Бесплатный фрагмент - Системный подход к управлению высокотехнологичными проектами
2-е издание, переработанное и дополненное
Предисловие ко второму изданию
Целью настоящей книги было дать читателю необходимые инструменты по теме для практического использования в повседневной работе. Ее первое издание (2019 г.) стало активно использоваться специалистами и студентами управленческих позиций в различных отраслях. На основании отзывов читателей и общения со слушателями на лекционных курсах подготовлено переработанное и дополненное второе издание.
Расширенное переиздание этой книги в качестве дополнения к стандартным курсам управления проектами будет полезно управленцам-практикам, менеджерам и инженерам по системам, производству и обслуживанию продуктов, а также руководителям высшего и среднего звена в отраслях разработки и производства новой техники (в авиации, космической, автомобильной, химической, нефтегазовой, транспортной, коммуникационной, медицинской технике, машиностроении, в министерствах, ведомствах и государственных корпорациях). Ее также могут использовать студенты, аспиранты и сотрудники университетов, готовящих специалистов различных высокотехнологичных отраслей.
Сегодняшние испытания, выпавшие на долю Российской Федерации, подтвердили важность лидерской роли управленческого персонала в возвращении технического суверенитета нашей страны. Необходимо эффективное и оперативное решение ряда высокотехнологичных задач. В течение следующих 20 лет мир должен будет быстро реагировать на проблемы загрязнения планеты, истощения ресурсов, а также растущего и более мобильного населения. Разработчики продуктов будут иметь все больше возможностей благодаря достижениям в области моделирования и машинного интеллекта для проектирования желаемого поведения системы. Компоненты и подсистемы будут использоваться в нескольких продуктах, поскольку потребителям требуются интегрированные решения. На рынке появятся новые материалы, с новыми свойствами или более доступные, для замены дефицитных, неэкологичных, плохо обрабатываемых образцов, обеспечения невидимости и др. Для экономии ресурсов будет возрастать необходимость повторного использования существующих компонентов и систем. Цифровизация проникнет во все аспекты жизни и окружающего мира. Возможность моделировать поведение продукта в различных сценариях использования и применение цифровых двойников повышает точность проектирования работы систем в условиях эксплуатации, прогнозирование сроков службы изделий.
Управление высокотехнологичными исследованиями и разработками в значительной степени является искусством координации и интеграции усилий высококвалифицированных участников. Менеджер должен обеспечивать порядок работ, движение к цели при исполнении проекта, разумно справляясь с неопределенностью, присущей новым разработкам. Сегодня в Российской Федерации в рамках борьбы за технологический суверенитет открыто окно возможностей импортозамещения основных отраслей высоких технологий, жизненно необходимых для качественного скачка в промышленном развитии государства. Для достижения этих целей специалистам по управлению необходимо учиться эффективно работать в тесно связанных междисциплинарных командах, объединяющих специалистов широкого профиля и узкоспециализированных экспертов, исполняя сложные проекты в рамках заданных сроков и бюджетов с требуемым качеством.
Во втором издании книги переработана и выделена в отдельную главу тема управления жизненным циклом продукции. Существенно расширено изложение вопросов формирования мультидисциплинарной команды проекта, ее обучения, мотивации и лидерства. Добавлена глава о цифровизации управленческих процессов с точки зрения менеджера в части практического применения цифровых двойников и машинного интеллекта. Внесены дополнения в базовую часть текста книги.
Глава 1. Введение
1.1. Почему эту книгу нужно прочесть
В фокусе данной книги находятся практические вопросы управления высокотехнологичными проектами и программами, недооцененные или отсутствующие, к сожалению, в отечественной литературе.
Есть много проектов, которые включают системы и ведут себя в соответствии с законами систем, что связано со спецификой инженерных программ. Методы традиционного управления проектом направляют общее планирование, организацию, контроль, управление ресурсами, однако не детализируют основное содержание управления программами разработки сложных технических систем. Управление проектами в рамках системного подхода ликвидирует указанный пробел, предоставляет руководство и инструменты для управления техническими аспектами программной деятельности, мониторинга и контроля прогресса проекта, адаптируя процессы, специфичные для инженерной программы, с целью оптимального удовлетворения потребностей заказчика.
Процессы создания новых образцов высокотехнологичной продукции в XXI веке стремительно развиваются в связи с требованиями рынка. При этом в разработках новой продукции в мире используются эффективная методология системной инженерии и техника командной работы. Данной теме посвящено значительное количество монографий, часть из которых приведена в перечне литературы в конце книги [1…10]. Обусловлено это тем, что на сегодня системно-инженерный менеджмент является самой важной практической дисциплиной реализации сложных проектов и программ с подтвержденным положительным эффектом, полезным мощным профессиональным навыком инженеров и менеджеров. Системная инженерия (СИ) оформилась на рубеже ХХ… ХХI веков на основе опыта и достижений технических и управленческих наук как организованный набор принципов, правил и процедур создания высокотехнологичных продуктов. Методология была формализована, реализована в стандартах (включая ряд российских ГОСТов) и инструкциях. В международном сообществе системных инженеров INCOSE вышло 5-е издание справочника по СИ [10]. Подробную информацию также можно найти в 3-ем издании курса системной инженерии NASA и двух томов разъяснений к нему [7, 8].
Отечественный опыт обучения системному подходу показал, что понимание методологии системно-инженерного управления приходит уже после выполнения двух… трех проектов.
Данный краткий курс предназначен для менеджеров различных отраслей, включая авиацию, космос, автомобилестроение, железнодорожный транспорт, «Ростех», «Росатом», «Газпром», «Роснефть», сферу информационных технологий, городские инфраструктуры и др. В материале книги широко использован накопленный многолетний практический опыт автора, руководителя пяти инженерных центров, который полезно учитывать при освоении и применении системной инженерии (см. биографию в конце книги).
Ранее автором издано учебное пособие «Базовый курс системной инженерии» [2] на основе опыта работы и курса лекций, прочитанных в 2013…2016 гг. на междисциплинарной кафедре Высшей школы системной инженерии МФТИ. Затем опубликована книга по практической реализации высокотехнологичных программ [4].
Книга построена в следующем порядке.
В первой главе дано краткое введение к предмету.
Вторая глава включает базовые сведения о методологии системной инженерии, необходимые для понимания последующего текста.
В третьей главе изложено основное ядро книги, системный подход к управлению высокотехнологичными проектами в разных отраслях бизнеса. Перечислены специфические параметры управления и даны пояснения по их применению.
В четвертой главе даны сведения по управлению жизненным циклом системы и компьютеризации этого важнейшего компонента управления.
Пятая глава содержит вопросы создания, обучения и мотивации команды проекта, развития карьеры сотрудников.
В шестой главе приведены базовые сведения для менеджера об использовании инструментов цифровизации работ в экономической модели управления высокотехнологичными проектами.
В седьмой, заключительной, главе обобщены выводы по теме и показаны направления деятельности для практического применения изложенного подхода.
1.2. Современная подготовка специалистов
Основной задачей обучающих и обучаемых в области высоких технологий сегодня является исполнение противоречивых требований к подготовке персонала.
• Необходимо заметно увеличить объем материала для усвоения (т.е. тенденция «вечного студента»).
• Одновременно необходимо сократить сроки обучения специалистов для улучшения экономической отдачи.
На этом фоне непрерывно появляются новые разделы знаний, продвижение «передовых теоретических» разработок имеющихся компетенций и колоссальный информационный шум вокруг «лучших новых знаний» в связи с развитием коммерциализации обучения.
