Системная инженерия. Принципы и практика
Покупка
Тематика:
Общенаучное знание и теории
Издательство:
ДМК Пресс
Пер. под. ред.:
Батоврин Виктор Константинович
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 624
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-97060-464-9
Артикул: 484360.03.99
Доступ онлайн
990 ₽
В корзину
Книга принадлежит к числу лучших зарубежных учебников по системной инженерии. В ней подробно рассмотрены практически все аспекты деятельности системного инженера на протяжении полного жизненного цикла сложной системы. В основу предлагаемого авторами подхода к изучению системной инженерии положено небольшое число базовых моделей, наглядных и удобных для практического использования. Книга носит прикладной характер. Материал изложен в доступной форме, для его освоения не требуется больших знаний по высшей математике. Изложение иллюстрируется многочисленными примерами и сопровождается интересными задачами. Книга будет полезна студентам и аспирантам при изучении системной инженерии и связанных с ней дисциплин. Она также представит несомненный интерес для инженеров различных профилей, менеджеров и экономистов, занимающихся проблемами создания сложных технических, социотехнических и организационных систем.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 62: Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
- 65: Управление предприятиями. Организация производства, торговли и транспорта
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 09.03.04: Программная инженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Системная инженерия. Принципы и практика Александр Косяков, Уильям Н. Свит, Сэмюэль Дж. Сеймур, Стивен М. Бимер Москва, 2017
SYSTEMS ENGINEERING PRINCIPLES AND PRACTICE SECOND EDITION Alexander Kossiakoff William N. Sweet Samuel J. Seymour Steven M. Biemer A JOHN WILEY & SONS, INC. PUBLICATION
ÑÈÑÒÅÌÍÀß ÈÍÆÅÍÅÐÈß ÏÐÈÍÖÈÏÛ È ÏÐÀÊÒÈÊÀ ÂÒÎÐÎÅ ÈÇÄÀÍÈÅ A JOHN WILEY & SONS, INC. PUBLICATION Александр Косяков, Уильям Н. Свит, Сэмюэль Дж. Сеймур, Стивен М. Бимер
УДК 62 65 ББК 32.817 К72 Косяков А., Свит У. и др. К72 Системная инженерия. Принципы и практика. Пер. с англ. под ред. В. К. Ба- товрина. – М.: ДМК Пресс, 2017. – 624 с.: ил. ISBN 978-5-97060-464-9 Книга принадлежит к числу лучших зарубежных учебников по систем- ной инженерии. В ней подробно рассмотрены практически все аспекты деятельности системного инженера на протяжении полного жизненного цикла сложной системы. В основу предлагаемого авторами подхода к изучению системной инженерии положено небольшое число базовых моделей, наглядных и удобных для практического использования. Книга носит прикладной характер. Материал изложен в доступной форме, для его осво ения не требуется больших знаний по высшей математике. Изложение иллюстрируется многочисленными примерами и сопровождается интересными задачами. Книга будет полезна студентам и аспирантам при изучении системной инженерии и связанных с ней дисциплин. Она также представит несомненный интерес для инженеров различных профилей, менеджеров и экономистов, занимающихся проблемами создания сложных технических, социо- технических и организационных систем. УДК 62+65 ББК 32.817 No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning, or otherwise, except as permitted under Section 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center, Inc., 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, (978) 750-8400, fax (978) 750-4470, or on the web at www.copyright.com. Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030, (201) 748-6011, fax (201) 748-6008, or online at http://www.wiley.com/go/permission. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в ка- кой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN (англ.) 978-0-470-40548-2 © Copyright © by John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. ISBN (7БЦ, рус.) 978-5-97060-464-9 © Оформление, перевод ДМК Пресс +
... Содержание Обращение к читателям ................................................................................................... 21 Вступительное слово ......................................................................................................... 23 От редактора русского издания ..................................................................................... 26 Предисловие авторов ко второму изданию ................................................................ 43 Александр Косяков, 1914–2005 ............................................................................. 43 Цели второго издания ............................................................................................. 43 Содержание книги .................................................................................................... 45 Благодарности ........................................................................................................... 46 Предисловие авторов к первому изданию ................................................................... 47 Цели ............................................................................................................................. 47 Истоки и содержание .............................................................................................. 48 Благодарности ........................................................................................................... 49 ЧАСТЬ I Основы системной инженерии ........................................51 Глава 1 Системная инженерия и современные системы .................53 1.1. Что такое системная инженерия? ........................................................................ 53 Системная инженерия и традиционные инженерные дисциплины ............ 54 Системная инженерия и управление проектом................................................ 55 1.2. Происхождение системной инженерии .............................................................. 55 Технический прогресс: риски ................................................................................ 57 Конкуренция: компромиссы .................................................................................. 58 Специализация: сопряжения ................................................................................. 59
Содержание 1.3. Примеры систем, нуждающихся в системном инженере ............................... 61 Примеры комплексных инженерно насыщенных систем .............................. 62 1.4. Системная инженерия как профессия ................................................................ 64 Выбор карьеры .......................................................................................................... 65 Ориентация технических специалистов ............................................................. 66 Вызовы системной инженерии ............................................................................. 68 В чем притягательная сила системной инженерии? ........................................ 69 Отличительные черты и мотивация системного инженера .......................... 70 1.5. Модель развития карьеры системного инженера ............................................ 70 1.6. Сила системной инженерии .................................................................................. 73 Сила мультидисциплинарного знания ................................................................ 74 Сила приближенных вычислений ........................................................................ 75 Сила скептического позитивного мышления ................................................... 75 1.7. Резюме ......................................................................................................................... 76 Что такое системная инженерия? ........................................................................ 76 Происхождение системной инженерии .............................................................. 76 Примеры систем, нуждающихся в системном инженере ............................... 76 Системная инженерия как профессия ................................................................ 77 Модель развития карьеры системного инженера ............................................ 77 Сила системной инженерии .................................................................................. 77 Задачи .................................................................................................................................... 78 Дополнительная литература ........................................................................................... 79 Глава 2 Ландшафт системной инженерии ....................................80 2.1. Точка зрения системного инженера .................................................................... 80 Успешные системы ................................................................................................... 80 «Наилучшая» система ............................................................................................. 81 Сбалансированная система ................................................................................... 83 Сбалансированная точка зрения .......................................................................... 85 2.2. Представления в системной инженерии ............................................................ 86 2.3. Предметные области, связанные с системами ................................................ 88 2.4. Сферы деятельности, связанные с системной инженерией .......................... 89 2.5. Подходы системной инженерии ........................................................................... 90 2.6. Системная инженерия. Действия и результаты ............................................... 90 2.7. Резюме ......................................................................................................................... 92 Точка зрения системного инженера .................................................................... 92 Представления в системной инженерии ............................................................ 93 Предметные области, связанные с системами ................................................. 93 Сферы деятельности, связанные с системной инженерией .......................... 94 Подходы системной инженерии ........................................................................... 94 Системная инженерия. Действия и результаты .............................................. 94 Задачи .................................................................................................................................... 94 Дополнительная литература ........................................................................................... 94
