Материал: 3108

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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