Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
9 |
прибыльное, ремонтопригодное и т.д. — разным людям нужно от этой платформы разное) целое, потом раздают части работы инженерам по специальностям (инженерам-строителям, машиностроителям, инженерам-электрикам, компьютерщикам/айтишникам и т.д.), а затем собирают результаты их работ так, чтобы получить работоспособную и надёжную систему.
Это главный признак, отличающий системных инженеров от всех других инженеров: они отвечают за проект в целом, сразу во всех его деталях как в части деталейчастей, так и в части использования детальных знаний отдельных дисциплин. Они ответственны за то, чтобы не было пропущено какой-нибудь мелочи, ведущей к провалу.
Самолёт — это много-много кусков металла и пластика, синхронно летящих на скорости 900км/час (0.85 от скорости звука, это типовая скорость Boeing 787 Dreamliner) на высоте 10км. Системный инженер — это тот, кто придумал, как обеспечить их надёжный и экономичный совместный полёт, увязав самые разные требования (грузоподъёмность, расход топлива, дальность полёта, шум при взлёте и посадке, требования к длине разбега и посадки, необходимость лёгкого обслуживания на земле, отсутствие обледенения, безопасность людей на борту, и т.д. и т.п.), при этом требования выдвигались самыми разными людьми, представляющими самые разные профессиональные и общественные группы. Паратройка миллионов деталей изготавливается и собирается в одно изделие — и самолёт летит, обеспечивая комфорт пассажирам и прибыль владельцам!
Для чего нужна системная инженерия: победить сложность
Системная инженерия решает задачу преодоления инженерной сложности (которая определяется главным образом как число различных элементов, которые должны провзаимодействовать друг с другом, чтобы получить целевую систему — и сложные системы не помещаются ни в какую самую умную голову, требуется специальная дисциплина, чтобы собирать результаты деятельности самых разных инженеров в одно работоспособное целое).
Микроволновка содержала в 2006 году 212 частей
(http://www.cadenas.de/news/en/reader/items/out-of-many-one-a-surprisingly-large- number-of-parts), но если взять системы посложней, то счёт легко переходит на миллионы частей — и во многих крупных системах ошибки в любой из частей могут приводить к катастрофам.
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
10 |
(картинка из материалов Dassault Systemes)
На самом деле картинка эта приукрашивает ситуацию со сложностью. Вот более точная информация по самолётам Boeing (http://787updates.newairplane.com/787- Suppliers/World-Class-Supplier-Quality):
В современных системах число отдельных элементов, которые нужно согласовать между собой (в проектировании), а часто и создать с нуля (в конструировании) достигает десятков миллионов в “железных” системах (а на одном серийно выпускаемом электронном чипе FPGA Xilinx Virtex-Ultrascale XCVU440 число отдельных транзисторов оценивается на 2014 год более чем в 20 миллиардов — http://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count).
Согласно легенде, системная инженерия впервые появилась как метод ведения работ в военной отрасли США, когда нужно было скрестить два сверхсложных инженерных проекта: атомный проект по созданию ядерного оружия и проект создания баллистических ракет, необходимых для доставки этого оружия. Не было никаких голов “генеральных конструкторов”, которые могли были бы справиться с
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
11 |
решением этой задачи, и пришлось изобретать методы совладания со сложностью подобного сверхпроекта.
Системная инженерия делает невозможное возможным: прежде всего это относится к тому, что сверхсложные системы работают так, как задумано. Системные инженеры больше всего работают на этапах, когда самой системы ещё нет, и их задача представить правильный проект, в котором разные части системы разные свойства, которыми занимаются разные инженерные дисциплины, влияют друг на друга так, чтобы не было неожиданностей от этих влияний. Системный инженер ответственен за то, чтобы риска неудачи, связанного с плохой конструкцией, не было. Системный инженер ответственен за то, чтобы невозможно сложные системы за невозможно короткое время (это означает прежде всего отказ от тупого метода проб и ошибок, тем более что в сверхсложных системах нельзя сделать всех возможных “проб”, чтобы получить все возможные ошибки) создавались, и работали как от них ожидается.
Раньше люди боролись со сложностью тем, что инженерными проектами занимались гении. Сейчас на гениальность не надеются: проекты должны получаться успешными независимо от гениальности “генерального конструктора”, они должны получаться успешными на основе метода — гениальность при этом позволяет дополнительно поднимать планку сложности, уже высоко поднятую использованием системноинженерного мышления и практик системной инженерии.