Глава 3 Структура сложных систем .............................................95 3.1. Составные части и интерфейсы системы .......................................................... 95 3.2. Иерархия в сложных системах .............................................................................. 95 Модель сложной системы ...................................................................................... 96 Области компетенции системного инженера и специалиста по проектированию ................................................................................................. 98 3.3. Составные части системы ....................................................................................100 Функциональные составные части: функциональные элементы ...................................................................................................................100 Физические составные части: компоненты .....................................................102 Типовые составные части ....................................................................................104 Применение составных частей системы ..........................................................105 3.4. Окружение системы ...............................................................................................105 Границы системы ....................................................................................................106 Границы системы: контекстная диаграмма .....................................................107 Типы взаимодействий с окружением ................................................................111 3.5. Интерфейсы и взаимодействия ..........................................................................113 Интерфейсы: внешние и внутренние ................................................................113 Взаимодействия ......................................................................................................113 Интерфейсные элементы ......................................................................................114 3.6. Сложность в современных системах .................................................................115 Системы систем ......................................................................................................116 Инженерия систем масштаба предприятия .....................................................118 3.7. Резюме .......................................................................................................................120 Составные части и интерфейсы системы ........................................................120 Иерархия сложных систем ...................................................................................120 Составные части системы ....................................................................................120 Окружение системы ...............................................................................................121 Интерфейсы и взаимодействия ..........................................................................121 Сложность в современных системах .................................................................121 Задачи ..................................................................................................................................122 Дополнительная литература .........................................................................................123 Глава 4 Процесс разработки системы ....................................... 124 4.1. Применение системной инженерии на протяжении жизненного цикла системы ....................................................124 4.2. Жизненный цикл системы ...................................................................................125 Разработка принятой в этой книге модели жизненного цикла для системного инженера ....................................................................................125 Стадии в модели жизненного цикла для системного инженера ....................................................................................128 Содержание
Содержание Этапы разработки концепции .............................................................................131 Этапы разработки инженерно-технических решений ..................................134 Этапы постразработческой стадии....................................................................137 4.3. Эволюционные характеристики процесса разработки .................................138 Предшествующая система....................................................................................139 Материализация системы ....................................................................................140 Участники .................................................................................................................142 Требования к системе и документация ............................................................143 4.4. Метод системной инженерии .............................................................................144 Обзор существующих методов и процессов системной инженерии ........146 Наш метод системной инженерии .....................................................................149 Анализ требований (постановка задачи) .........................................................151 Функциональное описание (анализ функционирования и привязка функций) .........................................153 Описание физической реализации (синтез, анализ физической реализации и размещение элементов) .........155 Валидация проектных решений (верификация и оценка) ............................157 Подготовка к следующему этапу ........................................................................159 Метод системной инженерии в применении к жизненному циклу системы ..................................................160 Спиральная модель жизненного цикла ............................................................160 4.5. Испытания на протяжении разработки системы ...........................................162 Неизвестные ............................................................................................................163 Преобразование неизвестного в известное .....................................................163 Подход системной инженерии к испытаниям ................................................164 Испытания и аттестация системы .....................................................................165 4.6. Резюме .......................................................................................................................165 Применение системной инженерии на протяжении жизненного цикла системы ....................................................165 Жизненный цикл системы ...................................................................................165 Эволюционные характеристики процесса разработки .................................166 Метод системной инженерии .............................................................................166 Испытания на протяжении разработки системы ...........................................167 Задачи ..................................................................................................................................167 Дополнительная литература .........................................................................................168 Глава 5 Управление системной инженерией .............................. 169 5.1. Управление разработкой системы и рисками .................................................169 Подготовка предложения и техническое задание ..........................................170 5.2. Иерархическая структура работ .........................................................................171 Элементы типичной иерархической структуры работ .................................171 Составление сметы и контроль ее исполнения ..............................................175 Метод критического пути ...................................................................................175
