Thursday, January 31, 2019

Systemtechnik - Wikipedia


Systems Engineering-Techniken werden in komplexen Projekten eingesetzt: Raumfahrzeugdesign, Computerchip-Design, Robotik, Software-Integration und Brückenbau. Systems Engineering verwendet eine Vielzahl von Werkzeugen, darunter Modellierung und Simulation, Anforderungsanalyse und Planung zur Verwaltung der Komplexität.

Systems Engineering ist ein interdisziplinäres Gebiet des Engineering und des Engineering-Managements, das sich darauf konzentriert, komplexe Systeme über ihre Systeme zu entwerfen und zu verwalten Lebenszyklen. Im Kern verwendet Systems Engineering die Prinzipien des Systemdenkens, um dieses Wissen zu organisieren. Das individuelle Ergebnis solcher Bemühungen, ein Engineered System kann als eine Kombination von Komponenten definiert werden, die in Synergie zusammenwirken, um gemeinsam eine nützliche Funktion zu erfüllen.

Probleme wie Anforderungs-Engineering, Zuverlässigkeit, Logistik, Koordination verschiedener Teams, Testen und Evaluieren, Wartbarkeit und viele andere Disziplinen, die für eine erfolgreiche Systementwicklung, Design, Implementierung und endgültige Außerbetriebnahme erforderlich sind, werden bei großen oder komplexen Projekten schwieriger . Systems Engineering befasst sich mit Arbeitsabläufen, Optimierungsmethoden und Risikomanagementwerkzeugen in solchen Projekten. Es überlappt technische und menschenzentrierte Disziplinen wie Industrie, Maschinenbau, Maschinenbau, Fertigungstechnik, Steuerungstechnik, Software-Engineering, Elektrotechnik, Kybernetik, Organisationsstudien, Bauingenieurwesen und Projektmanagement. Systems Engineering stellt sicher, dass alle wahrscheinlichen Aspekte eines Projekts oder Systems berücksichtigt und in ein Ganzes integriert werden.

Der Systementwicklungsprozess ist ein Entdeckungsprozess, der sich vom Herstellungsprozess unterscheidet. Ein Herstellungsprozess konzentriert sich auf wiederkehrende Aktivitäten, die mit minimalen Kosten und Zeitaufwand qualitativ hochwertige Ergebnisse erzielen. Der Systementwicklungsprozess muss mit dem Erkennen der tatsächlichen Probleme, die gelöst werden müssen, und dem Ermitteln der wahrscheinlichsten oder höchstmöglichen Ausfälle, die auftreten können, beginnen. System Engineering umfasst die Suche nach Lösungen für diese Probleme.




Geschichte [ edit ]



Der Begriff Systems Engineering lässt sich auf Bell Telephone Laboratories in den 1940er Jahren zurückführen. [1] Die Notwendigkeit, zu identifizieren und zu manipulieren Die Eigenschaften eines Gesamtsystems, die in komplexen Ingenieurprojekten stark von der Summe der Eigenschaften der Teile abweichen können, veranlaßten verschiedene Industrien, insbesondere solche, die Systeme für das US-Militär entwickelten, zur Anwendung der Disziplin. [2]

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 die Komplexität direkt ansprechen. [3] The Die Weiterentwicklung des Systems Engineering umfasst die Entwicklung und Identifizierung neuer Methoden und Modellierungstechniken. Diese Methoden helfen dabei, die Konstruktion und Entwicklungssteuerung von Engineeringsystemen mit zunehmender Komplexität besser zu verstehen. Zu dieser Zeit wurden beliebte Tools entwickelt, die häufig im Zusammenhang mit dem Systems Engineering verwendet werden, darunter USL, UML, QFD und IDEF0.

1990 wurde eine Berufsgesellschaft für Systems Engineering, der National Council on Systems Engineering (NCOSE) (NCOSE) (NCOSE), von Vertretern einer Reihe US-amerikanischer Unternehmen und Organisationen gegründet. NCOSE wurde geschaffen, um den Bedarf an Verbesserungen in der Systemtechnik und der Ausbildung zu decken. Aufgrund des wachsenden Engagements von Systemingenieuren außerhalb der USA wurde der Name der Organisation 1995 in International Council on Systems Engineering (INCOSE) geändert. [4] Schulen in mehreren Ländern bieten Graduiertenprogramme in Systems Engineering an und werden fortgeführt Ausbildungsmöglichkeiten stehen auch für praktizierende Ingenieure zur Verfügung. [5]


Concept [ edit ]


