مهندسی سیستم چیست و چه اهمیتی دارد؟ | هوافضای جوان

مهندسی سیستم چیست و چه اهمیتی دارد؟

اگر با یک تکه کاغذ که این سوال در آن نوشته شده  به سراغ یک دانشکده مهندسی بروید و از دانشجویان بخواهید که به این سوال پاسخ دهند قطعا در آخر با کاغذهای سفید یا پاسخ های عجیب مواجه خواهید شد. طبیعتا اگر به یک مرکز صنعتی هم مراجعه کنید چیزی خیلی بیش از پاسخ های موجود در کاغذهای دانشکده پیدا نخواهید کرد. این نقطه همان جایی است که تفاوت ما را با کشورهای توسعه یافته به خوبی نمایان می سازد. آیا شما هم فکر می کنید مهندسی سیستم یک رشته ی فنی و مهندسی مستقل است؟ باید بگوییم اینطور نیست. در حقیقت مهندسی سیستم یک ابزار کاربردی در هدایت و توسعه محصولات پیچیده مهندسی است. در یک تعریف جامع مهندسی سیستم عبارت از:

“روش‌شناسی تخصصی انسجام بخشی و یکپارچه‌سازی هدفمند مجموعه‌ای از اجزا و عناصر و شکل دهی یک سیستم کامل با ویژگی‌ها و قابلیت‌های کارکردی مشخص می‌باشد. به بیان دیگر ”’مهندسی سیستم”’ دانش و روش‌شناسی در کنار هم قرار دادن اصولی کلیه اجزا و عناصر زیر مجموعه یک سیستم (محصول) و برقراری روابط تعاملی هدفمند و هم افزاینده میان آن‌ها به بهترین شیوه ممکن است که در نهایت منجر به ایجاد یک مجموعه یا سیستم کلان (محصول) با قابلیت و توانمندی مشخص به منظور پاسخگویی به نیازهایی خاص می‌باشد. مهندسی سیستم بر اساس رویکرد سیستمی استوار بوده و دارای ماهیت میان رشته‌ای و چند تخصصی است و بیشترین کاربرد را در ایجاد سیستم‌های پیچیده و دارای تنوعی از انواع فناوری‌ها دارد. مهندسی سیستم به معانی مهندسی طراحی سیستم‌های پیچیده، مهندسی نوآوری محصولات پیچیده، سیستم مدیریت مهندسی نوآوری محصول پیچیده و به عبارتی سیستم ایجاد سیستم‌های پیچیده می‌باشد”

(در حال تکمیل و بروز رسانی)

اما سیستم های پیچیده چه نوع سیستم یا سامانه هایی هستند؟

سیستم پیچیده به سیستمی پرتعداد از اجزاء کوچکتر گفته می‌شود که با یک دیگر و پدیده‌های خارج از سامانه برهم‌کنش‌هایی دارند و به این علت پیچیده گفته می‌شوند. سامانه پیچیده رفتارهایی از خود بروز می‌دهد که از رفتار اجزاء به تنهایی قابل استنتاج نیست. به عبارت دیگر یک یک سیستم پیچیده شامل تعداد بسیار زیادی المان یا زیر سیستم می باشد که با ارتباطات گسترده ای به یک دیگر مرتبط می باشد. مثال واضحی از این قبیل سیستم ها یک هواپیما می باشد.

ویژگی های مهم کارکردی در یک محصول مهندسی، ماهیت پیچیدگی را در آن ایجاد می کند

تمامی محصولات مهندسی دارای یک چرخه عمر می باشند. به عنوان مثال از زمان که تصمیم گرفته می شود یک هواپیما ساخته شود و سپس برای مدتی در خط  تولید قرار گرفته و پس از ارائه خدمات از رده خارج گردد، چرخه عمر یک پروژه یا محصول مهندسی می باشد. از این رو مهندسی سیستم به عنوانی ابزاری که یک سیستم پیچیده را در طراحی، توسعه و مدیریت یاری می کند به طور موثر وارد می شود. بنابراین مهندسی سیستم می تواند همپوشانی های موثر در محصولات پیچیده را مدیریت کنید. این همپوشانی را می توان با یک مثال اینطور معنی نمود که فرض کنید یک هواپیما لازم است برای یک نیازمندی خاص مشتری توسعه داده شود، این نیازمندی ممکن است با تفکر سنتی مدیریت پروژه در مراحل اولیه قابل حل باشد اما مهندسی سیستم هم پوشانی این نیازمندی را در تمامی مراحل طراحی، تولید و پشتیبانی براساس رویکردهای مدیریت دایره ای تحلیل کرده و محصول را براساس ویژگی های کاکردی و عملکردی مناسب، شکل دهی و جهت دهی می کند.

