Аннотация
Данный проект представляет собой конспект книги А.Левенчука «Системноинженерное мышление». Целью книги является компактное изложение в одном тексте материала по системной инженерии, который рассыпан по самым разным источникам знаний. Эта книга является учебным пособием Школы системного менеджмента, где А.Левенчук является научным руководителем и партнером.
Ключевые слова: Системная инженерия, системный подход, инженерный менеджмент, мышление.
Глоссарий
Системная инженерия — это междисциплинарный подход и способы обеспечения воплощения успешной системы.
Стейкхолдеры — это те люди, которые как-то влияют на инженерный проект по со-зданию, эксплуатации и выводу из эксплуатации системы, а также те люди, интересы которых могут быть затронуты системой.
Альфы — это функциональные объекты, по которым мы судим о продвижении и здоровье проекта. Альфы — это абстракция того же сорта, какого "физическое тело" является абстракцией реальных физических объектов. Поэтому об экземплярах альф в проекте принято говорить так, как будто они вполне реальны и существуют в мире, не-смотря на все абстракции.
Эмерджентность (эмергентность) — (от англ. emergent — возникающий, неожиданно появляющийся) в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её элементам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним — «системный эффект».
1.Историческая справка
Первые разработки в области сложных (преимущественно, инженерно-технических) систем, основанные на системном подходе и системных методах, отмечаются в 1940-х годах в США во время Второй мировой войны. В послевоенное время значительные успехи науки, техники и технологий наряду с быстро возраставшими потребностями в автоматизации процессов и производств на основе стремительно совершенствовавшихся компьютерных 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 автоматизации, значительно возросшей стоимостью создаваемых систем и важностью решаемых ими задач и так далее), так и качественными показателями (принципиально иным уровнем организации и управления, высокой сложностью функционирования системы в целом и её составных частей, повышением гетерогенности, необходимостью взаимодействия с другими сложными системами и так далее).
В 1957 году в одной из первых работ по системной инженерии отмечено, что создаваемые человеком сложные и крупномасштабные системы отличаются следующими признаками:
• целостностью, или единством системы, что подразумевает наличие 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 параметров, 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 вытекающей отсюда не-возможностью точного предсказания нагрузки;
• наличием (в большинстве случаев) в составе системы конкурирующих сторон;
• усилением внимания к возможностям и функционированию человека-оператора и существенным повышением роли эффективной организации 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 достижения общей теории систем, а также системного анализа, исследования операций, теории информации, вычислительной техники и кибернетики. Эти достижения стали целенаправленно использоваться при комплексном решении инженерных и организационно-управленческих задач, возникающих при создании таких систем, что в итоге привело к появлению нового междисциплинарного 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 её прикладной [технической] области, наряду с двумя другими методологическими дисциплинами — исследованием операций (Operations Research) и инженерной психологией (Human Engineering) .
В центре внимания системной инженерии оказались вопросы научного планирования, проектирования, оценки, конструирования и эксплуатации систем, создаваемых человеком для удовлетворения установленных потребностей, а также проблемы организации коллективных методов работы при создании таких систем. В качестве первоочерёдного результата системная инженерия предложила комплекс пригодных к адаптации и автоматизации методов разработки систем, сущность которых состояла в применении систематизированного, основанного на системном анализе подходе к принятию решений, обеспечивающих эффективный переход от концепции системы к пригодным для успешной реализации проектным решениям и в конечном счёте 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 связанных с ними крупных государственных проектов.
В 1965 году А. Д. Холл впервые описал методологию системной инженерии , определив её как организованную творческую технологию и выделив в качестве основы три положения:
1.Системная инженерия многоаспектна, и этот факт должен быть обязательно отражён при определении её предмета.
2.В основу деятельности системного инженера должно быть положено понимание, что целью всего процесса системной инженерии является оптимальное проведение функциональных границ между человеческими интересами, системой и её окружением. В самом же окружении выделяются три главных составных части:
1) физическое и техническое окружение;
2) деловое и экономическое окружение;
3) социальное окружение.
3.Системная инженерия уделяет первостепенное внимание исследованию потребностей, в основе которого должно быть положено использование передовых экономических теорий, учёт потребностей рынка и возможность изменения этих потребностей как в настоящем, так и в будущем.
В течение 1960–1970-х годов системная инженерия на основе объединения достижений различных дисциплин и групп специальностей предоставила методологический базис и средства для успешной реализации согласованных, командных усилий по формированию и реализации деятельности по созданию систем различных классов, отвечающих установленным требованиям, деятельности, которая охватывает все стадии жизненного цикла системы — от замысла до изготовления, эксплуатации и прекращения применения.
2.Определение системной инженерии
Самое современное определение системной инженерии дано в Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (руководство по корпусу знаний системной инженерии). Из этого определения можно подчеркнуть:
— Успешные системы — это то, чем занимается системная инженерия. Слово “успешные” тут крайне важно и означает, что система должна удовлетворить нужды заказчиков, пользователей и других стейкхолдеров.
— Успех — это когда системой все довольны.
