系统工程是什么?|系统工程:管理系统的复杂性,第1部分
从系列:系统工程:管理系统的复杂性
布莱恩•道格拉斯
这个视频覆盖系统工程是什么和为什么它是有用的。我们将提供一个广泛的概述系统工程如何帮助您开发复杂的项目,有效地实现项目目标。介绍将为系列的其余部分,我们将介绍如何开发与描述系统架构,我们如何沟通的需求,要求,和约束在整个项目中,我们如何优化设计通过贸易研究,以及我们如何知道系统是否应该。
这是第一个在一系列视频系统工程。现在,我们不会试图覆盖所有的系统工程4或5视频,但我希望能提供一个广泛的概述如何帮助我们开发复杂的项目,在一个有效的方式满足项目目标。高效,意味着我们要减少不必要的工作和返工,我们试图捕获错误和缺陷在设计的早期,我们尝试所有的关键参与者之间的有效沟通程序,这样每个人都朝着共同的目标是相同的。
了解系统工程帮助我们完成,我们要讲,如何开发与描述系统架构,我们如何沟通的需求,要求,和约束在整个项目中,我们如何优化设计通过贸易研究,以及我们如何知道系统是否应该。这是这个系列的概述,但是在这个视频中,我们要保持在很高的水平,讨论系统工程是什么和为什么它是有用的。我希望你留下来。我是布莱恩,欢迎来到MATLAB技术说话。
系统工程是一个过程,我们可以使用它来开发太复杂的东西来设计和建造作为一个单一的实体。从一个想法,往往模糊的和不明确的,并将形式。考虑系统作为一个整体,并理解它和外部世界之间的交互以及内部组件的交互。指导工程过程,以便系统可以被描述的方式可以实现,和在这个过程中,确保满足项目的需求。
当然,不仅仅是一套需要但竞争需要从不同的群体。涉众,那些开始整个项目,推动高层的目标。这些客户,那些最终决定最终是否你建立有价值的东西。
然而,也有项目管理需要平衡风险,和时间表,预算,和其他程序性约束。
还有工程专家。这些软件、机械和电子工程师,或者谁有特定领域知识,负责设计和实现系统描述。他们需要一个描述是可实现的,足够清晰理解的关键需求和限制,但不是很详细,他们没有实现的灵活性。毕竟他们是专家,所以他们会知道如何最好的设计。
剩下的,每个圈之外的角色是系统工程。系统工程师帮助理解这些群体的需求和工作描述的系统兼容。
在项目的开始,我们开始与一组模糊的目标我们要完成什么。然后形成几个不同的概念可能会满足这些目标,通过初步的系统分析和仿真范围缩小,我们想去推进。这个系统通常是足够复杂,它需要被分解成更小的组件。然后这些组件可以进一步被分解,直到剩下一组简单的东西,足以让你了解工程师。一旦这些组件设计和建造,系统工程也确保每个组件的过程确实是想做什么,然后这些组件的集成做他们应该做什么,等等,直到你有一个运转良好的顶级系统满足最初的目标。
这些复杂的问题可能需要一台机器的形式,也可能是一个软件项目,或你可能工程整个城市的交通基础设施。这里的关键不是你想解决的特定问题,但问题十分复杂,以致你无法完全掌握如何设计它不先将它分解成更小的组件。
当然,整个过程不是线性发展的利益相关者告诉项目管理,系统工程师,分解为需求和架构,和工程专家然后去构建它。这个过程是迭代的,所有的团体之间的紧密沟通,这样他们就可以螺旋在细节随着项目的进展通过定义和设计。这是至关重要的,因为往往你会发现,不同群体的需求都在彼此冲突,只有通过贸易研究和体系结构的描述和要求你算出来,能够完成它。
然而,然而,这种方法也不是没有它自己的挑战。新问题出现时将系统分解为组件。现在你需要考虑什么是最好的方法来简化这种复杂性——什么是最好的分手方式系统功能,在逻辑上和身体上。然后这些组件应该做些什么使他们满足更高层次的需求系统?我们如何确保所有组件的相互兼容,因此当他们建造,通常在不同的区域,在不同的时间,不同的人,他们都在一起最后,满足项目的需要?
这些都是系统工程和它的挑战这样一个有趣的领域的人享受解决艰难的跨职能的问题。现在,来帮助我们,我们有工具,提供简单的方法来开发系统架构,定义接口,作者要求,它们的历史可以追溯到设计。和基于模型的方法,让我们快速分析和模拟早期的架构,这样我们可以执行贸易研究,尽早发现设计问题。我们有一组标准的里程碑和评审周期,以确保我们不继续前进的设计不可能实现或不满足特定的需要。
这是我想强调的。体系结构描述、评论、贸易的研究中,所有这些额外的工作。这绝对是超出你必须做些什么来开发和建立一个系统。
假设你正在构建一个web应用程序,所以,最终产品是软件。编写程序代码直接价值,因为它必须是为了使产品存在。另一方面,讨论编写软件没有直接价值。产品仍然可以不存在,例如,系统需求评审或功能架构图。这些东西都不是绝对必需的,因为他们不是最终的交付产品的一部分。
所以,如果是这样的话为什么采用系统工程的方法吗?
