Systemtechnik

Systemtechnik werden in komplexen Projekten verwendet: Raumschiff -Design, Computerchip -Design, Robotik, Software -Integration und Brückengebäude. Systemtechnik verwendet eine Vielzahl von Tools, die enthalten Modellierung und Simulation, Bedarf Analyse und Planung, um die Komplexität zu verwalten.

Systemtechnik ist ein interdisziplinär Bereich Ingenieurwesen und Engineering Management Das konzentriert sich auf das Entwerfen, Integrieren und Verwalten Komplexe Systeme über ihre Lebenszyklen. Im Kern nutzt Systemtechnik Systemdenken Prinzipien zur Organisation dieses Wissens. Das individuelle Ergebnis solcher Bemühungen, und technisches System, kann als eine Kombination von Komponenten definiert werden, in denen arbeiten Synergie kollektiv eine nützliche durchführen Funktion.

Probleme wie Anforderungen Engineering, Verlässlichkeit, Logistik, Koordination verschiedener Teams, Tests und Bewertung, Wartbarkeit und viele andere Disziplinen Für erfolgreiche Systemdesign, -entwicklung, -implementierung und endgültige Stilllegung werden beim Umgang mit großen oder komplexen Projekten schwieriger. Systemtechnik befasst sich mit Arbeitsverfahren, Optimierungsmethoden und Risikomanagement Tools in solchen Projekten. Es überlappt technische und menschlichzentrierte Disziplinen wie z. Wirtschaftsingenieurwesen, Prozesssystemtechnik, Maschinenbau, Fertigungstechnik, Fertigungstechnik, Steuerungstechnik, Softwareentwicklung, Elektrotechnik, Kybernetik, Raumfahrttechnik, Organisationsstudien, Tiefbau und Projektmanagement. Systemtechnik stellt sicher, dass alle wahrscheinlichen Aspekte eines Projekts oder eines Systems in ein Ganzes berücksichtigt und integriert werden.

Der Systemtechnik -Prozess ist ein Entdeckungsprozess, der sich einem Herstellungsprozess ganz nicht ausmacht. Ein Herstellungsprozess konzentriert sich auf sich wiederholende Aktivitäten, die hochwertige Ergebnisse mit Mindestkosten und Zeit erzielen. Der Systemtechnikprozess muss zunächst die realen Probleme ermitteln, die gelöst werden müssen, und die Wahrscheinlichkeit der wahrscheinlichsten oder höchsten Auswirkungen auftreten - Systemtechnik beinhaltet das Auffinden von Lösungen für diese Probleme.

Geschichte

QFD Haus der Qualität Für Unternehmensproduktentwicklungsprozesse

Der Begriff Systemtechnik kann zurückverfolgt werden Bell Telefonlabors In den 1940er Jahren.[1] Die Notwendigkeit, die Eigenschaften eines Systems als Ganzes zu identifizieren und zu manipulieren, das in komplexen Ingenieurprojekten stark von der Summe der Eigenschaften der Teile abweichen kann, motivierten verschiedene Branchen, insbesondere die Entwicklungssysteme für das US -Militär, um die Disziplin anzuwenden.[2][3]

Als es nicht mehr möglich war, sich auf die Designentwicklung zu verlassen, um ein System zu verbessern, und die vorhandenen Werkzeuge nicht ausreichten, um die wachsenden Anforderungen zu erfüllen, wurden neue Methoden entwickelt, die sich direkt mit der Komplexität befassten.[4] Die kontinuierliche Entwicklung des Systemtechnik umfasst die Entwicklung und Identifizierung neuer Methoden und Modellierungstechniken. Diese Methoden unterstützen das bessere Verständnis der Konstruktion und der Entwicklungskontrolle von technischen Systemen, wenn sie komplexer werden. Beliebte Tools, die häufig im Systementechnikkontext verwendet werden, wurden in diesen Zeiten entwickelt, einschließlich USL, Uml, QFD, und Idef.

Im Jahr 1990 eine professionelle Gesellschaft für Systemtechnik, die, die Nationaler Rat für Systemtechnik (NCose) wurde von Vertretern einer Reihe von US -amerikanischen Unternehmen und Organisationen gegründet. NCOSE wurde erstellt, um die Notwendigkeit von Verbesserungen der Systemtechnikpraktiken und der Ausbildung zu befriedigen. Infolge der wachsenden Beteiligung von Systemingenieuren außerhalb der USA wurde der Name der Organisation in die geändert Internationaler Rat für Systemtechnik (Incose) im Jahr 1995.[5] Schulen in mehreren Ländern bieten Graduiertenprogramme in Systemtechnik an und bieten Weiterbildung Optionen sind auch für praktizierende Ingenieure verfügbar.[6]