5.3. План управления системной инженерией ........................................................176 Элементы типичного плана управления системной инженерией ..............176 5.4. Управление риском ................................................................................................178 Снижение рисков на протяжении жизненного цикла системы ..................179 Составные части управления риском ...............................................................181 Оценка рисков .........................................................................................................181 Смягчение рисков ..................................................................................................186 План управления риском ......................................................................................188 5.5. Организация системной инженерии .................................................................189 Отдел системного анализа ...................................................................................191 Команда проектирования системы ....................................................................191 5.6. Резюме .......................................................................................................................193 Управление разработкой системы и рисками .................................................193 Иерархическая структура работ .........................................................................193 План управления системной инженерией ......................................................193 Управление риском ................................................................................................193 Организация системной инженерии .................................................................194 Задачи ..................................................................................................................................194 Дополнительная литература .........................................................................................195 ЧАСТЬ II Стадия разработки концепции ...................................... 197 Глава 6 Анализ потребностей .................................................. 198 6.1. Возникновение новой системы ...........................................................................198 Место этапа анализа потребностей в жизненном цикле системы ............198 Примеры потребностей в новой системе .........................................................200 Вопросы конкуренции...........................................................................................201 Состояние материализации проектных решений .........................................201 Применение метода системной инженерии к анализу потребностей и требований .............................................................202 6.2. Системный анализ .................................................................................................206 Анализ предполагаемых потребностей ............................................................206 Практические цели .................................................................................................209 6.3. Анализ функционирования .................................................................................212 Преобразование практических целей в функции системы ..........................212 Функциональная декомпозиция и привязка к подсистемам ......................213 6.4. Оценка осуществимости ......................................................................................214 Формирование представления о реализации подсистем .............................214 Определение осуществимой концепции ..........................................................216 6.5. Валидация потребностей ......................................................................................216 Модель эксплуатационной эффективности ....................................................216 Содержание
Содержание Показатели эффективности и показатели функционирования ..................218 Валидация осуществимости и потребности ....................................................220 6.6. Требования назначения системы .......................................................................220 Сценарии практического использования .........................................................221 Определение требований назначения ...............................................................222 Валидация осуществимости ................................................................................223 6.7. Резюме .......................................................................................................................224 Возникновение новой системы ...........................................................................224 Системный анализ .................................................................................................225 Анализ функционирования .................................................................................225 Оценка осуществимости ......................................................................................225 Валидация потребностей ......................................................................................225 Дополнительная литература .........................................................................................226 Глава 7 Исследование концепции ............................................ 227 7.1. Разработка требований к системе ......................................................................227 Место этапа исследования концепции в жизненном цикле системы .......228 Состояние материализации системы ................................................................229 Метод системной инженерии при исследовании концепции .....................230 7.2. Анализ требований назначения ..........................................................................232 Установление требований ....................................................................................233 Анализ требований ................................................................................................234 Валидация требований ..........................................................................................235 Документирование требований ..........................................................................235 Характеристики хорошо определенных требований ....................................235 Триединство разработки концепции .................................................................237 Концепция функционирования ..........................................................................237 Описание контекста функционирования (сценарии) ....................................238 Анализ альтернатив ...............................................................................................239 7.3. Определение требований к показателям функционирования .....................................................................241 Выделение функций подсистем ..........................................................................241 Недетерминированная природа разработки системы ..................................242 Функциональное исследование и декомпозиция ...........................................243 Определение требований силами комплексной рабочей группы .............248 7.4. Исследование концепций реализации ..............................................................249 Альтернативные концепции реализации .........................................................249 Разработка технологии .........................................................................................251 Показатели функционирования..........................................................................252 7.5. Валидация требований к показателям функционирования ........................254 Агрегирование показателей функционирования ...........................................254 Валидация показателей функционирования ...................................................255 Документирование требований ..........................................................................255