Einige Definitionen
Simon Ramo, der von einigen als Begründer der modernen Systemtechnik angesehen wurde, definierte die Disziplin als: "... einen Ingenieurbereich, der sich auf die Konstruktion und Anwendung des Ganzen als Teil der Komponenten konzentriert und auf ein Problem in unter Berücksichtigung aller Facetten und aller Variablen und der Verknüpfung des Sozialen mit dem Technologischen. "[6] Conquering Complexity, 2004.
" Interdisziplinärer Ansatz und Mittel zur Realisierung erfolgreicher Systeme "[7] - INCOSE-Handbuch, 2004.
" System Engineering ist ein robuster Ansatz für den Entwurf, die Erstellung und den Betrieb von Systemen. Vereinfacht ausgedrückt besteht der Ansatz aus der Identifizierung und Quantifizierung der Systemziele, der Erstellung von alternativen Systementwurfskonzepten, Durchführung von Designhandbüchern, Auswahl und Implementierung des besten Designs, Überprüfung, ob das Design ordnungsgemäß erstellt und integriert ist, und Bewertung der Implementierung nach der Implementierung System erfüllt (oder erfüllt) die Ziele. "[8] - NASA Systems Engineering Handbook, 1995.
" Die Kunst und Wissenschaft der Schaffung effektiver Systeme unter Verwendung eines ganzen Systems, ganzer Lebensprinzipien "oder" The Art and Wissenschaft zur Schaffung optimaler Lösungssysteme für komplexe Probleme und Probleme "[9] - Derek Hitchins, Professor für Systemtechnik, ehemaliger Präsident von INCOSE (UK), 2007.
" Das Konzept vom Standpunkt des Ingenieurs ist der Entwicklung des Ingenieurwissenschaftlers, dh des wissenschaftlichen Generalisten, der eine breite Perspektive hat. Die Methode ist die des Teamansatzes. Bei Problemen mit großen Systemen bemühen sich Teams von Wissenschaftlern und Ingenieuren, Generalisten und Spezialisten, gemeinsam um eine Lösung zu suchen und sie physisch zu realisieren. Die Technik wurde verschiedentlich als Systemansatz oder Teamentwicklungsmethode bezeichnet. "[10] - Harry H. Goode und Robert E. Machol, 1957.
" Die systemtechnische Methode erkennt, dass jedes System ein integriertes Ganzes ist, obwohl es aus verschiedenen spezialisierten Strukturen und Unterfunktionen besteht. Es erkennt ferner an, dass jedes System eine Reihe von Zielen hat und dass das Gleichgewicht zwischen ihnen von System zu System stark variieren kann. Die Methoden zielen darauf ab, die Gesamtsystemfunktionen gemäß den gewichteten Zielen zu optimieren und eine maximale Kompatibilität ihrer Teile zu erreichen. "[11] Systems Engineering Tools von Harold Chestnut, 1965.

Systems Engineering bedeutet nur einen Ansatz und in jüngster Zeit eine Ingenieurdisziplin: Das Ziel der Ausbildung in der Systemtechnik besteht darin, verschiedene Ansätze einfach zu formalisieren und dabei neue Methoden und Forschungsmöglichkeiten zu identifizieren, die denen in anderen Bereichen des Ingenieurwesens ähneln ist ganzheitlich und interdisziplinär im Geschmack.


Ursprünge und traditioneller Anwendungsbereich [ edit ]


Der traditionelle Anwendungsbereich des Engineerings umfasst die Konzeption, Konstruktion, Entwicklung, Produktion und den Betrieb physikalischer Systeme. Systems Engineering, wie ursprünglich gedacht, fällt in diesen Bereich. "Systems Engineering" bezieht sich in diesem Sinne auf die unterschiedlichen Konzepte, Methoden, Organisationsstrukturen (und so weiter), die entwickelt wurden, um den Herausforderungen der Entwicklung effektiver Funktionssysteme von beispielloser Größe und Komplexität innerhalb der Zeit zu begegnen. Budget und andere Einschränkungen. Das Apollo-Programm ist ein führendes Beispiel für ein Systems Engineering-Projekt.


Evolution zu einem breiteren Anwendungsbereich [ edit ]


Die Verwendung des Begriffs "Systems Engineer" hat sich im Laufe der Zeit zu einem breiteren, ganzheitlicheren Konzept von "Systemen" und Engineering entwickelt Prozesse. Diese Entwicklung der Definition wurde immer wieder kontrovers diskutiert [12] und der Begriff gilt weiterhin sowohl für den engeren als auch den breiteren Anwendungsbereich.