مهندسی سیستم طیف گسترده ای از فرایندهای انعطاف پذیر و اجرایی را مطابق با ابزارهای خود ارائه می نماید. در اینجا برای درک بهتر به خانه کیفیت یا House Of Quality: HQ که بخشی از دانش گسترش کارکرد کیفی یا  Quality Function Deployment: QFD است اشاره می شود. QFD در حقیقت تبدیل خواسته‌های ارزیابی شده مشتری به مشخصات فنی معادل در محصول می باشد. خانه کیفیت با ارزیابی کمی و کیفی این دو، نتایج ملموسی را در اختیار برنامه ریزان و مدیران پروژه قرار می دهد.

خانه کیفیت – ارتباط بین نیازمندی های محصول و فرایندهای طراحی و توسعه

 

یکی از خطوط تولید شرکت چند ملیتی ایرباس در آلمان

 

شاید اینجاست که می توان پی برد که یک شرکت هواپیماسازی مثل ایرباس چگونه پروژه یک هواپیمای چند صد نفره را مطابق با نیازمندی ها در مسیر توسعه قرار داده و آن را بصورت هدفمند و یکپارچه در یک بازه چند ده ساله مدیریت کرده و سپس سراغ توسعه محصولات دیگر می رود. در حقیقت کاربرد دانش مهندسی سیستم آنجایی واضح تر می شود که چرا یک کشور با وجود زیرساخت های دانشی نرم افزاری و سخت افزاری نمی تواند یک محصول مهندسی را به شکل درستی شکل دهی و جهت دهی کند. در صورتی که یک کشور دیگر در چند دهه پیش با همان توانمندی های زیرساختی توانسته به اهداف خود دست یابد. بنابراین چیزی که ما را به یک کشور صنعتی تبدیل خواهد کرد، رتبه سوم در تولید مهندس نیست، بلکه پیاده سازی مفاهیمی است که کشورهای صنعتی سال هاست آن ها را به عنوان چراغ راهنمایی در کنار مدیریت تکنولوژی خود به همراه دارند.

طبق تعاریف ارائه شده، مهندسی سیستم عبارت از روش­شناسی تخصصی مبتنی بر رویکرد سیستمی بوده و دارای ماهیت میان رشته ­ای و چند تخصصی است که به یکپارچه­ سازی هدفمند مجموعه ­ای از اجزا و عناصر و شکل ­دهی یک مجموعه کامل و ایجاد یک محصول مشخص با قابلیت­ ها و کارآمدی ­های تعیین شده می ­پردازد. مهندسی سیستم دانش و روش­ شناسی چند رشته­ای و چند تخصصی طراحی و یکپارچه­ سازی و خلق سیستم ­های فنی مهندسی پیجیده می­باشد. مهندسی سیستم به عنوان سیستم مهندسی نوآوری محصولات پیچیده از زیر نظام­های نظام مدیریت نوآوری جامع و نظام مدیریت جامع خلق ارزش در سازمان­های دانش بنیان و نوآور و مبتنی بر انواع فناوری­ های پیشرفته و محصولات پیچیده محسوب می­گردد.  اهمیت مهندسی سیستم از آنجایی ناشی می­شود که در هر فعالیت مهندسی بیشتر تصمیمات تاثیرگذار در مراحل اولیه چرخه عمر گرفته می­شود، لذا موفقیت و یا عدم موفقیت آن، در گرو همین تصمیمات می­باشد. هنر و اهمیت مهندسی سیستم در ایجاد و پیاده­ سازی صحیح سیستم است که سه شاخصه حیاتی زیر را تحت پوشش قرار می­ دهد:

  • شناسایی ارتباطات بین اجزاء
  • شناسایی ذینفعان
  • مدیریت

مهمترین روش­هایی که در مدل­سازی یک سیستم پیچیده وجود دارد، عبارتند از:

  • روش VEE یا V
  • روش آبشار یا Waterfall
  • روش چرخشی یا Spiral

 روش VEE

این روش از سه بخش اصلی تعریف و طراحی و سپس ساخت نمونه اولیه و در نهایت تست و اعتبار سنجی تشکیل می­شود. مشخصه اصلی این روش حلقه ها و فیدبک های موجود در مرحله سوم است که در صورت انجام تست­ها و عدم اخذ تائیدیه های لازم، مجدد به مراحل اولیه پروژه باز خواهد گشت. این روش مدلسازی برای ساختارهای ساده مطلوب است چون هرگونه تغییر در نیازمندی­ ها موجب تکرار کل فعالیت می­شود. به عنوان مثال در یک پروسه طراحی هواپیما، این امکان وجود ندارد که پس از انجام تست­های پروازی و وجود یک نقص عملکردی، سیستم مجددا به مراحل اولیه طراحی باز گردد. چون این امر برابر است با هزینه ­های مستقیم و صرف زمان­های طولانی برای اعمال اصلاحات.