Konzept

Einige Definitionen
Simon Ramo von einigen als Gründer von Modern System Engineering angesehen, definierte die Disziplin als: "... ein Engineerzweig, der sich auf das Design und die Anwendung des Ganzen konzentriert, das sich von den Teilen unterscheidet und ein Problem in seiner Gesamtheit betrachtet und Bericht übernimmt von allen Facetten und allen Variablen und der Verknüpfung des Sozialen mit dem Technologischen. "[7] — Eroberung Komplexität, 2004.
"Ein interdisziplinärer Ansatz und Mittel, um die Verwirklichung erfolgreicher Systeme zu ermöglichen"[8] — In Betracht ziehen Handbuch, 2004.
"System Engineering ist ein robuster Ansatz für das Design, die Erstellung und den Betrieb von Systemen. Einfacher Hinsicht besteht der Ansatz aus der Identifizierung und Quantifizierung von Systemzielen, der Erstellung alternativer Systemdesignkonzepte, der Leistung von Designgeschäften, der Auswahl und der Implementierung der Bestes Design, Überprüfung, dass das Design ordnungsgemäß gebaut und integriert ist, sowie nach der Implementierung bewerten, wie gut das System die Ziele erreicht (oder erreicht). "[9] — NASA Systemtechnik Handbuch, 1995.
"Die Kunst und Wissenschaft, effektive Systeme zu schaffen, das gesamte System, das ganze Lebensprinzipien zu verwenden" oder "Die Kunst und Wissenschaft, optimale Lösungssysteme für komplexe Probleme und Probleme zu schaffen"[10] — Derek Hitchins, Prof. of Systems Engineering, ehemaliger Präsident von Incose (UK), 2007.
"Das Konzept aus technischer Sicht ist die Entwicklung des Ingenieurwissenschaftler Außerdem üben Spezialisten ihre gemeinsamen Anstrengungen aus, um eine Lösung zu finden und sie physisch zu erkennen ... die Technik wurde unterschiedlich als Systemansatz oder Teamentwicklungsmethode bezeichnet. "[11] — Harry H. Goode & Robert E. Machol, 1957.
"Die Systemtechnik-Methode erkennt, dass jedes System ein integriertes Ganzes ist, obwohl es aus verschiedenen, spezialisierten Strukturen und Unterfunktionen besteht. Es wird ferner erkannt, dass jedes System eine Reihe von Zielen hat und dass sich das Gleichgewicht zwischen ihnen stark von System zu System unterscheidet. Die Methoden versuchen, die Gesamtsystemfunktionen entsprechend den gewichteten Zielen zu optimieren und die maximale Kompatibilität seiner Teile zu erreichen. "[12] — Systemtechnik Tools von Harold Chestnut, 1965.

Systemtechnik bedeutet nur einen Ansatz und in jüngerer Zeit eine Disziplin im Ingenieurwesen. Ziel der Bildung im Systemtechnik ist es, verschiedene Ansätze einfach zu formalisieren und dabei neue Methoden und Forschungsmöglichkeiten zu identifizieren, die denen ähneln, die in anderen Bereichen des Ingenieurwesens auftreten. Als Ansatz ist Systemtechnik ganzheitlich und interdisziplinär im Geschmack.

Ursprünge und traditioneller Umfang

Der traditionelle Bereich der Ingenieurwesen umfasst die Konzeption, das Design, die Entwicklung, die Produktion und den Betrieb von physischen Systemen. Systemtechnik, wie ursprünglich konzipiert, fällt in diesen Bereich. "Systemtechnik" bezieht sich in diesem Sinne auf den Bau von technischen Konzepten.

Evolution zum breiteren Umfang

Die Verwendung des Begriffs "Systemingenieur" hat sich im Laufe der Zeit entwickelt, um ein breiteres, ganzheitlicheres Konzept von "Systemen" und technischer Prozesse zu nutzen. Diese Entwicklung der Definition war Gegenstand anhaltender Kontroversen,[13] und der Begriff gilt weiterhin sowohl für den schmaleren als auch für den breiteren Umfang.

Das traditionelle Systemtechnik wurde im klassischen Sinne als Zweig der Ingenieurwesen angesehen, dh nur für physikalische Systeme wie Raumfahrzeuge und Flugzeuge. In jüngerer Zeit hat sich Systemtechnik zu einer umfassenderen Bedeutung entwickelt, insbesondere wenn Menschen als wesentlicher Bestandteil eines Systems angesehen wurden. Peter ChecklandErfasst beispielsweise die breitere Bedeutung von Systemtechnik, indem er feststellt, dass "Engineering" im allgemeinen Sinne gelesen werden kann; Sie können ein Treffen oder eine politische Vereinbarung entwickeln. "[14]: 10

In Übereinstimmung mit dem breiteren Umfang der Systemtechnik, die Systeme Engineering Codes of Knowledge (Sebok)[15] Hat drei Arten von Systemtechnik definiert: (1) Product Systems Engineering (PSE) ist das traditionelle Systemtechnik, das sich auf die Gestaltung physischer Systeme konzentriert, die aus Hardware und Software bestehen. (2) Enterprise Systems Engineering (ESE) bezieht sich auf die Ansicht von Unternehmen, Organisationen oder Kombinationen von Organisationen, als Systeme. (3) Service Systems Engineering (SSE) hat mit dem Engineering von Service -Systemen zu tun. Checkland[14] Definiert ein Service -System als ein System, das als dienend ein anderes System konzipiert wird. Die meisten zivilen Infrastruktursysteme sind Dienstleistungssysteme.