Traditionelle Anlagentechnik wurde als Zweig der Technik im klassischen Sinne verstanden, das heißt, sie wurde nur auf physikalische Systeme wie Raumfahrzeuge und Flugzeuge angewendet. In jüngerer Zeit hat sich die Systemtechnik zu einer umfassenderen Bedeutung entwickelt, insbesondere wenn der Mensch als wesentlicher Bestandteil eines Systems betrachtet wurde. Checkland beispielsweise erfasst die umfassendere Bedeutung des Systems Engineering, indem er feststellt, dass "Engineering" "in seinem allgemeinen Sinn gelesen werden kann; Sie können ein Meeting oder eine politische Vereinbarung konstruieren." [13]: 10

Entsprechend dem breiteren Anwendungsbereich der Systems Engineering hat das Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) [14] drei Arten von Systems Engineering definiert: (1) Das Product Systems Engineering (PSE) ist das traditionelle Systems Engineering, auf das sich das System konzentriert das Design von physischen Systemen, bestehend aus Hardware und Software. (2) Enterprise Systems Engineering (ESE) bezieht sich auf die Ansicht von Unternehmen, dh Organisationen oder Kombinationen von Organisationen, als Systeme. (3) Service Systems Engineering (SSE) bezieht sich auf das Engineering von Servicesystemen. Checkland [13] definiert ein Dienstesystem als ein System, das als Dienst für ein anderes System konzipiert ist. Die meisten zivilen Infrastruktursysteme sind Dienstleistungssysteme.


Ganzheitliche Betrachtung [ edit ]


Systems Engineering konzentriert sich auf die Analyse und das Erkennen von Kundenbedürfnissen und erforderlichen Funktionen früh im Entwicklungszyklus, die Dokumentation der Anforderungen und die anschließende Konstruktionssynthese und Validierung des Systems in Anbetracht des gesamten Problems den Systemlebenszyklus. Dies beinhaltet ein umfassendes Verständnis aller beteiligten Stakeholder. Oliver et al. behaupten, dass der systemtechnische Prozess in zerlegt werden kann


  • a Systems Engineering Technical Process und

  • a Systems Engineering Management-Prozess

In Olivers Modell besteht das Ziel des Management-Prozesses darin, den technischen Aufwand zu organisieren im Lebenszyklus, während der technische Prozess die Bewertung verfügbarer Informationen einschließt die Definition von Wirksamkeitsmaßnahmen bis ein Verhaltensmodell erstellen ein Strukturmodell erstellen ] führen Trade-Off-Analysen durch und erstellen einen sequentiellen Build & Test-Plan . [15]

Je nach ihrer Anwendung gibt es mehrere Modelle alle in der Branche verwendeten Produkte zielen darauf ab, die Beziehung zwischen den verschiedenen oben genannten Stufen zu identifizieren und Rückmeldungen einzubeziehen. Beispiele für solche Modelle sind das Waterfall-Modell und das VEE-Modell. [16]


Interdisziplinäres Feld [ edit ]


Die Systementwicklung erfordert häufig die Unterstützung verschiedener technischer Disziplinen. [17] Durch die Bereitstellung eines Systems Die (ganzheitliche) Sicht der Entwicklungsanstrengungen hilft das Systems Engineering, alle technischen Mitarbeiter zu einer einheitlichen Teamarbeit zu formen, wobei ein strukturierter Entwicklungsprozess gebildet wird, der vom Konzept über die Produktion bis zum Betrieb und in einigen Fällen bis zur Beendigung und Entsorgung reicht. Bei einer Akquisition kombiniert die ganzheitliche, integrative Disziplin Beiträge und gleicht Kompromisse zwischen Kosten, Zeitplan und Leistung aus, wobei ein akzeptables Risikoniveau für den gesamten Lebenszyklus des Artikels aufrechterhalten wird. [18]

Diese Perspektive wird häufig in Bildungsprogrammen repliziert, in denen Systems Engineering-Kurse von Fakultäten anderer Ingenieursabteilungen unterrichtet werden, was zur Schaffung eines interdisziplinären Umfelds beiträgt. [19][20]


Komplexität verwalten [ edit ]


The need für die Anlagentechnik entstand mit der Zunahme der Komplexität von Systemen und Projekten [21][22] was wiederum die Möglichkeit der Bauteilreibung und damit die Unzuverlässigkeit der Konstruktion exponentiell erhöhte. Komplexität umfasst in diesem Zusammenhang nicht nur Engineering-Systeme, sondern auch die logische, menschliche Organisation von Daten. Gleichzeitig kann ein System komplexer werden, da sowohl die Größe als auch die Datenmenge, die Variablen oder die Anzahl der am Entwurf beteiligten Felder zunehmen. Die Internationale Raumstation ist ein Beispiel für ein solches System.