7.6. Резюме .......................................................................................................................256 Разработка требований к системе ......................................................................256 Анализ требований назначения ..........................................................................256 Определение требований к показателям функционирования ....................257 Исследование концепций реализации ..............................................................257 Валидация требований к показателям функционирования ........................257 Задачи ..................................................................................................................................258 Дополнительная литература .........................................................................................259 Глава 8 Определение концепции .............................................. 260 8.1. Определение концепции системы ......................................................................260 Место этапа определения концепции в жизненном цикле системы .....................................................................................................................261 Состояние материализации проектных решений ..........................................262 Метод системной инженерии при определении концепции .......................264 8.2. Анализ требований к показателям функционирования ...............................266 Анализ установленных требований к показателям функционирования ................................................................................................266 Завершение работы над требованиями к системе и их уточнение ........................................................................................................267 8.3. Анализ функционирования и определение функциональных требований ..................................................270 Определение функций компонентов .................................................................270 Инструменты для графического представления функциональных блоков .......................................................................................272 Имитационное моделирование...........................................................................275 Определение функциональных требований ....................................................276 8.4. Функциональная декомпозиция .........................................................................276 Формирование альтернативных концепций ....................................................277 Моделирование альтернатив ...............................................................................278 8.5. Выбор концепции ...................................................................................................279 8.6. Валидация концепции ...........................................................................................282 Моделирование системы и ее окружения ........................................................282 Анализ результатов валидации ...........................................................................283 Итеративное уточнение требований и концепций системы .......................283 8.7. Планирование разработки системы ..................................................................284 Иерархическая структура работ .........................................................................284 План управления системной инженерией ........................................................285 Составление сметы затрат в течение жизненного цикла .............................286 Презентация предложения о разработке системы ........................................287 8.8. Построение архитектуры системы ....................................................................288 Архитектурные представления ...........................................................................290 Методики описания архитектуры ......................................................................292 Содержание
Содержание 8.9. Языки системного моделирования ....................................................................295 Унифицированный язык моделирования UML ..............................................296 Язык моделирования систем SysML ..................................................................303 8.10. Моделе-ориентированная системная инженерия .........................................309 8.11. Спецификация функциональных требований к системе .............................314 8.12. Резюме .......................................................................................................................315 Определение концепции системы ......................................................................315 Анализ требований к показателям функционирования ...............................316 Анализ функционирования и формирование функциональных требований ..............................................................................316 Привязка функций .................................................................................................316 Выбор концепции ...................................................................................................316 Валидация концепции ...........................................................................................317 Планирование разработки системы ..................................................................317 Построение архитектуры системы ....................................................................317 Языки моделирования систем: UML и SysML ................................................318 Моделе-ориентированная системная инженерия .........................................318 Спецификация функциональных требований к системе .............................318 Задачи ..................................................................................................................................319 Дополнительная литература .........................................................................................321 Глава 9 Анализ и поддержка принятия решений ......................... 322 9.1. Принятие решений .................................................................................................323 Факторы, влияющие на процесс принятия решения .....................................324 Базовые принципы принятия решений ............................................................325 Поддержка принятия решений ...........................................................................327 Формальный процесс принятия решений ........................................................327 9.2. Моделирование на протяжении разработки системы ..................................329 9.3. Статическое моделирование для принятия решений ...................................330 Типы моделей ..........................................................................................................330 Схематические модели ..........................................................................................331 Математические модели .......................................................................................337 Физические модели ................................................................................................339 9.4. Имитационное моделирование...........................................................................340 Моделирование функционирования .................................................................341 Игры ...........................................................................................................................341 Моделирование эффективности системы .......................................................342 Моделирование условий применения ...............................................................344 Физическое моделирование.................................................................................344 Программно-аппаратное моделирование ........................................................345 Техническое моделирование ...............................................................................346 Разработка самолета Боинг 777 ..........................................................................347 Моделирование окружения .................................................................................347
Моделирование виртуальной реальности .......................................................348 Разработка имитационных моделей системы .................................................349 Верификация и валидация модели.....................................................................350 9.5. Анализ компромиссов ...........................................................................................351 Базовые принципы компромиссов.....................................................................351 Формальный анализ и исследование компромиссов ....................................352 Пример анализа компромиссов ..........................................................................362 Ограничения числового сравнения ...................................................................364 Принятие решения .................................................................................................365 9.6. Краткий обзор теории вероятностей ................................................................365 9.7. Методы оценивания ..............................................................................................369 Многомерная теория полезности .....................................................................370 Метод анализа иерархий ......................................................................................370 Деревья решений ....................................................................................................371 Анализ «затраты–эффективность» ...................................................................375 Структурирование функции качества ...............................................................377 9.8. Резюме .......................................................................................................................378 Принятие решений .................................................................................................378 Моделирование на протяжении разработки системы ..................................379 Моделирование для принятия решений ..........................................................379 Имитационное моделирование...........................................................................380 Анализ компромиссов ...........................................................................................380 Краткий обзор теории вероятностей ................................................................381 Методы оценивания ..............................................................................................381 Задачи ..................................................................................................................................382 Дополнительная литература .........................................................................................384 ЧАСТЬ III Стадия разработки инженерно-технических решений ....... 