Системы в системной инженерии.Системная инженерия против инженерии систем.

Москва23 января 2012г.

2

Системная инженерия

Systems Engineering (SE) is an interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems. It focuses on holistically and concurrently understanding stakeholder needs; exploring opportunities; documenting requirements; and synthesizing, verifying, validating, and evolving solutions while considering the complete problem, from system concept exploration through system disposal.

http://www.sebokwiki.org/1.0.1/index.php?title=Systems_Engineering_%28glossary%29

3

Системная инженерия: варианты

• System engineering• Systems engineering

• Engineering of systems (EoS)• Systematic vs systemic engineering

4

Проблема: онтология системы• ... INCOSE, which is becoming identified with EoS, but regrettably

NOT with SE. Systems engineering as I have crudely described it is continuing to be practiced around the world - but not, it seems, in INCOSE, which by its title ought to be its home. One hears less than salutary comments about the SEBoK from such systems engineers, few of whom are inclined to join INCOSE, or take any notice of its edicts. I hope that the INCOSE ontology work will correct the situation… I believe it can.

Один из профессоров системной инженерии, частная переписка

• Обижаются на засилье «процессников» (из менеджеров) в INCOSE, упор на «systematic» вместо «systemic» (т.е. Аналитическое «разбиение на подпроцессы вместо синтеза и обсуждения emergence свойствами).

• Спрашивают, где «обеспечение целого», работа с холонами (Russian Babushka Doll).

5

«системность» в SEBoK• system • system analysis • system assurance • system boundary • system breakdown structure • system capability • system context • system coupling diagram • system definition • system effectiveness • system element • system of systems (sos) • system property • system realization • system requirement

• system-of-interest • systemic • systems approach • systems concept • systems development • systems engineer • systems engineering • systems engineering and integ

ration team (seit)

• systems engineering management (sem)

• systems engineering plan (sep)

• systems integration • systems science • systems thinking

http://www.sebokwiki.org/1.0.1/index.php?title=Category:Glossary_of_Terms&pagefrom=Moral+%28glossary%29#mw-pages

6

Альфы инженерного проекта

7

Деятельности и компетенцииинженерного проекта

8

Essence и ISO 15288:2008

9

Двумерное представление ЖЦ: практики, разворачиваемые во времени

определение потребностей

приемка в эксплуатацию

Архитектурное проектирование

рабочее проектирование изготовление

интеграция

валидация

верификация

верификация

definition realization operation

10

Как держать целое?

• Особый подход к инженерии -- системный• Особое управление операциями

(управление конфигурацией, управление кейсами, управление информацией)

• Особые «беспредметные» (всепредметные) информационные технологии

11

Сколько учат системной инженерии в мире

После бакалавриата:1800 часов классных + примерно столько же часов домашних заданий

Системное мышление ~10%

Аспекты систем ~40%

12

С чего начатьНедавно в ходе пятидневного вводного курса, проводимого Обучающим центром МТИ, одна женщина-менеджер из конструкторского отдела компании Ford лаконично сформулировала ситуацию: «Спустя пару дней, — сказала она, — я начинаю понимать, о чем вся эта история с системным мышлением и интеллектуальными моделями. Мне это напоминает время, когда я только начала знакомиться с высшей математикой. Сначала я чувствовала себя совершенно потерянной. Все это было мне совершенно чуждо. Но потом я начала «схватывать» суть. Через год я уже вполне владела основами этого дела. Через пять лет это стало основой моей профессии». Потом она добавила: «Если бы высшую математику изобрели сегодня, ни одна из наших корпораций не смогла бы ею овладеть. Мы бы посылали каждого на трехдневные курсы. Затем каждый получал бы три месяца на то, чтобы посмотреть, работают ли «все эти штуки». А когда выяснялось бы, что они не работают, мы бы начинали пробовать что-нибудь другое».

Питер Сендж, "Пятая Дисциплина"

13

Онтология системы

• В ходе Ontology Summit 2012 было признано, что у онтологов с понятием «система» есть проблема.

• Отличия онтологии природных систем и системы из «системной науки»

• Бытовое и «мыслительное» использование системы (системное мышление против обзывания системой)

14

Системный подход и жизнь(опыт тьюториалов -- http://ailev.livejournal.com/1040842.html)

1. Убедитесь, что вся работа делается на хорошо видимом всеми флипчарте. Вы не гроссмейстеры, для думания вам нужна доска с фигурами, "по памяти" играть трудно. Для взаимокоординации вам нужно табло, одна версия на всех. Если флипчарта там, где вы обычно совещаетесь, нет, то прервитесь и обеспечьте.

2. Без имён систем их обсуждать невозможно. Выпишите список систем, которые вы делаете. Что это -- индивиды (с серийными номерами?), классы (описываемые строчкой каталога серии)? Отдельные уникальные системы или платформы/продуктовые линии? Где границы этих систем, какие между ними отношения? Что между ними общего, а что разного?

