Определение, цели, задачи, сферы применения системной инженерии. (СИ_Введение)
Системная инженерия (System Engineering) это междисциплинарный подход и методология, обеспечивающие создание эффективных систем. Процесс системной инженерии это заранее определенный набор действий, которые избирательно используются для решения задач системной инженерии.
Область действия системной инженерии
Иногда полагают, что системная инженерия сосредоточена главным образом на таких этапах ЖЦ
как проектирование архитектуры в противовес изготовлению или функционированию. Лучшая практика системной инженерии исходит из необходимости равного внимания ко всем стадиям и этапам ЖЦ.
Цель системной инженерии
Системная инженерия на основе объединения достижений различных дисциплин и групп специальностей имеет целью предоставление методологического базиса и средств для успешной реализации согласованных, командных усилий по формированию и реализации хорошо структурированной деятельности по созданию систем, которая охватывает все стадии ЖЦ системы от замысла до изготовления и последующей эксплуатации и прекращения использования.
Задачи системной инженерии
Системная инженерия сосредоточена на: технических усилиях, направленных на проектирование, изготовление, проверку соответствия, ввод в эксплуатацию, использование, сопровождение, утилизацию системных продуктов и процессов, а также на обучение персонала работе с ними; определении конфигурации и управление конфигурацией системы преобразовании описания системы в иерархическую структуру работ по её созданию; обеспечении заявленных проектных затрат и графиков работ; подготовке информации для принятия управленческих решений.
Основные сферы применения системной инженерии по INCOSE
В Руководстве INCOSE по системной инженерии выделяются пять важнейших сфер её
применения: 1. Бизнес-процессы и оценка функционирования (Business Processes and Operational Assessment (BPOA))
2. Архитектура систем/решений/тестирования (System/Solution/Test Architecture (SSTA))
3. Анализ стоимости жизненного цикла и соотношения прибылей и затрат (Life Cycle Cost & Cost-Benefit Analysis (LCC & CBA))
4. Обеспечение пригодности к обслуживанию/ логистика (Serviceability/ Logistics (S/L))
5. Моделирование, включая имитационное моделирование, и системный анализ (Modeling, Simulation, & Analysis (MS&A))
6. Управление рисками/конфигурацией/исходным состоянием (Management: Risk, Configuration, Baseline)
Определение системы. Примеры систем и системообразующих факторов. Особенности определения систем в стандарте ISO/IEC 15288.
В системной инженерии термин «система» обычно используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или создаваемый объект как нечто целое и одновременно сложное, как объект, который затруднительно описать, используя единственное представление и единственный язык и для описания объекта необходимо одновременно использовать несколько различных представлений и, возможно, несколько различных языков.
Определения системы
1-ый подход - система есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии (Л. Берталанфи) 2-ой подход (кибернетический) - система представляет собой отображение входов и состояний объекта в его выходах (М. Месарович)
3-ий подход - система это совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которая обособлена от внешней среды, образует определенную целостность, единство и служит для достижения определенной цели (уч. пособие для вузов)
4-ый подход – система это любой объект, в котором имеет место какое-то отношение, удовлетворяющее некоторым заранее определённым свойствам (А. Уемов)
Важными системообразующими факторами являются цель и время, а также язык. Элементы системы объединяются и совместно функционируют для достижения некоторой цели. В качестве цели объединения в систему может выступать будущее.
Системность —сложное и многообразное явление, проявляющееся в трех аспектах:
в системном подходе
в теории систем
в системном методе
Система – совокупность взаимодействующих элементов, упорядоченная для достижения одной или нескольких поставленных целей. (ISO/IEC 15288)
Системный подход - принцип познавательной и практической деятельности людей (методологическое направление философии). В прикладном аспекте СП – синоним понятия комплексный подход Термин “подход” означает совокупность приемов, способов воздействия на кого-нибудь, в изучении чего-нибудь, ведении дела и т. д. В этом смысле подход — скорее не детальный алгоритм действия человека, а множество некоторых обобщенных правил. Это лишь подступ к делу, но не модель самого дела. Поэтому системный подход можно рассматривать как принцип деятельности. Системный подход следует рассматривать как некоторый методологический подход человека к действительности, представляющий собой совокупность принципов рассмотрения объектов как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними.
