Mục lục:
Kỹ thuật hệ thống là một phần quan trọng của bất kỳ dự án nào trong ngành kỹ thuật; cho dù đó là sản xuất một thành phần đơn giản hay thiết kế một sản phẩm phức tạp như ô tô hoặc máy bay. Các tổ chức uy tín như NASA và BAE Systems nhấn mạnh tầm quan trọng của kỹ thuật hệ thống để đáp ứng các yêu cầu và thành công trong các sứ mệnh và dự án. Nhưng chính xác thì kỹ thuật hệ thống là gì và nó đóng vai trò gì trong ngành Hàng không vũ trụ?
Để trả lời câu hỏi này, hãy xem xét hệ thống là gì. Theo Sổ tay Thiết kế Độ tin cậy Điện tử MIL-HBK-338B, một hệ thống là:
“Sự kết hợp của thiết bị và kỹ năng và kỹ thuật có khả năng thực hiện hoặc hỗ trợ một vai trò hoạt động, hoặc cả hai.” (Bộ Quốc phòng, 1998)
Một hệ thống không nhất thiết phải phức tạp như một chiếc xe hoặc máy tính, và nó có thể là một phần của một hệ thống phức tạp hơn. Nó thậm chí không cần phải được nhân tạo; Hệ Mặt Trời là một ví dụ tự nhiên của một hệ thống, trong khi hệ thống phanh trên ô tô tự nó là một hệ thống đóng góp vào một hệ thống lớn hơn. Hệ thống là một tập hợp các thành phần làm việc cùng nhau để xử lý một đầu vào để tạo ra một đầu ra.
Hệ thống có thể được chia thành một số hệ thống nhỏ hơn và hệ thống con chuyên về các lĩnh vực khác nhau để đảm bảo rằng hệ thống tổng thể phù hợp với các yêu cầu và thông số kỹ thuật của nó. Một hệ thống phân cấp của các hệ thống này có thể được thiết lập để phân chia các yêu cầu của hệ thống chính thành các thành phần nhỏ hơn và dễ quản lý hơn có thể được phân phối giữa các hệ thống con chuyên biệt này.
Hình 1 - Ví dụ về hệ thống phân cấp. (Moir & Seabridge, 2013)
Để đảm bảo rằng tất cả các thành phần sẽ hoạt động cùng nhau trong hệ thống tổng thể, cần phải có nhiều giao tiếp và tích hợp giữa các hệ thống con. Đây là lúc kỹ thuật hệ thống ra đời. Kỹ thuật hệ thống được Hội đồng quốc tế về kỹ thuật hệ thống (INCOSE) mô tả là:
“Một cách tiếp cận liên ngành và phương tiện để cho phép hiện thực hóa các hệ thống thành công. Nó tập trung vào việc xác định nhu cầu của khách hàng và chức năng cần thiết sớm trong chu kỳ phát triển, ghi lại các yêu cầu, sau đó tiến hành tổng hợp thiết kế và xác nhận hệ thống trong khi xem xét vấn đề hoàn chỉnh. ” (TĂNG)
Kỹ thuật hệ thống là “tổng thể và tích hợp” và thu hẹp khoảng cách trong giao tiếp giữa các hệ thống con khác nhau “để tạo ra một tổng thể thống nhất” (NASA, 2009). Trong khi các hệ thống con được chuyên biệt hóa và tập trung vào một lĩnh vực của hệ thống chính, thì kỹ thuật hệ thống được khái quát hơn và có cách tiếp cận lấy mục tiêu làm trung tâm hơn, nhìn vào bức tranh toàn cảnh hơn để đảm bảo rằng các hệ thống con kết hợp với nhau một cách hiệu quả để tạo ra hệ thống chính cuối cùng trong thời hạn. và ngân sách.