385 Глава 10 Эскизное проектирование ........................................... 387 10.1. Снижение рисков программы .............................................................................387 Место этапа эскизного проектирования в жизненном цикле системы .....................................................................................................................388 Состояние материализации проектных решений ..........................................389 Метод системной инженерии на этапе эскизного проектирования .........389 10.2. Анализ требований ................................................................................................392 Функциональные требования к системе ..........................................................392 Прослеживание требований ................................................................................393 Связь с требованиями назначения ....................................................................393 Связь с предшествующими системами ............................................................394 Выявление компонентов, нуждающихся в разработке .................................394 Содержание
Содержание 10.3. Анализ функционирования и проектирование ..............................................397 Повышенные показатели функционирования ................................................398 Особо сложные компоненты ...............................................................................400 Плохо определенное окружение системы ........................................................401 Функциональное проектирование .....................................................................402 Использование имитационных моделей ..........................................................403 10.4. Разработка прототипа как механизм смягчения риска ................................404 Потенциальные проблемные области ...............................................................405 Проектирование компонентов ............................................................................408 Проверка проектных решений ............................................................................410 Быстрое прототипирование ................................................................................410 Испытательные установки ...................................................................................411 10.5. Стендовые испытания ...........................................................................................412 Планы испытаний и анализа результатов испытаний ..................................413 Специальное испытательное оборудование и испытательные установки .................................................................................417 Определительные испытания и проверка пригодности к эксплуатации ........................................................................................................419 Анализ и оценка результатов испытаний .........................................................420 Оценка пользовательских интерфейсов ...........................................................421 Исправление недостатков проекта ....................................................................423 10.6. Снижение риска ......................................................................................................423 Каким должен быть объем проработки? ..........................................................424 10.7. Резюме .......................................................................................................................424 Снижение рисков программы .............................................................................424 Анализ требований ................................................................................................425 Анализ функционирования и проектирование ..............................................425 Разработка опытного образца как методика смягчения риска ..................425 Стендовые испытания ...........................................................................................426 Снижение риска ......................................................................................................426 Задачи ..................................................................................................................................426 Дополнительная литература .........................................................................................428 Глава 11 Инженерия программных систем .................................. 429 11.1. Преодоление сложности и абстрактности .......................................................430 Роль программного обеспечения в системах ..................................................432 11.2. Природа разработки программного обеспечения .........................................434 Типы программного обеспечения ......................................................................434 Типы программных систем ..................................................................................435 Различия между оборудованием и программным обеспечением ..............438 11.3. Модели жизненного цикла разработки программного обеспечения .............................................................................................................440
Линейные модели разработки .............................................................................442 Инкрементные модели разработки....................................................................443 Эволюционные модели разработки ...................................................................444 Гибкие модели разработки ...................................................................................447 Модернизация программной системы .............................................................448 11.4. Разработка концепции программного обеспечения: анализ и проектирование .....................................................................................449 Анализ потребностей ............................................................................................449 Анализ требований к программному обеспечению ......................................450 Архитектура системы ............................................................................................454 Структурный анализ и проектирование ...........................................................456 Объектно-ориентированный анализ и проектирование .............................458 Другие методологии ..............................................................................................460 11.5. Разработка методами программной инженерии: кодирование и автономное тестирование .................................................................................462 Структура программы ...........................................................................................462 Языки программирования ...................................................................................463 Средства поддержки программирования ........................................................465 Создание прототипа ПО .......................................................................................466 Проектирование программного продукта .......................................................467 Автономное тестирование ...................................................................................469 11.6. Интеграция и тестирование программного обеспечения ............................470 Верификация и валидация ...................................................................................471 Отличительные особенности тестирования программного обеспечения .............................................................................................................471 Интеграционное тестирование ...........................................................................472 Регрессионное тестирование ...............................................................................472 Оценочное тестирование .....................................................................................472 11.7. Управление программной инженерией .............................................................473 Компьютерные инструменты для программной инженерии ......................474 Интегрированная модель зрелости возможностей .......................................475 Метрики программного обеспечения ...............................................................478 Взгляд в будущее .....................................................................................................479 11.8. Резюме .......................................................................................................................480 Преодоление сложности и абстрактности .......................................................480 Природа разработки программного обеспечения .........................................481 Модели жизненных циклов разработки ПО ...................................................481 Разработка концепции ПО: анализ и проектирование .................................482 Разработка методами программной инженерии: кодирование и автономное тестирование .......................................................483 Интеграция и тестирование ПО .........................................................................483 Управление программной инженерией .............................................................483 Задачи ..................................................................................................................................484 Дополнительная литература .........................................................................................485 Содержание