Системообразующий фактор – сущность сил, объединяющих множество в одну систему (естественнонаучные – по каждой системе, например зависимость между атомным весом и свойствами; поиск во всех системах общих принципов) – еще примеры – цель, время, язык, будущее.
Системный подход, направление методологии специально-научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Системный подход определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих её механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину.
Теория систем - научное знание о системах, объясняющее происхождение, устройство, функционирование и развитие систем различной природы
Системы в стандарте ISO/IEC 15288
Системы, рассматриваемые в стандарте, являются искусственными, они созданы и используются с целью предоставления функциональных возможностей в заданных условиях для удовлетворения потребностей пользователей и иных заинтересованных лиц. Системы могут состоять из одного или нескольких элементов: технические средства, программные средства, люди, процессы (например, процесс оценки), процедуры (например, инструкции для оператора), оборудование и природные объекты (например, вода, организмы, минералы). Фактически системы являются результатами реализации замысла в виде получаемой продукции или услуг. Восприятие и определение конкретной системы, ее архитектуры и системных элементов зависит от интересов и обязанностей наблюдателя. Система, которая представляет интерес для одного лица, может рассматриваться другим лицом, как элемент рассматриваемой им системы. И наоборот, она может рассматриваться как часть внешней среды системы, представляющей интерес для третьего лица.
Основные аспекты описания систем в ISO 15288
Важность определенных границ, которые влияют на формирование значимых потребностей и практических решений Иерархическое восприятие физической структуры системы Объект любого уровня иерархической структуры может рассматриваться как система Система включает полностью интегрированное, определенное множество подчиненных систем Характерные свойства на границе системы возникают в результате взаимодействия между элементами системы Люди могут рассматриваться как внешние пользователи по отношению к системе (например, экипаж самолета и навигационная система) и как элементы в рамках системы (например, экипаж самолета и сам самолет) Система может рассматриваться как отдельный, изолированный от внешней среды объект, то есть продукт, или как упорядоченный набор функций, способных взаимодействовать с окружающей средой, то есть набор услуг
Классификация систем. Типовые основания для классификации систем и системы различных классов. Привести примеры.
Классификация систем
Для удобства описания и исследования систем их разделяют на классы в соответствии с различными признаками. В зависимости от решаемой задачи можно использовать различные принципы классификации В качестве основания для классификации применяют специальные критерии.
Подходы к классификации систем
Типовыми основаниями для классификации систем являются:
Происхождение системы – естественное (создана природой), искусственная (созданная людьми, например, техническая, биологическая, экономическая и т.п.)
Положение системы в иерархии – система систем (надсистема), система, подсистема.
Тип связи системы с окружением – открытая (способная обмениваться с внешней средой массой, энергией, информацией), закрытая или замкнутая, т.е. изолированная от среды.
Характер изменения состояния системы во времени – динамическая система (состояние изменяется во времени), статическая система (состояние не изменяется во времени).
Характер функционирования системы– детерминированная система характер функционирования и состояние системы однозначно связаны между собой), стохастическая система (характер функционирования и состояние системы связаны между собой случайным образом).
Тип элементов системы – абстрактные (элементами системы являются отвлеченные объекты), материальные (элементами системы являются реальные объекты)
Характер взаимодействия элементов – координационные элементы равноправны), иерархические (элементы соподчинены), координационно-иерархические (объединяет равноправные и неравноправные элементы)
Сложность системы – предельно сложные (мозг, народное хозяйство), очень сложные (автоматизированное предприятие, космический корабль), сложные (легковой автомобиль, библиотека университета), простые (часовой механизм, самогонный аппарат).
Вид элементов системы – объект (элементами являются вещи, материальные предметы, например, процессор, машина, датчик), процесс (элементами являются операции, например изготовление, сбор, обработка, хранение, отображение, передача)
Классификация систем по происхождению: искусственные(физические; технические; общественные; механические; электрические; транспортные; измерительные; строительные); естественные (органически; неорганические)
В системной инженерии принято выделять 3 класса систем:
Система (System)
Сложная, комплексная система (complex system)
Система систем (System of systems, SoS) – цифровая фотография
Примеры?
