مهندسی سیستم ها چیست؟

مهندسی سیستم ها چیست؟

به زبان ساده، مهندسی سیستم ها (یا مهندسی سامانه ها) یک زمینه مهندسی بین رشته ای است که به ما در خلق سیستم های پیچیده و هدایت آن ها در سراسر چرخه عمرشان کمک می کند. منظور از سیستم های پیچیده در اینجا، سیستم هایی هستند که تعداد اجزای زیادی دارند، ارتباطات بسیاری بین اجزا وجود دارد یا تخصص های زیادی در توسعه آن ها دخیل هستند.

مسائلی مانند مهندسی الزامات، قابلیت اطمینان، هماهنگی تیم های مختلف، تست و ارزیابی و سایر تخصص های لازم برای طراحی و ساخت سیستم های موفق در انجام پروژه های بزرگ یا پیچیده چندین برابر دشوارتر می شوند. مهندسی سیستم ها با فرآیندهای کاری، روش های بهینه سازی و ابزارهای مدیریت ریسک در چنین پروژه هایی سر و کار دارد.

توسعه و ساخت سیستم معمولا مستلزم همکاری افرادی با تخصص های فنی متنوع است. مهندسی سیستم ها با فراهم کردن یک دید سیستمی (کل نگرانه) از کارهایی که باید انجام شود، یک کار تیمی شکل می دهد و فرآیند توسعه سیستم را ساختار می دهد. به عبارت دیگر، مهندسی سیستم ها همواره کل مساله را، شامل کل چرخه عمر سیستم، کل ذینفعان و کل نیازهای فنی و نیازهای کسب و کار را در نظر دارد و مطمئن می شود که تمامی جنبه های احتمالی یک پروژه یا سیستم در نظر گرفته شده اند و در یک کل یکپارچه شده اند. با توجه به آنچه گفته شد، مهندسی سیستم ها با رشته های فنی و علوم انسانی مانند مهندسی صنایع، مهندسی مکانیک، مهندسی ساخت، مهندسی کنترل، مهندسی نرم افزار، مهندسی برق، سایبرنتیک، مطالعات سازمانی (مثل رفتار سازمانی، یادگیری سازمانی، فرهنگ سازمانی و …) و مدیریت پروژه همپوشانی دارد.

مهندسی سیستم ها چیست؟

تعریف مهندسی سیستم ها

در ادامه تعاریف دقیق تری از مهندسی سیستم را با توجه به استانداردهای مختلف بررسی می کنیم:

تعریف مرکز بین المللی مهندسی سیستم ها (INCOSE):

مهندسی سیستم ها یک رویکرد میان رشته ای است که امکان تحقق سیستم های موفق را فراهم می سازد. مهندسی سیستم ها بر تعیین نیازهای مشتری و کارکردهای لازم در ابتدای چرخه توسعه و مستند کردن الزامات تمرکز می کند و با سنتز طراحی و اعتباردهی سیستم ادامه پیدا می کند، در حالی که همواره تمامی مساله را در نظر دارد:

عملیات ها عملکرد تست ساخت و تولید
زمان و هزینه آموزش و پشتیبانی انهدام

مهندسی سیستم ها تمامی رشته های علمی و گروه های تخصصی را برای یک کار تیمی یکپارچه می سازد تا فرآیند توسعه ساختار یافته ای را از کانسپت تا ساخت و عملیات شکل دهد. مهندسی سیستم ها هم نیازهای کسب و کار و هم نیازهای فنی تمامی مشتریان را در نظر می گیرد تا بتواند یک محصول باکیفیت فراهم کند و نیازهای کاربر را محقق سازد.

تعریف ناسا:

مهندسی سیستم ها یک رویکرد قدرتمند در زمینه طراحی، خلق و عملیات سیستم هاست.

به زبان ساده، این رویکرد متشکل از موارد زیر است:

  • شناسایی و کمی سازی اهداف سیستم
  • ایجاد آلترناتیوهایی برای طراحی مفهومی سیستم
  • انجام مصالحه های طراحی
  • انتخاب و پیاده سازی بهترین طراحی
  • صحه گذاری جهت حصول اطمینان از اینکه سیستم به درستی ساخته و یکپارچه شده است
  • ارزیابی های بعد از پیاده سازی جهت تعیین اینکه سیستم تا چه حد توانسته اهداف تعیین شده را محقق کند

تعریف استاندارد IEEE:

مهندسی سیستم ها یک رویکرد میان رشته ای است که تمامی تلاش های فنی و مدیریتی لازم برای تبدیل مجموعه ای از نیازها، انتظارات و محدودیت های ذینفعان به یک راه حل و پشتیبانی آن راه حل در تمام عمرش را هدایت می کند.