Ganzheitliche Sichtweise

Systemtechnik konzentriert sich auf die Analyse und Erleichterung der Kundenbedürfnisse und die erforderliche Funktionalität zu Beginn des Entwicklungszyklus, das Dokumentieren von Anforderungen und die Anschließung mit der Designsynthese und der Systemvalidierung, während das vollständige Problem berücksichtigt wird, die Systemlebenszyklus. Dies beinhaltet das vollständige Verständnis aller von der Stakeholder beteiligt. Oliver et al. behaupten, dass der Systemtechnikprozess in der Systeme zersetzt werden kann

  • a Technischer Prozess der Systemtechnik, und
  • a Systementechnikmanagementprozess.

Innerhalb von Olivers Modell ist es das Ziel des Managementprozesses, die technischen Anstrengungen im Lebenszyklus zu organisieren, während der technische Prozess umfasst Bewertung der verfügbaren Informationen, Definieren von Wirksamkeitsmaßnahmen, zu Erstellen Sie ein Verhaltensmodell, Erstellen Sie ein Strukturmodell, Kompromissanalyse durchführen, und Erstellen Sie einen sequentiellen Build- und Testplan.[16]

Abhängig von ihrer Anwendung wollen alle mehrere Modelle in der Branche verwendet, und alle zielen darauf ab, die Beziehung zwischen den verschiedenen oben genannten Stufen zu identifizieren und Feedback zu berücksichtigen. Beispiele für solche Modelle sind die Wasserfall-Modell und die VEE -Modell (auch V -Modell genannt). [17]

Interdisziplinäres Feld

Die Systementwicklung erfordert häufig einen Beitrag aus verschiedenen technischen Disziplinen.[18] Durch Bereitstellung eines Systems (ganzheitlich) Ansicht der Entwicklungsbemühungen hilft Systemtechnik dabei, alle technischen Mitwirkenden zu einem einheitlichen Teambemühungen zu formulieren und einen strukturierten Entwicklungsprozess zu bilden, der vom Konzept zur Produktion zum Betrieb und in einigen Fällen bis zur Beendigung und Entsorgung verläuft. Bei einer Akquisition kombiniert die ganzheitliche integrative Disziplin Beiträge und Guthaben Kompromisse zwischen Kosten, Zeitplan und Leistung und gleichzeitig ein akzeptables Risiko, das den gesamten Lebenszyklus des Artikels abdeckt.[19]

Diese Perspektive wird häufig in Bildungsprogrammen repliziert, in denen Systemtechnikkurse von Fakultäten von anderen Ingenieurabteilungen unterrichtet werden, was zur Schaffung eines interdisziplinären Umfelds beiträgt.[20][21]

Komplexität verwalten

Der Bedarf an Systemtechnik entstand mit zunehmender Komplexität von Systemen und Projekten, was wiederum exponentiell die Möglichkeit einer Komponentenreibung und damit der Unzuverlässigkeit des Designs erhöht. In diesem Zusammenhang beinhaltet die Komplexität nicht nur technische Systeme, sondern auch die logische menschliche Organisation von Daten. Gleichzeitig kann ein System aufgrund einer Erhöhung der Größe sowie einer Zunahme der Datenmenge, Variablen oder der Anzahl der an der Design beteiligen Felder komplexer werden. Das Internationale Raumstation ist ein Beispiel für ein solches System.

Das Internationale Raumstation ist ein Beispiel für ein sehr komplexes System, das Systemtechnik erfordert.

Die Entwicklung der intelligenteren Kontrolle Algorithmen, Mikroprozessordesign und Analyse von Umgebungssystemen fällt auch im Bestand der Systemtechnik. Systemtechnik fördert die Verwendung von Werkzeugen und Methoden, um die Komplexität in Systemen besser zu verstehen und zu verwalten. Einige Beispiele für diese Tools sind hier zu sehen:[22]

Annehmen interdisziplinär Der Ansatz für technische Systeme ist von Natur aus komplex, da die Verhalten von und Interaktion zwischen Systemkomponenten ist nicht immer sofort gut definiert oder verstanden. Solche definieren und charakterisieren Systeme und Subsysteme und die Interaktionen zwischen ihnen sind eines der Ziele des Systemtechnik. Dabei wird die Lücke zwischen informellen Anforderungen von Benutzern, Betreibern, Marketingorganisationen und technischen Spezifikationen erfolgreich überbrückt.