Принципы описания систем. Ключевые элементы описания систем в стандарте ISO/IEC 15288.
Назначение – описывается системой целей (это некоторое (возможно, воображаемое) положение дел, к осуществлению которого стремятся). Назначение должно быть позитивным. Цель – измеримой и конкретной. Неплохо бы указывать объекты, на которые предполагается использовать систему, виды деятельности, которые будут поддерживаться и место, где деятельность будет осуществляться.
Состояние понятие, характеризующее совокупность одновременно существующих свойств системы Состояние определяют либо через входные воздействия (влияющие факторы) и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (загрузка процессора, количество подключений, используемая память) В одном из проектов для диагностики системы стратегического управления предприятием используются следующие показатели: Качество команды предприятия. Философские основы бизнеса и управления предприятием. Качество управления циклом (бизнес-процессами) стратегического управления. Качество управления процедурами стратегического управления. Качество управления маркетингом. Интеграция внутрифирменного планирования.
Поведение (функционирование) – способность системы проходить из одного состояния в другое (с учетом внешних воздействий, внутренних причин) Поведение может быть определено как множество последовательных во времени состояний системы. Важнейшей целью создания технических систем является достижение определенного их поведения Целенаправленное поведение системы часто называют функцией системы, под которой принято понимать некоторую стабильную способность системы к определенным действиям Поведение технических систем мы будем называть функционированием и применять этот термин в связи с желательным действием. В начальный период развития теории систем развивался бихевиористский подход к анализу и проектированию систем (Ward Edwards. Behavioral Decision Theory)
Состав системы это совокупность всех элементов, из которых состоит система Состав характеризует богатство, многообразие системы, ее сложность Системы, имеющие одинаковый состав, могут обладать разными свойствами, поскольку элементы систем могут иметь различную внутреннюю организацию и быть по- разному взаимосвязаны Элементы представляют собой исходный материал, из которого создается система. Особенности элементов существенно влияют на свойства системы и в значительной степени определяют ее характеристики. Свойства системы не сводятся к свойствам элементов.
Структура – характеризует взаимосвязи, взаиморасположение частей системы, её устройство
Связь – характеризует ограничение степени свободы элементов системы. Может быть 3 типов: информационная; энергетическая; вещественная. Связи создают ограничения на поведение элементов, зависимость между ними, обмен между ними веществом, энергией и информацией
Связи можно охарактеризовать направлением, силой, видом (характером) Связи выполняют в системе несколько функций, наиболее важные из них:
системообразующая — связи выступают основой устройства системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их взаимное влияние, участие в общесистемных процессах;
специфицирующая — связи задают конкретные свойства системы, ее специфику. Определенный набор, характер, направленность и другие характеристики связей системы предопределяют ее свойства, функциональные возможности и развитие;
витальная — связи обеспечивают жизнедеятельность системы, они поддерживают обмен системы с окружающей средой, изменения в связях предопределяет характеристики различных этапов развития системы.
Внешнее окружение - При самом упрощенном понимании среда представляет собой то, что выступает некоторым окружением системы, а при более сложном подходе средой данной системы будет система, состоящая из элементов ей не принадлежащих. Подчеркнем, что среда — это не просто окружение системы, а то из этого окружения, что жизненно важно для системы. Граница системы обеспечивает обособленность системы от среды. Физически граница системы это совокупность объектов, которые одновременно принадлежат и не принадлежат данной системе.
Связи, посредством которых система взаимодействует со средой, воздействуя на нее, называются выходами системы. Выходы ассоциируются с целями системы. Связи, посредством которых среда
взаимодействует с системой, воздействуя на нее, называются входами системы. Входы ассоциируются с возможным использованием системы.
Назначение и цели создания системы. Связь между назначением системы и требованиями к её элементам. Привести примеры.
Всякая искусственная система имеет определенное назначение, которое может быть описано системой целей. Цель — это некоторое (возможно, воображаемое) положение дел, к осуществлению которого стремятся. Система целей может быть определена как множество целей и отношений между ними Подцель может конкретизировать цель. Зачастую подцель является средством достижения цели.