Kỹ thuật hệ thống trong hàng không vũ trụ
Các tổ chức trong các lĩnh vực như ô tô và hàng không vũ trụ nhận thấy kỹ thuật hệ thống đặc biệt hữu ích để xác định các giải pháp thay thế, ngăn chặn bất kỳ sự cố không lường trước nào và đảm bảo khách hàng hài lòng với chất lượng của thành phẩm. Hơn nữa, INCOSE tuyên bố rằng “việc sử dụng hiệu quả kỹ thuật hệ thống có thể tiết kiệm hơn 20% ngân sách dự án” (INCOSE, 2009). Phần mềm kỹ thuật hệ thống hiện cho phép các công ty kiểm tra các mô hình ý tưởng theo yêu cầu của khách hàng thông qua mô phỏng ảo và đưa ra các bằng chứng an toàn được lập thành văn bản để đánh giá từ các tổ chức chứng nhận như Cơ quan Hàng không Dân dụng (CAA) (3dsCATIA, 2011). Điều này giúp giảm lãng phí vật liệu từ việc thử nghiệm nguyên mẫu, sửa đổi và có thể loại bỏ, đồng thời làm cho quá trình từ ý tưởng đến sản phẩm nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều.
Mục đích của kỹ sư hệ thống là giúp khách hàng hiểu đúng vấn đề và chuẩn bị các giải pháp cho vấn đề để khách hàng lựa chọn. Sau đó, kỹ sư hệ thống có thể lãnh đạo và hướng dẫn các bộ phận khác nhau của nhóm dự án hướng tới mục tiêu triển khai giải pháp này, bằng cách bắt đầu với đầu ra mong muốn để xác định các đầu vào cần thiết và sau đó liên tục tham khảo lại các yêu cầu của khách hàng để đảm bảo hệ thống cuối cùng tuân thủ thông số kỹ thuật của nó. Để đạt được điều này, một kỹ sư hệ thống cần phải có một số kỹ năng và đặc điểm khác nhau bao gồm:
- Năng lực kỹ thuật rộng: các kỹ sư hệ thống yêu cầu hiểu biết cơ bản về hầu hết, nếu không phải là tất cả, về các hệ thống con khác nhau và mong muốn tìm hiểu thêm về các lĩnh vực này;
- Đánh giá đúng giá trị của quá trình và các mục tiêu tổng thể cần đạt được để đạt được mục tiêu cuối cùng và khả năng giải quyết các mục tiêu này cho các nhóm hệ thống con;
- Một nhà lãnh đạo tự tin, nhưng cũng là một thành viên trong nhóm mạnh mẽ và quyết đoán. Harold Bell từ Trụ sở chính của NASA gợi ý rằng "một kỹ sư hệ thống tuyệt vời hoàn toàn hiểu và áp dụng nghệ thuật lãnh đạo, có kinh nghiệm và mô sẹo từ việc cố gắng giành được huy hiệu nhà lãnh đạo từ nhóm của mình" (NASA, 2009);
- Kỹ năng giải quyết vấn đề và tư duy phản biện;
- Kỹ năng giao tiếp và lắng nghe tích cực đặc biệt và khả năng tạo kết nối toàn hệ thống;
- Khả năng thực hiện cách tiếp cận lấy mục tiêu làm trung tâm trái ngược với cái nhìn sâu sắc về kỹ thuật hoặc trình tự thời gian: một kỹ sư hệ thống xem xét đầu ra để xác định đầu vào cần thiết cho một dự án và cần có thể nhìn thấy bức tranh lớn hơn, chỉ tập trung vào các chi tiết nhỏ hơn Khi cần thiết;
- Thoải mái với sự thay đổi và sự không chắc chắn: theo NASA, các kỹ sư hệ thống cần hiểu và khuyến khích việc định lượng sự không chắc chắn trong các nhóm để thiết kế một hệ thống có khả năng đáp ứng những điều không chắc chắn này (NASA, 2009);
- Bản năng sáng tạo và kỹ thuật để tìm ra cách tốt nhất để giải quyết một vấn đề đồng thời đánh giá cao những rủi ro và hệ lụy;
- Hoang tưởng thích hợp: mong đợi điều tốt nhất, nhưng suy nghĩ và lập kế hoạch cho tình huống xấu nhất để đề phòng.
