил подобными проектами в течение лет тридцати, начиная с конца 40-х годов и до конца 70-х начала 80-х. Будучи в преклонном возрасте он прекратил руководить проектами, но продолжил активную научную и методическую деятельность.
В 2006-м году, когда ему было за 90 лет, он консультировал федеральную авиационную администрацию (FAA) США при подготовке NAS Systems Engineering Manual. FAA — это важная организация, которая отвечает за эксплуатацию сложных систем; за то, чтобы не было человеческих жертв, чтобы была высокая надежность, высокая предсказуемость объектов, за которыми они следят. И, даже сосредоточившись на стадии эксплуатации, а не на начальной стадии жизненного цикла, они очень много внимания уделяют руководству по системной инженерии. И вот в их руководстве определение системной инженерии давал Рамо.
В 2006-м году, когда ему было за 90 лет, он консультировал федеральную авиационную администрацию (FAA) США при подготовке NAS Systems Engineering Manual. FAA — это важная организация, которая отвечает за эксплуатацию сложных систем; за то, чтобы не было человеческих жертв, чтобы была высокая надежность, высокая предсказуемость объектов, за которыми они следят. И, даже сосредоточившись на стадии эксплуатации, а не на начальной стадии жизненного цикла, они очень много внимания уделяют руководству по системной инженерии. И вот в их руководстве определение системной инженерии давал Рамо.
«Дисциплина, сосредоточенная на проектировании и применении целого (системы), как сущности, отличной от составляющих её частей. СИ включает рассмотрение проблемы во всей её полноте, а также учет всех аспектов и всех показателей, относящихся как к социальным, так и к техническим сторонам задачи.»
Определение С. Рамо, приведенное в Federal Aviation Administration (FAA). NAS System Engineering Manual. Version 3.1. — 06 June 2006
Определение С. Рамо, приведенное в Federal Aviation Administration (FAA). NAS System Engineering Manual. Version 3.1. — 06 June 2006
По сути, на сегодняшний день это самое обобщенное — мировоззренческое — определение. Этот факт надо принять в расчет: один из крупнейших в мире системных инженеров рассматривал системную инженерию как метадисциплину, как некоторый способ смотреть на мир. Это определенное мировоззрение. Такой подход не имеет большого числа сторонников, но не сказать об этом невозможно. Такой подход есть, он никем не опровергнут. Вы знаете, что в системной инженерии декларируется, что нужно учитывать многие точки зрения. Эту точку зрения нельзя не учитывать, потому что этот человек стоял у истоков всего. И, если кому интересно, то на сайте INCOSE есть его книжка по системному подходу в инженерной деятельности.
Чем любопытно следующее определение? Я скажу кто такой Эльснер. Это, на мой взгляд, очень интересный американский профессор. Он, по сути, был первым, кто стал говорить о системной инженерии и об управлении проектами вместе. В России немало людей, которые занимаются управлением проектами, их сообщество является более активным чем наше, они намного лучше финансируются, имеют много контрактов на переподготовку кадров. Я с ними достаточно часто общаюсь: так уж вышло, что я с ними довольно много вместе работал, в первую очередь как преподаватель. Сейчас у нас идет дискуссия. Непростая. Управляющие проектами считают, что они важнее системных инженеров. Если возьмешь руководителя проекта и системного инженера, то где место управленческой деятельности? Это тоже дискуссия. Так вот, утверждение, что такой дискуссии не должно быть, а что первое лицо в управлении проектом и первое лицо — системный инженер — должны работать, не споря, кто из них начальник, а вместе в определенном контексте, — по моим данным, Эльснер — первый, кто это внятно записал на английском языке.
Итеративный, направленный сверху-вниз процесс синтеза, разработки, и эксплуатации системы, которая предназначена для работы в реальных условиях, и почти наилучшим образом удовлетворяет полной совокупности требований к системе.