Die Entwicklung intelligenter Regelalgorithmen, das Design von Mikroprozessoren und die Analyse von Umweltsystemen fallen ebenfalls in den Bereich des Systems Engineering. Systems Engineering fördert den Einsatz von Tools und Methoden, um die Komplexität in Systemen besser zu verstehen und zu steuern. Einige Beispiele dieser Werkzeuge sind hier zu sehen: [23]


Ein interdisziplinärer Ansatz für das Engineering von Systemen ist von Natur aus komplex, da das Verhalten und die Interaktion zwischen Systemkomponenten nicht immer sofort klar definiert oder verstanden wird. Die Definition und Charakterisierung solcher Systeme und Subsysteme und der Wechselwirkungen zwischen ihnen ist eines der Ziele des Systems Engineering. Damit wird die Lücke zwischen informellen Anforderungen von Anwendern, Betreibern, Marketingorganisationen und technischen Spezifikationen erfolgreich geschlossen.


Umfang [ edit ]


Der Umfang der Aktivitäten des Systems Engineering [24]

Eine Möglichkeit, die Motivation des Systems Engineering zu verstehen, besteht darin, es als eine Methode zu betrachten oder als Übung zu identifizieren und allgemeine Regeln zu verbessern, die in einer Vielzahl von Systemen existieren. Zitat erforderlich ] Unter Berücksichtigung dieses Aspekts werden die Prinzipien der Systems Engineering - Holismus, emergentes Verhalten, border, et al. - kann auf jedes komplexe oder andere System angewendet werden, vorausgesetzt, das Systemdenken wird auf allen Ebenen angewendet. [25] Neben der Luft- und Raumfahrt und der Luft- und Raumfahrt erfordern viele Informations- und Technologieunternehmen, Softwareentwicklungsunternehmen und Branchen im Bereich Elektronik & Kommunikation Systemingenieure als Teil ihres Teams. [26]

Eine Analyse des INCOSE Systems Engineering Center of Excellence (SECOE) zeigt, dass der optimale Aufwand für die Systemtechnik etwa 15-20% der Gesamtmenge beträgt Projektaufwand. [27] Gleichzeitig haben Studien gezeigt, dass Systems Engineering neben anderen Vorteilen im Wesentlichen zu Kostensenkungen führt. [27] Bis vor kurzem wurde jedoch keine quantitative Erhebung in einem größeren Maßstab durchgeführt, die eine breite Vielfalt von Branchen umfasst . Solche Studien sind im Gange, um die Wirksamkeit zu bestimmen und die Vorteile der Systemtechnik zu quantifizieren. [28] [29]

Systems Engineering fördert die Verwendung von Modellierung und Simulation zur Validierung von Annahmen oder Theorien über Systeme und deren Wechselwirkungen [30] [31]

Die Verwendung von Methoden, die ein frühzeitiges Erkennen möglicher Fehler in der Sicherheitstechnik ermöglichen, sind in das Design integriert verarbeiten. Gleichzeitig können Entscheidungen, die zu Beginn eines Projekts getroffen werden und deren Konsequenzen nicht klar verstanden werden, später im Leben eines Systems enorme Auswirkungen haben. Es ist die Aufgabe des modernen Systemingenieurs, diese Fragen zu untersuchen und kritische Entscheidungen zu treffen. Keine Methode garantiert, dass die heutigen Entscheidungen auch dann gültig sind, wenn ein System Jahre oder Jahrzehnte nach der ersten Inbetriebnahme in Betrieb genommen wird. Es gibt jedoch Techniken, die den Prozess des Systems Engineering unterstützen. Beispiele hierfür sind die Soft-System-Methodik, die System Dynamics-Methode von Jay Wright Forrester und die Unified Modeling Language (UML), die derzeit erforscht, bewertet und zur Unterstützung des Engineering-Entscheidungsprozesses entwickelt wird.


Ausbildung [ edit ]



Die Ausbildung im Bereich Systemtechnik wird häufig als Erweiterung der regulären Ingenieurkurse angesehen, [32] eine der traditionellen Ingenieurdisziplinen (z. B. Luft- und Raumfahrttechnik, Bauingenieurwesen, Elektrotechnik, Maschinenbau, Fertigungstechnik, Wirtschaftsingenieurwesen) - plus praktische Erfahrung, um als Systemingenieure effektiv zu sein. Bachelor-Studiengänge in Systems Engineering sind selten. Typischerweise wird Systems Engineering in Kombination mit interdisziplinärem Studium auf der Graduiertenstufe angeboten.

INCOSE unterhält ein ständig aktualisiertes Verzeichnis der Akademischen Studiengänge im Bereich Systems Engineering. [5] Ab 2009 gibt es in den Vereinigten Staaten etwa 80 Einrichtungen, die 165 Bachelor- und Masterstudiengänge im Bereich Systems Engineering anbieten. Die Ausbildung im Bereich Systemtechnik kann als systemzentrisch oder domänenzentrisch angesehen werden.