При постановке цели следует определить, что необходимо получить в конечном итоге Цель должна быть конкретной Цель должна быть позитивной
При описании целей акцент делается – на точке зрения создателя, проектировщика, при описании назначения –на точке зрения заказчика, потребителя.
Целями создания Системы являются:
совершенствование системы национальной безопасности в пограничной сфере, в сфере борьбы с нелегальной миграцией, криминальными и террористическими проявлениями на основе использования биометрической информации ПВД нового поколения;
обеспечение на паритетной основе выезда российских граждан в зарубежные страны и въезда граждан иностранных государств в Российскую Федерацию с использованием ПВД нового поколения
Цель (purpose) – определяет, какую роль играет система применительно к данной ситуации. Задавая цель, мы отвечаем на вопрос: «Зачем нужна система?» Назначение (mission) – определяет функцию системы на самом высоком уровне, т.е. такую функцию, которая позволяет преобразовать все входные воздействия и влияющие факторы в выходные сигналы и отклики. Задавая назначение, мы отвечаем на вопрос: «Каково ожидаемое поведение системы?» Технические требования (objectives) – задают количественные характеристики применительно к цели и назначению системы. Эти характеристики задаются в виде совокупности измеримых величин, связанных с пространством, временем и эффективностью. Задавая технические требования, мы отвечаем на такие вопросы как: Примеры:
Сколько входов и выходов у системы?
В каких состояниях может находиться система?
Как часто изменяются состояния системы?
Какие воздействия могут привести к изменению состояния?
Какова надежность системы?
Какова стоимость системы? и т. д.
Назначение системы определяет цели, потребности и ожидания, которые определяют технические требования, которые удовлетворяют совокупности функциональных возможностей, которым предоставляются компоненты.
Поведение и функции системы. Связь между назначением и функциональными возможностями системы. Привести примеры.
Система – совокупность взаимодействующих элементов, упорядоченная для достижения одной или нескольких поставленных целей.
Состояние понятие, характеризующее совокупность одновременно существующих свойств системы.
Поведение системы – способность системы переходить из одного состояния si другое: s1→ s2 → s3 →…→ si →… .
Поведение может быть определено как множество последовательных во времени состояний системы. Важнейшей целью создания технических систем является достижение определенного их поведения.
Целенаправленное поведение системы часто называют функцией системы, под которой принято понимать некоторую стабильную способность системы к определенным действиям.
Поведение технических систем мы будем называть функционированием и применять этот термин в связи с желательным действием. В начальный период развития теории систем развивался бихевиористский подход к анализу и проектированию систем (Ward Edwards. Behavioral Decision Theory) Этот подход основан на исследовании поведения систем. Например, для модели «черный ящик» поведение представляется как функция si = (si-1, yi , xi ), где yi - управляющие воздействия, хi - возмущающие воздействия.
Назначение (mission) – определяет функцию системы на самом высоком уровне, т.е. такую функцию, которая позволяет преобразовать все входные воздействия и влияющие факторы в выходные сигналы и отклики. Задавая назначение, мы отвечаем на вопрос: «Каково ожидаемое поведение системы?»
Состав системы и ее составные части. Декомпозиция и агрегирование, как основные операции при моделировании состава систем. Примеры систем с разным составом.
Состав системы – это совокупность всех элементов, из которых состоит система
Особенности:
Состав характеризует богатство, многообразие системы, ее сложность
Системы, имеющие одинаковый состав, могут обладать разными свойствами, поскольку элементы систем могут иметь различную внутреннюю организацию и быть по-разному взаимосвязаны
Элементы представляют собой исходный материал, из которого создается система. Особенности элементов существенно влияют на свойства системы и в значительной степени определяют ее характеристики.
Свойства системы не сводятся к свойствам элементов.
Составные части системы
В качестве составных частей (элементов, компонентов) системы рассматривают как факторы, так и элементы, которые вовлечены в процессы в системе. Они могут оказывать воздействие на систему, а могут находиться под ее воздействием.
Составная часть может использоваться несколькими процессами или относиться к
нескольким подсистемам, например, организационная структура, корпус компьютера.