Eisner H. Essentials of Project and Systems Engineering Management, 3rd edition. — New York, NY, USA: John Wiley & Sons. — 2008
Что здесь любопытно? Это пишет инженер и управленец. «Итеративный» — вот первое интересное слово. Почему «сверху-вниз» — это для дискуссии. Мне больше всего в этом определении нравится «почти наилучшим образом». Это не успешная система, это и не заслуживающая доверия система.
Если посмотреть на практику подготовки инженеров в СССР... Это я неплохо знаю, потому что учился на физтехе, потом преподавал в разных институтах. Так вот везде в центре внимания методы оптимизации. Долбят всё время будущим и практикующим инженерам, что можно найти оптимальное решение. Думаю, что вредно это: никаких оптимальных решений в полном смысле слова (не применительно к математической модели, а в реальной конструкции) не бывает. Можно ставить задачу оптимизации, решать ее обязательно нужно. Но после того как я ее решу, если я сумею ее решить при многих переменных (скорее всего, не смогу, а только некоторые графики построю), то после этого мне всё равно придется «родить» это решение, применить к реальному объекту с учетом тех моделей, которые я построил. И вот это «почти наилучшим образом» в устах человека, который по сути дела, может, не столько инженер, сколько управленец, но сильный академический профессор, — это для меня очень знаковые слова.
Если посмотреть на практику подготовки инженеров в СССР... Это я неплохо знаю, потому что учился на физтехе, потом преподавал в разных институтах. Так вот везде в центре внимания методы оптимизации. Долбят всё время будущим и практикующим инженерам, что можно найти оптимальное решение. Думаю, что вредно это: никаких оптимальных решений в полном смысле слова (не применительно к математической модели, а в реальной конструкции) не бывает. Можно ставить задачу оптимизации, решать ее обязательно нужно. Но после того как я ее решу, если я сумею ее решить при многих переменных (скорее всего, не смогу, а только некоторые графики построю), то после этого мне всё равно придется «родить» это решение, применить к реальному объекту с учетом тех моделей, которые я построил. И вот это «почти наилучшим образом» в устах человека, который по сути дела, может, не столько инженер, сколько управленец, но сильный академический профессор, — это для меня очень знаковые слова.
А вот как сложилась ситуация с определением в 2010-м году. Видно, что люди как-то старались увязать точки зрения: это и дисциплинарный подход, и управленческие усилия, и жизненный цикл, и успешность.
Междисциплинарный подход, определяющий полный набор технических и управленческих усилий, необходимых для преобразования совокупности потребностей и ожиданий клиента и других ЗС, а также имеющихся ограничений в решение и для поддержки этого решения на протяжении его жизни.
ISO/IEC/IEEE 24765: 2010 Systems and software engineering. Vocabulary
Современные определения. INCOSE, 2011. Здесь, по сути, добавилось несколько дополнительных строк-пояснений: «А что мы имели в виду».
«Междисциплинарный подход и средства, необходимые для создания успешных систем. СИ сосредоточена на определении потребностей клиентов и необходимых функциональных возможностей на ранних этапах разработки, на документировании требований и на последующем синтезе проектных решений и валидации системы при условии рассмотрения проблемы в целом: применение системы, затраты и графики работ, характеристики, обучение и сопровождение, испытания, производство, а также прекращение использования и утилизация. СИ принимает во внимание как деловые, так и технические потребности всех клиентов и ЗС с целью предоставления качественной продукции, отвечающей нуждам и потребностям пользователей.»
INCOSE Systems Engineering Handbook, v. 3.2.2. — October 2011
INCOSE Systems Engineering Handbook, v. 3.2.2. — October 2011
Есть такая книга — Defence Acquisition Guidebook. Это приблизительно 1000 страниц текста. Это методическая основа для организации всех военных закупок в США. И там есть раздел, посвященный специально только системной инженерии. Это четвертый раздел, где-то на 120 страниц. Интересно, как они написали в 2012-м году.