— Слово “системы” используется в очень специальном значении: это “системы” из системного подхода. Для системной инженерии слово “система” примерно то же, что “физическое тело” для ньютоновской механики — если вы сказали про компьютер “физическое тело”, то это автоматически влечёт за собой разговор про массу, потенциальную энергию, модуль упругости, температуру и т.д. Если вы сказали “система” про компьютер, то это автоматически влечёт за собой разговор про стейкхолдеров и их интересы, требования и архитектуру, жизненный цикл и т.д.
— Междисциплинарный подход — системная инженерия претендует на то, что она работает со всеми остальными инженерными специальностями (впрочем, не только инженерными). “Подход” обычно означает какие-то наработки в одной предметной области, которые можно перенести на другие предметные области. Междисциплинарность — это очень сильное заявление, оно означает, что системная инженерия может в одну упряжку впрячь коня и трепетную лань.
— Слово “воплощение” (realization, “перевод в реальность”) означает буквально это: создание материальной (из вещества и полей) успешной системы.
— Целокупность, целостность (полнота охвата всех частей целевой системы согласованным их целым), междисциплинарность (полнота охвата всех дисциплин) — это ключевое, что отличает системную инженерию от всех остальных инженерных дисциплин.
— Параллельность выполнения самых разных практик (а не последовательное выполнение их во времени, как можно было бы подумать, прочитав перечисление практик).
2.1.Отличия системной инженерии от других дисциплин
Системная инженерия противопоставляется “специальным инженериям” и “инженерным специализациям”. Инженерная специализация чаще всего определяется по виду целевой инженерной системы. В этом плане различают аэрокосмическую инженерию (авиационную инженерию, космическую инженерию), сельскохозяйственную инженерию, автомобильную инженерию, биоинженерию, программную инженерию, инженерию пред-приятия, инженерию управляющих систем, строительную инженерию, химическую инженерию, пожарную инженерию, горную инженерию, механотронику, атомную инженерию. Инженерные специализации часто можно узнать, потому как занимающихся той или иной инженерией часто называют “отраслью”.
Границы отраслей и сам принцип отраслевого деления (когда-то отраслью назывались даже не предприятия, занимающиеся в чём-то похожим производством, а предприятия, подчиняющиеся одному министерству) сегодня размыты. Иногда говорят не об отраслях, а о “промышленностях” или даже “строениях” (тяжёлое машиностроение и в нём энергомашиностроение и металлургия, точное машиностроение, среднее машиностроение и в его составе автомобилестроение, тракторостроение, станкостроение и т.д.).
Сегодня эти деления стремительно устаревают и чаще уже говорят об эко-системах , собирающихся вокруг каких-то целевых систем или сервисов. В экосистемах можно найти много самых разных инженерий по специальности. Так, программной инженерией занимаются и в экосистеме мобильной связи, так и в эко-системе атомной электроэнергетики.
Системная инженерия отличается от инженерий по специальности тем, что в ней используются специальные средства мышления о целостности целевой системы: средства системного мышления, когда слово “система” обозначает не просто любой объект, а именно систему — и в явном виде используются практики системной инженерии. В инженериях по специальности есть свои способы удержания целостности целевой системы в сборке различных требуемых для её создания деятельностей— но эти способы основаны не столько на общих принципах, сколько на глубоком опыте разработки тысяч и тысяч более-менее однотипных систем. Этот опыт достигается специализацией инженер-ной работы, обучением и воспитанием инженеров-специалистов — в отличие от “генералистов” системных инженеров.
Любой более-менее сложный инженерный проект (помним, что системная инженерия нужна тем более, чем более сложен инженерный проект) требует участия десятков и даже сотен инженерных специальностей. Разделение труда в инженерии сегодня очень глубоко, но кто ответственен за сборку всех этих узкоспециальных работ в одно непротиворечивое целое в рамках инженерного проекта? Системный инженер (или чаще — команда системных инженеров разных специализаций уже внутри системной инженерии), который имеет для этой сборки аппарат системного мышления.
3.Основы системной инженерии: альфы инженерного проекта
Альфы — это функциональные (выполняющие определённую функцию, играющие определённую роль, идеальные) объекты, по которым мы судим о продвижении ("как много мы уже сделали?") и здоровье ("в проекте всё идёт хорошо") проекта. Альфы — это абстракция того же сорта, какого "физическое тело" является абстракцией реальных физических объектов (да, это физическое тело имеет массу, а геометрическая точка имеет координаты. Но мы связываем физические тела и математические точки как идеальные объекты с реальными объектами, и после надлежащего тренинга "склеиваем" в мышлении идеальные и реальные объекты. Поэтому об экземплярах альф в проекте принято говорить так, как будто они вполне реальны и существуют в мире, несмотря на все абстракции.
Альфы фиксируют компактное описание мира/теорию, удобную для решения каких-то практических проблем. Это нужно, чтобы иметь возможность повторно использовать известные нам способы рассуждений и решения задач для самых разных объектов. Так, мы думаем о "физическом теле" и "математических точках" единообразно, "как в учебниках физики и геометрии", а применимо это мышление к самым разным "реальным объектам вокруг нас" — от коробка спичек до галактик. В этой экономии мышления (учимся думать один раз, затем похоже думаем в самых разных ситуациях) и заключается смысл разделения альф и рабочих продуктов. Например, учимся думать о "требованиях" — а применяем потом это мышление к конкретным рабочим продуктам, которые можно найти на производстве "в реале": спецификациям требований, требованиям из текстов стандартов, user stories на карточках, записям в базе данных системы управления требованиями и т.д.
