Sommario:
L'ingegneria dei sistemi è una parte fondamentale di qualsiasi progetto nel settore dell'ingegneria; sia che si tratti di produrre un semplice componente o di progettare un prodotto complesso come un'auto o un aereo. Organizzazioni consolidate come la NASA e BAE Systems sottolineano l'importanza dell'ingegneria dei sistemi per soddisfare i requisiti e avere successo in missioni e progetti. Ma cos'è esattamente l'ingegneria dei sistemi e quale ruolo svolge nell'industria aerospaziale?
Per rispondere a questa domanda, considera cos'è un sistema. Secondo il MIL-HBK-338B Electronic Reliability Design Handbook, un sistema è:
"Un insieme di attrezzature, abilità e tecniche in grado di svolgere o supportare un ruolo operativo, o entrambi." (Dipartimento della Difesa, 1998)
Un sistema non deve essere necessariamente complesso come un veicolo o un computer e può far parte di un sistema più ampio e complesso. Non deve nemmeno essere creato dall'uomo; il Sistema Solare è un naturale esempio di sistema, mentre i freni delle auto sono un sistema a sé stante che contribuisce come parte di un sistema più ampio. Un sistema è un insieme di componenti che lavorano insieme per elaborare un input per creare un output.
I sistemi possono essere suddivisi in una serie di sistemi e sottosistemi più piccoli specializzati in aree diverse per garantire che il sistema complessivo sia conforme ai suoi requisiti e specifiche. È possibile definire una gerarchia di questi sistemi per suddividere i requisiti del sistema principale in componenti più piccoli e più gestibili che possono essere distribuiti tra questi sottosistemi specializzati.
Figura 1 - Esempio di una gerarchia di sistemi. (Moir & Seabridge, 2013)
Per garantire che tutti i componenti funzionino insieme nel sistema complessivo, è necessaria molta comunicazione e integrazione tra i sottosistemi. È qui che entra in gioco l'ingegneria dei sistemi. L'ingegneria dei sistemi è descritta dall'International Council on Systems Engineering (INCOSE) come:
“Un approccio interdisciplinare e mezzi per consentire la realizzazione di sistemi di successo. Si concentra sulla definizione delle esigenze del cliente e della funzionalità richiesta nelle prime fasi del ciclo di sviluppo, documentando i requisiti, quindi procedendo con la sintesi del progetto e la convalida del sistema considerando il problema completo ". (INCOSE)
L'ingegneria dei sistemi è "olistica e integrativa" e colma il divario nella comunicazione tra i diversi sottosistemi "per produrre un insieme coerente" (NASA, 2009). Mentre i sottosistemi sono specializzati e si concentrano su un'area del sistema principale, l'ingegneria dei sistemi è più generalizzata e adotta un approccio più centrato sugli obiettivi, guardando al quadro più ampio per garantire che i sottosistemi si uniscano efficacemente per produrre il sistema principale finale entro una scadenza e budget.
Ingegneria dei sistemi nel settore aerospaziale
Le organizzazioni in settori come quello automobilistico e aerospaziale trovano l'ingegneria dei sistemi particolarmente utile per identificare soluzioni alternative, prevenire eventuali problemi imprevisti e garantire che il cliente sia soddisfatto della qualità del prodotto finito. Inoltre, INCOSE afferma che "l'uso efficace dell'ingegneria dei sistemi può far risparmiare oltre il 20% del budget del progetto" (INCOSE, 2009). Il software di ingegneria dei sistemi ora consente alle aziende di testare modelli concettuali rispetto ai requisiti del cliente attraverso simulazioni virtuali e produrre prove di sicurezza documentate per valutazioni da enti di certificazione come l'Autorità per l'aviazione civile (CAA) (3dsCATIA, 2011). Ciò aiuta a ridurre gli sprechi di materiali derivanti dai test di prototipi, modifiche e possibile rottamazione e rende il processo dal concetto al prodotto molto più veloce ed efficiente.