مهندسی سیستم ها چرا بوجود آمد؟

نمی توانیم تاریخ دقیقی را بعنوان نقطه آغاز مهندسی سیستم ها بیان کنیم. برخی از اصول مهندسی سیستم ها ریشه در تاریخ باستان دارند و در ساخت معابد و کاخ های بزرگ مورد استفاده قرار می گرفتند. اما در دهه های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ بود که مهندسی سیستم ها بعنوان یک فعالیت مشخص مطرح شد. در این دوران، درگیری های جنگ جهانی دوم، نیاز شدیدی به پیشرفت های تکنولوژی بعنوان یک مزیت نظامی ایجاد کرده بود. برای توسعه سیستم های پیچیده ای مثل هواپیماها، رادارها و موشک ها باید رشته های فنی مختلفی گرد هم می آمدند و با چالش های مهندسی دست و پنجه نرم می کردند. از طرف دیگر، در اثر شرایط جنگ، زمان بسیار کمی برای توسعه سیستم وجود داشت، برنامه های زمانی بسیار فشرده بودند و سازماندهی و کارایی آن ها مستلزم بکارگیری رویکردهای جدیدی در برنامه ریزی بود.

سه روند کلی که نیاز به مهندسی سیستم ها را بوجود آوردند، عبارتند از:

۱- پیشرفت تکنولوژی:

پیشرفت های تکنولوژی نه تنها ذات محصولات را تغییر داد، بلکه روش های مهندسی، تولید و بکارگیری محصولات را نیز کاملا متحول کرد. تغییر روش های مهندسی و ساخت، مجددا امکان ساخت سیستم های پیچیده تر را فراهم نمود.

تکنولوژی های جدید، مواد، فرآیندها و تجهیزات جدیدی را معرفی می کنند که مشخصات و ویژگی های آن ها کاملا اندازه گیری نشده و شناخته شده نیست. لذا بکارگیری این تکنولوژی ها در توسعه سیستم، این ریسک را بهمراه دارد که با ویژگی های ناخواسته ای مواجه شویم که عملکرد سیستم را مختل می کنند و مجبور شویم تغییرات پرهزینه و زمان بری را اعمال کنیم.از طرف دیگر، بکار نبردن تکنولوژی های جدید نیز ریسک های خودش را دارد. اگر شرکت های رقیب بتوانند بر چالش های بکارگیری این تکنولوژی ها غلبه کنند، محصول بهتری را ارائه خواهند کرد و محصول ما قبل از گسترش در بازار، از رده خارج خواهد شد. بنابراین یک سازمان نوآور باید با دقت ریسک های مربوط به تکنولوژی انتخابی را در نظر گرفته و با طراحی، مهندسی سیستم ها و مدیریت پروژه ماهرانه بر آن ها غلبه کند.

مهندسی سیستم ها جهت بکار بردن تکنولوژی و مواجهه با چالش های فوق، از فرآیندهای “مدیریت ریسک” استفاده می کند. مواجهه با ریسک ها یکی از مهم ترین وظایف مهندسی سیستم ها و مستلزم داشتن یک دانش وسیع از کل سیستم و المان های کلیدی آن است. در واقع مهندسی سیستم ها مشخص می کند که چگونه می توان به بهترین تعادل از ریسک ها دست پیدا کرد. به عبارت دیگر، تصمیم می گیرد که چه المان هایی از سیستم باید نهایت استفاده از تکنولوژی جدید را ببرند و چه المان هایی باید بر اساس اجزا و روش های مطمئن و شناخته شده باشند. و بعلاوه، ریسک های اتخاذ شده چگونه در فرآیند توسعه و تست سیستم کاهش خواهند یافت.

حوزه نرم افزار نیز حوزه ای است که در طی این سال ها پیشرفت های قابل توجهی داشته است و برای پیاده سازی بسیاری از کارکردهای سیستم نسبت به سخت افزار ترجیح داده می شود. لذا عملکرد سیستم های مدرن هر روز بیشتر از گذشته به طراحی درست اجزای نرم افزاری وابسته می شود. در نتیجه مهندسی سیستم ها باید بیشتر از گذشته به کنترل طراحی و کاربرد نرم افزار بپردازد.

۲- افزایش رقابت

بطور خلاصه می توان گفت که فضای امروز نسبت به گذشته رقابتی تر است و لذا نیاز به روش های جدیدی برای توسعه سیستم های باکیفیت در زمان و هزینه کمتر افزایش یافته است. فشارهای ناشی از رقابت در سطوح مختلفی بر فرآیند توسعه سیستم تاثیر می گذارند. بعنوان نمونه، در حوزه نظامی افزایش قابلیت های دشمنان بالقوه، اثربخشی سیستم هایی که برای دفاع در برابر آن ها طراحی شده اند را کاهش می دهد. لذا همواره فشاری برای توسعه سیستم های جدید با قابلیت های بیشتر یا تقویت اساسی سیستم های دفاعی فعلی وجود دارد.

منشا دیگر فشار ایجاد رقابت برای اعطای قراردادهای توسعه سیستم های جدید بود. هر یک از پیمانکاران می کوشد در طول فرصتی که برای رقابت وجود دارد، کم هزینه ترین طرح را برای یک ایجاد یک محصول بهتر پیشنهاد دهد.

در توسعه محصولات تجاری، تقریبا همیشه شرکت های دیگری وجود دارند که در یک بازار مشترک به رقابت می پردازند. در چنین مواردی، هدف اینست که یک محصول بهتر را سریع تر از رقبا تولید کنیم (طوری که بتواند برتری خود را برای چند سال حفظ کند) و بوسیله آن، افزایش سهم بازارمان را افزایش دهیم یا بازار جدیدی را ایجاد و تصاحب کنیم.

