مهندسی سیستم ها

هدایت به رهبری، مدیریت، جهت دهی معمولا بوسیله یک نیروی مافوق با تجربه به منظور رسیدن به یک هدف مشخص اطلاق می شود. خصوصیت مذکور بر پروسه انتخاب مسیر برای دیگران از میان تعداد زیادی مسیر برای دنبال کردن تاکید دارد(مشخصه اصلی مهندسی سیستم ها). تعریف فرهنگ لغت از مهندسی عبارت است از: به کار گیری اصول علم برای یک هدف عملی به عنوان طراحی، ساخت وساز و عملکرد بهینه و اقتصادی سازه ها، اجزا و سیستم ها. در تعریف مذکور دو لغت  بهینه و اقتصادی به عنوان دو مشخصه ویژه مهندسی مطرح هستند.

به شکل ساده، سیستم متشکل از ساختاری مجتمع از افراد، محصولات و پروسه ها می باشد که قابلیتشان ارضای یک نیاز یا هدف مشخص می باشد.

سیستم در لغت دارای معانی مختلفی می باشد. یک تعریف بسیار متداول از سیستم عبارت است از : دسته اجزای مرتبط به شکل داخلی که با یکدیگر برای هدفی مشخص کار می کنند. این تعریف بر رابطه درونی پیچیده اجزا با یکدیگر که برای هدفی مشخص کار می کنند دلالت دارد. لغت پیچیده تعریف را برای سیستمی که در آن اجزای گوناگون وجود دارد و روابطشان نیز بسیار پیچیده است محدود می کند. بنابراین وسایل خانگی مانند ماشین لباسشوئی نمی تواند به عنوان یک سیستم به قدر کافی پیچیده تلقی شود. اگر چه ممکن است شامل قطعات مدرن باشد. به بیان دیگر لغت سیستم مهندسی شده شامل چنین سیستم هایی نمی شود.

1-3-مهندسی سیستم ها و قوانین سنتی مهندسی

از تعریف بالا می توان نتیجه گرفت که مهندسی سیستم ها بنا به دلایل زیر متفاوت از قوانین معمولی مکانیکی، الکتریکی یا سایر علوم فیزیکی می باشد:

1. در مهندسی سیستم به سیستم به عنوان اصل توجه می شود یا در اصل به کارائی اصلی آن تاکید می شود. این روش به سیستم از بیرون نگاه می کند که شامل روابط سیستم با سیستم های دیگر و محیط آن می باشد همچنانکه از داخل نیز به آن نگاه می کند. دغدغه آن تنها منوط به طراحی سیستم از دیدگاه مهندسی نیست بلکه به فاکتورهای خارجی که بر طراحی اثر گذارند نیز می باشد، که شامل نیاز مشتری، محیط عملکردی سیستم، سیستم های تعاملی، ملزومات تدارکاتی سیستم، قابلیت عملکرد پرسنل و بسیاری فاکنورهای دیگر می شود.
2. اگر چه هدف اصلی مهندسی سیستم ها رهبری است، اما این بدان معنا نیست که مهندس سیستم نقشی در طراحی سیستم ها ایفا نمی کنند، بلکه آنان عهده دار طراحی مفهومی می باشد.
3. تعدد المانهای طراحی برای سیستم های پیچیده نیازمند تسلط بر علوم مهندسی گوناگونی می باشد. به منظور کارکرد صحیح سیستم، هر المان سیستم بایستی با دیگر المان های سیستم به شکل صجیح در ارتباط باشد. اجرای چنین عملیات درون سیستمی متصل به همی وابسته به طراحی فیزیکی و مهندسی دقیق هر کدام از این المان ها دارد. بنا براین المان های مختلف سیستم قادر به انجام وظیفه به شکل جداگانه با دیگر المان های سیستم نمی باشند. همچنین مهندس سیستم در صورت لزوم بایستی قادر به طراحی هر کدام از این قطعات به شکلی باشد که اطمینان از این مسئله حاصل شود که تعاملات بین این اجزا به شکل کامل شکل گرفته و مشکلی برای سیستم به وجود نیاید. چنین هماهنگی هائی خصوصا در زمانی مهم می نماید که چنین قطعاتی توسط سازمانی دیگر طراحی، تست و پشتیبانی شود.

1-4-مهندسی سیستم ها و مدیریت پروژه

اولین فاز مهندسی سیستم های پیچیده معمولا با یک مرحله جستجو که در آن ایده سیستم مذکور برای برآوردن نیاز مورد نظر شکل می گیرد آغاز می شود. هنگامی که این ایده از شکل ایده خارج و وارد فاز عملیاتی می شود بالطبع نیاز به افراد مختلف با مهارت های مختلف و صرف زمان و هزینه به منظور تبدیل یک ایده به طرح عملیاتی احساس می شود.