На самом деле, если непредвзято аккумулировать накопленный позитивный опыт (российский и зарубежный), задача управления сложными проектами и программами решается с помощью системного подхода вполне реалистичными методами в разумные сроки. Современный набор инструментов инженера опирается на четыре базовые направления, а именно:
1) предметная инженерия (специализацию дает ВУЗ по электронике, робототехнике, автомобилям, вертолетам, нефтехимии и т.д.);
2) система менеджмента качества (как правило, изучается в организации, обеспечивает рыночный спрос и минимизацию затрат);
3) управление проектом (нерегулярный процесс получения общих сведений из многочисленных пособий типа PMBoK и курсов для управленцев);
4) системная инженерия (на сегодня минимально доступна в РФ, «клей» для объединения вышеперечисленного, универсальное дополнение к пропущенным важным элементам инженерной науки в части технической, управленческой и организационной, системный подход, предмет настоящей книги).
Кроме того, инженерные и управленческие службы уже десятки лет работают в едином информационном пространстве (цифровизация процессов, большие объемы данных). Использование данного инструмента в той или иной степени является для менеджеров обязательным наравне со знанием технического английского языка (чтобы с пользой применять возможности интернета). В настоящее время цифровизация бизнеса стала в РФ государственной программой.
Сегодня владение перечисленным набором базовых знаний является необходимым и достаточным для исполнения любых задач промышленности, в том числе авиационной, космической, атомной, нефтеперерабатывающей и др.
На основе многолетнего опыта РФ и зарубежных лидеров рынка высоких технологий автор настаивает, что в том или ином объеме упомянутый набор знаний должен быть на вооружении как инженеров, так и менеджеров. Чтобы профессионально заниматься высокими технологиями, нужно понимать предмет работ и с инженерной, и с экономико-управленческой стороны.
Системная инженерия является достаточно простым, понятным и высокоэффективным средством обучения проектных команд и отдельных специалистов, неотъемлемой частью стандартизации подходов к высокотехнологичным масштабным проектам.
Системный подход к управлению дополняет сведения стандартов проектного управления типа PMBoK в специфичной части применения научных, инженерных и управленческих усилий для:
a) выявления потребностей клиента вместе с возможностями маркетинга, бизнеса и технологий, которые ведут к созданию системы, удовлетворяющей эти потребности;
б) преобразования эксплуатационных потребностей в описание параметров производительности системы и конфигурации системы путем использования итеративного процесса определения, синтеза, анализа, проектирования, тестирования и оценки;
в) интеграции соответствующих технических параметров обеспечения совместимости всех физических, функциональных и программных интерфейсов, чтобы оптимизировать общий дизайн системы;
г) интеграции надежности, ремонтопригодности, безопасности, живучести, человеческих и других факторов в усилия на достижение затрат, сроков графика и технических целей разработки системы;
д) работы с заинтересованными лицами программы, чтобы убедиться, что созданная система сертифицирована для удовлетворения необходимых потребностей и решения проблем клиентов.
Некоторые итоги применения системного подхода в РФ.
• Обучение системно-инженерному подходу приносит заметный практический эффект для 80…90% инженеров и менеджеров (выпускников отечественных ВУЗов) различных категорий.
• Освоение происходит в оперативном режиме, через один… два года сотрудники выходят на удовлетворительные темпы и качество работ, скачкообразно растут понимание системного подхода к задачам и эффективность.
• Заметно снижаются потери рабочего времени в проекте.
• Возрастает качество работ и получаемых результатов.
• Рост производительности труда после периода обучения составляет от 20 до 100% и далее обеспечивается стабильный прирост не менее 15…25% в год (в среднем на команду).
Несколько слов об истории системной инженерии. В ВУЗах СССР широко преподавали данную дисциплину под названием «Системотехника». К сожалению, в РФ обучение системной инженерии резко сократилось. С 90-х годов прошлого века крупнейшие правительственные учреждения и ведущие мировые компании различных стран используют системно-инженерный подход для реализации своих высокотехнологических проектов. Применение стандартов системной инженерии обязательно для контрактов военных ведомств недружественных стран и государственных заказчиков сложных систем (строительство атомных станций, мостов, космических объектов, транспортной инфраструктуры), таких как Министерство обороны США (DoD), Национальная аэрокосмическая ассоциация (NASA), компаний Boeing, Airbus, гигантов в сфере телекоммуникаций и информационных технологий (Siemens, IBM) и др.
Суть системного подхода для достижения целей в рамках управления ЖЦ состоит в комплексном решении задач управления и вопросов проектирования. Данная методология дополняет («склеивает», как сказано выше) набор стандартных дисциплин высокотехнологичного проекта. Системная инженерия охватывает все стадии мультидисциплинарной разработки продукта от замысла до внедрения, руководствуясь интересами конечного пользователя. Процесс разработки изделий в СИ включает постановку проблемы, управление требованиями, нахождение технических решений, моделирование системы, оптимизацию, разработку архитектуры, управление интерфейсами, управление конфигурацией, интеграцию системы, верификацию и валидацию, эксплуатацию, утилизацию продуктов.
Системная инженерия обеспечивает практически значимые эффекты за счет использования общего междисциплинарного языка для участников проекта, целенаправленного снижения проектных рисков, исправления ошибок на ранних стадиях, когда сделать это еще относительно дешево, на основе эффективных процессов жизненного цикла, повышения производительности команды проекта.
В современных проектах на системно-инженерные процессы выделяется статья в бюджете (от 5 до 30%, цифра возрастает в зависимости от масштабов проекта), чтобы предотвратить возможные убытки, исключить последующую переделку готового изделия [7,10]. То есть результатом системной инженерии является не увеличение прибыли, а снижение вероятных убытков проекта за счет выполнения программы в заданные сроки, в рамках бюджета, с высоким качеством согласно требованиям контракта.
Определяющая роль СИ на стартовом этапе любого высокотехнологичного проекта крайне важна, так как после формирования облика продукта реализация проекта движется по заданному пути, затраты спланированы, изменения маловероятны.
Основы системной инженерии изложены в официальных международных стандартах, задающих правила работы, применимые в этой сфере. Они выделены в семейство стандартов системной и программной инженерии. В главе 2.3 этой книги приведен перечень ряда российских стандартов ГОСТ по системной инженерии, то есть отечественная нормативная база также в наличии.
Активный интерес в мире к применению системной инженерии подтверждается тем, что данный предмет входит в учебные планы всех ведущих зарубежных университетов и ведущих российских ВУЗов.
1.3. Пространство возможностей РФ
Для российских управленцев кратко представим сведения о текущем статусе экономической среды, как базы для деятельности. Экономика РФ по паритету покупательной способности (ППС) в 2023 г. вышла на четвертое место в мире (оценка World Economics). Валовой внутренний продукт России по ППС составил $6,4 трлн. Страна закрепилась в мировой пятерке лидеров второй год подряд. Выше в списке расположились Индия ($14 трлн.), США ($27 трлн.) и Китай ($33 трлн.). В 1992 г. страна находилась в этом списке только на 35-м месте. Для понимания экономических возможностей Российской Федерации далее указаны ее места в мировом рейтинге добычи природных ресурсов, производства товаров и услуг, в основном на 2017 г.