Рисунок 1. Диаграмма семи альф.
Основы включают в себя семь альф трёх дисциплин (Рис.1). Все эти альфы тесно связаны друг с другом. Нужно чётко понимать, что представление инженерного проекта через эти основные альфы — это существенное огрубление реальности. Но именно это огрубление реальности позволяет из “цветущей сложности” выделить главное, на чём нужно будет сосредоточить мышление — какие-то детали при этом неизбежно потеряют-ся, но ситуация “слона-то я и не заметил” будет встречаться реже. В каждом инженерном проекте минимально нужно отслеживать семь альф в трёх дисциплинах, меньше объек-тов внимания и дисциплин работы с ними иметь нельзя.
Это отслеживание и работа по изменению всех семи основных альф происходит в течение всего проекта. Когда в проекте происходит “пожар”, люди работают по ночам и всё внимание уделяется провальной составляющей проекта, знание этого простого факта — необходимости удержания во внимании всех семи альф на протяжении всего проекта — позволяет уберечься от “глупых ошибок”.
3.1.Стейкхолдеры
Никаких инженерных проектов не происходит без как-то связанных с ними людей. Инженерные проекты затрагиваются самыми разными людьми, и инженерные проекты затрагивают самых разных людей. Эти люди могут быть как “одиночками”, так и организованными в группы, в том числе организованные в группы с известным им распределением полномочий (организации). Эти люди, группы и организации, которые затрагивают проект, или которых затрагивает проект, называются стейхколдерами (заинтересованные стороны). Перевод “заинтересованные лица” не так хорош, ибо этот термин закреплён в законодательстве за юридическими лицами и при общении с менеджерами-юристами и экономистами возможна путаница.
Стейкхолдеры — это “действующие лица” (как в театре) проекта, а исполнители этих ролей — конкретные люди и организации. Мы назовём это “театральной метафорой”, при работе со стейкхолдерами всегда нужно помнить формулировку из театральной программки: “действующие лица и исполнители”. Нельзя путать “архитектора” и “Василия Петровича” — так же нельзя, как нельзя путать “принца Гамлета” и исполняющего его роль “Василия Петровича”.
Стейкхолдеры требуют согласовать с ними определение системы (прежде всего требования — определение системы как “чёрного ящика”, ибо как устроена система внут-ри интересует отнюдь не всех стейкхолдеров) и используют (стейкхолдеры-пользователи) воплощение системы, ради создания которого и затевается инженерный проект. Простейший рабочий продукт, отражающий альфу “стейкхолдеры” — это список стейкхолдеров. Из информационных систем со стейкхолдерами работают CRM (customer relationship management).
Специально нет никаких особых дисциплин, которые позволяют работать со стейк-холдерами, но можно выделить:
● Конфликтологию (например, метод “принципиальных переговоров” или “гарвардский метод”), чтобы снимать противоречия между требованиями различных стейкхолдеров.
● Коммуникации (communications) для налаживания продуктивного диалога со стейкхолдерами
● Особые техники представления стейкхолдеров.
3.2.Возможности
Возможности прежде всего характеризуют пользовательские потребности (пользовательские нужды — то, что хотят пользователи такого, для чего им поможет наличие вопло-щения системы), но они также отражают и наличие возможностей команды с развёрнутыми для этой команды технологиями и доступными финансовыми ресурсами в удовлетворении этих потребностей. Именно возможности мотивируют стейкхолдеров заниматься инженерным проектом, именно возможности объединяют стейкхолдеров на цели выполнения инженерного проекта по созданию целевой системы.
Эти возможности описываются целым рядом возможных рабочих продуктов: “бизнес-планом”, “концепцией”, “интервью пользователей”, “обоснованием инвестиций” и т.д. — в этих рабочих продуктах обосновывается польза разным стейкхолдерам от выполнения инженерного проекта, ибо если нет обоснованных возможностей, то выполнение инженерный проекта не приносит пользы, а приносит вред (например, убытки для инженерной компании). Из задействуемых для изменений в состоянии возможностей дисциплин нужно указать прежде всего:
● Маркетинг и продажи, стратегирование и предпринимательство — для установления нужд/потребностей;
●Управленческий (финансовый) учёт — для обоснования прибыльности. Конечно, в возможностях важны не только нужды/потребности/ожидания пользователей, но и нужды/потребности/ожидания и остальных стейкхолдеров. Как вы помните, успешная система (точнее, воплощение системы) — это та, которая реализует возможности, т.е. отвечает нуждам/потребностям/ожиданиям стейкхолдеров инженерного проекта.
3.3. Определение системы
Перед тем, как сделать любую систему, её нужно определить (define), ибо нельзя сделать то, что “неопределено” (задача “пойди туда, не знаю куда, найди то, не знаю что” — это больше ведь исследовательская задача, а не инженерная. Чтобы воплотить в нашем четырёхмерном пространстве-времени какую-то систему, нужно как минимум иметь представление об этой системе, “определить” её). Альфа “определение системы” служит как раз для этой цели. У альфы определения системы главные подальфы (части) прежде всего:
● Требования (описание назначения системы в её операционном окружении. Требования определяют систему как “чёрный ящик”).
