הנדסת מערכות בתעשייה האווירית

הנדסת מערכות היא חלק קריטי בכל פרויקט בענף ההנדסה; בין אם מדובר בייצור רכיב פשוט אחד או בתכנון מוצר מורכב כמו מכונית או מטוס. ארגונים מבוססים כמו NASA ו- BAE Systems מדגישים את החשיבות של הנדסת מערכות על מנת לעמוד בדרישות ולהצליח במשימות ופרויקטים. אך מהי הנדסת מערכות בדיוק, ואיזה תפקיד היא משחקת בתעשייה האווירית?

על מנת לענות על שאלה זו, שקול מהי מערכת. על פי MIL-HBK-338B מדריך תכנון אמינות אלקטרונית, המערכת היא:

"מרכיב של ציוד ומיומנויות וטכניקות המסוגלים לבצע או לתמוך בתפקיד מבצעי, או בשניהם." (משרד הביטחון, 1998)

מערכת לא בהכרח חייבת להיות מורכבת כמו רכב או מחשב, והיא יכולה להיות חלק ממערכת מורכבת וגדולה יותר. זה אפילו לא צריך להיות מעשה ידי אדם; מערכת השמש היא דוגמה טבעית למערכת, ואילו הבלמים על מכוניות הם מערכת בפני עצמה שתורמת כחלק ממערכת גדולה יותר. מערכת היא מכלול של רכיבים העובדים יחד לעיבוד קלט ליצירת פלט.

ניתן לפצל מערכות למספר מערכות ותתי מערכות קטנות יותר המתמחות בתחומים שונים בכדי להבטיח שהמערכת הכוללת תואמת את הדרישות והמפרט שלה. ניתן להרכיב היררכיה של מערכות אלה כדי לפצל את הדרישות של המערכת העיקרית לרכיבים קטנים יותר וניתנים לניהול שניתן להפיץ בין תת מערכות מיוחדות אלה.

איור 1 - דוגמה להיררכיה של מערכות. (Moir & Seabridge, 2013)

על מנת להבטיח כי כל הרכיבים יעבדו יחד במערכת הכוללת, נדרש תקשורת ואינטגרציה רבה בין תת מערכות. כאן נכנסת הנדסת מערכות. הנדסת מערכות מתוארת על ידי המועצה הבינלאומית להנדסת מערכות (INCOSE) כ:

“גישה בין תחומית ואמצעים לאפשר מימוש מערכות מצליחות. היא מתמקדת בהגדרת צרכי הלקוח ופונקציונליות נדרשת בשלב מוקדם של מחזור הפיתוח, תיעוד דרישות, ואז המשך סינתזת התכנון ואימות המערכת תוך התחשבות בבעיה המלאה. " (INCOSE)

הנדסת מערכות היא "הוליסטית ואינטגרטיבית" ומגשרת על הפער בתקשורת בין תת מערכות שונות "כדי לייצר שלם קוהרנטי" (NASA, 2009). בעוד שתתי מערכות מתמחות ומתמקדות בתחום אחד של המערכת העיקרית, הנדסת מערכות כללית יותר ולוקחת גישה יותר ממוקדת מטרה, תוך התבוננות בתמונה הגדולה יותר בכדי להבטיח שתתי המערכות יחברו בצורה יעילה לייצור המערכת הגדולה הסופית תוך מועד אחרון ותקציב.

הנדסת מערכות בחלל

ארגונים בתחומים כמו רכב וחלל מוצאים כי הנדסת מערכות מועילה במיוחד בכדי לזהות פתרונות חלופיים, למנוע בעיות בלתי צפויות ולהבטיח שהלקוח מרוצה מאיכות המוצר המוגמר. יתר על כן, INCOSE מצהירה כי "שימוש יעיל בהנדסת מערכות יכול לחסוך למעלה מ -20% מתקציב הפרויקט" (INCOSE, 2009). תוכנת הנדסת מערכות מאפשרת כעת לחברות לבחון מודלים מושגיים על פי דרישות הלקוח באמצעות סימולציות וירטואליות, ולהפיק עדויות בטיחות מתועדות להערכות של גופי הסמכה כגון רשות התעופה האזרחית (CAA) (3dsCATIA, 2011). זה עוזר להפחית בזבוז בחומרים מבדיקת אבות טיפוס, שינויים וגריטה אפשרית, והופך את התהליך מהרעיון למוצר למהיר ויעיל הרבה יותר.