3. Есть ли у вас люди, ответственные за поддержание такого списка? Контрольный вопрос: в чьём компьютере этот список лежит, кто уполномочен вносить изменения в список "чем занимаемся"?

4. Подсистемами каких систем ваших клиентов являются ваши системы? Что вы об этом знаете? Как вы помогаете вашим клиентам в проектировании их систем с использовании ваших систем в качестве подсистем?

5. Пересмотрите список ваших систем, вам обязательно захочется его поменять. Если ответственного за список нет, назначьте ответственного (в чьём компьютере этот список будет жить): этот пересмотр списка нужно делать постоянно, и он его и будет делать.

6. Для каждой целевой системы-строчки из списка нарисуйте жизненный цикл в простейшем виде: стрелочка с зарубками. Помним, что жизненный цикл -- это от задумки до мусороперерботки вашей системы. Отметьте, где ваше предпринятие вступает в этот жизненный цикл, и где оно из него выходит. Убедитесь, что все присутствующие понимают, что предметом интереса является весь жизненный цикл, а не только тот его кусочек, который попал к вам на сегодня.

7. Какие жизненные циклы у подсистем вашей системы? Кто их делает, на какой стадии жизненного цикла этих подсистем вы взаимодействуете? Если у этих подсистем внешние подрядчики, то как они с вами взаимодействуют (у них ведь та же ситуация, что и у вас с вашими клиентами: они могут не понимать, что вам нужно, и зачем вам это нужно).

8. Понимаем, что система-как-жизненный-цикл является основным инструментом договорённостей между менеджерами (для которых стадии -- это проекты) и инженерами (для которых стадии -- это инженерные мероприятия), в том числе между менеджерами и инженерами клиентов и подрядчиков. У кого в компьютере живут описания/модели (полных!) жизненных циклов ваших систем?

9. Опять подумайте, какие у вас системы (напомню: платформы и продуктные линии, мелкие и крупные серии, уникальные системы, сервисы и т.д.). Вернитесь к списку и опять поменяйте его.

15

Понятие системы

16

Троица? Четверица? Сколькерица?!

1. Компонента системы (холон) неявное присутствие целой системы

2. Функция (внешнее поведение, сервис), неявное присутствие деятеля, определяющего назначение компоненты системы в целой системе

3. Конструкция (решение, как-то ведущие себя части, модули)4. Механизм (части генерируют функцию, модель – внутреннее

поведение. Предоставление слотов)5. Физический объект, инсталлированный на место в

конструкции/решении6. Жизненный цикл (последовательность моделей, затем

инсталяция темпоральных частей)7. ...

17

Холончасть – целое

18

Система как оператор «select»

Из презентации Harold “Bud” Lawson

19

Диаграмма гамбургера:слот и модуль

функция и конструкция

Wim Gielingh -- http://15926.info/functional-physical-object/GARM-paper.pdf

Information Junction

Тег и серийный номер

Насос Bloggs 100H

Серийный номер 5755/A

C1

P101

C2

Тег

Установка первичной перегонки нефти

20http://www.matthew-west.org.uk/Publications.html

21

Система, сервис, возможности

Service engineering-- http://www.modelfutures.com/file_download/17/MOD+CIO+-+Service+Analysis+Report+-+v1.3.pdf (концептуальная модель сервиса)-- http://www.oasis-open.org/committees/download.php/41420/Chris%20Partridge.pdf

Capability engineeringhttp://www.incoseonline.org.uk/Groups/Capability_Working_Group/Other_Documents.aspx?CatID=Groups&SubCat=Capability_Working_Group

система

22

Система из систем(функциональная декомпозиция)

[не путать с «системами систем»]

23

Классификация систем (ISO 15288)неявно учитывает время

• Целевая система (system-of-interest)

• Система в операционном окружении (system in operational environment)

• Обеспечивающая система (enabling system)

24

Насос и время

Пример от Hans Teijgeler-- http://15926.info/functional-physical-object/index.htm-- http://www.15926.info/cradle-to-grave/index.htm

Жизнь насоса-101-- http://ontolog.cim3.net/forum/ontology-summit/2012-02/threads.html (тред с Matthew West, начало 29 января 2012 http://ontolog.cim3.net/forum/ontology-summit/2012-02/threads.html)

неявно спрятано время

Information Junction

Индивиды и состояния

состояние

период времени

индивид

время

прос

тран

ство

событие

25http://www.matthew-west.org.uk/Publications.html

Information Junction

Пространственно-временная карта элемента системы

Насос 1 Насос 2

P101

время

прос

тран

ство

Установка первичной перегонки нефти

элемент системы

Установленный на своё место объект

Обычный физический объект

система

26http://www.matthew-west.org.uk/Publications.html

Information Junction

Многоуровневая пространственно-временная карта элементов системы

Время

Про

стра

нств

о

Самолет 684

Левый двигатель самолета 684

Т/насос лев. двиг. самолета 684

Двигатель 329Топливный насос

двигателя 329

Топливный насос 739

27http://www.matthew-west.org.uk/Publications.html

Information Junction

Правила для элементов систем

• Рассматриваются три объекта: система, элемент системы и устанавливаемый физический объект (узел, деталь и т.п.).