Классический пример, показывающий работоспособность системной инженерии — это “аэрокосмос” (aerospace), авиационная и космическая промышленности. Как известно, обеспечить надёжные космические полёты очень трудно, до сих пор. Много лет бытует поговорка про самые трудные дела — что это “rocket science”. Именно в “аэрокосмосе” без использования системной инженерии не удавалось добиться успехов. Основа конструирования космических кораблей в NASA и европейском космическом агентстве — это системная инженерия. Ещё в 1969-1972 годах в рамках программы Apollo (вдумайтесь: это более 40 лет назад!) на лунной орбите побывало 24 человека (из них трое — дважды!), а на Луне гуляло 12 космонавтов, они привезли на Землю 382 кг лунного грунта
(http://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_program).
(места посадки миссий Apollo).
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
12 |
В программе Apollo использовались двухместные автомобили-планетоходы аж в трёх экспедициях из шести, и в экспедиции Apollo-16 даже был поставлен рекорд скорости передвижения по Луне на автомобиле: 18 км/час (такая скорость на Луне огромна: ведь там сила тяжести вшестеро меньше, и дороги отнюдь не асфальтовые, так что автомобиль на такой скорости ощутимо подбрасывало). На автомобиле американцы проехали почти 36км только в экспедиции Appolo-17, удаляясь от лунного модуля на расстояние до 7.6км.
Марсоход Opportunity прошёл за десять лет службы более 40 км, но уже не по Луне,
а по Марсу — с 2004г. (http://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Lunar_Roving_Vehicle, там выразительная картинка).
Но это всё достижения далёкого уже прошлого. Нынешние инженеры ставят принципиально другие задачи. В 2014 году Индия стала страной, чей космический зонд достиг орбиты Марса с первой попытки (кстати, это один из лозунгов системной инженерии: “С первого раза правильно!” — и тут нужно учесть, что из 40 полётов на Марс меньше половины оказались успешными) раза, и при этом запуск обошёлся всего в US$73 млн., самый дешёвый полёт на Марс на сегодня
(http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Orbiter_Mission). Кто это делал? Системные инженеры. Например системный инженер Minal Sampath возглавляла команду, создавшую три прибора для этого марсианского спутника
(http://www.bbc.com/news/world-asia-25989262):
Системные инженеры из европейского космического агентства в 2014 году успешно выполнили миссию Rosetta — посадили спускаемый аппарат Philae c 12 измерительными приборами на комету диаметром примерно 4км. Чтобы попасть точно в назначенную точку и в точно назначенное время Rosetta стартовала с Земли в 2004г., а в 2012 Rosetta удалялась от Земли на миллиард километров (и на 0.8млрд. Километров от Солнца) — http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Frequently_asked_questions.
В момент встречи с кометой Rosetta была на расстоянии 405млн.км и они летели по направлению к Солнцу со скоростью примерно 55тыс.км/час
(http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Rosetta_arrives_at_comet_d estination). Вот фотография спуска модуля Philae, сделанная камерой Rosetta (в этот момент Rosetta была на высоте примерно 15.5км над поверхностью кометы, выделенные квадраты имеют сторону 17м — http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/11/OSIRIS_spots_Philae_drifting_acro ss_the_comet):
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
13 |
Основатель космической фирмы SpaceX (http://www.spacex.com/) Элон Маск поставил цель снизить стоимость запуска в 10 раз за счёт повторного использования первой ступени ракеты — чтобы затраты на запуск приходились в основном на топливо, как сегодня у самолётов. Посадочная площадка у него — платформа,
которая плавает в море: http://www.spacex.com/news/2014/12/16/x-marks-spot- falcon-9-attempts-ocean-platform-landing. В 2015 году Элон Маск обещал раскрыть планы по подготовке его фирмы к колонизации Марса. Какой метод работы? Такой же, как в NASA — системная инженерия.
Фирма Virgin Galactic (http://en.wikipedia.org/wiki/Virgin_Galactic) планирует осуществлять через год-два относительно недорогие экскурсии в космос (без выхода на орбиту, но по баллистической траектории с шестью минутами невесомости), за год после начала деятельности планируя удвоить число космонавтов (поднимавшихся на высоту более 100км над поверхностью Земли) — на 8 июня 2013г. на Земле было 532 космонавта из 36 стран.