چنین پیجیدگی هائی در سر کار یک مهندس نیاز به تشکیل تیمی قوی را برای انجام و تبدیل این ایده به عمل می طلبد. چنین پروسه ای در اصطلاح به نام پروژه[1] شناخته شده و فردی که مسئولیت اداره آن را دارد مدیری است که افراد مذکور در انجام پروژه به او کمک می کنند. مهندسی سیستم ها جز ذاتی مدیریت پروژه محسوب می شود- قسمتی که مسئول مدیریت هدایت مهندسی پروژه می باشد.

1-5-تاریخچه مهندسی سیستم ها

شناخت مهندسی سیستم ها به عنوان فعالیتی مشخص بیشتر به دلیل تاثیرات جنگ جهانی دوم بوده است. به خصوص بین سال های 1950 تا 1960 که منابع زیادی به چاپ رسید که در ابتدا مهندسی سیستم ها را به شکل یک علم جدا تعریف می کرد. به شکل بهتر همگام با پیشرفت فناوری ها نیاز به این مهندسی به شدت احساس شد.

جنگ جهانی دوم فرصت بسیار خوبی را برای پیشرفت های سریع صنایع و فناوری های نوین فراهم کرد. بوجود آمدن پروژه های پیچیده و لزوم هماهنگی و انجام آنها در زمان کوتاه وجود یک نوع مهندسی سیستم را ایجاد کرد.

در خلال جنگ سرد، به دلایل سیاسی نیازمندی های نظامی به شدت در حال رشد و توسعه بود. پیشرفت در طراحی و ساخت جنگنده ها، سیستم های کنترل و مواد باعث درگیر شدن مهندسان و مهندسان سیستم با پروژه های بسیار پیچیده در مقایسه با پروژه های گذشته شده بود. از سوی دیگر یکی دیگر از حوزه هائی که به شدت درگیر این پیشرفت ها شده بود صنعت الکترونیک بود. این پیشرفت ها رفته رفته به سمت پیشرفت در حوزه اطلاعات یا به بیان بهتر به پیشرفت های عظیمی در فناوری اطلاعات انجامید که در آنها رایانه ها، شبکه ها و ارتباطات خارج از مرز های قبلی خود وارد حوزه های عمیق تری شده بودند. یکی دیگر از این پیشرفت های عظیم مربوط به کاهش نیروی انسانی و جایگزینی ماشین یا به عبارت دیگر توسعه اتوماسیون در صنعت بود. بدین ترتیب کنترل رایانه ها بر صنعت بیش از پیش توسعه پیدا کرد. کنترل کامپیوتر بر سیستم ها یکی از ویژگی های مهم مهندسی سیستم ها می باشد.

رابطه بین مهندسی سیستم های مدرن با خواستگاهشان با توجه به سه عامل زیر بهتر قابل فهم است :

1. فناوری در حال پیشرفت.
2. رقابت
3. تخصص

1-6-فناوری در حال پیشرفت

پیشرفت انفجاری فناوری ها در نیمه دوم قرن 20 در بسیاری از کشورها مهمترین عامل برای وجوب مهندسی سیستم ها بوده است. پیشرفت فناوری ها نه تنها باعث توسعه سیستم های پیشین شده بود بلکه سیستم های کاملا متفاوتی نسبت به گذشته که پایه اشان رایانه بود ایجاد کرده بود. این پیشرفت ها نه تنها ذات محصولات را که روش تهیه، ساخت، مهندسی و طراحی آنها را نیز تحت تاثیر قرار داده بود.

این پیشرفت ها حتی بر رهیافت مهندسان برای استفاده از قوانین پیشین به منظور طراحی یک قطعه یا سیستم نیز اثر گذاشته بود. مهندسان در قبل با قوانین فیزیکی آشنا قدم به عرصه طراحی می گذاشتند. در حالی که حالا به دلیل پیچیدگی بیش از حد سیستم ها و آشنا نبودن با رفتار سیستم ها در زمان عملکرد امکان ریسک به شدت بالا رفته بود. این خود باعث به وجود آمدن مدیریت ریسک در مهندسی سیستم های مهندسی شد.

سر کار داشتن با ریسک یکی از وظایف اصلی مهندس سیستم می باشد. در حقیقت مهندس سیستم در مرکز بهترین تصمیم گیری برای برای برقراری تعادل ریسک می باشد. این مهم نیازمند دانشی وسیع از همه سیستم و المان های بحرانی و مهم آن می باشد.