• Элемент системы может быть полностью заменен в физическом смысле, но при этом сохраняет свою индивидуальную идентичность.

• Для элемента системы возможны периоды времени, когда ни один физический объект не установлен на это место, т.е. существование элемента системы не обязательно непрерывно.

• Элемент системы совпадает с установленным физическим объектом в те периоды времени, когда последний установлен на место.

• При разрушении объекта, в состав которого входит элемент системы, элемент системы прекращает свое существование, а установленный физический объект может и сохраниться.

• В случае многоуровневой сборки элементы системы могут определяться на каждом уровне, причем существование каждого будет зависеть от уровня, которому он принадлежит.

28http://www.matthew-west.org.uk/Publications.html

29

Жизненный цикл системы• Всегда полный (в отличие от ЖЦ проекта)• Стадии – отрезки времени, границы по

смене главной инженерной деятельности (cognitive framework)

• Система – отнюдь не всегда «времени эксплуатации»!!!

замысел прекращение существования

t

30

Разнообразие типовых жизненных циклов(видов системы, стадий жизненных циклов, инструментов)

Софт Концепция Разработка Поддержка Списание

Система Идея Разработка Изготовление Использование Поддержка Списание

Оборудование Идея Проектирование Изготовление Эксплуатация и поддержка Списание

ПерсоналОпределение

требуемых компетенций

Приобретение Обучение Использование и рост Отставка

Здание ВизуализацияПроектирование сооружения и

площадкиСогласование Строительство

Эксплуатация и поддержка Разборка

Природный ресурс Приобретение Разработка Эксплуатация Рекультивация

Процесс Определение выхода

Графическое представление

ОписаниеПилотное внедрение

Использование и совершенствование Ликвидация

Жизненный цикл объектов работы (комплектующих/предметов

снабжения)IEC/EN 81346, RDS-PP, KKS

Ситуация

Объект

Спецификация функции

Спецификация компонента

Спецификация модели

Индивидуальная карточка экземпляра

Физический экземпляр

Объект «мотор»

«Мотор» в обычном языке

Реальный, функционирующий

Запланированный, историческая запись, и т.п.

Система жива, пока жива её функция! Конструкция может меняться (атомы менее важны, чем идея).

32

Требования-функция и архитектура как идеи конструкции

Dietz-The Generic System Development Process

33

ISO 42010

• Утверждается склейка stakeholder + system (деятельностный подход)

• Разводятся понятия veiw (у системы) и viewpoint (у заинтересованной стороны)

• Отражение, что для каждого stakeholder для его concern есть отдельный viewpoint, и нужно делать отдельное view (т.е. закрепляется множественность представлений системы для разных целей)

34

ISO 42010

Назначение/функция системы не «объективно», а приписывается заинтересованными сторонами!

35

ISO 42010

36

ISO 42010

37

ISO 42010

38

Разнообразие интеграции данных жизненного циклав эко-системе инжиниринга

Замысел Архитектура «Рабочка» Изготовление Эксплуатация

Макро IT1 IT2 IT3 IT4 IT5

Мезо IT6 IT7 IT8 IT9 IT10

Микро IT11 IT12 IT13 IT14 IT15

Нано IT16 IT17 IT18 IT19 IT20

Специализация/профессионализация: в каждой клеткеИнтеграция в продукте: вся таблица (эко-система!)

уровни структуры вещества * уровни воплощения

IT = CAD/CAM/codes/PLM/CAE/ERP/EAM/…КРУПНЫХ ПРОЕКТОВ С ОДНИМ IT НА ВСЕХ – НЕ БЫВАЕТ!

ДВЕ РАЗНЫХ УСТАНОВКИ IT одного вендора – РАЗНЫЕ УСТАНОВКИ!IT нуждается в интеграционном решении в рамках эко-системы!

39

Обеспечивающие СИСТЕМЫ

40

Моделеориентированная системная инженерия

• «Родное» для системного подхода моделирование – «системная динамика»

• MBSE верхнеуровневое моделирование системы, а MDSE – в том числе низкоуровневое моделирование.