Một số đặc điểm hành vi của một kỹ sư hệ thống có thể được tóm tắt thành một thuộc tính: tư duy hệ thống. Tư duy hệ thống lần đầu tiên được thành lập vào năm 1956 bởi giáo sư Jay Forrester của MIT, người đã nhận ra sự cần thiết của các phương pháp tốt hơn để kiểm tra các ý tưởng mới về hệ thống xã hội, theo cách tương tự như các ý tưởng trong kỹ thuật có thể được kiểm tra (Aronson). Tư duy hệ thống là một tập hợp các nguyên tắc chung cho phép mọi người hiểu và quản lý các hệ thống xã hội và cải thiện chúng.
Cách tiếp cận tư duy hệ thống về cơ bản khác với phân tích các dạng truyền thống. Đối với một điều, phân tích truyền thống tập trung vào chủ nghĩa giảm thiểu - giảm các phần của hệ thống chính (còn được gọi là holons) thành các thành phần ngày càng giảm (Kasser & Mackley, 2008). Ngược lại, tư duy hệ thống nhìn vào bức tranh lớn hơn và cách hệ thống hoặc bộ phận tương tác với các holon khác, đồng thời nhận ra các vòng lặp và mối quan hệ giữa các holon. Điều này thường có thể dẫn đến kết luận khác biệt rõ rệt với những kết luận được tạo ra từ việc sử dụng các phương pháp phân tích truyền thống, nhưng nó cũng có thể giúp xác định các hành vi nổi lên của holons và khả năng xảy ra các kết quả không mong muốn - mong đợi điều không mong muốn. Bằng cách thực hiện các bước này, việc xác định các giải pháp mới và hiệu quả hơn cho các vấn đề phức tạp và lặp lại trở nên dễ dàng hơn,đồng thời cải thiện sự phối hợp trong tổ chức.
Trong công nghiệp, các kỹ sư hệ thống được yêu cầu làm việc với một số bên liên quan khác nhau, mỗi bên có quan điểm riêng về thiết kế và phát triển sản phẩm được yêu cầu. Ví dụ, nếu một tổ chức hàng không vũ trụ xem xét việc phát triển khái niệm về một loại máy bay dân dụng mới, sẽ có nhiều bên liên quan được đề cập, bao gồm các nhà cung cấp vật liệu và dịch vụ, hành khách và phi hành đoàn, và các cơ quan cấp chứng chỉ nhóm kỹ sư trực tiếp tham gia vào dự án. Hình 2 cho thấy các bên liên quan điển hình trong hệ thống hàng không dân dụng, chia chúng thành bốn giao diện hệ thống chính: kinh tế xã hội, quy định, kỹ thuật và con người. Bằng cách xác định các giao diện này, các kỹ sư hệ thống có thể lập kế hoạch khi cần tương tác với các hệ thống cụ thể và đơn giản hóa việc phát triển và vận hành,ghi lại quá trình trong suốt.
Hình 2 - Các bên liên quan điển hình trong hệ thống hàng không dân dụng. (Moir & Seabridge, 2013)
Mỗi bên liên quan phụ thuộc lẫn nhau với những bên khác trong cùng một giao diện. Ví dụ, khi xin giấy chứng nhận kiểu loại, một số nguyên mẫu phải được sản xuất để trải qua các thử nghiệm khác nhau và chương trình bảo dưỡng phải được thực hiện cùng nhau để hỗ trợ khả năng vận hành liên tục sau khi thiết kế được phê duyệt. Điều này được đệ trình cùng với kết quả kiểm tra của nguyên mẫu cho các cơ quan quản lý - nếu hài lòng với các khía cạnh an toàn, sức khỏe và môi trường của nguyên mẫu - phê duyệt nguyên mẫu và cơ quan đủ điều kiện hàng không cấp chứng chỉ kiểu loại (MAWA, 2014). Các quy định khác sau đó phải được tuân thủ để máy bay giữ được chứng chỉ kiểu loại và Giấy chứng nhận đủ điều kiện bay nếu không sẽ bị coi là không an toàn khi bay.Do đó, các kỹ sư hệ thống phải hiểu các quy định mà máy bay phải tuân theo trong suốt vòng đời của nó và lập kế hoạch các phương pháp để duy trì nó ở tiêu chuẩn bay.