1-е место по запасам (19,8% мировых запасов) и экспорту природного газа, 2-е по добыче (2021);
1-е по запасам лесных ресурсов (23% мировых запасов);
1-е по запасам поваренной соли и 2-е по запасам калийной соли;
1-е по запасам питьевой воды;
1-е по экспорту пшеницы и 3-е по ее урожаю (2021);
1-е по запасам олова, цинка, титана, ниобия, магния;
1-е по запасам никеля (2021);
1-е по запасам железных руд (около 28% мировых запасов);
1-е по экспорту стали и 3-е по экспорту металлопроката;
1-е по экспорту азотных удобрений, 2-е и 3-е места по экспорту фосфорных и калийных удобрений;
1-е по запасам алмазов и 2-е по их добыче;
1-е по запасам серебра;
1-е по экспорту платины и 2-е по ее запасам;
1-е по протяженности электрифицированных железных дорог;
1-е по протяженности линий экологичного транспорта (троллейбусы, электробусы, трамваи и метро);
1-е по количеству проданных на экспорт самолетов-истребителей;
1-е по поставкам на экспорт средств ПВО средней и малой дальности;
1-е по экспортным контрактам на сооружение атомных электростанций;
2-е место по производству первичного алюминия (2020);
2-е по запасам редкоземельных металлов;
2-е по количеству парка вертолетов;
2-е по величине подводного флота;
3-е место по запасам каменного угля (23% мировых запасов) и 3-е по его экспорту;
3-е по числу ежегодных запусков космических аппаратов (2022);
3-е по добыче нефти (2021) и 2-е по ее экспорту;
3-е по производству никеля, вольфрама и авиационного титана (2022);
3-е по запасам золота, 2-е по его добыче (2021);
3-е по запасам меди и свинца, вольфрама и молибдена, лития и рения;
3-е по производству цемента (2021);
3-е по числу абонентов сотовой связи;
3-е по производству продуктов нефтехимии;
3-е по производству сахара-песка (2020);
3-е по поставкам вооружения всех видов;
4-е место по количеству ежегодно печатаемых книг и 4-е по числу переводов с них (доказательство заметного мирового интереса к культуре и жизни в РФ!);
4-е по производству электроэнергии (2021);
4-по запасам урана и 7-е по его добыче (2020);
5-е место по добыче угля, синтетического каучука, калийных удобрений, производству стали (2021);
5-е по производству рафинированной меди;
5-е по производству мяса свинины и мяса птицы (2021);
6-е место по производству натурального молока и растительных масел (2021);
9-е место по производству зерна, черных и цветных металлов, целлюлозы, пиломатериалов.
За 2022 и 2023 гг. в РФ введено в строй более 590 новых значимых производственных объектов (с инвестициями от 150 млн. руб.).
Располагаемые запасы природных ресурсов, уровень развития в промышленной, энергетической, добывающей и сельскохозяйственной сферах представляют уникальную базу для дальнейшего экономического развития нашего государства.
В 2024 г. Правительство РФ выделило 12 национальных проектов, реализация которых нацелена на оперативное достижение технологического суверенитета в критически важных отраслях:
1) станкостроение и робототехника,
2) новые материалы и химия,
3) обеспечение продовольственной безопасности
4) новые медицинские технологии.
5) развитие беспилотной авиации,
6) развитие космической отрасли,
7) атом и новые источники энергии,
8) производство судов и судового оборудования,
9) гражданская авиация,
10) микроэлектроника,
11) экономика данных,
12) наука и университеты.
Все они нацелены на организацию производства новой продукции на основе собственных линий разработки. Эти проекты также затрагивают кадровую политику, средства производства и интеллектуальные права.
В мире будет развиваться аддитивное фабричное производство, стимулируя расширение индивидуализации и производства по требованию. Это повлияет на развитие новых бизнес-моделей и отношений между клиентом и производителем. Расширяется использование алюминия, титана, редкоземельных металлов, полимерных, керамокомпозитных, высокотемпературных материалов и сплавов для снижения массы, повышения рабочих температур, удешевления узлов и продуктов в целом. Идет активное внедрение новых материалов в части направленного проектирования и изменения структуры и свойств материала продукта, включая обширный класс метаматериалов. Ведутся работы по новым источникам энергии, в том числе внедрение сверхпроводимых установок, водородных и топливных элементов, литий-ионных и других комбинаций аккумуляторов, развитие методов проектирования, направленных на сокращение энергозатрат. Применение роботов на всех этапах жизненного цикла продукции с расширяющимся спектром приложений будет влиять на повседневную жизнь, а также на производственную практику.
Обладание полным циклом создания и производства таких высоких технологий, как авиация, космос, атомная энергия, нефтехимия, электроника является прерогативой небольшой группы стран, технологических лидеров, куда входит и Российская Федерация. Российским управленцам необходимо постоянно учиться организационно и эффективно работать. РФ имеет огромный технологический задел, созданный в минувшие годы, обширную географию природных условий, уникальный опыт мирного сосуществования людей сотен национальностей. В настоящий момент ряд отечественных отраслей испытывает высокую потребность в конкурентоспособных продуктах, созданных в соответствии с международными стандартами. Санкции подталкивают предприятия трудиться еще интенсивнее. При этом слабо используется один важный ресурс развития страны.
Производительность труда в высокотехнологичных отраслях зависит от ряда факторов, в том числе от организации работ по созданию новых продуктов и систем, наращивания импортозамещения, исторического наследия в части послепродажного обслуживания поставленной техники, инфраструктуры и роботизации производства, уровня подготовки персонала. Этот показатель является ключевым резервом РФ в продвижении по пути развития новых технологий, так как ресурсы количественного роста персонала ограничены.
Сегодня мы заметно отстаем, например, от лидеров мировой авиационной промышленности в 5…8 раз по выработке на сотрудника. Статистика для авиационной промышленности мира по данным журнала «Эксперт» (2017 г.) показана на рис. 1. Аналогичная картина по производительности труда в ряде других высокотехнологичных отраслей.
О том, как ликвидировать имеющиеся пробелы, чтобы результативно использовать на практике управленческие технологии системной инженерии для повышения эффективности проектов и программ, рассказано далее в этой книге.
Глава 2. База системной инженерии
2.1. Определение системной инженерии
Основным объектом приложения системной инженерии являются системы. Системой кратко называют интегрированный сплав людей, продуктов и процессов, обеспечивающий возможность удовлетворить требуемые нужды или цели.
Перечислим некоторые типы систем. Это бизнес-системы (управление исследованиями и разработками, производством продуктов и услуг для использования на рынке), образовательные системы (обучение и аттестация), финансовые системы (поддержка личных, коммерческих и других финансовых операций), правительственные системы (связанные с управлением людьми как обществом на уровне государства, области, города и т.д.), медицинские системы (больницы, врачи и терапевтические учреждения, управляющие потребностями здравоохранения населения), транспортные системы (наземные, морские, воздушные и космические перевозки людей и грузов), газо- и нефтеперекачивающие трубопроводные системы, городские системы (управление инфраструктурой и транспортом района, города, области), культурные системы (исполнительское искусство музыки и других развлечений, гражданские модели поведения) и др.
Примеры систем (по возрастанию сложности):
•двигатель самолета по сравнению с набором деталей;
• самолет с двигателями и авионикой;
• авиатранспортная система (АТС) с самолетами, пассажирами, грузами, тренажерами и др.;
• система систем, включая АТС, аэропорты, инфраструктуры обслуживания и наземного наблюдения.
Приведем определения из стандарта ГОСТ 56136—2014.
У каждой системы имеется жизненный цикл (ЖЦ). Это совокупность явлений и процессов, повторяющаяся с периодичностью, определяемой временем существования изделия (системы), от начала разработки до вывода из эксплуатации (утилизации).
Этапом жизненного цикла называют часть ЖЦ, выделяемую по признакам моментов контроля (контрольных рубежей), в которых предусматривается проверка характеристик проектных решений типовой конструкции и (или) физических характеристик экземпляров изделий.
Жизненный цикл проекта можно разбить на отдельные фазы, отделенные контрольными рубежами (воротами принятия решений). У NASA 7 фаз ЖЦ, в GE их 10, у Airbus 14 последовательных этапов. Пример ЖЦ системы показан на рис. 2.
Контрольный рубеж (КР) этапа жизненного цикла является моментом завершения этапа ЖЦ, на котором предусматривается проверка характеристик проектных решений типовой конструкции и (или) физических характеристик экземпляров изделий.