مدل وی در یک پروژه طراحی و توسعه هواپیما

به طور مثال این روش برای طراحی یک نرم افزار بسیار موثر است چون هرگونه عملکرد نادرست در فازهای انتهایی و تست، امکان برگشت طرح به مراحل اولیه و اعمال اصلاحات را دارای می­باشد. اما در یک محصول سخت افزاری و مهندسی، عملا این امکان وجود نخواهد داشت. اما ممکن است بتوان این روش را به صورت خاص بروی بعضی از فازهای طراحی پیاده سازه کرد. به عنوان مثال برای فاز طراحی مفهومی هواپیما در صنایع هوایی، فرایند زیر بصورت وی ممکن است مطرح گردد:

  • مطالعات اولیه و امکان سنجی طرح
  • شناسایی نیاز
  • شروع طراحی مفهومی
  • استخراج پارامترهای وزنی
  • انجام سایزینگ­ های مختلف
  • بدست آورد نقطه طراحی

در مرحله آخر ممکن است پس از بدست آوردن نیروی تراست مورد نیاز، پارامترهای عملکردی حالت مطلوبی نداشته و یا امکان تهیه موتوری با مشخصات بدست آمده وجود نداشته باشد. بنابراین این پارامترهای اعتبار سنجی شده و در صورت عدم تائید به مراحل اولیه بازخورد می­شود. این بازخورد اگر در مراحل نهایی انجام شود، طراحی به یک فرایند بهینه ­سازی تبدیل می­شود که در واقعیت نیز به دلیل ارتباطات و تداخلات ایجاد شده، این موضوع وجود دارد.

در مدل وی (در حوزه مهندسی سیستم) برای یکپارچه­ سازی محصول به دو فرآیند نیاز داریم:

  • صحه گذاری (Verification)
  • معتبر سازی (Validation)

این روش دارای معایبی می­باشد که از جمله آنها می­توان به تعامل ضعیف با مشتری، تکرار کل فعالیت­ ها با تغییر در نیازمندی­ های مشتری اشاره داشت. عموما ساختار وی برای سیستم ­های ساده مناسب می­باشد.

روش آبشار

در روش آبشار مراحل انجام پروژه به صورت مرحله به مرحله انجام می­گردد. مراحل به صورت متوالی قرار گرفته­اند و خروجی­های هر فاز  یا المان ورودی­های فاز بعدی است. مشکل این روش عدم ارتباط المان­های پایین دست و بالادست برای اعمال تغییرات احتمالی است. برای شروع هر المان نیاز است تا اطلاعات دقیق از آن بخش وجود داشته باشد چون نمی­توان در حین انجام پروژه حلقه­های متعدد اصلاح ایجاد نمود. بنابراین به طور کلی پیاده­سازی این مدل برای طراحی هواپیما امکان پذیر است. چون طراحی یک فرایند گام­به­گام برای رسیدن به یک هدف یا یک محصول است و اصولا گام­های اصلی شناسایی نیاز، طراحی مفهومی، طراحی اولیه، طراحی جزئیات، ساخت نمونه پروازی، ساخت نمونه­های مهندسی و تست و ساخت نمونه های تست و در نهایت ساخت نمونه صنعتی طی می­شود.

اما عموما این گام­ها به صورت متولی از یکدیگر خروجی می­گیرند چون امکان ایجاد حلقه­های اساسی بین دو بخش شناسایی و طراحی جزئیات وجود ندارد چون این موضوع زمان­بر و هزینه بر است. در مدل آبشار نیز این الگو برقرار است. اما با توجه به اینکه هر گام اصلی خود دارای گام­های متعدد و متفاوتی دیگری است امکان پیاده­سازی این متد وجود نخواهد داشت چون در هر گام اصلی تعدادی حلقه به وجود خواهد آمد که نیاز می­باشد ارتباطات لازم بین المان­های پایین است و بالادست شکل گیرد.

