В продолжение первой и второй статьи о Системном Инжиниринге [1,2] необходимо показать какие этапы проходит в своем развитие любая система и сделать небольшое введение в концепцию Жизненного Цикла системы. Мы покажем распространенные модели жизненного цикла, познакомимся с общей кривой обязательств по стоимости жизненного цикла системы.
Жизненный цикл — это как раз те этапы «жизни» любого проекта или системы, которые следуют от рождения до окончания, от создания концепции до утилизации готового продукта. Сама концепция весьма распространена совершенно в разных областях знания — от маркетинга до создания посадочных лунных модулей. И логично, что эта концепция используется в системном инжиниринге — как метод логически разделить разные этапы жизни системы. И более того — роль системной инженерии охватывает весь жизненный цикл системы.
С другой стороны, цель определения жизненного цикла системы заключается в создании основы для удовлетворения потребностей заинтересованных сторон. Системный инженер тесно сотрудничает с менеджером проекта, чтобы адаптировать общий жизненный цикл для удовлетворения конкретных потребностей проекта.
Принятие концепции жизненного цикла позволяет категорировать все мероприятия разработки системы на различаемые и контролируемы фазы.
С точки зрения системного инжиниринга жизненный цикл системы это пошаговая эволюция системы — от концепции через развитие до производства, эксплуатации и наконец окончательной утилизации [3].
Наиболее критичными характеристиками жизненного цикла системы являются — достаточная сложность, удовлетворение важным требованиям потребителей, достаточная протяженность во времени (иногда несколько лет), взаимодействие нескольких взаимовлияющих задач, вовлечение нескольких, или даже многих научных или технических дисциплин, вовлечение нескольких или многих организаций, использование специфических бюджетов и временных рамок (при заданных показателях эффективности) [3].
Система управления жизненным циклом системы может стать отдельной дисциплиной или направлением работы отдельного подразделения или организации.
Можно различить три типа жизненного цикла системы. Это может быть жизненный цикл предприятия, жизненный цикл на основе исследования, разработки, тестирования и принятия в эксплуатацию системы, или жизненный цикл на основе приобретения, производства или покупки системы [4]. Каждый из типов может быть основным или, как можно ожидать, любой из этих типов может входить в общий, большой жизненный цикл системы. На рисунке 1 показаны три основных типа жизненных циклов системы. Они могут применяться или использоваться при создании систем различных назначений или типов.
Рис. 1. Три типа жизненных циклов системы.
Для примера рассмотрим фазы жизненного цикла при разработке нового продукта. Такой цикл можно разделить на следующие фазы:
– Создание концепта;
– Анализ технической реализуемости;
– Разработка;
– Коммерческое одобрение и подготовка производства;
– Полномасштабное производство;
– Поддержка продукта;
– Стадия утилизации.
На стадии создания концепта производится постановка проблемы и очень четко определяется, что за продукт должен появиться, и что ему предназначено делать. Определяются ключевые функции, характеристики производительности, указываются ограничения, устанавливаются критерии оценки качества.
Результатом стадии создания концепта могут быть:
– Набор функциональных требований;
– Идентификация потенциальных барьеров для разработки, производства, и маркетинга предлагаемого продукта;
– Модель для тестирования принципа работы для уменьшения технических неопределенностей;
– Экономический качественный анализ;
– Предварительный маркетинговый отчет для уменьшения финансовых неопределенностей.
Важность этой стадии в том, что, потребляя всего 1 % всей стоимости продукта, она влияет на 70 % стоимости жизненного цикла.
Стадия анализа технической реализуемости служит для подтверждения целевых показателей производительности нового продукта с помощью экспериментов и/или приемлемого инженерного анализа, а также для подтверждения отсутствия технических или экономических барьеров для внедрения [5].
На этой стадии можно выделить следующие шаги:
– Изучение компромиссов;
– Требования к системе и подсистемам (надежность, безопасность, ремонтопригодность, и влияние на окружающую среду);
– Разработка предварительного плана тестирования, методов производства, концепций обслуживания и логистики, и маркетингового плана.
– Предварительная оценка стоимости жизненного цикла системы.
– Подготовка предложения для стадии разработки.
Потребляя 7 % стоимости всего продукта, эта стадия влияет на 85 % стоимости жизненного цикла системы. Важно, что эта стадия должна учитывать технологическую готовность или степень развития используемых технологий.