Перечислим основные фазы ЖЦ продукта и типовые контрольные рубежи (КР), или ворота принятия решений, на различных этапах модельного ЖЦ программы создания изделия, показанные на рис. 2.
1. Предварительный анализ изделия (КР 0).
2. Маркетинг для определения бизнес-возможности создания разрабатываемого продукта (КР 1).
3. Концептуальное проектирование и оценка выполнимости (КР 2).
4. Определение облика изделия, эскизный проект (КР 3).
5. Изготовление опытных образцов (КР 4).
6. Утверждение («замораживание») конструкции (КР 5).
7. Испытания и сертификация продукта (КР 6).
8. Производство и эксплуатация (КР 7).
9. Вывод из эксплуатации и закрытие программы (КР 8).
Декомпозиция проекта на этапы ЖЦ переводит организацию процесса разработки на более мелкие и управляемые части. Переход фазовых границ определяется в пунктах оценки прогресса проекта и решений типа «идти / не идти». То есть на контрольном рубеже следует принять решение, продолжать ли проект на следующем этапе, вернуться к чертежной доске и переделать текущую работу завершаемой фазы, или прекратить проект.
Этапы жизненного цикла используют, чтобы помочь планировать и управлять всеми основными событиями разработки высокотехнологичной сложной системы или продукта. Разделение на фазы дает менеджерам возможность контролировать и направлять действия осознанно, упорядоченно и методично, что позволяет реагировать на изменения. Это увеличивает прозрачность и упрощает контроль для успешного завершения проекта.
ЖЦ проекта представляет собой важный управленческий инструмент, который используется для распределения ресурсов, обеспечения доступности ключевых лиц, интеграции действий, поддержки своевременного принятия решений, снижения рисков и создания механизмов контроля и руководства. Так как ранние решения влияют на последующие деятельности и «более зрелую» систему труднее изменить по ходу проекта, в системной инженерии сделанное на ранних стадиях имеет наибольшее влияние на успех проекта в целом.
В истории человечества следы системно-инженерного подхода заметны при сооружении египетских пирамид, римских дорог, азиатских ирригационных каналов и других известных объектов, дошедших до наших дней. Например, «подушку» под римской дорогой для колесниц укладывали по правилам того времени из различных материалов до 5 метров толщиной. Спустя столетия эти дороги заасфальтированы и используются для современных автомобилей. Каменные мосты через реки в некоторых голландских городах используются без ремонта на протяжении 300…400 лет. Т.е. выполнено условие, когда действия на каждой фазе ЖЦ системы были направлены на улучшение жизненного цикла на последующих этапах.
Великий российский инженер XIX–XX веков Владимир Шухов за годы профессиональной деятельности реализовал со своими подрядными коллективами более 700 проектов. При этом уровень работ находился на вершине тогдашних инженерных знаний, оформлены патенты мирового уровня: горизонтальный и вертикальный паровые котлы, форсунка для мазута, нефтеналивная баржа, стальной цилиндрический резервуар, висячее сетчатое покрытие для зданий, арочное покрытие, нефтепровод, промышленная крекинг-установка, ажурная гиперболоидная башня (телецентр на Шаболовке в Москве). Всего построено около 200 башен, около 500 мостов, зерновые элеваторы, доменные печи, плавучие ворота сухого дока, вращающаяся сцена МХАТ.
План ГОЭЛРО в послереволюционной России был утвержден в декабре 1921 г. и к 1930 г. перевыполнен. В результате Россия вышла на 3-е место в мире по производству электроэнергии.
Причинами возникновения системной инженерии в ее сегодняшнем виде стали факторы, появившиеся в мире после Второй мировой войны. Активизировалась реализация больших программ, в первую очередь военно-промышленного направления, и основными приводами развития управленческой мысли стали:
1) развитие затратных высокотехнологичных программ с учетом управления рисками и информационных технологий;
2) активизация рыночного соревнования между странами и компаниями (развитие маркетинга);
3) углубление специализации разрабатываемых систем, что выявило важность типовой декомпозиции элементов, управления требованиями, интерфейсами, верификации и валидации;
4) нарастание кадровых проблем для высокотехнологичных отраслей.
Появились книги, справочники и стандарты по теме: H. Good, R. Machol, Системотехника. Введение в проектирование больших систем (1957 г.), справочник Военно-воздушных сил США по системной инженерии (1966 г.), первый СИ стандарт MIL-STD 499 (1969 г.). В СССР один из первых курсов СИ был издан в 1976 г., В. Дружинин, Д. Конторов «Вопросы военной системотехники».
Примененные технологии системной инженерии облегчили успешное получение конкурентоспособных разработок. Переход на командные методы работы по ролям упростил создание результативных коллективов с эффективными лидерами. Для реализации этих задач необходимо было обучить многочисленный персонал. Вследствие необходимости создания новых изделий и освоения высоких технологий ряду стран удалось стандартизовать подготовку творческих инженеров и менеджеров на основе подходов СИ. Сегодня все компании высокотехнологичного сектора имеют справочники системной инженерии в открытом доступе в сети интернет, адаптированные под нужный профиль (в перечне указан год актуального издания).
• Некоммерческое общество системных инженеров INCOSE, 5 изд., 2023 [10].
• Космическое агентство NASA, 3 изд., США, 2017 [7].
• Администрация гражданской авиации США FAA, 2015.
• Компания-интегратор интеллектуальных транспортных систем ITS, 3 изд., 2009.
• Министерство обороны США, DoD, 2006.
• Компания-интегратор авиатехники Airbus, 2004.
• Производитель авиационной техники Boeing, 2003.
При этом перечисленные документы включены для обязательного исполнения в требования для подрядчиков и поставщиков, чем обеспечивается скорость и глубина внедрения методологического подхода.
Приведем актуальные определения предмета книги от общества сиcтемных инженеров INCOSE (2019) и стандарта ISO/IEC/IEEE 15288 (2023).
Системой называют совокупность расположения частей или элементов, которые вместе демонстрируют поведение или значение, которого нет у отдельных компонентов. Системы могут быть физическими, концептуальными (абстрактными информационными), или их комбинацией.
Системной инженерией называют трансдисциплинарный и интегративный подход, позволяющий успешно реализовывать, использовать и выводить из эксплуатации спроектированные системы с использованием системных принципов и концепций, а также научных, технологических и управленческих методов.
СИ фокусируется на:
• установлении, балансировке и интеграции целей заинтересованных сторон, целей и критериев успеха, а также определении фактических или ожидаемых потребностей заинтересованных сторон, операционных концепций и требуемой функциональности, начиная с раннего цикла разработки;
• установлении соответствующей модели жизненного цикла, процессного подхода и структур управления с учетом уровней сложности, неопределенности, изменений и разнообразия;
• создании и оценке альтернативных концепций и архитектур решений; базовых требований и моделирования выбранной архитектуры решения для каждого этапа проекта;
• выполнении синтеза проекта, верификации и валидации системы;
• принятии во внимание проблемных и решающих областей, необходимых систем и служб обеспечения, определении ролей и отношений между частями системы для ее общего поведения и производительности, и балансировке всех этих факторов для достижения удовлетворительного результата.
Процесс СИ завершается интеграцией трех основных активностей:
1) фаза разработки, которая контролирует процесс проектирования и обеспечивает базовые результаты, увязывающие проектные усилия;
2) системная инженерия процесса, обеспечивающего структуру для решения проектных проблем и отслеживающего поток требований через проектные усилия;
3) интеграция жизненного цикла, которая вовлекает заказчиков в проектный процесс и обеспечивает жизнеспособность разработанной системы на всех стадиях ЖЦ.
Инженерной называют систему, разработанную или адаптированную для взаимодействия с ожидаемой эксплуатационной средой для достижения одной или нескольких предполагаемых целей при соблюдении применимых ограничений. Инженерные системы могут включать людей, продукты, услуги, информацию, процессы и природные элементы.