Содержание Глава 12 Техническое проектирование ....................................... 486 12.1. Реализация составных частей системы ............................................................486 Место этапа технического проектирования в жизненном цикле системы ...............................................................................486 Состояние материализации проекта .................................................................487 Метод системной инженерии на этапе технического проектирования ......................................................................................................489 12.2. Анализ требований ................................................................................................491 Технические требования к системе ...................................................................491 Требования к внешним интерфейсам системы ..............................................491 Требования к сборке и установке.......................................................................492 Смягчение рисков ..................................................................................................493 Критические технические требования ..............................................................493 12.3. Анализ функционирования и проектирование ..............................................493 Модульная конфигурация ....................................................................................494 Проектирование программного обеспечения .................................................495 Проектирование пользовательского интерфейса ..........................................496 12.4. Проектирование компонентов ............................................................................497 Предварительное проектирование ....................................................................498 Детальное проектирование .................................................................................499 Автоматизированное проектирование .............................................................500 Надежность ..............................................................................................................503 Ремонтопригодность .............................................................................................507 Готовность ................................................................................................................509 Технологичность .....................................................................................................510 Управление риском ................................................................................................511 12.5. Валидация проектных решений ..........................................................................511 Планирование испытаний ....................................................................................511 Изготовление компонентов .................................................................................512 Стендовые испытания ...........................................................................................513 Оценочные испытания ..........................................................................................514 Испытательное оборудование .............................................................................516 Роль системной инженерии .................................................................................517 12.6. Управление конфигурацией .................................................................................517 Элементы конфигурации ......................................................................................517 Исходные конфигурации ......................................................................................518 Управление интерфейсами ...................................................................................519 Управление изменениями .....................................................................................519 12.7. Резюме .......................................................................................................................520 Реализация составных частей системы ............................................................520 Анализ требований ................................................................................................520
Анализ функционирования и проектирование ..............................................520 Проектирование компонентов ............................................................................521 Валидация проектных решений ..........................................................................522 Управление конфигурацией .................................................................................522 Задачи ..................................................................................................................................522 Дополнительная литература .........................................................................................523 Глава 13 Комплексирование и аттестация ................................... 525 13.1. Комплексирование, испытания и аттестация системы в целом .................525 Место этапа комплексирования и аттестации в жизненном цикле системы ...............................................................................526 Состояние материализации проекта .................................................................529 Метод системной инженерии на этапе комплексирования и аттестации .......................................................531 13.2. Планирование и подготовка испытаний ..........................................................532 Генеральный план испытаний и аттестации ....................................................532 Аналогия между планированием испытаний и аттестации и разработкой системы .........................................................................................533 Анализ требований к системе .............................................................................533 Ключевые вопросы .................................................................................................534 Проектирование испытательного оборудования ...........................................535 Планирование комплексных испытаний ..........................................................536 Планирование доводочных испытаний системы ...........................................536 Планирование натурных испытаний .................................................................537 13.3. Комплексирование системы ................................................................................537 Физическая схема испытательной установки .................................................538 Комплексирование подсистемы .........................................................................540 Комплексирование системы в целом ................................................................544 13.4. Доводочные испытания системы .......................................................................545 Цели испытания системы .....................................................................................545 Планирование доводочных испытаний ............................................................546 Схема проведения испытаний системы ...........................................................547 Разработка сценариев испытания ......................................................................548 Модель функционирования системы ................................................................548 Опытный образец ...................................................................................................549 Проведение испытаний системы ........................................................................549 Анализ и оценка результатов испытаний .........................................................551 Рассмотрение отклонений от расчетных показателей функционирования системы ...............................................................................551 13.5. Натурные испытания и аттестация ....................................................................552 Цели натурных испытаний...................................................................................552 Планирование и подготовка испытаний ..........................................................555 Подготовка персонала ...........................................................................................557 Содержание