  • Systeme-zentrierte -Programme behandeln Systems Engineering als separate Disziplin, und die meisten Kurse werden mit Schwerpunkt auf Systems Engineering-Prinzipien und -Praktiken unterrichtet.

  • Domain-centric -Programme bieten Systeme an Technik als Option, die mit einem anderen wichtigen Gebiet des Ingenieurwesens ausgeübt werden kann.

Beide Muster zielen darauf ab, den Systemingenieur zu erziehen, der in der Lage ist, interdisziplinäre Projekte mit der für einen Kerningenieur erforderlichen Tiefe zu überwachen. [33]


Systems Engineering topics [ edit ]


System-Engineering-Tools sind Strategien, Verfahren und Techniken, die bei der Durchführung des Systems Engineering eines Projekts oder Produkts helfen. Der Zweck dieser Werkzeuge reicht von Datenbankverwaltung, grafischem Durchsuchen, Simulation und Begründung bis hin zur Dokumentationsproduktion, neutralem Import / Export und mehr. [34]


System [ edit


Viele Definitionen eines Systems im Bereich Systems Engineering. Nachfolgend einige maßgebliche Definitionen:


  • ANSI / EIA-632-1999: "Eine Aggregation von Endprodukten und die Ermöglichung eines bestimmten Zwecks durch Produkte" [35]

  • DAU Systems Engineering Fundamentals: "ein integrierter Verbund von Menschen , Produkte und Prozesse, die die Fähigkeit bieten, einen angegebenen Bedarf oder ein bestimmtes Ziel zu erfüllen. "

  • IEEE Std 1220-1998:" Eine Menge oder Anordnung von Elementen und Prozessen, die miteinander in Verbindung stehen und deren Verhalten die Kunden- / Betriebsbedürfnisse befriedigt und vorsieht Lebenszykluserhaltung der Produkte. " [36]

  • INCOSE Systems Engineering Handbook:" Homogene Entität, die in der realen Welt vordefiniertes Verhalten zeigt und aus heterogenen Teilen besteht, die dieses Verhalten nicht individuell zeigen eine integrierte Konfiguration von Komponenten und / oder Subsystemen. " [37]

  • INCOSE:" Ein System ist ein Konstrukt oder eine Sammlung verschiedener Elemente, die zusammen Ergebnisse ergeben, die nicht allein von den Elementen erzielt werden können. T Die Elemente oder Teile können Personen, Hardware, Software, Einrichtungen, Richtlinien und Dokumente umfassen. das heißt, alles, was zur Erzeugung von Ergebnissen auf Systemebene erforderlich ist. Die Ergebnisse umfassen Eigenschaften, Eigenschaften, Merkmale, Funktionen, Verhalten und Leistung auf Systemebene. Der Mehrwert des Systems als Ganzes, der über den von den Teilen unabhängigen Beitrag hinausgeht, wird in erster Linie durch die Beziehung zwischen den Teilen erzeugt. das heißt, wie sie miteinander verbunden sind. " [38]

  • ISO / IEC 15288: 2008:" Eine Kombination von zusammenwirkenden Elementen, die einen oder mehrere angegebene Zwecke erfüllen sollen. " [39]

  • NASA Systems Engineering Handbook: "(1) Die Kombination von Elementen, die zusammenarbeiten, um die Fähigkeit zu schaffen, ein Bedürfnis zu erfüllen. Die Elemente umfassen alle Hardware, Software, Ausrüstung, Einrichtungen, Personal, Prozesse und Verfahren, die für diesen Zweck erforderlich sind. (2) Das Endprodukt (das Betriebsfunktionen übernimmt) und die Ermöglichung von Produkten (die Lebenszyklusunterstützungsdienste für die Betriebsendprodukte bereitstellen), aus denen ein System besteht. "[40]

Der Systems Engineering-Prozess [ edit ]


Der Systems Engineering-Prozess umfasst alle kreativen, manuellen und technischen Aktivitäten, die zur Definition des Produkts erforderlich sind und die zur Umwandlung einer Systemdefinition in eine ausreichend detaillierte Systemdesignspezifikation für die Produktherstellung und -bereitstellung erforderlich sind. Entwurf und Entwicklung eines Systems können in vier Stufen mit jeweils unterschiedlichen Definitionen unterteilt werden: [41]


  • Aufgabendefinition (informative Definition),

  • konzeptionelle Stufe (Kardinaldefinition),

  • Entwurfsphase (formative Definition) und

  • Implementierungsphase (Definition der Fertigung).