您可能会猜测,需求评审和建筑图和一切是必要的,如果您正在构建的系统是足够复杂。系统工程的额外的时间和精力会小于所需的时间和精力返工和修复系统架构,描述正确的开始。
这可能与一个简单的例子更有意义。
假设你在设计一个车门。显然你需要一些结构铰接车架和某种形式的锁,我可以从里面打开,外面的车。所以,这些都是要求得到一个机械工程师设计。
在整合你和认为,等等,我希望能够看到进门。所以,你有工程师重新设计结构玻璃窗。
但现在你希望能够打开窗户。他们重新设计门包括移动窗口和一个机械曲柄的机制。
但这不是你想要什么,你希望它是电动的。现在你需要得到一个电气工程师来设计汽车,和一个拨动开关,权力从汽车电子系统路由到门口。
啊,但你也不想窗口镇压的手指如果它关闭。现在你需要传感器和软件管理安全元素。等等。
这种探索我们的方法可以让我们快速进入一个项目并取得进展,我们可以学习,然而,它还可以创建一个工作和返工循环是昂贵和费时。
当然,这个问题是人为的,有点傻。,你可能会想如果我是在那个项目中,一开始我们只是头脑风暴的所有事情我们想做,松散,然后找出所有的部分独立的方法来设计和建造我们的组件。如果我们有一个问题我们的组件是否很好地互动与另一个我们刚刚走到对方和散列出来。这是系统工程。只是规模要小的多。
每个人都是小型项目的系统工程师,因为问题很简单,一群工程师能够保持所有重要的信息在他们的集体记忆,或者特别指出,每个人都可以工作与项目的总体目标保持同步,并相互比较。但这分解与更复杂的项目之间的相互依赖性高水平的目标,不同的功能和组件不直接,或有太多的合理期望一个特设的方法就足够了。
所以,这就是为什么我们有流程,和我们的工具,帮助我们将系统分解成合理的组件,建筑师这些组件应该如何相互接口,他们应该做什么,以及我们如何将测试它们。和基于模型的方法我们可以快速评估系统和让我们磨练迅速进行工作设计,希望没有页的失败和返工周期。
为了说明这一点,让我们看看什么是系统工程方法可能看起来像一个项目涉众希望个人空中巴士服务。
我们开始与涉众需求分析:这是找出客户最终希望达到的目标。之类的东西,有多少人需要运输吗?在多少时间?他们需要走多远?它从哪里需要降落和起飞吗?目标,每英里旅客成本是什么?等等。我们得到的最终的系统应该完成什么。
从那里,我们可以开始探索概念的过程,找出所有不同形式的项目可能需要:我们应该建立一个固定翼和旋翼飞机吗?速度应该旅行?应该带多少乘客?等模型和模拟放在一起来评估这些概念我们可以贸易的可行性每个每个概念的优缺点和狭窄的初步解决方案。
有一个初步的概念,我们可以把一些与系统需求定义背后:这些是兼容性的需求——像现有机场基础设施需要接口吗?有可靠性、可维护性和可用性需求,像什么是可接受的失败率基于后果的严重性?和多长时间系统可以维护委员会?有环保要求喜欢什么样的天气它必须处理吗?在高海拔地区起飞吗?尘土飞扬的环境怎么样?
的性能要求主要是设置我们可以开始将系统概念划分为功能:比如机身——它能够飞和在一起,权力需要存储和分布式系统必须能够与地面通信基础设施,等等。我们可以看看彼此的函数接口。这是信号,数据,它们之间物质和能量交换。我们可以讨论如何配置,功能由硬件或软件吗?不同的软件元素之间逻辑是如何分割?
我们现在继续验证这个概念将满足涉众的需求分析和模拟。我们进行更多的贸易研究的成本和性能不同的具体实现和功能组织的概念。如果是寻找有前途的我们开始发展成更具体的概念。我们获得较低级别的需求,定义子系统,并开始初步配置和我们改进架构描述。我们继续通过这些任务,螺旋平衡的项目需求管理,实现工程专家的需求,和利益相关者的总体目标,提供更好和更多的细节,直到我们得到,我们有足够的信心开始详细设计和制造。
在这一点上,我们开始集成和测试的过程。如果我们做了前端工作正确,我们将最小化问题和返工的数量需要的地方。当然,这并不能保证不会有问题,但系统工程过程要保持你的情况不断返工与车门的例子。我的意思是,你能想象如果你在系统集成和测试阶段,然后意识到你应该建立一个固定翼飞机,而不是旋翼飞机吗?这将是一场噩梦!
好吧,在这里我想离开这个视频:简单的项目不一定需要一个正式的系统工程过程。另一方面,一些复杂的像建造一架飞机绝对。在之间,你如何做系统工程的细节会有所不同。也许这个项目可以受益于思考和梳理需求,但不一定从正式的体系结构设计和审查。每个系统和行业可能需要一种稍微不同的方法。这就是为什么,在接下来的几个视频,我不会试图解释一种万能的系统工程方法,只是没有一个。相反,我们要经历的一些更重要的系统工程中使用的工具和流程,解释他们如何帮助简化问题,并提供一些情况你可能会考虑使用它们。
下一节具体地说,我们要看看系统工程作为一个优化问题,和展示工程经验以及贸易的研究可以帮助优化设计通过良好的决策。此外,我们将展示如何和其他系统的近似模型是决策过程的关键部分。
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