Подсистемы это системы более низкого уровня,
чем те, частью которых они являются.
Декомпозиция – разделение целого на части (с сохранением отношений между
составными частями)
Агрегирование (композиция) - процесс соединения частей в целое.
Агрегирование процесс в определенном смысле противоположный декомпозиции
Пример составных систем (Любые разные системы, например компьютер и автомобиль)
Структура системы. Способы описания структуры систем. Подходы к классификации структуры систем. Пример Из гост
Структура – понятие, характеризующее взаимосвязи, взаиморасположение составных
частей системы, ее устройство (строение).
Структурные связи обладают относительной независимостью от элементов системы и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные и отраженные в структуре одной из систем, на другие. При этом системы могут иметь различную физическую природу.
Описание структур
Для описания и изучения структур
применяют:
графическое представление (графы, структурные схемы и т. п.)
матричное представление
теоретико-множественное описание
другие способы
Граф представляет собой сеть, которая задается парой конечных множеств X ={x1, x2, ..., xn} и U={u1, u2, ..., um}:
элементы первого множества X называются вершинами графа
элементы второго множества U называются ребрами (иногда дугами) графа
каждое ребро определяется парой вершин (при графическом представлении вершины обозначаются в виде кружков, а ребра - в виде линий соединяющих пару вершин графа)
Пример различных структур.
Иерархия систем и проектов при создании систем. Иерархия в технических системах по INCOSE.
Система – интегрированная совокупность элементов, сегментов и/или подсистем, объединенных для достижения заданной цели. Пример – система воздушного транспорта
Элемент или сегмент – важный продукт, услуга (сервис) или возможность в системе, например, воздушное судно есть элемент системы воздушного транспорта
Подсистема – интегрированный набор сборок, компонентов или частей, предназначенных для реализации отдельных, четко определенных функций, включая конкретную техническую квалификацию или выбранного поставщика. Например, бортовая коммуникационная подсистема воздушного судна или вышка управления в аэропорту есть подсистема системы воздушного транспорта.
Сборка (агрегат) – интегрированная совокупность компонентов или сборочных единиц, которые представляют собой определенную часть подсистемы. Например, консоль радарного дисплея в пилотской кабине
Сборочная единица – интегрированная совокупность компонентов и/или частей, представляющих собой хорошо определенную, выделенную часть сборки. Например, видео дисплей и связанные с ним электрические соединения
Компонент – объект, состоящий из нескольких частей, хорошо определенное изделие, единица оборудования. Например, электронно-лучевая трубка.
Деталь – самый низкий уровень в иерархии отдельно рассматриваемых изделий. Например, болт, с помощью которого консоль закрепляется на своем месте.
Иерархия по INCOSE:
Связи в системах. Функции связей и типы связей. Привести примеры.
Связь (отношение) — понятие, характеризующее ограничение степени свободы элементов системы. Связи создают ограничения на поведение элементов, зависимость между ними, обмен между ними веществом, энергией и информацией. Связи можно охарактеризовать направлением, силой, видом (характером).
Функции связей в системах. Связи выполняют в системе несколько функций, наиболее важные из них:
системообразующая — связи выступают основой устройства системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их взаимное влияние, участие в общесистемных процессах (Шина в ЭВМ, связи в комбинационный схемах);
специфицирующая — связи задают конкретные свойства системы, ее специфику. Определенный набор, характер, направленность и другие характеристики связей системы (Обратная связь в АСУ);
предопределяют ее свойства, функциональные возможности и развитие;
витальная — связи обеспечивают жизнедеятельность системы, они поддерживают обмен системы с окружающей средой, изменения в связях предопределяет характеристики различных этапов развития системы (Питание).
Точки зрения на связи
Связи между элементами системы следует рассматривать с различных точек зрения, в частности:
физической — учитывается наличие и направленность связи (ненаправленные, направленные, односторонние, двусторонние, внутренние и внешние и т.п.);
логической — учитывается детерминированность связей (причинно-следственные, корреляционные, состояний);
семантической — учитывается природа связей (энергетические, материально-вещественные, информационные)
прагматической (функциональной) — учитывается наличие или отсутствие функциональности в связях.