Понятие технологической готовности было введено агентством NASA в конце 80-х годов как раз для оценки предлагаемых технологий при создании очень дорогих и важных космических программ. Все уровни технологической готовности делились на 9 ступеней — от уровня 1, когда были установлены только простейшие принципы какой-либо технологии или явления, до 9, когда технология прошла испытания временем и работающими на ее основе системами [6]. На стадии анализа технической реализуемости должен быть установлен какой-то определенный уровень технологии, который уже может быть использован в данной системе. Это логично, так как доработка новых технологий в процессе создания системы может в итоге оказаться дороже, чем сама система.
Целями стадии разработки являются подтверждение того, что продукт будет работать как указано с помощью конструирования и тестирования инженерного прототипа или пилотного процесса, а также подготовка необходимых улучшений в материалах, процессах и методах конструирования. Общим подходом для этой стадии является последовательность «построй-испытай-почини-испытай».
На стадии коммерческого одобрения иподготовки кпроизводству разрабатывают собственно технологии производства, устанавливают маркетинговые критерии для доступа продукта на рынок, выбирают производственные процессы, инструменты и технологии, разрабатывают инсталляционные планы, выбирают поставщиков для закупки материалов, компонентов и подсистем, изготавливают прототипы.
И наконец, когда наступает время производства, необходимо создать финальные чертежи, спецификации, диаграммы процессов, установить все процедуры. Необходимо собрать все компоненты продукта и самого производства. Устанавливаются процедуры для контроля качества и стандарты надежности. Заключаются контракты с поставщиками. Устанавливаются процедуры для распределения продукта по торговым сетям и его обслуживания. Строятся производственные площадки или даже заводы. И запускается процесс непрерывного улучшения (если это конечно необходимо).
На стадии поддержки продукта должны быть подготовлены инструкции для установки продукта, его эксплуатации и ремонта. Необходимо провести тренинги для персонала заказчика. Полезно организовать программу технической поддержки и гарантийного сервиса. Возможно, необходимым будет организовать производство и распределение запчастей и расходных материалов. В качестве шагов по улучшению продукта возможно необходимо создавать новые процедуры по эксплуатации и обслуживанию. Необходимо уведомлять заказчиков об изменениях или об окончании обслуживания.
Каждый продукт генерирует отходы на стадии производства, во время использования, и в конце своего полезного существования, что может вызывать проблемы с утилизацией. Вопрос утилизации должен быть поднят на ранних стадиях дизайна продукта или процесса. На стадии утилизации, если таковая необходима, нужна организация изъятия, сбора и уничтожения (переработки) использованного продукта в целях уменьшения влияния на окружающую среду. Сам дизайн продукта должен учитывать возможность утилизации. Крайне полезно организовать изъятие вредных материалов из конечного продукта. Даже при прекращении использования программного обеспечения необходимо подумать, как можно реструктурировать, конвертировать или использовать как-то еще те данные, которые обрабатывались на нем.
Для разных целей или продуктов, или процессов используются разные модели Жизненного Цикла систем. Критериями выбора моделей могут быть — подход выбора решения, временные рамки, статус требований, чувствительность к риску, сложность системы и стабильность окружения. Основными моделями можно назвать последовательную (или модель «Водопад»), инкрементальную, эволюционную и циклическую (спиральную).
Первая модель показана на рисунке 2. В этой модели процессы и мероприятия проходят последовательно, сверху вниз в дискретном линейном порядке. Исходная модель не подразумевает обратной связи между фазами — если, например, требования записаны, то они больше не меняются, либо такая активность будет внеплановой. Всегда возможно изменить исходную модель для введения петель обратной связи. Такая модель больше всего подходит для простых системы с малым количеством альтернатив и низкими рисками. Там, где требования известны и хорошо определены с самого начала. Там, где стоимость, техническая и временная база стабильны. Там, где необходимо в итоге предоставить один продукт.
Рис. 2. Последовательная модель (тип «Водопад»).
В такой модели, благодаря ее простоте есть и недостатки. Например, меры по уменьшению риска отложены на поздние стадии, документальная верификация отложена на поздние стадии, операционные проблемы могут обнаружиться слишком поздно и очень длинные циклы модификаций.