Содержание Испытательное оборудование и установки .....................................................557 Проведение испытаний .........................................................................................558 Анализ и оценка результатов испытаний .........................................................559 Отчеты об испытаниях .........................................................................................560 13.6. Резюме .......................................................................................................................560 Комплексирование, испытания и аттестация системы в целом .................560 Планирование и подготовка испытаний ..........................................................560 Комплексирование системы ................................................................................561 Доводочные испытания системы .......................................................................562 Натурные испытания и аттестация ....................................................................562 Задачи ..................................................................................................................................563 Дополнительная литература .........................................................................................564 ЧАСТЬ IV Постразработческая стадия ......................................... 565 Глава 14 Производство ............................................................ 566 14.1. Системная инженерия на заводе ........................................................................566 Место этапа производства в жизненном цикле системы ............................567 Состояние материализации проекта .................................................................567 14.2. Проектирование с учетом производства .........................................................568 Параллельная инженерия на всем протяжении разработки системы .....................................................................................................................569 Учет вопросов развертывания при разработке системы .............................571 14.3. Переход от разработки к производству ...........................................................572 Смена руководства и участников .......................................................................572 Проблемы в процессе перехода ..........................................................................573 Подготовка к производству .................................................................................574 Управление конфигурацией на производстве .................................................575 14.4. Технологические операции ..................................................................................576 Планирование производства ...............................................................................576 Организация производства как сложная система .........................................577 Производство компонентов ................................................................................579 Приемочные испытания системы ......................................................................580 Технология производства ....................................................................................580 14.5. Приобретение знаний о производстве .............................................................581 Системно-инженерные знания о компонентах ..............................................581 Производственные процессы ..............................................................................582 14.6. Резюме .......................................................................................................................583 Системная инженерия на заводе ........................................................................583 Проектирование с учетом производства .........................................................584 Переход от разработки к производству ...........................................................584
Содержание Производственные операции ..............................................................................585 Приобретение знаний о производстве .............................................................586 Задачи ..................................................................................................................................586 Дополнительная литература .........................................................................................587 Глава 15 Эксплуатация и сопровождение .................................... 588 15.1. Установка, техническое обслуживание и модернизация системы ............588 Место этапа эксплуатации и сопровождения в жизненном цикле системы ...............................................................................589 Системная инженерия на этапе эксплуатации и сопровождения ..............589 15.2. Ввод в эксплуатацию и проверка ........................................................................590 Ввод системы в эксплуатацию.............................................................................590 Ввод в эксплуатацию без прерывания работы ................................................593 Ограничения на технические средства и персонал .......................................595 Трудности первоначальной эксплуатации системы ......................................595 15.3. Сопровождение во время эксплуатации ..........................................................596 Проверка готовности к эксплуатации ...............................................................596 Типичные проблемы, возникающие в процессе эксплуатации ...................596 Обслуживание в полевых условиях ...................................................................598 Плановое техническое обслуживание и доработка на месте ......................598 Серьезные аварии ...................................................................................................599 Логистическое обеспечение ................................................................................599 15.4. Существенные изменения в системе: модернизация ....................................600 Жизненный цикл при изменениях в системе ..................................................601 Модернизация программного обеспечения ....................................................603 Запланированное улучшение изделия ...............................................................604 15.5. Учет особенностей эксплуатации при разработке системы ........................604 Источники знаний об эксплуатации ..................................................................606 Помощь со стороны производственного персонала .....................................607 15.6. Резюме .......................................................................................................................607 Установка, техническое обслуживание и модернизация системы ............607 Ввод в эксплуатацию и проверка ........................................................................607 Сопровождение во время эксплуатации ..........................................................608 Существенные изменения в системе: модернизация ....................................608 Учет особенностей эксплуатации при разработке системы ........................608 Задачи ..................................................................................................................................608 Дополнительная литература .........................................................................................609 Указатель .................................................................. 610 Список использованных сокращений ............................. 620
Предисловия Посвящается Александру Косякову, который никогда не принимал ответ «нет» и отказывался верить в невозможность. Он потрясающе умел решать задачи и был великолепным преподавателем, наставником и другом. Сэмюэль Дж. Сеймур Стивен М. Бимер
Обращение к читателям Обращение к читателям Уважаемые читатели! Книга А. Косякова, У. Н. Свита, С. Дж. Сеймура и С. М. Би- мера «Системная инженерия. Принципы и практика» является одним из наиболее известных современных учебников по системной инженерии, который широко используется в учебном процессе американских и европейских технических университетов. Изданием этой книги Русский институт системной инженерии – RISE продолжает публикацию в России наиболее значимых современных книг и руководств по системной инженерии. Отечественные компании, работающие в атомной, аэрокосмической, оборон- ной, энергетической и других высокотехнологичных отраслях, испытывают все возрастающий дефицит инженерных кадров. Этим предприятиям сегодня нужны специалисты, способные грамотно сочетать традиционную инженерную деятельность с эффективной управленческой практикой и на этой основе создавать конкурентоспособную продукцию. По нашему мнению, одна из причин снижения конкурентоспособности систем, создаваемых отечественными инженерами в последние годы, заключается в недооценке отечественной промышленностью и высшей инженерной школой ключевой роли системной инженерии в достижении главной цели инженерной деятельности, которая заключается в создании конкурентоспособных систем. Именно системная инженерия и ее важнейшие разделы, такие как программная инженерия, инженерия требований, управление конфигурацией, управление рисками, проектирование архитектур и другие являются фундаментом, на основе которого удается