L'obiettivo di un ingegnere di sistemi è aiutare il cliente a comprendere correttamente il problema in questione e preparare soluzioni al problema tra cui il cliente può scegliere. L'ingegnere di sistemi può quindi guidare e guidare i diversi reparti del team di progetto verso l'obiettivo di implementare questa soluzione, partendo dall'output desiderato per determinare gli input richiesti e quindi facendo costantemente riferimento ai requisiti del cliente per garantire la conformità del sistema finale le sue specifiche. Per questo un ingegnere di sistemi deve avere una serie di abilità e caratteristiche diverse, tra cui:
- Un'ampia competenza tecnica: gli ingegneri di sistema richiedono una comprensione fondamentale della maggior parte, se non tutti, dei diversi sottosistemi e il desiderio di saperne di più su queste aree;
- Un apprezzamento del valore del processo e degli obiettivi generali che devono essere raggiunti per raggiungere l'obiettivo finale e la capacità di indirizzare questi obiettivi ai team del sottosistema;
- Un leader sicuro di sé, ma anche un membro del team forte e assertivo. Harold Bell del quartier generale della NASA suggerisce che "un grande ingegnere di sistemi comprende e applica completamente l'arte della leadership e ha l'esperienza e il tessuto cicatriziale derivante dal tentativo di ottenere il distintivo di leader dal suo team" (NASA, 2009);
- Capacità di problem solving e pensiero critico;
- Comunicazione eccezionale e capacità di ascolto attivo e capacità di stabilire connessioni a livello di sistema;
- La capacità di adottare un approccio centrato sugli obiettivi anziché una visione tecnica o cronologica: un ingegnere di sistemi guarda l'output per determinare gli input richiesti per un progetto e deve essere in grado di vedere il quadro più ampio, concentrandosi solo sui dettagli più piccoli quando serve;
- A proprio agio con il cambiamento e l'incertezza: secondo la NASA, gli ingegneri di sistema devono comprendere e incoraggiare la quantificazione dell'incertezza nei team al fine di progettare un sistema che tenga conto di queste incertezze (NASA, 2009);
- Creatività e istinto ingegneristico per trovare il modo migliore per risolvere un problema apprezzandone i rischi e le implicazioni;
- Paranoia corretta: aspettarsi il meglio, ma pensare e pianificare lo scenario peggiore come precauzione.
Alcune delle caratteristiche comportamentali di un ingegnere di sistemi possono essere riassunte in un attributo: pensiero sistemico. Il pensiero sistemico è stato fondato per la prima volta nel 1956 dal professore del MIT Jay Forrester, che ha riconosciuto la necessità di metodi migliori per testare nuove idee sui sistemi sociali, allo stesso modo in cui le idee in ingegneria possono essere testate (Aronson). Il pensiero sistemico è un insieme di principi generali che consente alle persone di comprendere e gestire i sistemi sociali e di migliorarli.
L'approccio del pensiero sistemico è fondamentalmente diverso dall'analisi delle forme tradizionali. Per prima cosa, l'analisi tradizionale si concentra sul riduzionismo, riducendo parti del sistema principale (noto anche come oloni) a componenti in continua diminuzione (Kasser & Mackley, 2008). Al contrario, il pensiero sistemico guarda al quadro più ampio e al modo in cui il sistema o parte interagisce con gli altri oloni, e riconosce i loop e le relazioni tra gli oloni. Ciò può spesso portare a conclusioni notevolmente diverse da quelle generate dall'uso dei metodi analitici tradizionali, ma può anche aiutare a determinare i comportamenti emergenti degli oloni e la possibilità di esiti indesiderati, aspettandosi l'inaspettato. Adottando questi passaggi diventa più facile identificare nuove e più efficaci soluzioni a problemi complessi e ricorrenti,migliorando anche il coordinamento all'interno dell'organizzazione.
Nell'industria, agli ingegneri di sistema è richiesto di lavorare con un numero di parti interessate diverse, ciascuna con la propria prospettiva per la progettazione e lo sviluppo del prodotto richiesto. Ad esempio, se un'organizzazione aerospaziale esaminasse lo sviluppo del concetto di un nuovo aeromobile civile, ci sarebbe un'ampia gamma di parti interessate in questione, inclusi fornitori di materiali e servizi, passeggeri e personale di volo e autorità di certificazione, nonché il team di ingegneri direttamente coinvolto nel progetto. La Figura 2 mostra le parti interessate tipiche in un sistema di aviazione civile, suddividendole in quattro interfacce di sistema principali: socioeconomica, normativa, ingegneristica e umana. Identificando queste interfacce, i sistemisti sono in grado di pianificare quando sono necessarie interazioni con sistemi particolari e semplificare lo sviluppo e le operazioni,documentare l'intero processo.