Je nach Anwendung werden Werkzeuge für verschiedene Stufen des Systems Engineering-Prozesses verwendet: [19659101] Systems Engineering Process.jpg " src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Systems_Engineering_Process.jpg/600px-Systems_Engineering_Process.jpg" decoding="async" width="600" height="413" srcset="//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Systems_Engineering_Process.jpg 1.5x" data-file-width="800" data-file-height="550"/>

Verwenden von Modellen [ edit ]


Modelle spielen eine wichtige und vielfältige Rolle in der Systemtechnik. Ein Modell kann in mehreren definiert werden
Wege, einschließlich: [42]


  • Eine Abstraktion der Realität, die zur Beantwortung spezifischer Fragen zur realen Welt bestimmt ist

  • Eine Imitation, ein Analogon oder eine Darstellung eines Prozesses oder einer Struktur der realen Welt; oder

  • Ein konzeptionelles, mathematisches oder physikalisches Werkzeug zur Unterstützung eines Entscheidungsträgers.

Zusammengenommen sind diese Definitionen breit genug, um physikalische Konstruktionsmodelle zu umfassen, die zur Verifizierung eines Systemdesigns verwendet werden, sowie schematische Modelle wie ein funktionales Flussblockdiagramm und mathematische (dh quantitative) Modelle, die im Handelsstudienprozess verwendet werden. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf das Letzte. [42]

Der Hauptgrund für die Verwendung mathematischer Modelle und Diagramme in Handelsstudien ist die Schätzung der Systemwirksamkeit, der Leistung oder der technischen Merkmale und der Kosten aus einer Reihe von bekannte oder geschätzte Mengen. Normalerweise ist eine Sammlung separater Modelle erforderlich, um alle diese Ergebnisvariablen bereitzustellen. Das Herzstück eines mathematischen Modells ist ein Satz aussagekräftiger quantitativer Beziehungen zwischen seinen Ein- und Ausgängen. Diese Beziehungen können so einfach sein wie das Zusammensetzen von konstituierenden Größen, um eine Summe zu erhalten, oder so komplex wie ein Satz von Differentialgleichungen, die die Flugbahn eines Weltraumfahrzeugs in einem Gravitationsfeld beschreiben. Idealerweise drücken die Beziehungen Kausalität aus, nicht nur Korrelation. [42] Ein Schlüssel für erfolgreiche Aktivitäten des Systems Engineering sind auch die Methoden, mit denen diese Modelle effizient und effektiv verwaltet und zur Simulation der Systeme verwendet werden. Verschiedene Bereiche stellen jedoch häufig wiederkehrende Probleme der Modellierung und Simulation für die Systemtechnik dar, und neue Fortschritte zielen darauf ab, Methoden zwischen verschiedenen Wissenschafts- und Ingenieurgemeinschaften unter dem Titel "Modeling & Simulation-based Systems Engineering" zu befruchten. [43]


Modellierungsformalismen und grafische Darstellungen edit ]


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] Zu den üblichen grafischen Darstellungen gehören:


Eine grafische Darstellung bezieht die verschiedenen Subsysteme oder Teile eines Systems durch Funktionen, Daten oder Schnittstellen zusammen. Jedes oder jedes der oben genannten Verfahren wird in der Industrie basierend auf seinen Anforderungen verwendet. Beispielsweise kann das N2-Diagramm verwendet werden, wenn Schnittstellen zwischen Systemen wichtig sind. Teil der Entwurfsphase ist die Erstellung von Struktur- und Verhaltensmodellen des Systems.

Sobald die Anforderungen verstanden wurden, ist es nun Aufgabe eines Systemingenieurs, diese zu verfeinern und zusammen mit anderen Ingenieuren die beste Technologie für einen Job zu bestimmen. Beginnend mit einer Handelsstudie ermutigt Systems Engineering die Verwendung gewichteter Entscheidungen, um die beste Option zu ermitteln. Eine Entscheidungsmatrix oder Pugh-Methode ist eine Möglichkeit (QFD ist eine andere), um diese Wahl unter Berücksichtigung aller wichtigen Kriterien zu treffen. Die Fachstudie wiederum informiert das Design, was wiederum die grafischen Darstellungen des Systems beeinflusst (ohne die Anforderungen zu ändern). In einem SE-Prozess stellt diese Stufe den iterativen Schritt dar, der ausgeführt wird, bis eine realisierbare Lösung gefunden wird. Eine Entscheidungsmatrix wird häufig mit Techniken wie statistische Analyse, Zuverlässigkeitsanalyse, Systemdynamik (Rückkopplungssteuerung) und Optimierungsmethoden gefüllt.