«Междисциплинарный подход и процесс, которые охватывают все технические усилия, необходимые для развития, верификации и устойчивого применения интегрированного набора решений в отношении систем, людей и процессов, который позволяет удовлетворить потребности клиентов на сбалансированной по отношению к полному жизненному циклу основе. СИ представляет собой интегрированный, применимый к системам и процессам их жизненного цикла механизм использования мер технического обеспечения и технического руководства, связанных с анализом концепции, анализом способов реализации, инженерно-технической и технологической разработкой, производством и развертыванием, применением и сопровождением, прекращением использования и утилизацией, а также обучением пользователей систем.»
Defense Acquisition Guidebook. — January 2012
Defense Acquisition Guidebook. — January 2012
А потом в 2013-м году это определение «схлопнулось», вот что от него осталось в 2013-м году:
«Систематический, хорошо упорядоченный подход для технического описания, проектирования, разработки, реализации, технического руководства созданием, эксплуатации и прекращения использования системы.»
Defense Acquisition Guidebook. Chapter 4 — Systems Engineering Production Date. — May 2013
Defense Acquisition Guidebook. Chapter 4 — Systems Engineering Production Date. — May 2013
Определений системной инженерии — не отмененных — минимум десять. Это скромный минимум, их на самом деле больше. Если все эти определения более-менее внимательно проанализировать, то во всех этих определениях выделяются три аспекта.
Системная инженерия — это мировоззрение (концепция), процесс, сфера деятельности.
Эти три аспекта в той или иной мере есть везде. В зависимости от того, кто автор, на один из этих аспектов будет делаться больший акцент.
Для чего системная инженерия нужна? С одной стороны системная инженерия помогает создателям систем в выделении точек зрения, которые следует использовать системному инженеру, когда он смотрит на мир; с другой — определяет сферу деятельности (ответственности) системного инженера и, наконец, предлагает инструментарий (процессы) для осуществления этой деятельности.
Для чего системная инженерия нужна? С одной стороны системная инженерия помогает создателям систем в выделении точек зрения, которые следует использовать системному инженеру, когда он смотрит на мир; с другой — определяет сферу деятельности (ответственности) системного инженера и, наконец, предлагает инструментарий (процессы) для осуществления этой деятельности.
Список литературы
- Bertalanffy L. von. General System Theory – A Critical Review // General Systems. Vol. VII. 1962. P. 1–20.
- US Military Standard MIL-STD 499A Systems Engineering. - 1974.
- Sailor J.D. System engineering: An introduction. В книге System and Software Requirements Engineering, R.H. Thayer and M. Dorfman (eds.). - IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA. – 1990. - pp. 35– 47.
- Sage A.P. Systems Engineering. - Wiley, New York. – 1992.
- Forsberg, K., and Mooz, H. The relationship of systems engineering to the project cycle. // Engineering Management Journal. - № 4(3). – 1992. - p.p. 36–43.
- Wymore A.W. Model-based Systems Engineering. - CRC Press, Boca Raton, FL. – 1993.
- US Military Standard MIL-STD 499B (draft). Systems Engineering. – 1993
- Systems Engineering Guide Version 1.2 - U.S. Air Force Aeronautical Systems Centre. - 23 January 2004.
- INCOSE Systems Engineering Handbook, Version 2a. - INCOSE-TP-2003-016-02. - June 2004.
- Federal Aviation Administration (FAA). NAS System Engineering Manual. Version 3.1. – 06 June 2006.
- Eisner H. Essentials of Project and Systems Engineering Management, 3rd edition. - New York, NY, USA: John Wiley & Sons. – 2008.
- ISO/IEC/IEEE 24765: 2010 Systems and software engineering. Vocabulary.
- INCOSE Systems Engineering Handbook, v. 3.2.2. - October 2011.
- Defense Acquisition Guidebook. - January 2012.