● Архитектура (набор ключевых инженерных решений по тому, как будет устроена система — описание “прозрачного ящика”. Изменение каждого из архитектурных решений на поздних стадиях проектирования ведёт к существенному перепроекти-рованию всей системы).
● Неархитектурная часть проекта (все остальные решения, т.е. изменение которых на альтернативные не приводит к существенному перепроектированию всей системы).
С определением системы работает прежде всего наука: если какая-то часть системы (или аспект системы) определены, то это означает, что выбран соответствующий метод описания. Наука — это как раз про создание методов описания. Научное знание позволяет определять системы, описывать их в рабочих продуктах — описаниях. Но, конечно, определять и описывать системы можно и на основе эвристик, не прибегая к научно-му знанию. Более того, переход от определения системы (идеального объекта) к описанию системы (материальному объекту) возможен с использованием нотационной инженерии — т.е. для записи определения системы как “мыслей по поводу системы, свойств системы” можно создать инженерный артефакт: нотацию.
Итого: определение системы — это про биты, про информацию, про то, как мы говорим о системе. Основные дисциплины работы над определением системы — это инженерия требований, проектирование и конструирование (включающие работу с архитектурой систе-мы).
Альфой определения системы занимается системный инженер. Основной рабочий продукт – это описание системы, чаще известный как «проект системы», часто бьётся на множество отдельных документов, баз данных, презентаций, докладных записок, цитируемых стандартов и даже физических макетов.
3.4. Воплощение системы
Воплощение системы (system realization, буквально: вынос в реальность) — это четырёхмерное воплощение системы в нашем материалом мире, это про организованные в пространстве-времени хитрым образом вещества и поля, атомы (а не биты!). Это не про информацию о системе, это сама система. Конечно, воплощение системы будет назы-ваться везде по-разному:
● У конструкторов это чаще всего “изделие” или “продукт”
● У проектантов это часто “установка”
● У проектантов очень крупных объектов (например, атомных станций) это “сложный инженерный объект”.
Мы принимаем, что когда мы пишем название системы (”насос”), то мы имеем тут ввиду сам насос как он есть в реальном мире, а не описание насоса (рабочий продукт определения системы). Пользователям прежде всего нужно воплощение системы, для получения воплощения системы и создаётся инженерный проект. Очень часто говорят об инженерном проекте по созданию сервиса — например, “сервис стрижки волос”.
Воплощение системы используется стейкхолдерами, оно реализует возможности. Во-площение системы удовлетворяет определению системы. Основная дисциплина работы над воплощением системы — это производство (из-готовление отдельных частей, сборка их, испытания). Альфой воплощения системы занимается системный инженер.
3.5.Команда
Команда инженерного проекта — это не просто какие-то люди или организации (группы людей с оборудованием и известным распределением полномочий). Это люди с совершенно определённым набором компетенций, нужных для реализации проекта, при этом речь идёт не только об инженерных, но и о менеджерских и других прикладных компетенциях. Команда создаёт определение и воплощение системы, команда выполняет работы, команда применяет практики (дисциплины в головах и технологии в предпринятии).
Команда должна работать как слаженный коллектив, для этого её нужно организовать из отдельных составляющих её людей. Для того, чтобы каждый человек занял своё место на логистическом “конвейере” (ибо если какие-то места на этом “конвейере” не будут заполнены людьми, то целевая система просто не сможет выпуститься — необходи-мые на этом рабочем месте работы не будут произведены), нужно его “уговорить”. Это функция “комиссара”, пропагандиста, специалиста по менеджерской дисциплине “лидерство”. Лидер выполняет работы, которые можно описать двояко (помним, что это два разных описания одной и той же деятельности):
● Убалтывает исполнителей ролей команды играть в этой команде необходимые роли (убалтывает путать “личное” и “общественное”).
● Осмысляет жизнь исполнителей ролей тем, что они приносят стейкхолдерам пользу, их жизнь и работа имеют значение для окружающих.
3.6.Работы
Для того, чтобы инженерный проект был успешен, команде проекта нужно провести работы — и отслеживать состояние этих работ в ходе всего инженерного проекта. Конечно, содержание этих работ определяется каждым из членов команды проекта — но есть особая работа по проведению работ, это работа операционного менеджера. Прежде всего, требуемые работы нужно:
● Учитывать во всём их содержательном разнообразии, чтобы ответить на вопрос “что делать”.
● Планировать, т.е. предлагать распределение этих работ во времени и назначать этих работы исполнителям.
● Определять достаточность ресурсов и контролировать выполнение плана работ для понимания того, вовремя ли работы будут закончены (т.е. не закроется ли окно возможностей раньше того момента, когда эти возможности будут удовлетворены результатом проекта).
С точки зрения операционного менеджера вся организация представляет собой набор рабочих мест/станций, на которых требуемые проектом различные ресурсы (люди, инструменты, расходные материалы) задействованы для выполнения содержательных работ, а также продукты работ движутся между этими рабочими местами/станциями.