Andere Tools [ edit ]


Systems Modeling Language (SysML), eine Modellierungssprache für systemtechnische Anwendungen, unterstützt die Spezifikation, Analyse, Konstruktion, Verifizierung und Validierung einer breiten Palette Reihe komplexer Systeme. [45]

Lifecycle Modeling Language (LML), ist eine Modellsprache mit offenem Standard, die für die Systemtechnik entwickelt wurde und den gesamten Lebenszyklus unterstützt: Konzeption, Nutzung, Unterstützung und Stilllegung. [46]


Verwandte Felder und Unterfelder [ edit ]


Viele verwandte Felder können als eng mit der Systemtechnik gekoppelt betrachtet werden. Folgende Bereiche haben zur Entwicklung des Systems Engineering als eigenständige Einheit beigetragen:


Cognitive Systems Engineering

Cognitive Systems Engineering (CSE) ist ein spezieller Ansatz für die Beschreibung und Analyse von Mensch-Maschine-Systemen oder soziotechnischen Systemen. [47] Die drei Hauptthemen von CSE sind, wie der Mensch mit Komplexität umgeht Die Arbeit wird durch die Verwendung von Artefakten geleistet und wie Mensch-Maschine-Systeme und sozio-technische Systeme als gemeinsame kognitive Systeme bezeichnet werden können. CSE ist seit seinen Anfängen zu einer anerkannten wissenschaftlichen Disziplin geworden, die manchmal auch als Cognitive Engineering bezeichnet wird. Das Konzept eines gemeinsamen kognitiven Systems (Joint Cognitive System, JCS) ist insbesondere für das Verständnis, wie komplexe sozio-technische Systeme mit unterschiedlichen Auflösungsgraden beschrieben werden können, weit verbreitet. Die mehr als 20-jährige Erfahrung mit CSE wurde ausführlich beschrieben. [48][49]

Konfigurationsmanagement

Wie das Systems Engineering ist auch das Konfigurationsmanagement, wie es in der Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie üblich ist, eine breite Praxis auf Systemebene. Das Feld entspricht den Aufgaben des Systems Engineering. Wenn sich das Systems Engineering mit der Anforderungsentwicklung, der Zuordnung zu Entwicklungselementen und der Verifizierung befasst, befasst sich das Konfigurationsmanagement mit der Erfassung der Anforderungen, der Rückverfolgbarkeit auf das Entwicklungselement und der Überprüfung des Entwicklungselements, um sicherzustellen, dass die gewünschte Funktionalität erreicht wurde, die durch das Systems Engineering und / oder Test und Verification Engineering hat sich durch objektive Tests bewährt.

Steuerungstechnik

Die Steuerungstechnik und ihre Konzeption und Implementierung von Steuersystemen, die in nahezu jeder Branche umfangreich eingesetzt werden, sind ein großes Untergebiet der Systemtechnik. Der Tempomat eines Automobils und das Leitsystem für einen ballistischen Flugkörper sind zwei Beispiele. Die Theorie der Regelsysteme ist ein aktives Gebiet der angewandten Mathematik, das die Untersuchung von Lösungsräumen und die Entwicklung neuer Methoden zur Analyse des Steuerprozesses umfasst.

Wirtschaftsingenieurwesen

Wirtschaftsingenieurwesen ist ein Entwicklungszweig, Verbesserung, Implementierung und Bewertung von integrierten Systemen von Menschen, Geld, Wissen, Informationen, Ausrüstung, Energie, Material und Prozessen. Das Wirtschaftsingenieurwesen stützt sich auf die Prinzipien und Methoden der technischen Analyse und Synthese sowie auf die mathematischen, physikalischen und sozialen Wissenschaften sowie auf die Prinzipien und Methoden der technischen Analyse und des Konstruktionsdesigns, um die Ergebnisse solcher Systeme zu spezifizieren, vorherzusagen und auszuwerten.

Schnittstellendesign

Beim Schnittstellendesign und seinen Spezifikationen wird sichergestellt, dass die Teile eines Systems mit anderen Teilen des Systems und gegebenenfalls mit externen Systemen in Verbindung stehen und mit diesen zusammenarbeiten. Das Schnittstellendesign umfasst auch die Sicherstellung, dass Systemschnittstellen neue Funktionen akzeptieren können, einschließlich mechanischer, elektrischer und logischer Schnittstellen, einschließlich reservierter Kabel, Steckplatz, Befehlscodes und Bits in Kommunikationsprotokollen. Dies wird als Erweiterbarkeit bezeichnet. Mensch-Computer-Interaktion (HCI) oder Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) ist ein weiterer Aspekt des Schnittstellendesigns und ein kritischer Aspekt des modernen Systems Engineering. Die Prinzipien des Systems Engineering werden beim Entwurf von Netzwerkprotokollen für lokale Netze und Weitverkehrsnetzwerke angewendet.