Figura 2 - Parti interessate tipiche in un sistema di aviazione civile. (Moir & Seabridge, 2013)
Ogni stakeholder è interdipendente con gli altri nella stessa interfaccia. Ad esempio, quando si richiede un certificato di tipo, è necessario produrre un certo numero di prototipi da sottoporre a prove diverse e un programma di manutenzione deve essere messo insieme per supportare l'aeronavigabilità continua dopo l'approvazione del progetto. Questo viene presentato insieme ai risultati del test del prototipo alle autorità di regolamentazione che, se soddisfatti degli aspetti di sicurezza, salute e ambiente del prototipo, approvano il prototipo e l'autorità di aeronavigabilità rilascia un certificato di tipo (MAWA, 2014). Ulteriori regolamenti devono quindi essere conformi a affinché l'aeromobile mantenga il certificato di tipo e il certificato di aeronavigabilità o sarà ritenuto pericoloso volare.Gli ingegneri di sistema devono quindi comprendere le normative a cui l'aereo deve conformarsi per tutta la sua vita e pianificare metodi per mantenerlo a uno standard di aeronavigabilità.
Il lavoro di un ingegnere di sistemi non finisce una volta che il concetto è diventato un prodotto. Devono quindi collaborare con un team di manutenzione per mantenere il prodotto sicuro e utilizzabile fino al ritiro dal servizio. La figura 3 mostra il ciclo di vita di un aeromobile dal punto di vista dell'Autorità per l'aviazione civile (CAA) e il modo in cui gli ingegneri di sistema e i responsabili di prodotto nel settore aeronautico dovrebbero lavorare con la CAA durante tutto il ciclo di vita.
Figura 3 - Ciclo di vita di un aeromobile (The Civil Aviation Authority of New Zealand, 2009)
Concludendo tutto
L'ingegneria dei sistemi è "una competenza fondamentale fondamentale" per il successo nel settore aerospaziale. Si tratta prima di tutto di gestire la complessità per ottenere il giusto design, e quindi di mantenere e migliorare la sua integrità tecnica (NASA, 2009). Secondo l'amministratore della NASA Michael D. Griffin nella sua presentazione del 2007, Systems Engineering and the 'Two Cultures' of Engineering , l'ingegneria dei sistemi aiuta a fornire un equilibrio di tutti i sottosistemi da combinare in un sistema che procederà oltre la fase di progettazione preliminare e quindi soddisfare i requisiti del cliente per cui è stato esplicitamente progettato (Griffin, 2007).
Esaminando lo sviluppo del concetto di un aeromobile civile e considerando le diverse parti interessate e le interfacce di sistema coinvolte nel ciclo di vita dell'aeromobile, direttamente o indirettamente, è evidente che gli ingegneri di sistema hanno una vasta gamma di responsabilità e prospettive da gestire al di fuori del sistema di ingegneria che continua ad essere affrontato e gestito anche dopo che la fase di progettazione preliminare è stata completata. Assicurandosi di comprendere appieno l'entità dell'obiettivo finale del prodotto finale e apprezzando l'impatto che avrà sui diversi stakeholder, gli ingegneri di sistema sono in grado di determinare gli input necessari per raggiungere questi obiettivi entro le scadenze e i budget stabiliti.
Sebbene l'ingegneria dei sistemi possa assumere forme diverse a seconda del settore e delle preferenze dell'organizzazione, i metodi di base utilizzati rimangono coerenti e l'obiettivo rimane lo stesso: trovare il progetto migliore per soddisfare i requisiti. In qualsiasi progetto di ingegneria ci sarà una serie di sottosistemi specializzati che devono essere riuniti per garantire che il risultato finale del progetto soddisfi le sue specifiche al meglio delle sue capacità.
Riferimenti
3dsCATIA. (2011, 30 settembre). Che cos'è l '"ingegneria dei sistemi"? - Collezione elementare. Estratto da YouTube:
Aronson, D. (nd). Panoramica del pensiero sistemico. Estratto 2016, dalla pagina Thinking:
Dipartimento della Difesa. (1998). MIL-HBK-338B Manuale di progettazione elettronica di affidabilità. Virginia: Ufficio per la qualità e la standardizzazione della difesa.
INCOSE. (nd). Cos'è l'ingegneria dei sistemi? Estratto 2016, da INCOSE UK:
INCOSE. (2009, marzo). zGuide 3: Perché investire nell'ingegneria dei sistemi? Estratto da INCOSE UK:
Kasser, J. e Mackley, T. (2008). Applicare il pensiero sistemico e allinearlo all'ingegneria dei sistemi. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I. e Seabridge, A. (2013). Progettazione e sviluppo di sistemi aeronautici (2a ed). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). L'arte e la scienza dell'ingegneria dei sistemi. NASA.
© 2016 Claire Miller