• Численное и структурное моделирование:– Софтверные языки (UML) не подходят, поэтому используются

другие языки: SysML, AADL и т.д. (причём не хватает одного, применяют оба)

– Потихоньку продвигается ООП (SysML+Modelica как акаузальное моделирование, MathLab как каузальное)

– Собрать всю модель системы («данные жизненного цикла») по жизненному циклу пока невозможно

41

Systems Dynamichttp://www.systemdynamics.org/

http://www.hitchins.net/SysThink.html

1. At 100% (green line 4), the project terminates rapidly 2. At 70% and 80%, it does not terminate! 3. Notice that, near the origin, the green 100% line takes longer to start its climb,

due to the additional time being spent on getting the requirement correct. 4. Notice also that 100% error eradication implies a high peak of commissioning

manpower, since the shorter time scale means concentrated effort.

42

Из SysML Cookbook(проект создания телескопа)

http://mbse.gfse.de/documents/SE2PracticesAndGuidelines.pdf

43

AADLIn November 2004, the Society of Automotive Engineers (SAE) released the aerospace standard AS5506, named the Architecture Analysis & Design Language (AADL). The AADL is a modeling language that supports early and repeated analyses of a system’s architecture with respect to performance-critical properties through an extendable notation, a tool framework, and precisely defined semantics.

https://wiki.sei.cmu.edu/aadl/index.php/Main_Page

Версия 2.1 стандарта опубликована в сентябре 2012г.

44

Библиотека компонент

График

Схемный форматТекстовый формат

Анимация

https://www.modelica.org/

45

Контрактное (contract-based) представление

• Каждый модуль обеспечивает интерфейс и поведение по этому интерфейсу

• Это выражается «контрактом» на формальном языке (constraints language)

• Если есть иерархия модулей (подсистем), то можно осуществлять логический вывод и предсказывать поведение на внешних интерфейсах на основании знания работы внутренних интерфейсов.

46

ISO 15926 как язык системного моделирования

Концептуальная модель (про системы, а не их описания: хотя можно выразить и описания).1. Компонента системы (холон) неявное присутствие целой системы –

поддерживает мереологию (отношение часть-целое для функциональных физических объектов)

2. Функция (внешнее поведение, сервис), неявное присутствие деятеля, определяющего назначение компоненты системы в целой системе. FunctionalPhysicalObject

3. Конструкция (решение, как-то ведущие себя части, модули). FunctionalPhysicalObject

4. Механизм (части генерируют функцию, модель – внутреннее поведение. Предоставление слотов). ??? (кодирование моделей на Modelica, кодирование ограничений – выборы Simantics «внутрь решателей не лезем»)

5. Физический объект, инсталлированный на место в конструкции/решении – PhysicalObject, геометрия

6. Жизненный цикл (последовательность моделей, затем инсталяция темпоральных частей) – WholeTemporalPart, TemporalPart

7. ...

47

ЖЦ задвижки в ISO 15926 (краткая форма)

48

ЖЦ задвижки в ISO 15926 (чуть более полная форма)

49

Systems Modeling Language(увы, не ISO 15926)

• Upper Ontology с понятием «система» и явными онтологическими выборами,

• не объект-ориентированная• Графическая форма (например, как в BORO)• Текстовая форма• Возможности расширения (паттерны)• Формализм (model checking)• Представление численных моделей• Стык с программами• Понятная сериализуемость и метаданные (для коллективной

работы)

50

Системы системМягкие системы (soft systems)

о стейкхолдерахо целях

о полномочиях

51

Критерии SoS (Maier)• Независимое управление элементов (нет, кому скомандовать

общее развитие)• Независимая работа элементов (нет, кому скомандовать

работу в общем сервисе)• Эмерджентность от объединения в систему• Эволюционное развитие (требует исследований, нет точки,

которая знает as build для всех)• Географическое распределение элементов

• Вывод: никакой обычной системной инженерии. Capability engineering, capability development, capability change – затем operation.

52

Виды системы систем• управляемые (directed), в которых есть назначенный архитектор,

который может выдавать приказы составляющим системам и распоряжается ресурсами.

• подтвержденные (acknowledged), в которых признаваемый архитектор есть, но он может только уговаривать составляющие системы самоизмениться согласно разработанной им архитектуре.

• сотрудничающие (collaborative), в которых все системы договариваются друг с другом по каждому чиху, но архитектора, менеджера проекта или аналогичного выделенного органа управления нет.

• виртуальные (virtual), в которых системы вообще не знают друг о друге ничего и не влияют друг на друга (например, современный интернет. Smart Grid тоже собирается быть такой системой).

53

Как говорят о системах систем

• Отрасль (industry)• Эко-система (еco-system)• Распределенная работа (distributed work)• Федерирование (federation)

• Capability• Networked

54

Спасибо за вниманиеАнатолий Левенчук,http://ailev.ruailev@asmp.msk.su(Президент Русского отделения INCOSE)

Виктор Агроскинvic5784@gmail.com

TechInvestLab.ru(495) 748-53-88