Mechatronisches Engineering

Das Mechatronische Engineering ist wie das Systems Engineering ein multidisziplinäres Gebiet, in dem dynamische Modellierung zum Ausdruck kommt greifbare Konstrukte. In dieser Hinsicht ist es fast nicht zu unterscheiden von Systems Engineering, aber was es unterscheidet, ist der Fokus auf kleinere Details und nicht auf größere Verallgemeinerungen und Beziehungen. Daher unterscheiden sich beide Bereiche eher durch den Umfang ihrer Projekte als durch die Methodik ihrer Praxis.

Operations Research

Operations Research unterstützt das Systems Engineering. Die Instrumente der Operations Research werden in der Systemanalyse, Entscheidungsfindung und Handelsstudien eingesetzt. Mehrere Schulen unterrichten SE-Kurse in der Abteilung Operations Research oder Industrial Engineering, [Zitat benötigt ] wobei die Rolle des Systems Engineering in komplexen Projekten hervorgehoben wird. Die Operations Research befasst sich kurz mit der Optimierung eines Prozesses unter mehreren Randbedingungen. [50]

Performance Engineering

Performance Engineering ist die Disziplin, mit der sichergestellt wird, dass ein System die Erwartungen seiner Kunden in Bezug auf Leistung erfüllt Leben. Leistung ist normalerweise definiert als die Geschwindigkeit, mit der eine bestimmte Operation ausgeführt wird, oder die Fähigkeit, eine Anzahl solcher Operationen in einer Zeiteinheit auszuführen. Die Leistung kann beeinträchtigt werden, wenn die zur Ausführung in die Warteschlange gestellten Vorgänge durch eine begrenzte Systemkapazität eingeschränkt werden. Beispielsweise ist die Leistung eines paketvermittelten Netzwerks durch die Ende-zu-Ende-Paketübertragungsverzögerung oder die Anzahl von Paketen gekennzeichnet, die in einer Stunde vermittelt werden. Der Entwurf von Hochleistungssystemen basiert auf analytischen oder Simulationsmodellen, während die Implementierung einer Hochleistungsimplementierung eingehende Leistungstests erfordert. Performance Engineering stützt sich bei seinen Werkzeugen und Prozessen stark auf Statistik, Warteschlangen- und Wahrscheinlichkeitstheorie.

Programmverwaltung und Projektmanagement

Die Programmverwaltung (oder Programmverwaltung) hat viele Ähnlichkeiten mit der Systemtechnik, hat jedoch einen breiteren Ursprung als die Engineering-Systeme des Systems Engineering. Project management is also closely related to both program management and systems engineering.

Proposal engineering

Proposal engineering is the application of scientific and mathematical principles to design, construct, and operate a cost-effective proposal development system. Basically, proposal engineering uses the "systems engineering process" to create a cost effective proposal and increase the odds of a successful proposal.

Reliability engineering

Reliability engineering is the discipline of ensuring a system meets customer expectations for reliability throughout its life; i.e., it does not fail more frequently than expected. Next to prediction of failure, it is just as much about prevention of failure. Reliability engineering applies to all aspects of the system. It is closely associated with maintainability, availability (dependability or RAMS preferred by some), and logistics engineering. Reliability engineering is always a critical component of safety engineering, as in failure modes and effects analysis (FMEA) and hazard fault tree analysis, and of security engineering.

Risk Management

Risk Management, the practice of assessing and dealing with risk is one of the interdisciplinary parts of Systems Engineering. In development, acquisition, or operational activities, the inclusion of risk in tradeoff with cost, schedule, and performance features, involves the iterative complex configuration management of traceability and evaluation to the scheduling and requirements management across domains and for the system lifecycle that requires the interdisciplinary technical approach of systems engineering. Systems Engineering has Risk Management define, tailor, implement, and monitor a structured process for risk management which is integrated to the overall effort.[51]

Safety engineering

The techniques of safety engineering may be applied by non-specialist engineers in designing complex systems to minimize the probability of safety-critical failures. The "System Safety Engineering" function helps to identify "safety hazards" in emerging designs, and may assist with techniques to "mitigate" the effects of (potentially) hazardous conditions that cannot be designed out of systems.

Scheduling

Scheduling is one of the systems engineering support tools as a practice and item in assessing interdisciplinary concerns under configuration management. In particular the direct relationship of resources, performance features, and risk to duration of a task or the dependency links among tasks and impacts across the system lifecycle are systems engineering concerns.

Security engineering

Security engineering can be viewed as an interdisciplinary field that integrates the community of practice for control systems design, reliability, safety and systems engineering. It may involve such sub-specialties as authentication of system users, system targets and others: people, objects and processes.

Software engineering

From its beginnings, software engineering has helped shape modern systems engineering practice. The techniques used in the handling of the complexities of large software-intensive systems have had a major effect on the shaping and reshaping of the tools, methods and processes of Software Engineering.

See also[edit]



References[edit]



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