наладить успешную инженерную деятельность и создавать системы, конкурентоспособные на мировом рынке. Важность обучения системной инженерии была осознана в нашей стране в 70-х годах ХХ века. Именно на это время приходится период быстрого становления системной инженерии в СССР, где она получила название «системотехника». В частности, известный отечественный специалист проф. В. Н. Спицнадель писал: «Мы считаем, что системотехника должна стать основной технической дисциплиной в высших технических учебных заведениях, а ее разделы – профилирующими для различных специальностей. Однако сегодня изучение основ системотехники в вузах страны, за небольшим исключением, остается на сравнительно низком уровне. Отсутствие такой подготовки системотехников наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству (приводит к увеличению стоимости разработок, проведению дублирующих работ и т. д.)» (Проблемы системотехники. Л.: Судостроение, 1980, с. 60–65). Тем не менее в СССР системная инженерия студентами изучалась, в большинстве технических вузов страны функционировали кафедры системотехники, а отечественными авторами было издано множество учебников и учебных пособий по этой дисциплине. Среди них была и книга В. И. Николаева и В. М. Брука «Системотехника. Методы и приложения», опубликованная в 1985 году; с тех пор заметных публикаций, ориентированных на студентов вузов, по этой тематике в нашей стране не было. Надеюсь, что настоящий учебник позволит хотя бы частично заполнить этот почти 30-летний пробел и поможет нашим преподавателям в подготовке целого спектра современных курсов по системной инженерии и ее приложениям.
Предисловия Полагаю, что эта книга также будет весьма полезна специалистам, занятым практичес кой деятельностью по созданию сложных инженерно-технических объектов. Также рассчитываю, что это издание подтолкнет отечественных авторов к созданию оригинальных и значимых учебных и практических материалов по системной инженерии. Приятно отметить, что принципы и практика системной инженерии находят все большее понимание и поддержку среди известных специалистов по созданию крупномасштабных систем. В этой связи хочется особенно поблагодарить Генерального директора ОАО «Концерн Росэнергоатом» Романова Е. В. и первого заместителя Генерального директора ОАО «Концерн Росэнергоатом» Асмолова В. Г. за поддержку при использовании принципов и практик системной инженерии в проекте ВВЭР-ТОИ, а также первого заместителя генерального директора ВНИИАЭС, главного конструктора АСУ ТП Дунаева В. Г. – за применение методов сис темной инженерии в проектах АСУ ТП ВВЭР-ТОИ. Кроме того, хочу выразить признательность всем коллегам, которые поддерживают работу Русского института системной инженерии по изданию книг и учебных пособий. Г. В. Аркадов Вице-президент Русского института системной инженерии, зав. кафедрой физико-технической информатики МФТИ, профессор
Вступительное слово Вступительное слово Дорогие читатели! Системная инженерия, включая инженерию программных сис тем, представляет сегодня быстро развивающуюся прикладную научную дисцип лину. Работы в этой области выполняются при поддержке целого ряда крупных международных профессиональных организаций, среди которых Институт инженеров электротехники и электроники (The Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE), Международный совет по системной инженерии (International Council on Systems Engineering – INCOSE), Совет университетов, реализующих образовательные и исследовательские программы в области создания инженерных систем (Council of Engi neering Systems Universities – CESUN), Группа по управлению объектами (Object Management Group – OMG) и ряд других. В сфере системной инженерии сложилась развитая сеть научно-методических коммуникаций, в рамках которой налажены выпуск специальных журналов, систематическое издание широкого спектра учебников и монографий, а также проведение регулярных конференций, семинаров и симпозиумов. В этих мероприятиях ежегодно участвуют тысячи специалистов со всего мира, среди которых можно увидеть как маститых профессионалов, так и студентов и аспирантов. Образовательные программы по системной инженерии сегодня реализуются примерно в 250 университетах Европы, Америки и Азии. Большое внимание уделялось системной инженерии и в СССР, где эта дисцип лина развивалась под названием «системотехника». Ярким подтверждением может служить активная работа более 30 кафедр системотехники, которые вели учебный процесс во всех крупных технических вузах страны. К сожалению, в силу известных причин в конце 80-х годов работы по созданию крупномасштабных сис тем в нашей стране были практически свернуты, а целенаправленная подготовка кадров в этой области приостановилась. Впечатляющие преобразования, происходящие сегодня в области создания сложных инженерных объектов и обусловленные революцией в сфере информатизации, глобализацией систем и быстрым внедрением инноваций; появление новых классов инженерно-насыщенных систем, включая социотехнические системы, распределенные энергетические, транспортные, оборонные и коммуникационные системы масштаба страны, а также развитие мегасистем привели и в нашей стране к пониманию необходимости проведения работ и подготовки кадров в области системной инженерии. Учебно-методические материалы по системной инженерии на русском языке практически отсутствуют. Последний отечественный учебник по этой проблематике был издан в СССР в 1985 году. Таким образом, перевод и издание в нашей стране одного из наиболее востребованных сегодня в мире учебников по системной инженерии – книги профессора А. Косякова и соавторов «Системная инженерия. Принципы и практика» – представляется весьма актуальным. Среди важнейших достоинств предлагаемого вашему вниманию издания – нацеленность на овладение студентами подходом системного инженера. Это, в свою очередь, предполагает, что инженер, занятый в крупных проектах, должен
Предисловия быть способен и мыслить, и действовать на языке систем. Авторы книги постоянно подчеркивают, что системный инженер обязан быть новатором и изобретателем, действуя в то же время методично, целенаправленно и дисциплинированно. Следует отметить зрелость педагогических приемов, положенных в основу изложения: материалы книги прошли многолетнюю апробацию в аудиториях Университета Джонса Хопкинса, который является одним из ведущих исследовательских университетов мира; в инженерной школе этого университета была запущена одна из первых программ подготовки магистров по системной инженерии. Здесь хочется особо упомянуть о замечательных задачах, которые сопровождают все 15 глав учебника и могут стать основой для курсового и дипломного проектирования, а также научной работы студентов. Важно и то, что авторы используют компактный набор базовых моделей, чтобы сделать системную инженерию более наглядной и прос той для усвоения. Среди этих моделей выделяются иерархическая модель сложной системы, модель жизненного цикла системы, пошаговая модель для метода системной инженерии и концепция «материализации», отражающая особенности развития системы на протяжении всего жизненного цикла. Наконец, к сильным сторонам этой книги относится ориентация на практическую сторону деятель ности системного инженера, что, впрочем, не мешает авторам уделять внимание и вопросам методологии системной инженерии. Отметим, что на русский язык переведено второе издание учебника, в котором отражены все основные особенности развития системной инженерии в последние годы; кроме того, данное издание содержит расширенное описание современных методик, принципов и концепций инженерии программных систем, а также вопросов, посвященных инженерии требований, системному и функциональному анализу, анализу альтернатив и принятию решений. Книга предназначена в первую очередь для студентов, обучающихся по про- граммам подготовки магистров, но она построена так, что от студента, приступающего к занятиям, не требуется предварительной подготовки по системной инженерии, поэтому материалы, содержащиеся в учебнике, могут использоваться также при подготовке бакалавров и специалистов. На основе содержащихся в книге материалов может быть подготовлен целый ряд программ и курсов, нацеленных на обучение разработчиков современных систем в самых разных областях, включая системы оборонительного назначения, транспортные, энергетические, коммуникационные системы, а также более «мягкие» системы уровня предприятия. Кроме того, книга может послужить в качестве справочного пособия для инженеров, ученых и руководителей проектов, связанных с созданием сложных систем, а также полезного руководства для системы переподготовки кадров и повышения квалификации. Книга, безусловно, не свободна от недостатков, среди которых мы выделим ориентированность на сложившуюся в США практику организации и управления работами по созданию крупных систем, которая отличается от подобной практики в нашей стране. С другой стороны, полагаю, что издание этого учебника на русском языке стимулирует наших преподавателей к разработке собственных, оригинальных учебно-методических материалов по системной
Вступительное слово инженерии, где будет учтен отечественный опыт организации и осуществления инженерной деятельности. Надеюсь, что это издание окажется полезным для всех, кто занят инженер- ным трудом, подготовкой инженерных кадров и изучением инженерного дела. А. С. Сигов Академик РАН, первый вице-президент Ассоциации инженерного образования России
Доступ онлайн
990 ₽
В корзину