Zielfernrohr

Der Umfang der Systemtechnik -Aktivitäten[23]

Eine Möglichkeit, die Motivation hinter System Engineering zu verstehen, besteht darin, sie als Methode oder Praxis zu betrachten, um gemeinsame Regeln zu identifizieren und zu verbessern, die innerhalb einer Vielzahl von Systemen existieren. Bedenken Sie dies, die Prinzipien der Systemtechnik - Holismus, aufstrebendes Verhalten, Grenze, et al. - kann auf jedes komplexe oder auf andere Weise angewendete System angewendet werden Systemdenken ist auf allen Ebenen beschäftigt.[24] Neben Verteidigung und Luft- und Raumfahrt erfordern viele Informations- und technologische Unternehmen, Softwareentwicklungsunternehmen und Branchen im Bereich Elektronik und Kommunikation Systemingenieure als Teil ihres Teams.[25]

Eine Analyse des Incose Systems Engineering Center of Excellence (SECOE) zeigt, dass die optimale Anstrengungen für Systemtechnik etwa 15–20% der gesamten Projektbemühungen beträgt.[26] Gleichzeitig haben Studien gezeigt, dass Systemtechnik im Wesentlichen zu einer Reduzierung der Kosten unter anderem die Kosten führt.[26] Bis vor kurzem wurde jedoch keine quantitative Umfrage in größerem Umfang durchgeführt, das eine Vielzahl von Branchen umfasst. Solche Studien sind im Gange, um die Wirksamkeit zu bestimmen und die Vorteile von Systemtechnik zu quantifizieren.[27][28]

Systemtechnik fördert die Verwendung von Modellierung und Simulation Validierung von Annahmen oder Theorien über Systeme und die Interaktionen in ihnen.[29][30]

Verwendung von Methoden, die eine frühzeitige Erkennung möglicher Fehler ermöglichen, in Sicherheitstechnik, sind in den Entwurfsprozess integriert. Gleichzeitig können Entscheidungen zu Beginn eines Projekts, dessen Konsequenzen nicht klar verstanden werden, später im Leben eines Systems enorme Auswirkungen haben, und es ist die Aufgabe des modernen Systemingenieurs, diese Probleme zu untersuchen und kritische Entscheidungen zu treffen. Keine Methode garantiert, dass die heutigen Entscheidungen weiterhin gültig sind, wenn ein System Jahre oder Jahrzehnte nach der ersten Konzeption in Dienstleistungen geht. Es gibt jedoch Techniken, die den Prozess des Systemtechnik unterstützen. Beispiele sind die Methode der Soft Systems, Methodik, Jay Wright Forrester's Systemdynamik Methode und die Einheitliche Modellierungssprache (UML) - Alle derzeit untersucht, bewertet und entwickelt, um den technischen Entscheidungsprozess zu unterstützen.

Ausbildung

Hauptartikel: Liste der Systemtechnik an Universitäten

Ausbildung im Systemtechnik wird häufig als Erweiterung der regulären Ingenieurkurse angesehen,[31] Spiegelt die Einstellung der Branche wider, dass Ingenieurstudenten einen grundlegenden Hintergrund in einer der traditionellen Ingenieurdisziplinen benötigen (z. B.,,, Raumfahrttechnik, Tiefbau, Elektrotechnik, Maschinenbau, Fertigungstechnik, Wirtschaftsingenieurwesen, Chemieingenieurwesen)-Praktische, reale Erfahrung, um als Systemingenieure effektiv zu sein. Die Studienprogramme der Studenten der Universität explizit im Systemtechnik wachsen jedoch, bleiben jedoch ungewöhnlich BS im Industrie -Engineering. In der Regel werden Programme (entweder für sich selbst oder in Kombination mit interdisziplinärer Studie) auf der Ebene der Absolventen sowohl in akademischen als auch in professionellen Strecken angeboten, was zur Gewährung von beiden führt FRAU/Meng oder Ph.D./Eng Grad.

In Betracht ziehenin Zusammenarbeit mit dem System Engineering Research Center unter Stevens Institute of Technology unterhält ein regelmäßig aktualisiertes Verzeichnis weltweiter akademischer Programme an geeigneten akkreditierten Institutionen.[6] Ab 2017 sind über 140 Universitäten in Nordamerika aufgeführt, die mehr als 400 Studenten- und Graduiertenprogramme in Systemtechnik anbieten. Die weit verbreitete institutionelle Anerkennung des Feldes als eigenständige Subdisziplin ist ziemlich neu. In der Ausgabe derselben Veröffentlichung von 2009 berichtete die Anzahl solcher Schulen und Programme von nur 80 bzw. 165.

Bildung im Systemtechnik kann als Systemorientiert oder Domänenzentriert:

  • Systemorientiert Die Programme behandeln Systemtechnik als separate Disziplin und die meisten Kurse werden unterrichtet, die sich auf Systementechnik und Praxis konzentrieren.
  • Domänenzentriert Programme bieten Systemtechnik als Option an, die mit einem anderen großen Bereich im Ingenieurwesen ausgeübt werden kann.