Инженерный менеджмент, как часть процессов системной инженерии, включает искусство и науку планирования, организации, распределения ресурсов, а также управления и контроля деятельности, имеющей технологический компонент.
Отметим, что в определении СИ сделан упор именно на управленческую часть системно-инженерного подхода. Применение СИ на практике позволяет вовремя выполнять решение сложнейших задач, сокращать сроки и стоимость разработок в 1,5…2 раза, снижать количество ошибок в конструкторской документации от 2 до 5 раз. Системная инженерия демонстрирует эффективность разработанных подходов, является выгодным инструментом создания новых изделий, ведет к уменьшению затрат путем оптимизации процессов и исключения переделок (из-за увеличения глубины проработки и исправления ошибок на ранних стадиях проекта). Подход СИ снижает коэффициент экспоненты убытков на масштабе бюджета проекта, причем чем крупнее проект, тем выше эффект применения СИ. Статистика NASA показала, что можно снизить перерасход бюджета на 20…90% (от мелких до очень крупных проектов). При этом оптимальная доля затрат на деятельность системных инженеров составит от 5 до 35% соответственно [7].
В стандарте «Процессы жизненного цикла систем» ISO 15288:2015 (ГОСТ Р 57193—2016) сегодня перечислены 30 базовых процессов жизненного цикла систем (рис. 3). Эти процессы разделены на четыре основные группы.
При разработке систем, продуктов или услуг необходимо найти ответы на несколько фундаментальных вопросов.
1. Что такое система?
2. Что входит в границы системы?
3. Какую роль играет система в организации пользователя?
4. Какие действия в эксплуатации выполняет система?
5. Какие ориентированные на результаты выходы дает система?
При разработке нового продукта требуется организовать структуру, которая оптимизирует управление и руководство, облегчает внутренний обмен информацией, принятие решений и потоки поставок. Рынки высоких технологий требуют от нового продукта удовлетворения уровня качества при запланированных расходах и, что критично, в заданные сроки. Координация инжиниринга, производства, обеспечения качества, маркетинговых функций в процессе разработки нового продукта является жизненно важной. Необходимость использования подходов системной инженерии обусловлена несовершенством устаревших процессов разработки новых изделий. Результатом применения системной инженерии будет повышение качества исполнения программ (выполнение проектов в заданные сроки, в рамках бюджета, согласно требованиям, с высоким качеством).
Для реализации проектов и программ в системной инженерии используют основные варианты декомпозиции.
• Декомпозиция проблемы: разделение сложной проблемы на более простые позволяет легче найти решение и четко сформулировать задачи для каждого сотрудника.
• Декомпозиция времени: разбиение проекта на фазы с указанием конкретных результатов позволяет эффективно контролировать процесс разработки, измерять эффективность и вовремя применять корректирующие меры.
• Декомпозиция продукта: разделение самых сложных изделий на системы, подсистемы, сборки и узлы позволяет эффективно управлять конфигурацией и поставщиками.
• Декомпозиция действий с последующей интеграцией: определяет четкую последовательность необходимых действий (требования, спецификация, декомпозиция, проект, интеграция, верификация, эксплуатация, вывод из эксплуатации).
СИ учитывает деловые и технические потребности приобретателей с целью предоставления качественного решения, которое отвечает требованиям заинтересованных сторон, подходит для достижения цели в эксплуатации и позволяет избежать или минимизировать неблагоприятные непреднамеренные последствия.
Целью всех видов деятельности СИ является управление рисками, включая степень снижения рисков непредоставления того, что хочет приобретатель, риска несвоевременной поставки, риска избыточных затрат и риска негативных непреднамеренных последствий.
2.2. Системное мышление
В процессе реализации высокотехнологичных проектов приходится преодолевать текущие вызовы:
1) интеграции развивающихся информационно-емких систем и технологий;
2) множества заинтересованных сторон с потенциально расходящимися точками зрения и политически мотивированными программами, дефицитными и динамично меняющимися ресурсами, доступными для поддержки проекта или программы;
3) постоянно меняющиеся требования для выполнения;
4) технологические достижения, которые нужно потенциально совместить с имеющимися и развивающимися инфраструктурами для поддержки;
5) срочность реагирования на изменения в операционных предположениях;
6) возрастающие сложности и неопределенности жизненного цикла систем.
Мышлением называют функцию человеческого мозга, отвечающую за концептуальное отражение существенных общих законов в предметах и процессах объективной действительности. Системное мышление (СМ) может предоставить менеджерам и лидерам инженерных специальностей ценные возможности для более эффективного решения упомянутых сложных проблемных областей.
СМ можно определить как новый способ взглянуть и мысленно сформировать видимые сущности; мировоззрение и образ мышления. Где следует видеть сущность или единицу в первую очередь как единое целое, с его соответствием и отношением к окружающей среде. В основе СМ лежит концепция целостности (холизма), которая предполагает, что понимание сложной системы должно охватывать уровень всей системы. Системное мышление определяет целостную философию, способную раскрыть критическую структуру системы: ее границы, входы, выходы, пространственную ориентацию, структуру процессов и сложные взаимодействия системы с окружающей средой. СМ позволяет определить для конкретной задачи набор основных системных принципов, чтобы руководить инженерами на базе более эффективного мышления, решений, действий и интерпретаций для лучшего понимания и разрешения сложных проблемных областей. Разбиение системы на составные части не дает адекватного понимания того, как система функционирует в целом.
Возрастающую сложность можно представить как динамичную, неопределенную, возникающую ситуацию, содержащую большое количество тесно взаимосвязанных элементов и факторов. Диапазон альтернатив индивидуальных точек зрения, целей и предполагаемых интересов усложняет согласование для продвижения вперед. При этом непредвиденные факторы могут включать распределение ограниченных ресурсов, контроль исполнения, личные предпочтения, интересы и др. В сложных проблемных областях заинтересованными сторонами следует считать тех физических или юридических лиц, которые имеют прямой или предполагаемый интерес в решении проблемы, что расширяет их круг, в том числе по мере изучения проблемной области.
Границы сложных систем неоднозначны. Их критерии являются произвольными и часто качественными по своему характеру. Природа границ может принимать различные формы (например, географические, временные, концептуальные, функциональные, физические), которые могут меняться со временем.
В настоящее время объем перерабатываемых для реализации проекта данных и информации растет в геометрической прогрессии. Нужны разработки эффективных подходов к сканированию, фильтрации, сокращению и преобразованию информации в действенные формы. Часто лидерам программ приходится пробираться через «болото» информации, стремясь определить выборки, которые необходимы для принятия решений и действий.
Происходящая смена поколений в рабочей силе вносит дополнительные вопросы в проблемную область. При интеграции командных усилий для создания систем необходимо преодолевать различия между поколениями. В части длительных сроков разработки новых продуктов следует понимать, что используемые знания могут носить временный характер, неполны и подвержены ошибкам.
Использование системного мышления расширяет когнитивные навыки, то есть умственные способности, связанные с тем, как мозг человека обрабатывает информацию об окружающем мире. К ним относятся внимание, память, логика и мышление, визуальная и слуховая память, скорость обработки информации, ответных реакций, регуляция эмоций и др. Это облегчает формулирование проблем, представляя набор доступных альтернатив для решения. Принимаемые решения неизбежно оказывают влияние на другие компоненты в системе, давая возможность делать осознанный выбор.
Для реализации принципов системного мышления рекомендуется действовать следующим образом.
На первом этапе необходимо провести всесторонний анализ текущей ситуации с учетом ее потенциального влияния на возможности, потребности организации и заинтересованных сторон посредством оценки технологических рисков и уровней готовности технологии. Оценивают потенциальные решения об осуществимости.
