Точка зрения системного инженера

Появление комплексных систем в условиях быстрого развития передовых технологий, обострения конкурентной борьбы и углубления специализации (как собственно в инженерных дисциплинах, так и в деятельности организаций, занятых созданием инженерных объектов) привело к возникновению новой профессии - системный инженер.

Лишь много позже эта профессия была дополнена новой академической дисциплиной, а поначалу она черпала кадры из среды ученых и инженеров, которые на собственном опыте научились успешно возглавлять программы разработки сложных систем. Для этого им пришлось существенно расширить свой технический кругозор и, что еще важнее, выработать новую, особую точку зрения на инженерное мышление, которая получила название «точка зрения системного инженера».

Суть этой точки зрения в том, что в центре внимания находится система как целое наряду с успешным решением поставленных перед ней задач. Это в свою очередь означает, что задачи, решаемые отдельными элементами системы, и их характеристики подчиняются целям создания и характеристикам всей системы. В случае, когда какая-либо второстепенная цель противоречит главной, системный инженер всегда выступает на стороне системы в целом.

Успешные системы

С самого начала разработки в центре внимания системного инженера находится успех системы, то есть удовлетворение требований и достижение поставленных целей, успешная промышленная эксплуатация и долгий срок полезной службы. Точка зрения системного инженера охватывает все эти аспекты. Системный инженер пытается за очевидным и лежащим на поверхности разглядеть истинные нужды пользователя, а также понять, в каких условиях система будет эксплуатироваться на практике. Системный инженер ставит целью найти такое техническое решение, которое упростило бы техническое обслуживание и ремонт системы в процессе эксплуатации и вместе с тем позволило бы провести модернизацию, которая рано или поздно потребуется. Он пытается предвосхитить проблемы и разрешать их на возможно более ранней стадии цикла разработки; а в тех случаях, когда это практически невозможно, системный инженер ратует за подготовку резервных планов для реализации их по мере необходимости.

С целью успешной разработки систем в организациях необходимо последовательно и осознанно применять подход системной инженерии. Это подразумевает реализацию систематических, хорошо формализованных и старательно контролируемых мероприятий, включающих тщательное планирование, анализ, критические обзоры и документирование. Но не менее важна та сторона системной инженерии, которой зачастую уделяют недостаточно внимания, а именно: инновации.

Чтобы новая сложная система была конкурентоспособна в обстановке быстрых технологических изменений и сохраняла лидирующее положение на протяжении многих лет службы, в ее ключевых компонентах обязательно должны быть реализованы последние технические достижения. Это неизбежно влечет за собой риски - как известные, так и еще неизвестные, а значит, потребуются дополнительные усилия, чтобы довести новые подходы к проектированию до состояния зрелости и впоследствии выполнить валидацию подобных проектных решений применительно к компонентам системы.

Выбор самых многообещающих технических решений, оценка связанных с ними рисков, планирование решающих экспериментов и продумывание вариантов действий на случай неудачи - все это важные обязанности системного инженера. Таким образом, точка зрения системного инженера учитывает одновременно как принятие рисков, так и смягчение их последствий.

«Наилучшая» система

При обсуждении точки зрения системного инженера часто приходится слышать, что «лучшее - враг хорошего» и что «системная инженерия - это искусство выбора достаточно хорошего». Эти утверждения можно интерпретировать ошибочно, полагая, будто системная инженерия готова удовлетвориться второсортным. На самом же деле все обстоит иначе: системный инженер стремится построить наилучшую систему из возможных, но это зачастую вовсе не система с наилучшими функциональными характеристиками. И противоречия здесь нет: все дело в том, что понимать под словом «лучший».

В приведенных выше утверждениях эпитеты «лучшее» и «достаточно хорошее» относятся к показателям функционирования системы, тогда как с точки зрения системного инженера эти показатели лишь элемент множества базовых характеристик системы; не менее важны ценовая доступность, удобство использования, затраты времени, необходимые на приведение в работоспособное состояние, простота обслуживания, а также возможность выполнения работ в соответствии с согласованным графиком. Таким образом, системный инженер ищет наилучший баланс критически важных свойств системы с точки зрения успешности программы разработки и ценности системы для пользователя.

Взаимозависимость между показателями функционирования и стоимостью можно понять исходя из закона убывающей доходности. Предположим, что принят некий технический подход к достижению заданного показателя функционирования разрабатываемой системы.На рис. 2.1а представлен типичный график зависимости между значением показателя функционирования гипотетического компонента системы и затратами на его разработку. Верхняя горизонтальная линия представляет теоретический максимум значения данного показателя при выбранном техническом подходе. При более изощренном подходе максимум может оказаться выше, но ценой больших затрат. Пунктирные линии представляют минимально допустимое и желательное значения параметра.

Кривая на рис. 2.1а начинается в точке С’ которая характеризует затраты на достижение хоть сколько-нибудь приемлемого значения показателя функционирования. Сначала кривая круто идет вверх, но по мере асимптотического приближения к теоретическому максимуму становится более пологой. Крутизна кривой является мерой приращения показателя функционирования в ответ на увеличение затрат. Постепенное падение крутизны обусловлено законом уменьшающейся доходности, который применим практически к любой деятельности, связанной с разработками.