Типы связей в системах:
11 Целевые системы и системы обеспечения. Назначение системы обеспечения, её связь с целевой системой, типовые виды обеспечения. Привести примеры.
Системы обеспечения
Система обеспечения – система, которая служит дополнением к целевой системе на протяжении её ЖЦ, но не обязательно вносит непосредственный вклад в её функционирование
На протяжении ЖЦ целевой системы ей требуются специальные услуги от систем, которые не являются непосредственной частью среды функционирования, например, систем массового производства, систем обучения, систем обслуживания технических и сопровождения программных средств
Система обеспечения может обеспечивать часть, например стадию, ЖЦ целевой системы или полный ЖЦ
Системы обеспечения косвенно способствуют созданию продукции или предоставлению услуг целевой системой.
В течение стадии ЖЦ целевую систему и системы обеспечения можно, вследствие их высокой взаимозависимости, рассматривать как одну систему.
Диапазон ответственности проекта для стадии ЖЦ целевой системы расширяется до ответственности за услуги, предоставляемые соответствующей системой обеспечения. Если подходящей системы обеспечения не существует, проект, который отвечает за целевую систему, может также непосредственно отвечать за создание и использование системы обеспечения.
Целевая система, среда функционирования и системы обеспечения.
Пример целевой системы и системы обеспечения:
12. Взаимосвязь жизненных циклов целевой системы и систем обеспечения в стандарте iso/iec 15288.
13. Понятие процесса. Виды процессов. Привести примеры. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЖЦ В СТАНДАРТАХ СИСТЕМНОЙ ИНЖЕНЕРИИ.
Официальные стандарты:
Процесс - определенная последовательность событий, характеризующаяся целью или результатом, достигаемым в заданных условиях. ISO/IEC 2382-1.
Процесс - совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих видов деятельности, преобразующая входы в выходы. ГОСТ Р ИСО 9000, ISO/IEC 12207, ISO/IEC 15288.
Процесс - система действий, которые используют ресурсы для преобразования входов в выходы. ISO/IEC 25000.
Процесс - последовательность действий, выполняемых для достижения заданной цели. ISO/IEC 24765.
Фактические стандарты:
Процесс – связанный набор действий, видов деятельности, изменений и т.д., выполняемый агентами с целью удовлетворения потребности или достижения цели. (ITIL).
Процесс - ряд взаимосвязанных действий и операций, осуществленных для получения определенного набора продуктов, результатов или услуг. (PMBOK).
Процесс - действие, направленное на достижение результата, которое может корректироваться при его выполнении и которое сосредоточенно на достижении
конечного результата при оптимальном использовании ресурсов. (CobiT)
Процесс – совокупность действий, выполняемых для достижения заданной цели. В процессы включаются инструменты, методы, материалы и/или люди (Терри Бахилл, проф. каф. Системной инженерии Аризонского ун-та)
Любое действие или комплекс действий, предусматривающих использование ресурсов для преобразования входов в выходы, может рассматриваться как процесс.
Желаемый результат достигается быстрее и с меньшими затратами, когда деятельностью и расходованием соответствующих ресурсов управляют, как процессом.
Чтобы хорошо функционировать организация должна эффективно управлять многочисленными взаимосвязанными и взаимодействующими процессами
Пример: назначением процесса планирования проекта является доведение информации о плане проекта до всех его участников, а результатом процесса планирования проекта является конкретный документ – «План проекта».
Процесс системной инженерии – совокупность действий, которая целенаправленно используется для решения задач системной инженерии.
Два важнейших типа процессов системной инженерии: процесс разработки и ЖЦ систем.
Процесс разработки представляет собой комплексный, итеративный процесс принятия решений, который:
преобразует признанные нужды и потребности заинтересованных лиц
в описание сбалансированной в рамках ЖЦ совокупности решений, в
отношении людей, продуктов и процессов
создает информацию для принятия решений
предоставляет информацию для последующих технических усилий
Процесс ЖЦ систем представляет собой специально выделенный, функционально слаженный процесс, который используется для достижения целей и результатов стадий ЖЦ