Công việc của một kỹ sư hệ thống không hoàn thành một khi khái niệm đã trở thành một sản phẩm. Sau đó, họ phải làm việc với đội bảo trì để giữ cho sản phẩm an toàn và có thể sử dụng cho đến khi sản phẩm ngừng hoạt động. Hình 3 cho thấy vòng đời của một chiếc máy bay theo quan điểm của Cơ quan Hàng không Dân dụng (CAA) và cách thức mà các kỹ sư hệ thống và quản lý sản phẩm trong hàng không sẽ phải làm việc với CAA trong suốt vòng đời.
Hình 3 - Vòng đời của máy bay (Cơ quan Hàng không Dân dụng New Zealand, 2009)
Kết thúc tất cả
Kỹ thuật hệ thống là "năng lực cốt lõi quan trọng" để thành công trong ngành hàng không vũ trụ. Đầu tiên và quan trọng nhất là quản lý sự phức tạp để có được thiết kế phù hợp, sau đó là duy trì và nâng cao tính toàn vẹn kỹ thuật của nó (NASA, 2009). Theo quản trị viên NASA Michael D. Griffin trong bài thuyết trình năm 2007 của mình, Kỹ thuật hệ thống và 'Hai nền văn hóa' của Kỹ thuật , kỹ thuật hệ thống giúp cung cấp sự cân bằng của tất cả các hệ thống con để kết hợp thành một hệ thống sẽ tiếp tục qua giai đoạn thiết kế sơ bộ và do đó hoàn thành các yêu cầu của khách hàng mà nó đã được thiết kế một cách rõ ràng (Griffin, 2007).
Bằng cách xem xét sự phát triển khái niệm của một máy bay dân dụng và xem xét các bên liên quan khác nhau và các giao diện hệ thống liên quan đến vòng đời của máy bay, dù trực tiếp hay gián tiếp, rõ ràng là các kỹ sư hệ thống có nhiều trách nhiệm và quan điểm để quản lý bên ngoài hệ thống kỹ thuật tiếp tục được giải quyết và quản lý ngay cả sau khi giai đoạn thiết kế sơ bộ đã hoàn thành. Bằng cách đảm bảo rằng họ hiểu đầy đủ về mức độ của mục tiêu cuối cùng của sản phẩm cuối cùng và đánh giá cao tác động của nó đối với các bên liên quan khác nhau, các kỹ sư hệ thống có thể xác định các yếu tố đầu vào cần thiết để đạt được các mục tiêu này trong thời hạn và ngân sách đã định.
Mặc dù kỹ thuật hệ thống có thể có các hình thức khác nhau tùy thuộc vào ngành và sở thích của tổ chức, nhưng các phương pháp cơ bản được sử dụng vẫn nhất quán và mục đích vẫn như cũ: tìm ra thiết kế tốt nhất để đáp ứng các yêu cầu. Trong bất kỳ dự án kỹ thuật nào sẽ có một số hệ thống con chuyên biệt cần được tập hợp lại với nhau để đảm bảo rằng kết quả cuối cùng của dự án đáp ứng các thông số kỹ thuật ở mức tốt nhất có thể.
Người giới thiệu
3dsCATIA. (2011, ngày 30 tháng 9). "Kỹ thuật Hệ thống" là gì? - Thu tiểu học. Lấy từ YouTube:
Aronson, D. (nd). Tổng quan về Tư duy Hệ thống. Truy cập năm 2016, từ Trang Tư duy:
Bộ Quốc phòng. (1998). Sổ tay Thiết kế Độ bền Điện tử MIL-HBK-338B. Virginia: Văn phòng Tiêu chuẩn và Chất lượng Quốc phòng.
TĂNG. (nd). Kỹ thuật Hệ thống là gì? Truy cập năm 2016, từ INCOSE Vương quốc Anh:
TĂNG. (2009, tháng 3). z Hướng dẫn 3: Tại sao nên đầu tư vào Kỹ thuật Hệ thống? Lấy từ INCOSE Vương quốc Anh:
Kasser, J., & Mackley, T. (2008). Áp dụng tư duy hệ thống và sắp xếp nó vào kỹ thuật hệ thống. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. & Seabridge, A. (2013). Thiết kế và Phát triển Hệ thống Máy bay (xuất bản lần thứ 2). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). Nghệ thuật và Khoa học của Kỹ thuật Hệ thống. NASA.
© 2016 Claire Miller