Второй этап включает выявление и определение желаемой цели, требований бизнеса, а также потребностей заинтересованных сторон. Также необходимо тщательно рассмотреть оценку затрат и планирование процесса разработки.
Третий этап содержит разработку различных типов концепций. Определяют несколько альтернатив для данной концепции, в которых потенциально предложены возможности, повышение производительности или сокращение расходов.
Четвертая фаза включает оценку и выбор предпочтительных альтернатив концепций. СМ подчеркивает необходимость их тестирования и оценки. Модели и прототипы здесь незаменимы для более глубокого понимания потребностей заинтересованных сторон, принятия архитектурных компромиссов, выявления рисков и возможностей.
Для повышения эффективности системного мышления полезно использовать некоторые общие принципы выбора альтернатив его применения.
Выбор сложности (многомерных проблем, рабочих решений) или простоты (избегания неопределенности, работы над линейными проблемами, предпочтения лучших решений и мелкомасштабных задач).
Позиция глобальной интеграции (зависимых решений и мирового уровня производительности) или автономии (независимых решений и местного уровня производительности).
Взаимодействие глобального типа (следовать общему плану, работа в команде и меньше интересов в причинно-следственных связях) или изоляции (склонность к локальному взаимодействию, подробному плану, предпочтение работать индивидуально, в небольших системах и больше интереса к причинно-следственным решениям).
Непротивление изменениям требований (принимать во внимание несколько точек зрения, уделять больше внимания долгосрочным планам, лучше работать в меняющейся среде) или принятие неизменных требований (больше сосредотачиваться на краткосрочных планах и мышлении, иметь тенденцию фиксировать решения и лучше работать в стабильной среде).
Типовые ошибки при решении системных проблем включают, например, такие пункты.
• Выбор неправильных заинтересованных сторон. Отсутствие их достоверного учета может сделать системное решение неадекватным до его развертывания.
• Узкий набор вариантов, когда из-за быстрого исключения возможных альтернативных системных опций из исследования выпадают потенциально эффективные решения.
• Неверно определены суженные границы системы, что может привести к поиску решений неправильной системной проблемы.
• Неправильная формулировка проблемы, когда язык и способ ее описания могут привести к ограничению возможных подходов исследования системы.
• Неспособность применения СМ, тогда как сложные системные проблемы должны рассматриваться комплексно с точки зрения взаимосвязей, шаблонов и границ.
Полезно принимать во внимание несколько принципов, чтобы помочь избежать потенциальных ловушек при применении системного мышления.
1. Уникальность проблемы и потребности. Даже при наличии сходства с предыдущими задачами предположение об уникальности имеет решающее значение для избегания поспешной предрасположенности к конкретному подходу, который мог быть успешным ранее.
2. Уникальность контекста проблемы, набора обстоятельств, факторов, условий или закономерностей, которые ограничат проблему системы и возможные решения.
3. Уникальность методологии развертывания, которая должна быть совместимой и подходящей для конкретной задачи, которая в свою очередь должна быть совместима с решаемой проблемой и содержанием.
4. Системное обрамление. При выработке целостного видения ситуации, разрабатывая несколько правдоподобных сценариев, инженеры и менеджеры должны открывать потенциальное пространство для принятия решений.
5. Предвидение появления системы как результата предполагает сосредоточение внимания на альтернативах, которые можно выявлять, анализировать, эффективно реагировать и оценивать для решения возникающих условий.
2.3. Управление жизненным циклом проекта и продукта
Задача управления жизненным циклом системы состоит в создании управленческих механизмов для принятия локальных решений на каждой из стадий ЖЦ, учитывая все последствия для следующих этапов, и затем позволяют вносить необходимые корректировки в процессы на других стадиях ЖЦ. Сложность объектов, созданных инженерами, определяется их размерами и количеством частей. Если современный пассажирский самолет включает примерно 100 тысяч деталей (без учета крепежа), то нефтяная океанская платформа насчитывает до 10 миллионов деталей. В системной инженерии представлены правила, инструменты и технологии для разработки продуктов и систем любой сложности.
В начале процесса управления жизненным циклом объекта разработки необходимо сделать следующее:
a) определить, что является базовой системой;
b) описать общие этапы жизненного цикла проекта, их цели, деятельности, продукцию и ворота принятия решений, которые их разделяют;
c) описать типичные цели разработки для каждой из фаз ЖЦ проекта.
Основными задачами управления жизненным циклом сложной техники, затрагивая разные фазы ЖЦ, являются (перечень не исчерпывающий, подробности см. в главе 4).
1. Управление процессом проектирования и разработки продукта.
2. Управление процессом технологической подготовки производства.
3. Управление процессом производства.
4. Управление процессами закупки ПКИ, материалов, заготовок, запчастей.
5. Управление процессом испытаний изделия (стендовых, сертификационных, государственных, приемо-сдаточных).
6. Управление процессом логистической поддержки изделия.
7. Управление процессом ППО.
8. Управление процессами подготовки эксплуатирующего состава и персонала ППО.
9. Обеспечение качества на всех этапах ЖЦ за счет процессов управления качеством, управления конфигурацией, реализации процессов системной инженерии.
10. Обеспечение планируемого темпа производства продукта.
11. Достижение заданной трудоемкости разработки и изготовления системы.
12. Управление процессом утилизации при списании изделия.
13. Управление информационной поддержкой всех процессов (с учетом циклов развития аппаратного и программного обеспечения).
Типовое описание процессов жизненного цикла показано на рис. 4. Каждый процесс состоит из входа, действия и выхода, дополненных функциями управления и обеспечения.
Структура управления жизненным циклом системы включает все, что должно быть сделано для выполнения программы или проекта в различных фазах, разделенных точками принятия ключевых решений или контрольными рубежами (КР). Напомним, что КР это события, в ходе которых лицо, принимающее решение, определяет готовность программы или проекта к переходу на следующий этап жизненного цикла. В соответствии со стандартом ГОСТ Р 57193—2016 на контрольных рубежах ЖЦ должны быть выполнены главные задачи программы за предыдущую стадию: гарантировано, что последующая доработка организационных и технических базисов приемлема и приведет к удовлетворительной верификации и валидации продукта; обеспечена приемлемость риска перехода на следующую стадию; продолжено стимулирование командной работы поставщика и заказчика.
Утверждение решений на КР следует за проведением технического обзора (совещания или группы совещаний), который основывается на строгом доказательстве соответствия результатов проведенного этапа критериям контрольного рубежа.
Для каждого контрольного рубежа программы устанавливаются входные и выходные критерии. Новые мероприятия не начинаются, пока предыдущие мероприятия, от которых они зависят, не закончатся успешно. На каждом контрольном рубеже имеется набор вариантов решения:
a) приемлемо: переходить к следующей стадии проекта;
b) приемлемо с оговорками: переходить и выполнить затребованные действия, устранив замечания (проверка исполнения замечаний проводится, как правило, на следующем кр);
c) неприемлемо: не переходить; продолжать эту стадию и повторить пересмотр, когда будет готовность;
d) неприемлемо: вернуться на предыдущую стадию;
e) неприемлемо: заморозить мероприятия проекта;
f) невосстановимо: закрыть проект.
Важными среди базовых процессов жизненного цикла изделия являются проектные процессы, относящиеся к управлению проектами и их поддержка. Налаживание взаимосвязи между процессами в ходе их реализации является одной из основных задач планирования процедур системной инженерии при создании изделия или системы.
Сегодня требования системной инженерии изложены в ряде стандартов ГОСТ РФ.
• ГОСТ Р 57193—2016 (ISO/IEC/IEEE 15288:2015). Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла систем.
• ГОСТ 56136—2014. Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Термины и определения.
• ГОСТ 56135—2014. Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Общие положения.