مدل آبشار و ارتباط المان های حاکم بر پروژه

مهم ترین شاخص­های این روش به قرار زیر می­باشد:

۱-  اندازه شیب در هر مرحله

کیفیت تصمیم­گیری تیم طراحی

۲-  تعامل بین گام­ها

فنی – مقررات و آیین­ نامه ­ها

غیر فنی – ارزش­های شرکت

اجابت دو شاخص فوق درون یک سیستم به عوامل زیر بستگی دارد:

  • مهارت (Skill)
  • دانش (Knowledge)
  • شرایط (Attitude)
  • تجربه (Experience)

این مدل­سازی سیستمی را برای یک نمونه پروژه طراحی هواپیما می­توان به شرح زیر تشریح نمود:

مرحله اول: در شروع طرح پس از تعریف کلیات پروژه مطالعات امکان سنجی و بررسی دقیق ضروریات طرح انجام می­شود. کلیه مسائل مربوط به نوع پروژه، هزینه ­ها، روند اجراء، تعیین مشخصات شروع کار در این ایت قسمت مورد ارزیابی قرار می­گیرد. خروجی این بخش کلیات طرح یک هواپیما می­باشد که از تمامی جنبه­ ها مورد تائیدات کارشناسی شده لازم قرار گرفته است.

مرحله دوم: ضروریات طراحی به صورت دقیق و تفکیک شده مورد بررسی قرار گرفته و گروه­ های کاری مختلف براساس الگوریتم­ های موجود به صورت موازی در کنار هم قرار می­گیرند.

مرحله چهارم:در این بخش براساس ضروریات طرح و برنامه­های تدوین شده در مرحله قبل طراحی مفهومی آغاز می­شود.

مرحله پنجم: مرحله طراحی اولیه پس از تائید پارامترهای خروجی طراحی مفهومی آغاز می­شود. بدیهی هست که در این بخش نمی­توان کلیات طرح را تغییر داد این موضوع نیازمند تکرار دوباره مراحل قبل خواهد بود.

مرحله پنجم: براساس خروجی­ های مرحله قبل فاز طراحی جزئیات شروع می­شود. تیم طراحی در این بخش مجاز نیز بروی خروجی ­های قسمت­های قبل اصلاحات انجام دهد. خروجی این بخش یک نمونه مهندسی از هواپیما خواهد بود. در بخش تست­ها تونل باد نیز انجام می­پذیرد.

مرحله ششم: پس از انجام طراحی جزئیات، تست های مورد نیاز در بخش­های مختلف براساس استاندارهای موجود اجرایی میگردد.

پس از انجام موفق تست­ ها، طراحی به صورت یکپارچه شده و چند نمونه پروازی برای انجام تست­های مختلف و اخذ تائیدیه لازم ساخته می­شود.

 

روچش چرخشی

یکی دیگر از مدل­های سیستمی، روش مدل چرخشی یا اسپیرال می­باشد و به دلیل ساختارش، کاربرد زیادی در مدیریت پروژه­های صنایع هوایی می­تواند داشته باشد. به طور کلی در این روش، طرح براساس شناسایی نیاز آغاز شده و پس انجام ارزیابی­ های اولیه  و شناسایی ریسک ها، وارد مرحله اعتبار سنجی شده و در نهایت طرح ریزی ­های لازم برا اجرا پروژه انجام می­گردد. این روش براساس یک الگوی چرخشی بیان می­شود که در هر مرحله به صورت پی ­در ­پی فرایند­های مختلفی برای رسیدن به هدف طی می­شود. در ادامه این روش برای طراحی یک هواپیمای جت خیلی سبک یا  (VLJ) تا حد نیاز و برای درک کلیات مدل، پیاده­ سازی می­شود.

مدل چرخشی 

مرحله اول: در ابتدا یک شمایه کلی از ملزومات و ضروریات مطرح میشود. در پروژه تعریفی این قسمت شامل نیازمندی های اولیه مطرح شده برای شروع انجام پروژه طراحی هواپیما VLJ و انجام فعالیت های امکانسجی خواهد بود. جایگاه پروژه تعریفی در زمان فعلی و آینده در این بخش مطرح می شود.

آینده پژوهی پروژه مورد بحث

مرحله دوم: در این مرحله مفاهیم مربوط به عملکرد ها و ماموریت های پیش بینی شده براساس خروجی های مرحله قبل و انجام مطالعات آماری صورت می پذیرد و یک شمایه کلی از عملکرد طرح استخراج میشود انجام مقایسه با طرح های مشابه یا جایگاه فعلی عملکرد طرح مطرح شده در این قسمت انجام میشود.

نمودار مقایسه ای هواپیما براساس وزن برخاست و قیمت

مرحله سوم: در این قسمت ضروریات اجرای برنامه طراحی و پیاده سازی میشود. بررسی موجودیت ساختارهای نرم افزاری و سخت افزاری لازم در زمان حال و آینده و به صورت دقیق ملزومات اجرای پروژه طراحی هواپیمای VLJ انجام میشود. در این قسمت از پروژه تصمیمات اصلی شروع کار انجام میشود.