Beide Muster bemühen sich, den Systemingenieur zu erziehen, der interdisziplinäre Projekte mit der Tiefe eines Kerngitters überwachen kann.[32]

Systeme Engineering Themen

Systemtechnik -Tools sind Strategien, Verfahren und Techniken, die bei der Durchführung von Systemtechnik auf a helfen Projekt oder Produkt. Der Zweck dieser Tools variiert von der Datenbankverwaltung, dem grafischen Browsing, Simulation und Argumentation bis hin zur Dokumentation von Produktion, neutralem Import/Export und vielem mehr.[33]

System

Es gibt viele Definitionen darüber, was a System ist im Bereich der Systemtechnik. Im Folgenden finden Sie einige maßgebliche Definitionen:

  • Ansi/UVP-632-1999: "Eine Aggregation von Endprodukten und Ermöglichung von Produkten, einen bestimmten Zweck zu erreichen."[34]
  • Dau Fundamentals der Systemtechnik: "Eine integrierte Komposit aus Personen, Produkten und Prozessen, die eine Fähigkeit bieten, ein angegebenes Bedürfnis oder ein Ziel zu erfüllen."[35]
  • IEEE STD 1220-1998: "Ein Satz oder eine Anordnung von Elementen und Prozessen, die verwandt sind und deren Verhalten die Kunden-/Betriebsbedürfnisse erfüllt und die Lebenszyklus-Nachhalte der Produkte ermöglicht."[36]
  • In Betracht ziehen Systemtechnik Handbuch: "Homogene Entität, die vordefiniertes Verhalten in der realen Welt aufweist und aus heterogenen Teilen besteht, die dieses Verhalten und eine integrierte Konfiguration von Komponenten und/oder Subsystemen nicht individuell aufweisen."[37]
  • In Betracht ziehen: "Ein System ist ein Konstrukt oder eine Sammlung verschiedener Elemente, die gemeinsam Ergebnisse erzielen, die allein nicht von den Elementen erhalten werden können. Die Elemente oder Teile können Personen, Hardware, Software, Einrichtungen, Richtlinien und Dokumente umfassen. Um Ergebnisse auf Systemebene zu produzieren. Die Ergebnisse umfassen Qualitäten der Systemebene, Eigenschaften, Merkmale, Funktionen, Verhalten und Leistung. Der Wert, der vom System als Ganzes hinzugefügt wird, über die unabhängig von den Teilen beigetragen wird, wird hauptsächlich durch die Beziehung unter den Beziehung erzeugt Teile; das heißt, wie sie miteinander verbunden sind. "[38]
  • ISO/IEC 15288: 2008: "Eine Kombination von interagierenden Elementen, die organisiert sind, um einen oder mehrere angegebene Zwecke zu erreichen."[39]
  • NASA Systemtechnik Handbuch: "(1) Die Kombination von Elementen, die zusammen funktionieren, um die Fähigkeit zu erfüllen, einen Bedarf zu erfüllen. Zu den Elementen gehören alle Hardware, Software, Geräte, Einrichtungen, Personal, Prozesse und Verfahren, die für diesen Zweck benötigt werden. (2) Das Endprodukt (das Betriebsfunktionen ausführt) und Produkte (die Lebenszyklusunterstützungsdienste für die operativen Endprodukte ermöglichen), aus denen ein System besteht. "[40]

Systemtechnik Prozesse

Systeme Engineering -Prozesse umfassen alle kreativen, manuellen und technischen Aktivitäten, die zur Definition des Produkts erforderlich sind und die durchgeführt werden müssen, um eine Systemdefinition in eine ausreichend detaillierte Systementwurfsspezifikation für die Produktherstellung und -bereitstellung umzuwandeln. Das Design und die Entwicklung eines Systems kann in vier Stufen unterteilt werden, jeweils mit unterschiedlichen Definitionen:[41]

  • Aufgabendefinition (informative Definition),
  • konzeptionelle Stufe (Kardinaldefinition),
  • Designstufe (formative Definition) und
  • Implementierungsphase (Fertigungsdefinition).

Abhängig von ihrer Anwendung werden Tools für verschiedene Phasen des Systemtechnikverfahrens verwendet:[23]

Systems Engineering Process.jpg

Verwenden von Modellen

Modelle Spielen Sie eine wichtige und vielfältige Rolle in der Systemtechnik. Ein Modell kann auf verschiedene Arten definiert werden, einschließlich:[42]

  • Eine Abstraktion der Realität, die spezifische Fragen zur realen Welt beantworten soll
  • Eine Nachahmung, eine Analogie oder eine Darstellung eines realen Prozesses oder einer realen Welt; oder
  • Ein konzeptionelles, mathematisches oder physisches Instrument zur Unterstützung eines Entscheidungsträgers.