• ГОСТ Р 57100—2016 (ISO 42010:2011). Системная и программная инженерия. Описание архитектуры.
• ГОСТ Р 57101—2016 (ISO/IEC/IEEE 16326:2009). Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла. Управление проектом.
• ГОСТ Р 58876—2020. Системы менеджмента качества организаций авиационной, космической и оборонной промышленности. Требования.
• ГОСТ Р 59194—2020 Управление требованиями. Основные положения.
• ГОСТ Р 59193—2020. Управление конфигурацией. Основные положения.
• ГОСТ Р 58054—2018. Изделия авиационной техники. Управление конфигурацией. Общие положения.
• ГОСТ Р 56923—2016. Информационные технологии. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств.
Продвижение по звеньям процесса по мере разработки сопровождается верификацией каждого шага, возвратом к предыдущему результату для проверки прогресса работ. При формировании процессов используют особенности описания систем, изложенные в стандарте ГОСТ Р 57193—2016:
a) важность определенных границ, которые влияют на формирование значимых потребностей и практических решений;
b) иерархическое восприятие физической структуры системы;
c) объект любого уровня иерархической структуры может рассматриваться как система;
d) характерные свойства на границе системы возникают в результате взаимодействия между элементами системы;
e) люди могут рассматриваться как внешние пользователи по отношению к системе (например, экипаж самолета) и как элементы в рамках системы (например, персонал завода-производителя);
f) система может рассматриваться как отдельный, изолированный от внешней среды объект.
Выделим 12 последовательных этапов разработки системы, которые включают следующие задачи.
1. Комплексное техническое планирование, включая формирование планов процессов СИ и продуктов.
2. Управление требованиями: определение и управление требованиями, которые описывают желаемые характеристики системы.
3. Функциональный анализ: описание функциональных характеристик (что система должна делать), которые используются для получения требований.
4. Маркетинговая оптимизация: информация по принятию решений на основе анализа и отбора наиболее сбалансированных решений по требованиям рынка.
5. Синтез: этап преобразования требований в физические решения верхнего уровня системы.
6. Управление интерфейсами: определение и управление взаимодействиями между сегментами в рамках системы или взаимодействиями с другими системами.
7. Специализированная (тематическая) инженерия: анализ системы, требования, функции, решения и интерфейсы с использованием специальных навыков и инструментов. Помощь в получении требований, синтезе решений, выборе альтернатив, а также валидации (то ли мы сделали) и верификации (так ли это работает) требований.
8. Целостный анализ: проверка, что выполненная интеграция системы обеспечила требуемый уровень точности и аккуратности.
9. Управление рисками и возможностями: определение, анализ и управление неопределенностями достижения требований программы путем разработки стратегий для снижения вероятности таких неопределенностей.
10. Управление конфигурацией: установление описания и поддержка базовой системы, управление изменениями в характеристиках системы, функциональных и физических свойствах.
11. Проверка (верификация) и контроль (валидация). Верификация определяет, что требования к системе являются правильными. Валидация определяет, что реализованное решение отвечает утвержденным требованиям.
12. Инженерия жизненного цикла: определение и управление требованиями к свойствам жизненного цикла системы, в том числе управление разработкой продукта, развертывание и передача работ, интегрированная поддержка логистики, технологическая производственная часть и вывод из эксплуатации. Разработка навыков и стандартизации для постоянного улучшения результативности и эффективности процессов и инструментов СИ (выявление, документирование и изучение уроков проектов).
Наиболее контролируемым параметром является стоимость жизненного цикла (СЖЦ), то есть общая стоимость программы или проекта за запланированный жизненный цикл от формулировки до реализации. Для долгосрочных (на десятилетия) программ, таких как программы серийного выпуска авиационной техники или функционирования международной космической станции с полетами человека в космос, трудно установить продолжительность жизненного цикла для целей определения СЖЦ. Подробности приведены в главе 4.
Процесс разработки (ЖЦ проекта) в системной инженерии можно представить в виде нескольких взаимосвязанных итерационных петель (рис. 5).
Вышеприведенные шаги системной инженерии для удобства иногда декомпозируют, выделяя набор из 33 подпроцессов ЖЦ проекта (стандарт EIA 632 «Process for the Engineering of a System», имеет рекомендательный статус).
А. Поставки.
1. Поставка товаров.
Б. Приобретения.
2. Приобретение товаров.
3. Оценка производительности поставщика.
В. Планирование.
4. Стратегии реализации процесса.
5. Определение технических усилий.
6. График и организация работ.
7. Технические планы.
8. Указания (директивы) для работы.
Г. Оценки.
9. Прогресс исполнения планов и графиков.
10. Оценка соответствия требованиям.
11. Технические обзоры проекта.
Д. Управление.
12. Результаты управления.
13. Распространение информации.
Е. Определение требований.
14. Требования Заказчика.
15. Требования других заинтересованных сторон.
16. Технические требования к системе.
Ж. Определение проектных решений.
17. Представление логических решений.
18. Представление физических решений.
19. Указанные требования.
З. Реализация.
20. Реализация проекта.
И. Передача Заказчику.
21. Ввод в эксплуатацию.
К. Системный анализ.
22. Анализ эффективности.
23. Анализ рыночных альтернатив.
24. Анализ рисков.
Л. Верификация требований.
25. Проверка статуса требований.
26. Проверка требований Заказчика.
27. Проверка требований других заинтересованных сторон.
28. Проверка технических требований к системе.
29. Проверка представления логических решений.
М. Верификация системы.
30. Проверка конструктивных решений.
31. Проверка конечного продукта.
32. Проверка готовности продукта к эксплуатации.
Н. Валидация конечного продукта.
33. Сертификация конечного продукта.
Выявление свойств и характеристик будущей системы начинается с задачи маркетингового исследования рынка. Постановка решаемой проблемы должным образом является одной из важнейших задач системного подхода, потому что элегантное решение неправильной проблемы меньше чем бесполезно.
Постановка задачи маркетологам описывает потребности клиента, заявляет цели проекта, очерчивает предмет проблемы, определяет концепцию эксплуатации, описывает заинтересованные стороны формируемой программы, перечисляет требуемые результаты и представляет основные решения, которые должны быть сделаны. Специалисты по маркетингу в процессе исследования должны:
•определить цели исследования ниши на рынке;
• изучить имеющиеся материалы, включая конкурентную среду, ограничения и допущения;
• выбрать критерии оценки продукта или системы и их относительную значимость (они могут быть качественными и количественными);
• определить и выбрать вероятные альтернативы исполнения системы;
• оценить эффективность каждого варианта для каждого критерия;
• выполнить анализ чувствительности для избранных вариантов;
• сравнить результаты и выбрать предпочтительный вариант продукта;
• задокументировать процесс изучения рынка и его результаты;
• сформировать бизнес-план для обоснования развития будущего продукта или системы.
Рыночная привлекательность продукта определяется набором его преимуществ (характеристики, например, для авиации стоимость пассажиро-километра, масса, надежность, наличие ППО, стоимость владения и др.). Критерии принятия решений на рынке могут быть назначены на основе мер эффективности (голос клиента) и показателей эффективности (голос инженера).
В целом критерии могут быть общими (атрибуты, имеющие значение для каждого элемента структуры продукта, такие как масса или надежность) или уникальными (атрибуты, которые имеют смысл только для определенных элементов изделия). На более низких уровнях структуры (подсистемы, компоненты) отслеживание стоимости количественных оценок можно идентифицировать с помощью функциональных и эксплуатационных требований, отнесенных к каждой отдельной системе, подсистеме и т. д.