У того, кто занимается работой, мышление представляет проект как некоторую трубопроводную сеть, по которой текут работы, материалы, люди, информация так, что из “входного” информационного, человеческого, материального сырья получаются “выходные” воплощения системы — а обратным ходом текут/идут/проходят вырученные за воплощения системы деньги. Это логистическое, операционное мышление.
Из дисциплин, которые работают над альфой “работа”, можно указать:
● Операционный менеджмент - на русском языке наиболее часто используется до сих пор старая форма "управление производством" и много реже "управление операциями" или прямая калька "операционный менеджмент". “Исследование операций” и даже “теория мас-сового обслуживания” также довольно частые термины, хотя под ними чаще имеет-ся ввиду использование специального математического аппарата для расчёта вре-мени работы.
● управление цепочками поставок (supply chain management)
● управление проектами (project management), управление процессами (process management), ведение дел (case management)
● планирование и управление производством (planning and production management)
● логистика (logistics)
● операционная стратегия (operation strategy)
● управление сервисными операциями (management of service operations)
● улучшение производительности (performance improvement)
● планирование ресурсов предприятия (enterprise resource planning) и управление ресурсами (resource management)
● get things done (GTD) — система персонального планирования, “как доводить дела до конца” На рисунке ниже один из видов рабочих продуктов, отражающих альфу “работы” (это простейший метод отслеживания проблем):
Рисунок 2. Способ отслеживания проблем.
3.7.Технология
Дисциплина — она в головах членов команды. Но в организации есть технология: поддержанный необходимыми рабочими продуктами и инструментами способ работы. Практика = дисциплина+технология (метод = полный набор дисциплин и технологий для выполнения какой-то работы).
Технология существенно зависит от состава выполняемых работ (технология пошива обуви не нужна при проектировании медицинской аппаратуры анализа крови, и наоборот), технология требуется для команды (компетенция проектирования в 2014 году не может быть реализована без компьютеров с установленными на них информационными системами САПР — системами автоматизации проектирования, системами инженерных мультифизических расчётов, системами управления жизненным циклом PLM/product lifecycle management). Бессмысленно привлекать в команду человека и одновременно не обеспечивать его технологией, и не давать фронта работ: все альфы предпринятия тесно зависят друг от друга. Если есть работа “копать траншею длиной 500 метров”, то нужно озаботиться не только нужным количеством землекопов или экскаваторщиков, но и лопатами или экскаваторами. Этот пример также показывает, что для каждой работы могут быть использованы самые разные технологии, и тем самым выполнение инженерного проекта включает выбор (а иногда — выбор, закупку и разворачивание) для его выполнения технологий.
Управление технологиями (каждая из которых имеет свои плюсы и минусы и требует для своего использования людей в команде с разными компетенциями) это отдельная дисциплина инженерного менеджмента.
4.Системный подход в системной инженерии
Системный подход — это когда наработанное где-то (в данном случае уже неважно где) системное мышление переносится в другие дисциплины — например, в (системную) инженерию. Есть много легенд, почему системная инженерия взяла на вооружение системный подход.
Системный подход с его вниманием не только к частям, но и целому (холизм) противопоставляется прежде всего редукционистскому подходу. В редукционистском подходе (часто неявно) утверждается, что мы должны дать детальное “научное” (то есть в рамках определённого научного предмета) описание любого объекта, просто повышая уровень его детальности при любых встречающихся затруднениях, сводя изучение целого к изучению его отдельных частей. Но почему представители системного мышления называют это “редукционистским” подходом? Потому как доктрина редукционизма полагала, что любое “высшее проявление” можно свести к “низшему, в частях системы”, если постараться. Бег зайца можно свести к химическим реакциям в молекулах зайца, то есть заяц сводим к его химии. Или атомная электростанция сводима к набору атомов физических элементов, которые нужно только собрать в правильные места в пространстве. Согласно редукционизму, инженерия вся сводится к правильному использованию физики, и только — ибо инженерный объект, это физический объект, и только. Никаких “систем”, “жизненных циклов”, “требований” и “архитектур”, только законы физики!
Системный подход, в отличие от редукционистского утверждает, что “сводимости” одних дисциплин к другим нет, мир нужно описывать мультидисциплинарно, “полинаучно” — зайца одним образом, его клетки другим образом, молекулы в клетках третьим образом, а молекулярные орбитали в атомах этих молекул четвёртым образом. Главное в системах — это эмерджентность — то, что из простых взаимодействий каких-то частей появляется что-то, что абсолютно никаким образом не содержится в каждой из частей. Например, ни одна часть часов не содержит “время” или “измерение времени”. Это свойство появляется только в результате взаимодействия всех частей, свойство механических часов измерять время нельзя сводить к свойствам отдельных их частей: пружин, шестерёнок, храповиков. Ключ к пониманию системы не в её частях, а в том новом, что появляется при их взаимодействии.