اگرچه افزایش اتوماسیون از تعداد نیروی انسانی که در صنعت در حال کار هستند می کاهد و حضور ماشین ها و رایانه ها در صنعت را پر رنگ تر می کند اما باز هم نیاز به نیروی کار ماهر و با مهارت که قادر به کار با ماشین ها و رایانه های مذکور باشند را می طلبد. این خود چالشی است که نیاز به آموزش را می طلبد. تعاملات[2] بین سیستم و انسان و همچنین انسان و ماشین دغدغه اصلی مهندسی سیستم می باشد.

رقابت

فشار رقابتی بر پروسه تکمیل سیستم همواره در مقاطع خاصی از تکامل وجود دارد. برای مثال در سیستم های دفاعی نیاز اساسی به دلیل افزایش قابلیت های نظامی دشمن به وجود می آیدکه بالطبع باعث کاهش کارائی سیستم طراحی شده می شود. چنین فشارهائی نهایتا باعث می شود که جنبشی برای تکامل سیستم یا بوجود آمدن یک سیستم بهینه در زمان مورد نظر به وجود آید، یا اینکه باعث بهبود پیدا کردن سیستم موجود نیز می شود.

در توسعه محصولات تجاری به دلیل رقابت شدید در برخی از شاخه ها نیاز به تولید محصولی بسیار بهتر و کاراتر نسبت به دیگر رقبا باعث می شود که توسعه و تکامل سیستم با سرعت بسیار بیشتری انجام پذیرد، چراکه رقبا همواره به دنبال تولید محصولی با کارائی بیشتر هستند و بدین منظور همواره در صدد در دست گرفتن بازار می باشند.

از سوئی دیگر، رقابت بر سر عوامل مختلف اساسی تاثیر گذار بر سیستم همواره باید در توسعه و پیشرفت سیستم مورد توجه قرار بگیرد. برای مثال همواره رقابت و کشمکش شدیدی بین عملکرد، قیمت و زمان بندی وجود دارد. همچنین غیر ممکن است که به تعاملی بهینه برای هر کدام و در آن واحد بین آنها دست پیدا کرد. بنابراین این یک موضوع حیاتی است که بتوان به مقدار بهینه ای دست پیدا کرد تا در حد قابل قبولی تعامل حداکثری را با تمام این مشخصه ها بوجود آورد.

تمام اشکال رقابت هر یک به نوعی باعث می شود که نوعی فشار بر توسعه و تکامل برای رسیدن به عملکرد دلخواه برای سیستم قابل دسترس و در کمترین زمان ممکن وارد گردد. پروسه انتخاب بهترین راهکار نیازمند آزمایشات متعدد، دانش فراوان در حوزه های مختلف و در نهایت تصمیم گیری مناسب می باشد که نیازمند تجربه ای است که تنها مهندس سیستم داراست. به پروسه مذکور اصطلاحا ((تحلیل مبادله ای)) می گویند، که خود از اصول و اساس مهندسی سیستم ها می باشد.

1-7-تخصص : تعاملات

یک سیستم مهندسی پیچیده که عملکرد خاصی را دارد شامل بسیاری از قطعات، خرده سیستم ها و اجزای مختلف می باشد. طراحی، کارکرد و نگه داری از هر کدام از این سیستم ها نیازمند تعامل با متخصصان از موسسات و سازمان های مختلف می باشد.

1-8-مثال هائی از سیستم های نیازمند مهندسی سیستم

همان طور که در بالا بدان اشاره شد، تعریف سیستم شامل دسته اجزای مرتبط با هم که برای هدف مشخصی کار می کنند برای بسیاری از وسایل خانگی کاربرد دارد. اگرچه اغلب این وسایل تنها از یک یا دو نظام مهندسی خاص پیروی می کنند و طراحی شان بر اساس فناوری مشخصی انجام شده است. بنابراین برای این سیستم ها واژه پیچیده صادق نخواهد بود.

برای مشخص شدن تفاوت بین سیستم های نیازمند به مهندسی سیستم ها و سیستم های معمولی سه فاکتور مهم زیر مطرح می شود :

1. سیستم شامل قطعات مهندسی شده می باشد و نیاز خاصی را بر طرف می کند.
2. شامل قطعات گوناگونی است که دارای روابط پیچیده با یکدیگر می باشند. بنابراین سیستم های پیچیده ای هستند.
3. از فناوری های نوین استفاده می کنند که این فناوری ها خود مرکز عملکرد اصلی سیستم می باشند. بنابراین دارای رسیک بالا و معمولا هزینه بالائی هستند (سیستم های دفاعی).

[1] Project

[2] Interface