В заключение этапа маркетинга проводится проверка финального выбора продукта. При этом необходимо выяснить:
1) были ли выполнены требования к системе и установленные ограничения;
2) является ли предварительный выбор финального варианта сильно зависящим от определенного набора входных значений и допущений или устойчивым при разумном изменении входных значений (т.е. насколько он «надежен» по чувствительности к изменению условий эксплуатации);
3) достаточны ли имеющиеся данные для утверждения предварительного выбора;
4) достаточно ли независимы методы измерения, чтобы дать уверенность, что выполненный предварительный отбор лучше отброшенных альтернатив;
5) если результаты нескольких альтернатив близки, необходим ли дальнейший анализ;
6) является ли предварительный выбор чувствительным к оценочной характеристике или ограничению. Если «да», то следует проверить полный разумный диапазон изменения каждой переменной, чтобы уточнить область, где предварительный выбор обоснован.
Ожидаемые результаты маркетинга включают выбор концепции эксплуатации системы, выбор архитектуры, производные требования (альтернативы функций, распределение требований). Все эти понятия будут обсуждены далее.
Статистика сроков исполнения программ, например компании Airbus, показывает, что сокращению длительности программ уделяется большое внимание, так как скорость выхода нового продукта на рынок сильно влияет на долю рынка, скорость возврата инвестиций, прибыль по ППО и др.
Характер инженерных проектов заметно различается в разных отраслях, организациях, технологических областях и сферах применения. Например, проект разработки программного обеспечения на мобильной платформе кажется далеким от проекта строительства большого нового моста. Для разных систем требуется, чтобы системный подход был адаптирован для системы в целом, а также индивидуально для каждой подсистемы. Методология адаптации может выполняться в два этапа.
1. Для настройки жизненного цикла определяют основные подсистемы. Для каждой из них определяют технические и организационные факторы, влияющие на жизненный цикл. С учетом этих факторов определяются этапы жизненного цикла. Далее описывают основные процессы и результаты для каждого этапа жизненного цикла. Затем этапы жизненного цикла оптимизируют для повышения их эффективности и результативности.
2. После определения жизненных циклов подсистем они объединяются в рамках жизненного цикла системы в целом. Различные этапы жизненного цикла системы синхронизируют по времени, определяют этапы и вехи подсистем, входящие в реализацию жизненного цикла системы.
Например, необходимо разработать систему антенн для применения в радиоастрономии. Объект имеет следующие технические и организационные особенности, которые формируют особенности жизненного цикла:
a) высокая стоимость цикла проектирование-сборка-испытания;
b) низкая технологическая зрелость, так как это новая конструкция;
c) умеренный объем единичного производства;
d) длительный ожидаемый срок службы (до 50 лет);
e) суровые условия эксплуатации в отдаленной пустынной местности с дистанционным управлением.
Описанные выше особенности влияют на адаптацию жизненного цикла следующим образом.
• Необходим комплексный предварительный анализ требований к жизненному циклу проектирования с акцентом на полную проверку конструкции на производительность и долговечность перед началом производства.
• Предполагается одна итерация разработки (создание прототипа) для дорогого штучного проекта.
• Оптимизация эксплуатационных расходов на длительный срок службы имеет решающее значение.
Другая система, например, включает разработку программного обеспечения для обслуживания сложной мехатронной системы предыдущего примера. Особенности жизненного цикла:
1) низкая стоимость цикла проектирования-сборки-тестирования. программные системы могут быть разработаны в виртуальной тестовой среде;
2) высокая технологическая зрелость, разработка проводится на основе хорошо зарекомендовавших себя протоколов управления и мониторинга, которые можно адаптировать к этой задаче;
3) жесткость требований и граничных условий: внешние интерфейсы программного обеспечения четко определены имеющимся аппаратным обеспечением на ранних этапах жизненного цикла, пользовательские интерфейсы также легко определяют на ранних этапах жизненного цикла;
4) используются отраслевые нормы и стандарты разработки программного обеспечения.
В этом примере оптимизация эффективности достигается путем сосредоточения усилий на этапах определения требований и проектирования архитектуры жизненного цикла, где процессы программного обеспечения часто слабы.
Третий пример рассматривает строительство гражданской инфраструктуры для типичного радиоастрономического объекта, расположенного на удаленном участке территории вне городской черты. Сюда входят дороги, здания, электрическая и оптоволоконная сети. Эта система имеет следующие особенности жизненного цикла:
a) очень высокая стоимость цикла проектирование-строительство-испытания;
b) высокая технологическая зрелость;
c) жесткие требования и граничные условия;
d) высокие эксплуатационные расходы и развертывание в удаленной среде;
e) отраслевые нормы и стандарты: в отрасли гражданского строительства существуют устоявшиеся стандартные процессы разработки и строительства;
f) нормативная среда со значительными ограничениями (безопасность, здоровье, окружающая среда и т. д.).
При адаптации ЖЦ проекта следует учитывать, что тщательное определение требований и завершение этапа детального проектирования целесообразно выполнить до заключения контракта на строительство. Процессы проектирования и строительства должны будут соответствовать стандартным нормам гражданского строительства, включая архитектурное проектирование, верификацию и валидацию проекта, постоянные проверки строительных работ и качества поставляемых комплектующих от подрядчиков, а также этап перехода системы в эксплуатацию и проверки конечным пользователем.
2.4. Формирование требований к системе
После утверждения положительных результатов маркетингового исследования идеи продукта для рассмотрения проекта выполняют анализ осуществимости задачи. Нужно оценить различные технологические подходы, которые могут быть рассмотрены при ответе на заданные функциональные требования. В целом необходимо определить различные возможные подходы к проектированию будущей системы, которые можно использовать для удовлетворения требований. Выполнить оценки наиболее вероятных альтернатив и аналогов с точки зрения производительности, эффективности, требований к логистике и техническому обслуживанию; а также экономических критериев жизненного цикла. Исследуются альтернативные применения технологий. Например, при проектировании средств связи можно выбирать между оптоволоконной технологией, сотовой (беспроводной) или традиционной с проводами. При разработке конструкции самолета нужно определить долю использования композитных материалов. При создании большой системы любого типа понять, как следует использовать интегральные микросхемы, печатные платы, системы на кристалле и др. Альтернатив может быть много, однако количество возможностей должно быть сужено до нескольких вариантов, соответствующих наличию ожидаемых ресурсов (т.е. человеческих сил, материалов и технологий) и бюджета.
Необходимым компонентом для продвижения по этапам разработки является «Концепция эксплуатации». Это документ, описывающий ожидаемые характеристики разрабатываемой системы с точки зрения пользователя (не путать со спецификацией, где изложен весь набор требований заинтересованных сторон к системе, подсистемам и элементам). Его задачей является наглядное описание целей создания системы, «что» она должна делать, а не «как». Документ также должен определять любые критические требования или цели производительности на верхнем уровне (сформулированные качественно либо количественно) и их системное обоснование. Форма изложения документа относительно свободная, можно найти много шаблонов в интернете.
В тексте «Концепции эксплуатации» должна содержаться следующая информация.
1. Почему необходима система и предварительный обзор самой системы.
2. Описание полного жизненного цикла системы от развертывания до вывода из эксплуатации.
3. Описание сценариев, иллюстрирующих конкретные эксплуатационные мероприятия, связанные с использованием системы.
4. Указание условий, при которых система используется и обслуживается.
5. Изложены различные аспекты использования системы, включая производство, техническое обслуживание, поддержку и утилизацию.
6. Перечисление различных классов пользователей, в том числе операторов, сопровождающих, партнеров, их различных навыков и ограничений.
7. Определены границы системы, ее интерфейсов и связей с другими системами.
Руководство по разработке концепции эксплуатации удобно готовить в группе заинтересованных лиц программы. При этом:
a) не следует указывать какие-либо особенности системы;
Бесплатный фрагмент закончился.
Купите книгу, чтобы продолжить чтение.