מטרת מהנדס מערכות היא לסייע ללקוח להבין נכון את הבעיה העומדת בפנינו ולהכין פתרונות לבעיה לבחירת הלקוח. לאחר מכן מהנדס המערכות יכול להוביל ולהדריך את המחלקות השונות של צוות הפרויקט לקראת מטרת יישום פתרון זה, על ידי התחלה עם התפוקה הרצויה לקביעת התשומות הנדרשות ואז התייחסות מתמדת לדרישות הלקוח כדי להבטיח שהמערכת הסופית תואמת המפרט שלה. לשם כך מהנדס מערכות צריך להיות בעל מספר כישורים ותכונות שונות כולל:

• יכולת טכנית רחבה: מהנדסי מערכות דורשים הבנה מהותית של מרבית תת המערכות השונות, אם לא כולן, ורצון ללמוד עוד על תחומים אלה;
• הערכה של ערך התהליך והיעדים הכוללים שיש לעמוד בהם כדי להגיע למטרה הסופית, והיכולת להתייחס ליעדים אלה לצוותי המשנה;
• מנהיג בטוח בעצמו, אך גם חבר צוות חזק ואסרטיבי. הרולד בל ממטה נאס"א מציע כי "מהנדס מערכות נהדר מבין ומיישם את אומנות המנהיגות ויש לו את הניסיון ורקמות הצלקת מהניסיון לזכות בתג המנהיג מצוותו" (נאס"א, 2009);
• כישורי פתרון בעיות וחשיבה ביקורתית;
• כישורי תקשורת מיוחדים ויכולת הקשבה פעילה ויכולת ליצור קשרים רחבי מערכת;
• היכולת לנקוט בגישה ממוקדת מטרה בניגוד לתובנה טכנית או כרונולוגית: מהנדס מערכות מסתכל על הפלט כדי לקבוע את התשומות הנדרשות לפרויקט וצריך להיות מסוגל לראות את התמונה הגדולה יותר, ולהתמקד רק בפרטים הקטנים יותר. במקרה הצורך;
• נוח עם שינוי ואי וודאות: על פי נאס"א, מהנדסי מערכות צריכים להבין ולעודד כימות של אי וודאות בצוותים על מנת לתכנן מערכת שתתאים לאי הוודאות הללו (נאס"א, 2009);
• יצירתיות ואינסטינקט הנדסי במטרה למצוא את הדרך הטובה ביותר לפתור בעיה תוך הערכת הסיכונים וההשלכות;
• פרנויה נכונה: לצפות לטוב ביותר, אך לחשוב ולתכנן את התרחיש הגרוע ביותר כאמצעי זהירות.

ניתן לסכם כמה מאפיינים התנהגותיים של מהנדס מערכות לתכונה אחת: חשיבה מערכות. חשיבה מערכות נוסדה לראשונה בשנת 1956 על ידי פרופסור ה- MIT ג'יי פורסטר, שהכיר בצורך בשיטות טובות יותר לבדיקת רעיונות חדשים על מערכות חברתיות, באופן דומה שאפשר לבדוק רעיונות בהנדסה (ארונסון). חשיבה מערכות היא מכלול של עקרונות כלליים המאפשרים לאנשים להבין ולנהל מערכות חברתיות ולשפר אותן.

גישת חשיבה מערכות שונה במהותה מניתוח צורות מסורתיות. ראשית, הניתוח המסורתי מתמקד ברדוקציוניזם - הפחתת חלקים מהמערכת העיקרית (המכונה גם הולונים) לרכיבים המצטמצמים כל העת (Kasser & Mackley, 2008). לעומת זאת, חשיבה מערכות מסתכלת על התמונה הרחבה יותר ועל האופן שבו המערכת או החלק מתקשרים עם האחרים, ומזהים לולאות ויחסים בין ההולונים. לעתים קרובות זה יכול לגרום למסקנות שונות באופן ניכר מאלה שהופקו משימוש בשיטות אנליטיות מסורתיות, אך היא יכולה גם לסייע בקביעת ההתנהגויות המתהוות של הולונים ואפשרות לתוצאות לא רצויות - לצפות לבלתי צפוי. על ידי נקיטת צעדים אלה קל יותר לזהות פתרונות חדשים ויעילים יותר לבעיות מורכבות וחוזרות על עצמן,תוך שיפור התיאום בתוך הארגון.

בתעשייה, מהנדסי מערכות נדרשים לעבוד עם מספר בעלי עניין שונים, שלכל אחד מהם נקודת מבט משלהם לעיצוב ופיתוח המוצר הנדרש. לדוגמא, אם ארגון חלל היה בוחן את פיתוח הרעיון של מטוס אזרחי חדש, יהיה מגוון רחב של בעלי עניין המדוברים, כולל ספקי חומרים ושירותים, נוסעים וצוות אוויר ורשויות הסמכה, כמו גם צוות ההנדסה המעורב ישירות בפרויקט. איור 2 מציג את בעלי העניין האופייניים במערכת תעופה אזרחית, המחלקים אותם לארבעה ממשקי מערכת עיקריים: סוציו-אקונומי, רגולטורי, הנדסי ואנושי. על ידי זיהוי ממשקים אלה, מהנדסי מערכות מסוגלים לתכנן מתי נדרשת אינטראקציה עם מערכות מסוימות ולפשט את הפיתוח והתפעול,מתעד את התהליך לאורך כל הדרך.