Zusammen sind diese Definitionen breit genug, um physische Engineering -Modelle zu umfassen, die zur Überprüfung eines Systemdesigns sowie schematische Modelle wie a verwendet werden Funktionaler Flussblockdiagramm und mathematische (d. H. Quantitative) Modelle, die im Handelsstudienprozess verwendet werden. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf das letzte.[42]

Der Hauptgrund für die Verwendung Mathematische Modelle und Diagramme In Handelsstudien soll Schätzungen der Systemeffektivität, Leistung oder technischen Attribute und Kosten aus einer Reihe von bekannten oder schätzbaren Größen vorgenommen werden. In der Regel ist eine Sammlung separater Modelle erforderlich, um alle diese Ergebnisvariablen bereitzustellen. Das Herzstück eines mathematischen Modells ist eine Reihe sinnvoller quantitativer Beziehungen zwischen seinen Eingaben und Ausgaben. Diese Beziehungen können so einfach sein wie das Addieren von konstituierenden Größen, um eine Gesamtsumme zu erhalten, oder so komplex wie eine Reihe von Differentialgleichungen, die die Flugbahn eines Raumfahrzeugs in einem Gravitationsfeld beschreiben. Im Idealfall drücken die Beziehungen Kausalität aus, nicht nur Korrelation.[42] Darüber hinaus sind der Schlüssel zu erfolgreichen Systemtechnikaktivitäten auch die Methoden, mit denen diese Modelle effizient und effektiv verwaltet und zur Simulation der Systeme verwendet werden. In verschiedenen Domänen sind jedoch häufig wiederkehrende Probleme der Modellierung und Simulation für Systemtechnik auftreten, und neue Fortschritte zielen darauf ab, die Methoden zwischen unterschiedlichen wissenschaftlichen und technischen Gemeinschaften unter dem Titel „Modellierung und Simulationsbasis System Engineering“ zu überschreiten.[43]

Modellierung von Formalismen und grafischen Darstellungen

Wenn der Hauptzweck eines Systemingenieurs darin besteht, ein komplexes Problem zu verstehen, werden grafische Darstellungen eines Systems verwendet, um die Funktions- und Datenanforderungen eines Systems zu kommunizieren.[44] Gemeinsame grafische Darstellungen umfassen:

Eine grafische Darstellung bezieht die verschiedenen Subsysteme oder Teile eines Systems durch Funktionen, Daten oder Schnittstellen. Jede oder jede der oben genannten Methoden wird in einer Branche anhand ihrer Anforderungen verwendet. Beispielsweise kann das N2 -Diagramm verwendet werden, wenn Schnittstellen zwischen Systemen wichtig sind. Ein Teil der Entwurfsphase besteht darin, strukturelle und Verhaltensmodelle des Systems zu erstellen.

Sobald die Anforderungen verstanden sind, liegt es nun in der Verantwortung eines Systemingenieurs, sie zu verfeinern und zusammen mit anderen Ingenieuren die beste Technologie für einen Job zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt beginnend mit einer Handelsstudie fördert Systemtechnik die Verwendung gewichteter Auswahl, um die beste Option zu ermitteln. EIN Entscheidungsmatrix, oder Pugh -Methode, ist ein Weg (QFD ist ein anderer), um diese Wahl zu treffen, während sie alle wichtigen Kriterien berücksichtigt. Die Handelsstudie informiert wiederum das Design, das sich erneut auf die grafischen Darstellungen des Systems auswirkt (ohne die Anforderungen zu ändern). In einem SE -Prozess repräsentiert diese Phase den iterativen Schritt, der durchgeführt wird, bis eine praktikable Lösung gefunden wird. Eine Entscheidungsmatrix wird häufig unter Verwendung von Techniken wie statistischer Analyse, Zuverlässigkeitsanalyse, Systemdynamik (Feedback Control) und Optimierungsmethoden besiedelt.

Andere Werkzeuge

Systemmodellierungssprache (SYSML), eine Modellierungssprache für Systeme Engineering -Anwendungen, unterstützt die Spezifikation, Analyse, Design, Überprüfung und Validierung eines breiten Spektrums komplexer Systeme.[45]

Lebenszyklus -Modellierungssprache (LML) ist eine offene Modellierungssprache, die für Systemtechnik entwickelt wurde, die den vollständigen Lebenszyklus unterstützt: Konzept-, Nutzungs-, Unterstützungs- und Ruhestandsstadien.[46]

Verwandte Felder und Unterfelder

Viele verwandte Felder können als eng an die Systemtechnik gekoppelt angesehen werden. Die folgenden Bereiche haben zur Entwicklung von Systemtechnik als eigenständige Einheit beigetragen:

Cognitive Systems Engineering
Cognitive Systems Engineering (CSE) ist ein spezifischer Ansatz für die Beschreibung und Analyse von Human-Maschine-Systemen oder Soziotechnische Systeme.[47] Die drei Hauptthemen von CSE sind, wie Menschen mit Komplexität umgehen, wie die Arbeit durch die Verwendung von Artefakten erreicht wird und wie menschliche Maschinensysteme und sozio-technische Systeme als gemeinsame kognitive Systeme bezeichnet werden können. CSE ist seit seinem Anfang zu einer anerkannten wissenschaftlichen Disziplin geworden, manchmal auch als als bezeichnet Kognitive Engineering. Das Konzept eines gemeinsamen kognitiven Systems (JCS) wird insbesondere weit verbreitet, um zu verstehen, wie komplexe sozio-technische Systeme mit unterschiedlichem Auflösungsgraden beschrieben werden können. Die mehr als 20 Jahre Erfahrung mit CSE wurden ausführlich beschrieben.[48][49]
Konfigurationsmanagement
Wie Systemtechnik, Konfigurationsmanagement wie in der praktiziert Verteidigung und Luft-und Raumfahrtindustrie ist eine breite Praxis auf Systemebene. Das Feld entspricht den Aufgaben der Systemtechnik; Wenn Systemtechnik mit Anforderungenentwicklung, Zuordnung zu Entwicklungselementen und Überprüfung, Konfigurationsmanagement mit Anforderungen erfasst, Rückverfolgbarkeit des Entwicklungselements und Prüfung des Entwicklungselements, um sicherzustellen Die Verifizierungstechnik hat sich durch objektive Tests bewährt.
Steuerungstechnik
Steuerungstechnik und seine Gestaltung und Implementierung von Kontroll systemeIn fast jeder Branche wird ein großes Unterfeld der Systemtechnik verwendet. Die Geschwindigkeitsregelung eines Automobils und des Leitsystems für eine ballistische Rakete sind zwei Beispiele. Control Systems Theory ist ein aktives Feld angewandter Mathematik, das die Untersuchung von Lösungsräumen und die Entwicklung neuer Methoden zur Analyse des Kontrollprozesses umfasst.
Wirtschaftsingenieurwesen
Wirtschaftsingenieurwesen ist ein Zweig von Ingenieurwesen Dies betrifft die Entwicklung, Verbesserung, Implementierung und Bewertung integrierter Systeme von Menschen, Geld, Wissen, Informationen, Geräten, Energie, Material und Prozess. Die Industrie -Engineering stützt sich auf die Prinzipien und Methoden der technischen Analyse und Synthese sowie auf mathematische, physische und soziale Wissenschaften sowie die Prinzipien und Methoden der technischen Analyse und des Designs, um Ergebnisse zu spezifizieren, vorherzusagen und zu bewerten, die aus solchen Systemen erhalten wurden.
Schnittstellen-Design
Schnittstellen-Design und seine Spezifikation befasst sich mit der Versicherung, dass die Teile eines Systems mit anderen Teilen des Systems und nach Bedarf mit externen Systemen zusammenarbeiten. Das Interface-Design umfasst auch die Versicherung, dass Systemoberflächen neue Funktionen akzeptieren können, einschließlich mechanischer, elektrischer und logischer Schnittstellen, einschließlich reservierter Drähte, Steckerraum, Befehlscodes und Bits in Kommunikationsprotokollen. Dies ist bekannt als als Erweiterbarkeit. Menschliche interaktion mit dem Computer (HCI) oder Human-Machine-Schnittstelle (HMI) ist ein weiterer Aspekt des Schnittstellendesigns und ein kritischer Aspekt der modernen Systemtechnik. Systementechnik Prinzipien werden im Design von angewendet Kommunikationsprotokolle zum lokale Netzwerke und Weite Flächennetzwerke.
Mechatronik
MechatronikWie Systemtechnik ist ein multidisziplinäres Gebiet des Engineerings, das dynamische Systemmodellierung verwendet, um materielle Konstrukte auszudrücken. In dieser Hinsicht ist es fast nicht von Systemtechnik zu unterscheiden, aber was es auszeichnet, ist der Fokus auf kleinere Details und nicht auf größere Verallgemeinerungen und Beziehungen. Als solche unterscheiden sich beide Felder eher durch den Umfang ihrer Projekte als durch die Methodik ihrer Praxis.
Unternehmensforschung
Unternehmensforschung Unterstützt Systemtechnik. Die Instrumente der Operationsforschung werden in Systemanalysen, Entscheidungsfindung und Handelsstudien verwendet. Mehrere Schulen unterrichten SE -Kurse innerhalb der Unternehmensforschung oder Wirtschaftsingenieurwesen Abteilung, die die Rollensysteme in komplexen Projekten hervorheben. UnternehmensforschungKurz gesagt, befasst sich mit der Optimierung eines Prozesses unter mehreren Einschränkungen.[50]
Performance Engineering