И эти теории (компактные описания “как устроено”) разнятся не только на разных уровнях отношения “часть-целое” (часто при этом говорят о “метасистемном переходе” — когда человека или атомную станцию перестают рассматривать как набор молекул с их взаимодействиями на химическом уровне), но и даже для одного уровня (когда один и тот же уровень рассмотрения по отношению часть-целое обеспечивается целым рядом дисциплин — когда атомной электростанцией занимается инженер-механик, инженер-теплотехник, инженер-электрик, инженер по безопасности и т.д.).
Системный подход сразу оговаривает многодисциплинарность (в отличие от монодисциплинарности редукционистского подхода — “наша дисциплина объяснит всё многообразие явлений”) рассмотрения системы. Каждая дисциплина привносит свою теорию, свой компактный набор описаний мира, пригодный для ответов на свои вопросы. Системный подход позволяет сразу к этому приготовиться: с системным подходом жить не легче, чем с редукционистским (меднолобым фанатам одной идеи ведь жить всегда легче, так?), зато можно добиться лучших результатов, применяя различные теории там, где они могут быть применены, и не применяя там, где их применять нельзя (ибо в каждой теории оговаривается тот круг явлений, к которым эта теория в принципе может быть применена).
Системное мышление — это приложение системного подхода к решению практических задач. Так, системная инженерия — это приложение системного подхода к решению инженерных задач. Этот вариант системного мышления мы будем называть системноинженерным мышлением.
4.1.Сложность и меры сложности
Понятие сложности интенсивно разрабатывалось в рамках системного подхода, но окончательного согласия по этому поводу нет. Так, Seth Lloyd собрал различные определения для мер сложности. Все эти определения обычно относятся к попыткам ответа на три вопроса:
1. Как трудно описать систему? Обычно это измеряется в битах, затрачиваемых на представление описания. Мерами сложности тут будут информация, энтропия, алгоритмическая сложность или алгоритмическое содержание информации, максимальная длина описания, информация Фишера (Fisher), энтропия Рени (Rényi), длина кода (беспрефиксного, Хаффмана, Шэннона-Фано, корректирующего ошибки, Хамминга), информация Чернова, размерность, фрактальная размерность, сложность Lempel-Ziv.
2. Как трудно создать систему? Сложность как трудность создания измеряется во времени, энергии, долларах и т.д. Меры сложности тут вычислительная сложность, временнАя вычислительная сложность, пространственная вычислительная сложность, основанная на информации сложность, логическая глубина , термодинамическая глубина, цена, шифрованность.
3. Какая степень организованности? Тут может быть два варианта:
а) “результирующая сложность”, трудность описания организационной структуры, неважно корпоративной, химической, клеточной. Приведём их по-английски: Metric Entropy; Fractal Dimension; Excess Entropy; Stochastic Complexity; Sophistication; Effective Measure Complexity; True Measure Complexity; Topological epsilon-machine size; Conditional Information; Conditional Algorithmic Information Content; Schema length; Ideal Complexity; Hierarchical Complexity; Tree subgraph diversity; Homogeneous Complexity; Grammatical Complexity.
б) количество информации, которой нужно обмениваться между частями системы из-за такой организационной структуры: Algorithmic Mutual Information; Channel Capacity; Correlation; Stored Information;
Есть и понятия, которые не являются понятиями сложности, но очень близки: Long—Range Order; Self—Organization; Complex Adaptive Systems; Edge of Chaos. Есть и совсем альтернативные меры сложности, например, основанные на скорости описания оцениваемых объектов, а не объёме этого описания.
Ситуация с понятием “сложность” очень характерна для системного подхода: употребляемые в нём слова кажутся вполне “бытовыми” и имеющими ясное и интуитивно понятное с детства значения. Но нет, слово вдруг оказывается термином, за которым скрывается очень сложное и противоречивое понятие, с этим понятием работают самые разные логические или количественные модели, проводятся количественные измерения самых разных его характеристик.
В рамках настоящей книги мы будем считать сложной систему из достаточно большого количества элементов, настолько большого, чтобы в одной голове не получалось оценить все связи и взаимодействия (атомная станция, микрочип процессора — десятки миллионов или даже миллиардов индивидуальных объектов). Но вы должны помнить, что кроме этого неформального понимания есть и другие, формальные понимания сложности, есть множество теорий сложности, из которых эти понимания пришли.
4.2.Термин “система”
Термин (слово) “система” используется минимально в трёх различных смыслах, которые следует различать (рисунок 3):
1. Для обозначения понятия “система” из системного подхода (мы тут будем главным образом использовать вариант системного подхода, наиболее типичный для современной системной инженерии). Увы, это не самое частое использование слова. В системном подходе система определяется как иерархия холонов — холархия. Иерархия — это структура из дерева отношений похожих элементов. В холархии как виде иерархии это отношения “часть-целое”, а объекты этих отношений называются “холон” (holon) — по предложению Артура Кёстлера. Холон — это что-то, что является одновременно целым для своих частей и само является частью для какого-то объемлющего целого. Система — это холон, у которого есть появляющиеся (emergent) свойства, получающиеся от взаимодействия его частей. “Эмерджентность” — это главное свойство системы: “целое больше, чем сумма его частей”. Часы больше, чем сумма их шестерёнок или микросхем. Часы могут показывать время, а шестерёнки или микросхемы времени показывать не могут.