В качестве примера рассмотрим разработку автомобиля, максимальная скорость которого будет выше, чем у прототипа. Очевидное решение — поставить более мощный двигатель. Но, как правило, массо-габаритные характеристики у такого мотора хуже, а кроме того падает топливная эффективность. Кроме того, с увеличением скорости растет и лобовое сопротивление воздуха, для преодоления которого мощность двигателя должна быть увеличена нелинейно. Если ставится требование оставить расход топлива на прежнем уровне и по возможности не увеличивать размер и массу автомобиля, то следует подумать об использовании или о разработке более передового двигателя, об улучшении обтекаемости корпуса, о применении специальных облегченных материалов - и вообще поискать способы компенсации нежелательных побочных эффектов увеличения скорости. Все это повысит стоимость модифицированного автомобиля, причем чем ближе конструкторы подходят к теоретическим пределам применяемых технических решений, тем больше оказывается прирост затрат. Поэтому очевидно, что для достижения разумного баланса ни для одной эксплуатационной характеристики нельзя выбирать предельное (или близкое к предельному) значение.

Подход к отысканию такого баланса изображен на рис. 2.16, где представлена зависимость между отношением показателя функционирования к затратам и собственно этими затратами (то есть у / х их). Отношение значения технического или функционального показателя к затратам эквивалентно понятию экономической эффективности. Видно, что у кривой имеется максимум, за которым эффективность падает. Отсюда следует, что значение показателя функционирования лучшей в целом системы, скорее всего, будет близким к достигаемому в точке, где отношение показателя к затратам достигает максимума, - при условии что полученное значение будет выше минимально допустимого.

Сбалансированная система

Одно из словарных определений слова «баланс», особенно уместное в контексте проектирования систем, звучит так: «гармоничное или соразмерное соотношение или пропорция частей либо элементов некоторой конструкции или композиции». Важнейшая функция системной инженерии - найти баланс между различными компонентами системы, которые, как уже отмечалось выше, проектировались узкими предметными специалистами, стремившимися оптимизировать характеристики конкретных компонентов. Нередко эта задача оказывается обескураживающе трудной, что и продемонстрировано на рис. 2.2. Здесь показано, как, согласно представлениям художника, могла бы выглядеть управляемая ракета, если бы ее проектировал специалист в одной из предметных областей, имеющих отношение к ракетостроению.

Конечно, это преувеличение, но рисунки отражают тот несомненный факт, что специалист-предметник стремится оптимизировать именно те характеристики системы, в которых лучше всего разбирается. В общем случае следует ожидать, что специалист по проектированию хотя и понимает, что система - это совокупность компонентов, лишь совместное функционирование которых позволяет добиться желаемого ее поведения, в ходе разработки все равно будет уделять особое внимание тем аспектам, которые в наибольшей степени относятся к его компетенции и служебным обязанностям.

Напротив, системный инженер должен сосредоточиться на системе в целом и заниматься частными вопросами только в той мере, в какой они могут повлиять на функционирование всей системы, на присущие разработке риски, на затраты или на жизнеспособность системы в долгосрочной перспективе. Короче говоря, системный инженер отвечает за управление разработкой, так чтобы каждому компоненту было уделено должное внимание и выделены необходимые ресурсы, но при этом обеспечивалось оптимальное поведение системы в целом. Часто такой специалист выступает в роли «честного технического посредника», который решает, на какие технические компромиссы в проекте можно пойти, чтобы добиться удовлетворительного взаимодействия ключевых элементов системы.

Сбалансированная точка зрения

Итак, системный взгляд подразумевает первостепенное внимание к балансу интересов, стремление к тому, чтобы ни один из показателей системы не улучшался за счет другого, не менее или даже более важного: например, функциональные возможности не наращивались ценой увеличения стоимости, скорость - ценой дальности, пропускная способность - ценой увеличения частоты ошибок. Поскольку практически все критически важные параметры взаимозависимы, надлежащий баланс следует искать во всех проектных решениях. Обычно, как в вышеприведенных примерах, подобные характеристики с трудом поддаются сравнению, поэтому судить о правильном их соотношении может только человек, глубоко разбирающийся в том, как система работает. Подобные суждения системные инженеры должны выносить ежедневно, поэтому они обязаны уметь мыслить на уровне, охватывающем все характеристики системы.

Для оценки системы с точки зрения системного инженера необходимо иное сочетание навыков и знаний, нежели то, которое требуется инженеру-проек- тировщику или руководителю проекта. На рис. 2.3 проиллюстрирована общая природа этих различий. Используя три измерения для представления глубины технических знаний, широты технического кругозора и управленческого опыта соответственно, мы наглядно показываем, что специалист по проектированию может не слишком разбираться в управлении, но должен иметь глубокие знания в одной или нескольких взаимосвязанных областях техники.

В свою очередь руководитель проекта может знать каждую конкретную техническую дисциплину не очень глубоко, но обязан иметь широкий кругозор и способность руководить людьми и работами. Системному же инженеру необходимы значительные знания и опыт по всем трем направлениям, чтобы в целом охватить все нужды, возникающие при разработке системы. В этом смысле системный инженер имеет дело с большим числом «измерений», чем его коллеги.