Следующая модель — инкрементальная (рисунок 3), то есть так, при которой последовательные улучшения системы происходят повторяющимися шагами.
Эта модель используется тогда, когда архитектура системы и ее требования хорошо определены и остаются неизменными. А вот дизайн системы может быть улучшен простым добавлением или улучшением какого-либо компонента, что каждый раз может сказаться на улучшении функционировании всей системы. Частичные улучшения могут покрывать часть функциональности или часть критериев производительности, или внедрение на части операционных площадок. Наиболее полезным будет использование этой модели в системах с хорошо определенными с самого начала требованиями; там, где полное финансирование не всегда возможно, но при этом время выхода на рынок критично; там, где нет большого первоначального спроса на продукт; там где система имеет множество возможностей по улучшению, при реализации которых добавляется функциональность.
Рис. 3. Инкрементальная модель Жизненного Цикла систем.
Более сложная модель — эволюционная. Она показана на рисунке 4.
Рис. 4. Эволюционная модель Жизненного Цикла систем.
В этой модели финальный дизайн не обязательно хорошо определен на ранних стадиях. Основной жизненный цикл повторяется для разработки успешной версии системы, которая эксплуатируется, и, на которой выявляются потенциальные места улучшения с помощью обратной связи. Таким образом система эволюционирует до финального дизайна. Такая модель позволяет эволюционировать и используемым технологиям, требованиям и окружению. Наилучшим образом данная модель подходит, когда требования не полностью известны или определены с самого начала; когда пользователи хотят видеть ранние версии системы для лучшего понимания своих требований; когда система является первой в своем роде, имеет сложный интерфейс или является частью быстро меняющегося окружения; когда успешная система добавляет себе функциональность со временем.
Одной из самых сложных моделей является спиральная [7]. На рисунке 5 приведен общий вид такой модели.
Рис. 5. Спиральная модель Жизненного Цикла систем.
Эта модель объединяет эволюционную модель жизненного цикла и оценку рисков. Она включает в себя прототипирование как стратегию уменьшения рисков. Спираль повторяет 5 базовых итеративных шагов:
– Определение целей, альтернатив, ограничений и требований;
– Исследование и оценка альтернатив, идентификация и разрешение рисков;
– Дизайн, разработка и верификация продукта;
– Планирование следующего цикла;
– Оценка результатов текущего цикла.
Лучше всего использовать данную модель, когда программа или продукт содержит высокие риски и указаны уровни пошагового улучшения.
Необходимо помнить, что для больших систем могут использоваться разные модели жизненного цикла для разных подсистем или во время разных фаз. Огромное значение имеет правильное построение жизненного цикла системы еще на ранних стадиях. Влияние разных фаз жизненного цикла системы на общую ее стоимость можно качественно оценить на рисунке 6.
Рис. 6. Влияние разных фаз развития системы на общую стоимость.
Литература:
- Сычёв В. А. Общие вопросы системного Инжиниринга. // Вопросы управления и экономики: современное состояние актуальных проблем: сб. ст. по материалам XIII Международной научно-практической конференции «Вопросы управления и экономики: современное состояние актуальных проблем». — № 7(13). — М., Изд. «Интернаука», 2018. Стр.77–84.
- Сычёв В. А. Процессы и стандарты системного инжиниринга // Интернаука: научный журнал. — № 28(62). — М., Изд. «Интернаука», 2018.
- Systems Engineering Principles and Practice. // Alexander Kossiakoff, William N. Sweet, Samuel J. Seymour, Steven M. Biemer// Wiley. 2nd Edition. May 2011. ISBN: 978–1-119–09504–0. 560 pages.
- Duane W. Hybertson. Model-oriented system engineering science: a unified framework for traditional and complex systems. CRC press. Taylor and Francis group. 2009. ISBN: 978–1-4200–7251–8. 364 pages.
- Feasibility Study Preparation and Analysis. PCH publication. 2007. ASIN: B000VFH16K.
- Technological readiness level. Last updated: Aug 7, 2017. Editor Thuy Mai.URL:https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/engineering/technology/txt_accordion1.html. (дата обращения 24.08.2018).
- Boehm, Barry. Spiral development: experience, principles and refinements// Carnegie-Mellon univ., Pittsburgh PA, Software engineering inst. 2000. AD-a382 590. 47 pages.