Рисунок 3. Термин система.
Обязательно нужно добавить, что в системной инженерии холоны представляют собой индивиды, имеющие пространственно-временную протяжённость (extension, “основные свойства любой вещи — длина, ширина, высота: место, занимаемое в пространстве” как сформулировал Декарт, а современная физика добавила к этому протяжённость во времени — системы занимают место в четырёхмерном пространстве-времени). Простой критерий: индивиды (а, следовательно, и системы) можно “пнуть” (kick) или “погрузить в тачку”.
Дальше мы будем обсуждать главным образом системы из системного подхода в варианте системной инженерии.
2. “Система” из систематики — различные классификационные (таксономические) “системы”. Это тоже иерархии, но элементами в них являются классы (множества), отсюда и название — классификаторы. Между классами в классификациях отношения специализации (класс-подкласс: подкласс это специализированный класс). Классифицируются в конечном итоге индивиды, которые связаны с классом отношением классификации.
Конечно, в системном подходе системы часто классифицируются по самым разным признакам, но нужно помнить, что “система классификации” — это не система из системного подхода, там нет эмерджентности, нет отношений часть-целое и холонов. Класс (множество) центробежных насосов это не часть класса насосов как целого, а специализированный класс насосов. Все классифицированные как насосы индивиды не взаимодействуют между собой, порождая новое свойство. Они просто “сгруппированы в уме”, так как похожи друг на друга (все они — насосы). Классификаторы и таксономии — это предмет систематики, а не системного подхода.
Системы из инженерного системного подхода классифицируются “системами” из систематики.
3. “Система” как указание на какой-то набор правил, процедур, обычаев, имеющий какую-то (совсем необязательно иерархическую) структуру. Тут слово “система” указывает на какую-то упорядоченность, неслучайность, продуманность. Это не имеет отношения к системному подходу, не подразумевает специально устроенного мышления, похожего для всех этих разных систем: мышление, которое порождало все эти якобы системы — это не системное мышление. Хотя и тут опытный глаз сможет уловить какие-то “части-правила” и эмерджентность “целой системы”, демонстрирующей в целом наборе правил что-то большее, чего нет в каждом отдельном правиле. Но нужно помнить, что скорее всего, ни при создании всех этих “систем”, ни при попытках их как-то понять и проанализировать никакого системного мышления не использовалось.
В настоящем курсе системноинженерного мышления мы будем настаивать, что любая система — это материальный (из вещества и полей) объект, и уж точно не набор правил, не абстрактный объект типа “множество”.
4.3.Классификация систем по ISO 15288
Для системного инженера всё вокруг — это системы, но все эти системы не только разные сами по себе, они разные по их роли в инженерном проекте и разные по интересующим стадиям их жизни. Для показа этой разницы ISO 15288 вводит следующую классификацию систем, которая неявным образом включает в себя и стадию жизненного цикла рассмотрения системы, рисунок 4.
Рисунок 4. Классификация систем.
Целевая система (system-of-interest) — та, которая подлежит созданию (или модернизации) командой инженеров и рассматривается на всём протяжении жизненного цикла. Например, насос.
Система в операционном окружении, система в эксплуатационной среде/операционном окружении (system in operational environment) — одна из систем, которые окружают целевую систему в момент её эксплуатации. Например, трубопроводная система, к которой подключён насос во время эксплуатации.
Обеспечивающая система (enabling systems) — система, которая создаёт и поддерживает систему в ходе её жизненного цикла. Например, цех, который производит насос.
Нужно понимать, что любую систему можно классифицировать либо как целевую, либо как обеспечивающую, либо как систему в операционном окружении. Цех, как обеспечивающую систему, которая производит насос, тоже кто-то проектировал и строил. Инжиниринговая компания, которая проектировала и строила цех, тоже была кем-то создана — и она тоже обеспечивающая система по отношению к цеху. Существует множество обеспечивающих систем, которые на стадии своей эксплуатации выполняют работы по обеспечению той или иной стадии жизненного цикла целевой системы. Сама же целевая система на стадии своей эксплуатации работает в составе систем своего операционного окружения, выполняя свою функцию.
Нужно всегда понимать, о какой системе вы говорите: когда вы говорите “топор”, то непонятно — вы делаете топор (целевая ваша система), вы используете топор для колки дров (целевая система — дрова, топор — одна из обеспечивающих систем, необходимая для подготовки целевой системы к эксплуатации — сгоранию в печке) или топор для вас одна из систем в операционном окружении целевой для вас колоды, совместно с которой топор должен колоть дрова и свойства которого выясняете для того, чтобы спроектировать и изготовить правильную колоду.
5.Стандарты в области системной инженерии
Признанные международным индустриальным сообществом стандарты и нормативные руководства по системной инженерии разрабатываются, в основном, тремя организациями:
Седьмой подкомитет Объединённого технического комитета Международной организации стандартизации, рис.5 (International Standard Organization; ISO) и Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission; IEC) «Системная и программная инженерия».
Рисунок 5. Логотип ISO.
Институт инженеров электротехники и электроники, рис.6 (Institute of Electrical and Electronics Engineers; IEEE).