در سطح پایین تر، در داخل یک سازمان یا شرکت نیز، بین بخش ها و پروژه های مختلف رقابتی برای دریافت بودجه بیشتر وجود دارد. با توجه به اینکه طرح های پیشنهادی برای دریافت منابع، اغلب بیشتر از منابع در دسترس سازمان است، مقامات ارشد سازمان باید با دقت سود و زیان ادامه دادن یا توقف طرح ها و پروژه ها را در نظر گرفته و درباره آن ها تصمیم گیری کنند. در واقع یکی از علت های اصلی فازبندی پروژه ها همین موضوع است. نتایج هر یک از فازهای توسعه سیستم باید تصمیم گیران ارشد در سازمان را مجاب کنند که اهداف پروژه در زمان و هزینه مقرر شده محقق خواهند شد.

در سطح پایین تر، در داخل یک پروژه، رقابت بین مشخصات اصلی سیستم نیز همواره یکی از ملاحضات توسعه آن است. بعنوان مثال همیشه بین عملکرد، هزینه و زمان پروژه رقابت وجود دارد و غیرممکن است که بتوانیم هر سه ی آن ها را همزمان بهینه کنیم. بسیاری از پروژه ها صرفا به این خاطر شکست خورده اند که تلاش کردند به سطوح بالایی از عملکرد برسند، در حالی که از نظر مالی توجیهی نداشت. به همان صورت، بین پارامترهای عملکردی مختلف سیستم مثل سرعت و دقت نیز مستقل از یکدیگر نیستند و معمولا بهبود یکی به قیمت تضعیف دیگری تمام می شود.

تمامی اشکال رقابت فشاری را بر فرآیند توسعه سیستم اعمال می کنند تا بهترین سیستم از نظر عملکرد را با کمترین هزینه و در کوتاه ترین زمان ممکن ایجاد کند. فرآیند انتخاب مطلوب ترین رویکرد، مستلزم آزمودن گزینه های موجود متنوع و همچنین مستلزم بکار بردن قضاوت و دانش وسیعی است که فقط از یک مهندس سیستم باتجربه می توان انتظار داشت. چنین فرآیندی را “مصالحه” یا trade-off می گویند که یکی از فعالیت های اصلی مهندسی سیستم هاست.

۳- تخصصی شدن

وسعت و گوناگونی دانش مهندسی، که همچنان در حال رشد است، آموزش و کارهای مهندسی را به چندین تخصص مانند مکانیک، برق، هوافضا و غیره تقسیم کرده است. برای کسب عمق دانش لازم در هر یک از این حوزه ها نیز به تخصص بسیار بیشتری در زمینه های جزئی تری مثل رباتیک، طراحی دیجیتال یا سیالات نیاز داریم.

بنابراین، تخصصی شدن مهندسی را باید بعنوان یک وضعیت غالب در فرآیند توسعه سیستم بپذیریم. هر یک از تخصص های مهندسی تجهیزات و ابزارهای خاص خودش را ایجاد کرده است تا طراحی و ساخت محصولات موردنظرش را تسهیل کند.

تقسیم یک سیستم پیچیده به اجزای سازنده اش و سر و کار داشتن با این بلوک های ساده تر، کار ما را راحت می کند ولی هزینه های خودش را دارد:

یکپارچه کردن بخش های کاملا متفاوت و ناسازگار در قالب یک سیستم عملیاتی روان و کارآمد

یکپارچگی یعنی هر یک از بلوک های سازنده ی سیستم در هماهنگی و تناسب کامل با بلوک های همسایه و محیط بیرونی اش باشند. تناسب فیزیکی در مرزهای بین اجزای سیستم یا اصطلاحا “وجوه مشترک” اتفاق می افتد.

وظیفه ی تحلیل، مشخص کردن و تصدیق وجوه مشترک اجزا با یکدیگر و با محیط بیرونی، فراتر از دانش و مهارت متخصصین فنی است و لذا مسئولیت آن بر عهده ی مهندس سیستم قرار می گیرد.

یکی از پیامدهای مستقیم تقسیم سیستم ها به بلوک های سازنده شان، مفهوم “ماژولار بودن” است. ماژولار بودن شاخصی برای سنجش میزان مستقل بودن اجزای منفرد سیستم می باشد.

یکی از اهداف مهم مهندسی سیستم ها، افزایش میزان ماژولار بودن سیستم هاست تا وجوه مشترک و تعامل بین اجزای سیستم را تا حد امکان ساده تر کند و در نتیجه بتواند تولید، یکپارچه سازی سیستم، تست، تعمیرات و نگهداری، قابلیت اطمینان و امکان ارتقای سیستم را تسهیل کند.

فرآیند تقسیم سیستم به بلوک های سازنده ماژولار را “تخصیص کارکردی” می گویند که یکی از ابزارهای اصلی مهندسی سیستم هاست.

 

دیدگاهتان را بنویسید

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