Подводная лодка класса Astute (Великобритания) имеет более миллиона комплектующих (http://gregornot.wordpress.com/2008/10/22/one-of-the-most- complex-engineering-projects-in-world%E2%80%99/), атомные электростанции имеют порядка 4 млн. комплектующих (только число их крупных подсистем ГИПы оценивают в 400-700), а гражданские пассаржирские суда класса Oasis лишь немного уступают авианосцам в их размерах
(http://en.wikipedia.org/wiki/Oasis_class_cruise_ship).
Поезд со скоростью 200км в час чудо только в России (рекорд скорости железной дороги 210км/час был достигнут ещё в октябре 1903г. — http://en.wikipedia.org/wiki/High-speed_rail), но в 2008 Китай открыл линию "Wuhan
– Guangzhou", штатная скорость на которой до июля 2011 года былаt 350 км/час, после чего была снижена до всего 300км/час. Начата системноинженерная работа по проекту Hyperloop, где вагончики будут двигаться со скоростями, близкими к 1000км/ч в трубах с пониженным давлением воздуха
(http://en.wikipedia.org/wiki/Hyperloop).
Небоскрёбы уже строят высотой более 1км (Kingdom Tower, Jeddah Saudi Arabia, начало строительства в 2013 году, окончание в 2019, 167 этажей, высота 1007
Системноинженерное мышление |
TechInvestLab, 2 апреля 2015 |
14 |
метров, http://skyscraperpage.com/diagrams/?searchID=202). Уже построено здание высотой 828 метров (Burj Khalifa, Dubai Unated Arab Emirates, построено в 2010 году, http://skyscraperpage.com/diagrams/?searchID=200).
Кто ответственен за правильность проекта, правильность выбранного решения, соблюдение всех сложнейших практик, дающих на выходе “правильно с первого раза”? Системные инженеры: именно они должны придумать такие технические решения, чтобы не было неприятных (впрочем, и приятных тоже) неожиданностей при изготовлении, эксплуатации и последующем выводе из эксплуатации систем, создаваемых во всех этих сложнейших проектах. И эти системные инженеры справляются — каждый год сверхсложные проекты прошлых лет становятся просто сложными, а сложные проекты — типовыми. Это не значит, что такие проекты, как полёт на луну или создание атомной станции становятся более простыми. Нет, не становятся: наоборот. Сложность этих проектов год от года растёт за счёт опережающего роста требований, прежде всего требований безопасности.
Создавать такие сложные системы могут только большие многодисциплинарные коллективы, которые требуют какой-то междисциплинарной организации в разделении умственного труда. Именно вопросы удержания междисциплинарной целостности и организации междисциплинарных работ и решает системная инженерия. Она:
●удерживает целое всего инженерного решения для самых разных затрагиваемых инженерным проектом людей (стейкхолдеров). Это основной предмет нашей книги.
●Использует практики системной инженерии для создания успешного инженерного решения — наша книга не рассказывает подробно об этих практиках, но даёт ссылки на дополнительную литературу.
Системная инженерия стремительно развивается. В июне 2014 года международный совет по системной инженерии (INCOSE) выпустил INCOSE Systems Engineering Vision 2025 – «вИдение» того, какой системная инженерия будет через десять лет, в 2025 году: http://www.incose.org/newsevents/announcements/docs/SystemsEngineeringVision_20 25_June2014.pdf
Можно ли системную инженерию применять в простых проектах? Да, “кашу маслом не испортишь”, хорошее мышление и хорошие инструменты помогают везде. В том числе для небольших проектов использование системной инженерии снижает требования к гениальности инженеров: думать помогает метод (и компьютеры — в силу понимания, что они должны делать), а не “общая гениальность”. Нужно ли “просто инженерам” быть знакомым с системной инженерией? Да, они будут лучше понимать, как им взаимодействовать с многочисленными стейкхолдерами и как обеспечить успешность своей системы. Впрочем, “просто инженеров” часто уже учат основным практикам системной инженерии, хотя и неявно и без опоры на системное мышление. Нужно ли быть знакомым с системноинженерным мышлением менеджерам? Да, если они хотят понимать самых разных инженеров и сотрудничать с ними.
Но почему системную инженерию назвали именно системной, а не какой-то другой инженерией? Потому как на сегодняшний день единственным способом удержать сверхсложное целое в междисциплинарных проектах является использование системного подхода, в котором термин “система” используется в специальном смысле, и который подразумевает специальное устройство мышления для