Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государствен-
ный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
Кафедра вычислительной техники и информационных систем
Лапшина М.Л.
Системная инженерия
Тексты лекций
Воронеж 2016
1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Системная инженерия, или системотехника — это научно-
методологическая дисциплина, которая изучает вопросы проектирования,
создания и эксплуатации структурно сложных, крупномасштабных, челове-
ко-машинных и социотехнических систем, а также предлагает принципы,
методы и средства их разработки. При разработке и конструировании подоб-
ных систем, |
как правило |
возникают |
проблемы, |
относящиеся |
не только |
к свойствам |
их составных |
частей |
(элементов, |
подсистем |
и связей), |
но и к закономерностям функционирования системного объекта |
в целом |
||||
и обеспечения |
его жизненного цикла |
(общесистемные проблемы), а также |
|||
широкий круг специфических задач, таких как определение общей структуры системы, организация взаимодействия между подсистемами и элементами,
учѐт влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов функционирова-
ния, оптимальное управление системой, связанные технологические процес-
сы и так далее. По мере развития и усложнения инженерно-технических
и человеко-машинных систем всѐ более значительное место в этой области отводится общесистемным вопросам, которые и составляют основное содер-
жание научной (главным образом, математической) системной инженерии.
Ответственность за систему как целое и связанная c этим междисциплинар-
ность подхода к другим инженериям отличают системную инженерию от всех других инженерных дисциплин.
Теоретическую и методологическую основу системной инженерии со-
ставляют системный подход и общая теория систем, а также методы иссле-
дований с привлечением математической логики, математической статисти-
ки, системного анализа, теории алгоритмов, теории игр, теории ситуаций,
теории информации, комбинаторики и ряда других. В системной инженерии тесно переплетены элементы науки и практики. Хотя еѐ основой считают общесистемные теории, системная инженерия, однако, заимствует у них
лишь |
самые |
общие |
исходные |
представления |
и предпосылки. |
|
|
|
2 |
|
|
Еѐ методологический статус весьма необычен: с одной стороны, системная
инженерия располагает методами и процедурами, почерпнутыми из |
совре- |
менной науки и созданными специально для неѐ, что ставит |
еѐ в ряд |
с другими прикладными направлениями современной методологии, с другой
- в развитии системной инженерии отсутствует тенденция к оформлению
его в строгую и законченную теорию. Это связано, прежде всего, с тем, что чрезвычайно высокая сложность и разнообразие крупномасштабных систем существенно затрудняет использование точных формализованных методов при их создании. Поэтому основные концепции, методы и технологии совре-
менной системной инженерии формировались, главным образом, в рамках практики успешных разработок. В настоящее время системная инженерия представляет собой междисциплинарный комплекс исследований, подходов и методологий к построению и эксплуатации сложных систем любого мас-
штаба и назначения в различных областях человеческой деятельности.
2. РАЗВИТИЕ СИСТЕМНОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Первые разработки в области сложных (преимущественно, инженерно-
технических) систем, основанные на системном подходе и системных мето-
дах, отмечаются в 1940-х годах в США во время Второй мировой войны.
В послевоенное время значительные успехи науки, техники и технологий на-
ряду с быстро возраставшими потребностями в автоматизации процессов
и производств на основе стремительно совершенствовавшихся компьютер-
ных технологий стимулировали начало индустриального создания так называемых крупномасштабных систем высокой сложности. Эти системы отличались как количественными показателями (существенным ростом числа составных частей и выполняемых функций, высокой степенью автоматиза-
ции, значительно возросшей стоимостью создаваемых систем и важностью решаемых ими задач и так далее), так и качественными показателями (прин-
ципиально иным уровнем организации и управления, высокой сложностью функционирования системы в целом и еѐ составных частей, повышением ге-
3
терогенности, необходимостью взаимодействия с другими сложными систе-
мами и так далее).
В1957 году в одной из первых работ по системной инженерии (Harry
H. Goode, Robert E. Machol. System Engineering: An Introduction to the Design of Large-scale Systems, 1957) еѐ авторы Г. Х. Гуд и Р.-Э. Макол отмечали, что создаваемые человеком сложные и крупномасштабные системы отличаются следующими признаками:
целостностью, или единством системы, что подразумевает нали-
чие каких-либо общих целей и общее назначение;
большими размерами систем, которые, в частности, являются большими и по числу частей, и по числу выполняемых функций, и по числу входов, и по своей стоимости;
сложностью поведения системы, например тем, что изменение одного параметра может повлечь за собой изменение многих других пара-
метров, характеризующих и поведение, и состояние системы;
высокой степенью автоматизации, что позволяет решать не только технические, но и организационно-управленческие задачи;
нерегулярностью поступления внешних возмущений, с выте-
кающей отсюда невозможностью точного предсказания нагрузки;
наличием (в большинстве случаев) в составе системы конкури-
рующих сторон;
усилением внимания к возможностям и функционированию че-
ловека-оператора и существенным повышением роли эффективной организа-
ции человеко-машинного взаимодействия;
повышением требований к использованию адекватных методов,
облегчающих принятие решений персоналом;
появлением новых способов организации деятельности по созданию систем с особым акцентом на коллективные методы работы.
В основу работ по созданию подобных систем были положены дости-
жения общей теории систем, а также системного анализа, исследования опе-
4
раций, теории информации, вычислительной техники и кибернетики. Эти достижения стали целенаправленно использоваться при комплексном реше-
нии инженерных и организационно-управленческих задач, возникающих при создании таких систем, что в итоге привело к появлению нового междисцип-
линарного методологического подхода, получившего название «системная инженерия». Как самостоятельная дисциплина системная инженерия начала оформляться в конце 1950-х — начале 1960-х годов в рамках общей теории
систем, будучи отнесена создателем этой концепции Л. фон Берталанфи
к еѐ прикладной [технической] области, наряду с двумя другими методологи-
ческими дисциплинами — исследованием операций (Operations Research)
и инженерной психологией (Human Engineering) (Bertalanfy L. von. General System Theory. - A Critical Review. - General Systems. Vol. VII. 1962. P. 1–20).
В центре внимания системной инженерии оказались вопросы научного планирования, проектирования, оценки, конструирования и эксплуатации систем, создаваемых человеком для удовлетворения установленных потреб-
ностей, а также проблемы организации коллективных методов работы при создании таких систем. В качестве первоочередного результата системная инженерия предложила комплекс пригодных к адаптации и автоматизации методов разработки систем, сущность которых состояла в применении сис-
тематизированного, основанного на системном анализе подходе к принятию решений, обеспечивающих эффективный переход от концепции системы к пригодным для успешной реализации проектным решениям и в конечном счѐте к пригодной для использования системной продукции. Эти методы особенно быстрыми темпами развивались в 1960–1970-х годах в интересах аэрокосмической и оборонной отраслей промышленности в США и ряда свя-
занных с ними крупных государственных проектов.
В 1965 году А. Д. Холл впервые описал методологию системной инже-
нерии (Arthur D. Hall. A Methodology for Systems Engineering, 1965), опреде-
лив еѐ как организованную творческую технологию и выделив в качестве ос-
новы три положения:
5