איור 2 - בעלי עניין אופייניים במערכת תעופה אזרחית. (Moir & Seabridge, 2013)

כל בעל עניין תלוי זה בזו באותו ממשק. לדוגמא, בעת הגשת בקשה לתעודת סוג יש לייצר מספר אבות טיפוס שיעברו בדיקות שונות ולהרכיב תוכנית תחזוקה שתתמוך בכדאיות אוויר מתמשכת לאחר אישור התכנון. זה מוגש יחד עם תוצאות הבדיקה של האב-טיפוס לרגולטורים - אם הם מרוצים מהיבטי הבטיחות, הבריאות והסביבה של האב-טיפוס - מאשרים את האב-טיפוס ורשות הכדאיות האווירית מעניקה תעודת סוג (MAWA, 2014). לאחר מכן יש לעמוד בתקנות נוספות על מנת שהמטוס ישמור על תעודת הסוג שלו ותעודת כשירות אוויר, או שהוא ייחשב כבלתי בטוח לטוס.לכן מהנדסי מערכות צריכים להבין את התקנות שעל המטוס להתאים לכל אורך חייו ולתכנן שיטות לשמירה על תקן אווירי.

תפקידו של מהנדס מערכות לא מסתיים לאחר שהרעיון הפך למוצר. לאחר מכן עליהם לעבוד עם צוות תחזוקה בכדי לשמור על בטיחות המוצר וליכולת השימוש בו עד פרישתו מהשירות. איור 3 מציג את מחזור החיים של מטוס מנקודת מבטה של ​​רשות התעופה האזרחית (CAA) ואת האופן שבו מהנדסי מערכות ומנהלי מוצרים בתחום התעופה יצטרכו לעבוד עם CAA לאורך כל מחזור החיים.

איור 3 - מחזור חיים של כלי טיס (רשות התעופה האזרחית של ניו זילנד, 2009)

עוטף הכל

הנדסת מערכות היא "יכולת ליבה מכרעת" להצלחה בתעשייה האווירית. בראש ובראשונה מדובר בניהול המורכבות כדי להשיג את העיצוב הנכון, ואז לשמור ולשפר את שלמותו הטכנית (NASA, 2009). על פי מנהל נאס"א, מייקל די גריפין, במצגתו בשנת 2007, הנדסת מערכות ו"שתי התרבויות "של ההנדסה , הנדסת מערכות מסייעת לספק איזון של כל תת מערכות לשילוב למערכת שתמשיך לאחר שלב התכנון המקדים וכך למלא את דרישות הלקוח שתוכנן במפורש (Griffin, 2007).

על ידי התבוננות בפיתוח הרעיון של מטוס אזרחי ובהתחשב בבעלי העניין והממשקים השונים המעורבים במחזור החיים של המטוס, בין אם במישרין ובין בעקיפין, ניכר כי למהנדסי מערכות יש מגוון נרחב של אחריות ונקודות מבט לנהל מחוץ ל מערכת הנדסית שממשיכה לטפל ולנהל גם לאחר סיום שלב התכנון המקדים. על ידי כך שהם מבינים היטב את היקף המטרה הסופית של המוצר הסופי, ומעריכים את ההשפעה שיש לה על בעלי העניין השונים, מהנדסי מערכות מסוגלים לקבוע את התשומות הנדרשות כדי להגיע ליעדים אלה במסגרת המועדים והתקציבים.

למרות שהנדסת מערכות עשויה ללבוש צורות שונות בהתאם לתעשייה ולהעדפות הארגון, השיטות הבסיסיות שנמצאות בהן נותרות עקביות והמטרה נשארת זהה: למצוא את העיצוב הטוב ביותר שיעמוד בדרישות. בכל פרויקט הנדסי יהיו מספר תת-מערכות מיוחדות שיש לכנס יחד בכדי להבטיח שהתוצאה הסופית של הפרויקט תמלא את מפרטו כמיטב יכולתו.

הפניות

3dsCATIA. (2011, 30 בספטמבר). מהי "הנדסת מערכות"? - אוסף אלמנטרי. אחזור מיוטיוב:

ארונסון, ד '(נד). סקירה כללית של חשיבה מערכות. אחזור 2016, מדף חשיבה:

משרד הביטחון. (1998). מדריך עיצוב אמינות אלקטרונית MIL-HBK-338B. וירג'יניה: משרד איכות ההגנה והתקינה.

INCOSE. (נד). מהי הנדסת מערכות? אחזור 2016, מ- INCOSE בריטניה:

INCOSE. (2009, מרץ). מדריך 3: מדוע להשקיע בהנדסת מערכות? מקור: INCOSE בריטניה:

קאסר, ג'יי, ומקלי, ט '(2008). יישום חשיבת מערכות ויישורו להנדסת מערכות. קרנפילד: ג'וזף א 'קאסר.

Moir, I. ו- Seabridge, A. (2013). תכנון ופיתוח מערכות מטוסים (מהדורה שנייה). צ'יצ'סטר: ג'ון ווילי ובניו בע"מ

נאס"א. (2009). האמנות והמדע של הנדסת מערכות. נאס"א.

© 2016 קלייר מילר