Performance Engineering Ist die Disziplin, sicherzustellen, dass ein System die Kundenerwartungen an die Leistung des gesamten Lebens erfüllt. Die Leistung wird normalerweise als die Geschwindigkeit definiert, mit der ein bestimmter Betrieb ausgeführt wird, oder die Fähigkeit, eine Reihe solcher Vorgänge in einer Zeiteinheit auszuführen. Die Leistung kann verschlechtert werden, wenn der Betrieb in der Warteschlange zur Ausführung durch begrenzte Systemkapazität gedrosselt wird. Zum Beispiel die Leistung von a paketgeschaltetes Netzwerk ist durch die End-to-End-Pakettransitverzögerung oder die Anzahl der Pakete in einer Stunde gekennzeichnet. Das Design von Hochleistungssystemen verwendet die Analyse- oder Simulationsmodellierung, während die Abgabe der Hochleistungsimplementierung gründliche Leistungstests beinhaltet. Performance Engineering hängt stark auf Statistiken, Warteschlangenentheorie und Wahrscheinlichkeitstheorie für seine Werkzeuge und Prozesse.
Programmmanagement und Projektmanagement
Programm-Management (oder Programmmanagement) hat viele Ähnlichkeiten mit Systemtechnik, hat jedoch breitere Ursprünge als die technischen Systeme von Systemtechnik. Projektmanagement ist auch eng mit dem Programmmanagement und Systemtechnik verbunden.
Vorschlag Engineering
Vorschlagstechnik ist die Anwendung wissenschaftlicher und mathematischer Prinzipien zum Entwerfen, Konstruktion und Betrieb eines kostengünstigen Vorschlagentwicklungssystems. Grundsätzlich verwendet Vorschlag Engineering das "Systemtechnikprozess"Um einen kostengünstigen Vorschlag zu schaffen und die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Vorschlags zu erhöhen.
Zuverlässigkeitstechnik
Zuverlässigkeitstechnik ist die Disziplin, sicherzustellen, dass ein System die Kundenerwartungen für Zuverlässigkeit während seines gesamten Lebens erfüllt? d.h., es scheitert nicht häufiger als erwartet. Neben der Vorhersage des Scheiterns geht es ebenso um die Verhinderung des Scheiterns. Zuverlässigkeitstechnik gilt für alle Aspekte des Systems. Es ist eng mit damit verbunden mit Wartbarkeit, Verfügbarkeit (Zuverlässigkeit oder Widder bevorzugt von einigen) und Logistiktechnik. Zuverlässigkeitstechnik ist immer ein kritischer Bestandteil des Sicherheitstechnik, wie in Fehlermodi und Effektanalyse (FMEA) und Hazard -Verwerfungsbaum Analyse und von Sicherheitstechnik.
Risikomanagement
Risikomanagement, die Praxis der Bewertung und des Umgangs mit Risiko ist einer der interdisziplinären Teile der Systemtechnik. In der Entwicklung, Übernahme oder Betriebsaktivitäten beinhaltet die Einbeziehung des Risikos in den Kompromiss mit Kosten-, Zeitplan- und Leistungsfunktionen das iterative komplexe Konfigurationsmanagement der Rückverfolgbarkeit und Bewertung für die Zeitplanung und das Anforderungsmanagement über die Domänen hinweg und für die Systemlebenszyklus Dies erfordert den interdisziplinären technischen Ansatz des Systemtechnik. Systemtechnik hat das Risikomanagement einen strukturierten Prozess für das Risikomanagement definiert, maßgeschneidert, implementiert und überwacht, das in den Gesamtaufwand integriert ist.[51]
Sicherheitstechnik
Die Techniken von Sicherheitstechnik Kann von nicht spezialisierten Ingenieuren bei der Gestaltung komplexer Systeme angewendet werden, um die Wahrscheinlichkeit von Sicherheits-Kritischen Fehlern zu minimieren. Die Funktion "System Safety Engineering" hilft bei der Identifizierung von "Sicherheitsrisiken" in aufstrebenden Konstruktionen und kann bei Techniken helfen, die Auswirkungen von (potenziell) gefährlichen Bedingungen zu "mildern", die nicht aus Systemen ausgelegt werden können.
Planung
Planung ist eines der Systeme Engineering Support -Tools als Praxis und Element bei der Beurteilung interdisziplinärer Bedenken im Konfigurationsmanagement. Insbesondere die direkte Beziehung von Ressourcen, Leistungsmerkmalen und Risiken für die Dauer einer Aufgabe oder die Abhängigkeitsverbindungen zwischen Aufgaben und Auswirkungen über die Systemlebenszyklus sind Systeme für Systemtechnik.
Sicherheitstechnik
Sicherheitstechnik kann als als angesehen werden interdisziplinär Feld, das die integriert Übungsgemeinschaft Für Steuerungssysteme, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Systemtechnik. Es kann solche Unterspezialitäten wie Authentifizierung von Systemnutzern, Systemzielen und anderen: Personen, Objekte und Prozesse.
Softwareentwicklung
Von seinen Anfängen, Softwareentwicklung hat geholfen, moderne Systemtechnik zu formen. Die Techniken, die bei der Behandlung der Komplexität großer softwarsintensiver Systeme verwendet wurden, haben einen großen Einfluss auf die Gestaltung und Umgestaltung der Werkzeuge, Methoden und Prozesse der Systemtechnik.

Siehe auch

Verweise

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