Рисунок 6. Логотип IEEE.
Международный совет по системной инженерии, рис.7 (International Council on Systems Engineering; INCOSE).
Рисунок 7. Логотип INCOSE.
Эти три организации проводят работу по стандартизации в области системной инженерии по согласованным программам, начиная с 1995 года.
В целом, сегодня в составе комплекса стандартов системной инженерии имеется около 40 действующих спецификаций, примерно 20 документов находятся на различных этапах разработки. Важная особенность официальных стандартов системной инженерии состоит в том, что системно-инженерные спецификации не являются стандартами прямого действия. Они содержат преимущественно рекомендации и положения относительно того, что следует делать, оставляя решение о том, как это следует делать, на усмотрение сторон, создающих систему и управляющих проектом. Поэтому многие спецификации носят явно выраженный рамочный характер, то есть предполагается, что содержащиеся в этих стандартах рекомендации должны обязательно адаптироваться к условиям конкретной системно-инженерной деятельности. Такой подход предполагает, что в той или иной отрасли или в крупной организации с учётом рекомендаций официальных стандартов могут быть разработаны свои нормативные документы, регулирующие системно-инженерную деятельность.
Подобные рекомендации разрабатываются профессиональными сообществами, государственными организациями, осуществляющими закупки систем в интересах правительства, а также крупными корпорациями, занятыми созданием сложных систем. В качестве примера можно привести перечень так называемых фактических стандартов, объединённых в «Руководстве к своду знаний в области системной инженерии» (Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge; SEBoK). Это руководство в течение последних лет разрабатывается ведущими мировыми экспертами по системной инженерии в рамках международного проекта «Свод знаний и учебный план для современной системной инженерии» (Body of Knowledge and Curriculum to Advance Systems Engineering; BKCASE). Среди других руководств по системной инженерии известны Руководство федерального управления гражданской авиации США (U. S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration. Requirements Engineering Management Handbook), Руководство военно-морского ведомства США (Naval «Systems of Systems» Systems Engineering Guidebook), Руководство Национального космического агентства США (NASA Systems Engineering Handbook). Кроме того, военные ведомства, которые в больших количествах закупают сложные системы, разрабатывают собственные отраслевые стандарты системной инженерии.
Фактические стандарты не имеют официального статуса и могут быть представлены в произвольной форме, однако высокая заинтересованность разработчиков этих стандартов в их широком практическом применении, направленность на решение конкретных технических задач при создании и реализации продукции и услуг, высокая скорость разработки и возможность использования фактического стандарта ещё до того, как он будет утверждён и принят, делают спецификации этого типа весьма востребованными на рынке системно-инженерных разработок.
6.Заключение
Системный инженер — это тот, кто отвечает за успешность системы в целом. Те, кто занимаются системной инженерией, называются системными инженерами, а сама системная инженерия тем самым является профессией в классическом смысле этого слова: есть профессиональные ассоциации системных инженеров, проводятся профессиональные конференции, есть учебные курсы в системе высшего образования.
Системные инженеры должны быть техническими лидерами в инженерных коллективах. Понятие технического лидерства (technical leadership) означает помощь в организации коллективной мыслительной работы по отношению к той или иной технической идее: все участники проекта должны делать одну и ту же систему, а не разные.
Системные инженеры не просто берут идеи от одних инженеров, а потом убеждают других инженеров их принять. Системные инженеры генерируют технические идеи самостоятельно.
Основное, что должен уметь делать системный инженер — это создавать материальные объекты, а не анализировать их. Упор на синтез, а не на анализ характеризует инженера.
Один из системных инженеров NASA привёл пример, в котором сравнивает инженерную науку с порнографией: можно сколько угодно тратить времени на просмотр и обобщение бесконечного числа порнофильмов, но все эти часы и часы псевдоопыта “изучения” можно было бы потратить на получение собственного опыта, получив при этом не меньше удовольствия, чем от просмотра порно. Так что системные инженеры предлагают больше уделять внимания работе в проектах, а не заниматься чтением учебников.
В большинстве случаев системных инженеров учат работать так, как учат людей “творческих профессий”: им дают ознакомиться с работами предшественников, рассказывают о том, что в этих работах хорошего и что плохого, как называются те или иные объекты и практик учат каким-то отдельным приёмам работы, которые предположительно должны давать хорошие результаты. Если бы у системной инженерии было научное основание, она была бы полноценной научной дисциплиной, это бы означало, что у неё есть основные понятия — ”идеальные объекты”, в терминах которых описывается окружающий мир. Конечно, в системной инженерии ключевым понятием является “система”, но использование этого понятия осложняется тем, что оно пока онтологически (философско-логически) не доопределено, и прямо сейчас идёт интенсивная работа по его формированию.
8. Список литературы
- http://techinvestlab.ru/files/systems_engineering_thinking/systems_engineering_thinking_2015.pdf — Системноинженерное мышление, А. Левенчук, TechInvestLab, 2 апреля 2015
- http://sebokwiki.org/ — Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge
- http://gtmarket.ru/concepts/7110 — Информационно-аналитический портал
- https://ru.wikipedia.org — Википедия — свободная энциклопедия
| 