جلسات ارزیابی و تصمیم گیری با حضور افراد کلیدی پروژه

مرحله چهارم: پس از اتخاذ تصمیمات لازم، موارد مربوط به نحوه و چگونگی اجرا و برنامه ریزی ها لازم برای ضروریات طرح انجام می شود. در قسمت برنامه های پیش رو، شامل منابع مالی، مسائل مربوط به تیم ها و نحوه همکاری های مورد نیاز خارج از سازمان، زیر ساخت های مورد نظر و … بررسی میشود و سپس طرحی وارد مرحله اجرا میشود.

مرحله پنجم: در این قسمت براساس برنامه ریزهای انجام شده، ریسک های فعلی و آینده ارزیابی شده و نحوه برخورد با آنها به صورت دقیق استخراخ میشود. موفقیت و عدم موفقیت طرح VLJ براساس عوامل مختلف خارجی و داخلی به طور دقیق ارزیابی میشود.

ارزیابی ریسک

مرحله ششم: یک شمایه یا طرح کلی از خروجی پروژه استخراج میشود که به عنوان پروتوتایپ اولیه از آن یاد میشود. این خروجی براساس مطالعات انجام شده در قسمت های قبل خواهد بود.

مرحله هفتم: طراح وارد مرحله اجرا میشود و تمامی ضروریات و خواسته ها برای آن در نظر گرفته میشود در این قسمت طراحی مفهوی VLJ به طور کامل انجام میپذیرد و در انتهای این فاز، خروجی هایی وجود دارد که می بایست براساس معیارهای موجود بروی آنها صحه گذاری شده و اعتبارسنجی شوند.

مرحله هشتم: پس از اجرای صحیح فاز طراحی مفهومی، فاز بعدی یعنی فاز توسعه آغاز میشود و پروژه وارد فاز طراحی اولیه میشود.

مرحله نهم: با توجه به اینکه طراحی وارد جدیدی شده است، مجددا تحلیل ریسک انجام خواهد شد و پارامترهای چالش برانگیز موجود در کل پروژه ارزیابی میشود.

مرحله دهم: پس از اجرای فاز طراحی اولیه، یک شماتیک کلی از طرحی انجام شده استخراج میشود.

سه نمای طرح هدف

مرحله یازدهم: مجددا طراحی های اولیه صورت پذیرفته در قسمت های مختلف صحه گذاری های لازم انجام میشود.

مرحله دوازدهم: پیاده سازی برنامه تست های مختلف بروی کلیه بخش¬های طراحی اجرایی میشود. در این بخش تست های تونل باد انجام خواهد شد.

مرحله سیزدهم: آنالیز ریسک براساس خروجی های بخش قبل، مجددا انجام میپذیرد.

مرحله چهاردهم: توسعه طرح ادامه پیدا کرده و پروتوتایپ بعدی براساس خروجی های صحه گذاری شده فاز طراحی اولیه استخراج میشود. در این مرحله نمونه غیر پروازی پرنده ساخته میشود.

ساخت ماک آپ هواپیما

مرحله پانزدهم: طرح تا این قسمت مراحل مختلف خود را با موفقیت پشت سر گذاشته و آماده ورود به مرحله طراحی جزئیات میگردد.

مرحله شانزدهم: یکپارچه سازی های لازم برای اجرای دقیق طراحی بین تیم های مختلف انجام میپذیرد.

مرحله هفدهم: تست های مختلف عملیاتی در بخش های مختلف به صورت جداگانه اجرایی میشود.

مرحله هفدهم: پس از انجام موفق تست ها و اخذ استانداردهای جاری در مجموعه طراحی، پروژه وارد مرحله نهایی انجام تست-های اصلی بروی چند فروند ساخته شده میشود.

مرحله نوزدهم: اصلاحات لازم صورت بروی جزئیات طرح صورت می پذیرد.

مرحله بیستم: یکپارچه سازی های نهایی انجام شده و پس از آماده سازی های نهایی، محصول هدف تحویل داده میشود.

مدل های اشاره شده می تواند یک الگوریتم نظامند و کاربردی را به منظور به نتیجه رساندن پروژه براساس رویکردهای مهندسی همزمان ارائه نماید. اساس این مدل ها ارزیابی دقیق پروژه براساس نیازمندی ها میباشد که در مقالات بعدی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

 

 

منابع تعریفی:

https://fa.wikipedia.org

https://en.wikipedia.org


 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.