วิศวกรรมระบบในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

วิศวกรรมระบบเป็นส่วนสำคัญของโครงการใด ๆ ในอุตสาหกรรมวิศวกรรม ไม่ว่าจะเป็นการผลิตส่วนประกอบง่ายๆเพียงชิ้นเดียวหรือการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนเช่นรถยนต์หรือเครื่องบิน องค์กรที่มีชื่อเสียงเช่น NASA และ BAE Systems เน้นความสำคัญของวิศวกรรมระบบเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดและประสบความสำเร็จในภารกิจและโครงการต่างๆ แต่วิศวกรรมระบบคืออะไรกันแน่และมีบทบาทอย่างไรในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ?

เพื่อที่จะตอบคำถามนี้ให้พิจารณาว่าระบบคืออะไร ตามคู่มือการออกแบบความน่าเชื่อถือทางอิเล็กทรอนิกส์ของ MIL-HBK-338B ระบบคือ:

“ องค์ประกอบของอุปกรณ์และทักษะและเทคนิคที่สามารถปฏิบัติหรือสนับสนุนบทบาทปฏิบัติการหรือทั้งสองอย่าง” (กระทรวงกลาโหม, 2541)

ระบบไม่จำเป็นต้องซับซ้อนเท่ายานพาหนะหรือคอมพิวเตอร์และอาจเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ไม่จำเป็นต้องประดิษฐ์ขึ้นเอง ระบบสุริยะเป็นตัวอย่างตามธรรมชาติของระบบในขณะที่ระบบเบรกในรถยนต์เป็นระบบของตัวมันเองที่ก่อให้เกิดเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ใหญ่ ระบบคือส่วนประกอบของส่วนประกอบที่ทำงานร่วมกันเพื่อประมวลผลอินพุตเพื่อสร้างเอาต์พุต

ระบบสามารถแบ่งออกเป็นระบบขนาดเล็กจำนวนมากและระบบย่อยที่เชี่ยวชาญในด้านต่างๆเพื่อให้แน่ใจว่าระบบโดยรวมเป็นไปตามข้อกำหนดและข้อกำหนด ลำดับชั้นของระบบเหล่านี้สามารถวาดขึ้นเพื่อแบ่งความต้องการของระบบหลักออกเป็นส่วนประกอบที่เล็กลงและสามารถจัดการได้มากขึ้นซึ่งสามารถกระจายไปตามระบบย่อยเฉพาะเหล่านี้ได้

รูปที่ 1 - ตัวอย่างลำดับชั้นของระบบ (Moir & Seabridge, 2013)

เพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบทั้งหมดจะทำงานร่วมกันในระบบโดยรวมจำเป็นต้องมีการสื่อสารและการผสานรวมระหว่างระบบย่อยจำนวนมาก นี่คือที่มาของวิศวกรรมระบบวิศวกรรมระบบได้รับการอธิบายโดย International Council on Systems Engineering (INCOSE) ว่า:

“ แนวทางสหวิทยาการและวิธีการที่จะทำให้ระบบประสบความสำเร็จเป็นจริง โดยมุ่งเน้นไปที่การกำหนดความต้องการของลูกค้าและฟังก์ชันที่จำเป็นในช่วงต้นของวงจรการพัฒนาจัดทำเอกสารข้อกำหนดจากนั้นดำเนินการสังเคราะห์การออกแบบและการตรวจสอบความถูกต้องของระบบในขณะที่พิจารณาปัญหาทั้งหมด” (เพิ่มขึ้น)

วิศวกรรมระบบเป็นแบบ "องค์รวมและเชิงบูรณาการ" และเชื่อมช่องว่างในการสื่อสารระหว่างระบบย่อยต่างๆ "เพื่อสร้างความสอดคล้องกันทั้งหมด" (NASA, 2009) ในขณะที่ระบบย่อยมีความเชี่ยวชาญและมุ่งเน้นไปที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบหลักวิศวกรรมระบบมีความครอบคลุมมากขึ้นและใช้แนวทางที่มีเป้าหมายเป็นศูนย์กลางมากขึ้นโดยมองภาพรวมที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าระบบย่อยมารวมกันอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อสร้างระบบหลักขั้นสุดท้ายภายในกำหนดเวลา และงบประมาณ

วิศวกรรมระบบในการบินและอวกาศ

องค์กรในภาคส่วนต่างๆเช่นยานยนต์และอวกาศพบว่าวิศวกรรมระบบมีประโยชน์อย่างยิ่งในการระบุวิธีแก้ปัญหาทางเลือกป้องกันปัญหาที่ไม่คาดฝันและตรวจสอบให้แน่ใจว่าลูกค้าพอใจกับคุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป นอกจากนี้ INCOSE ยังระบุว่า“ การใช้วิศวกรรมระบบอย่างมีประสิทธิภาพสามารถประหยัดงบประมาณโครงการได้มากกว่า 20%” (INCOSE, 2009) ซอฟต์แวร์วิศวกรรมระบบช่วยให้ บริษัท ต่างๆสามารถทดสอบแบบจำลองแนวคิดตามความต้องการของลูกค้าผ่านการจำลองเสมือนและจัดทำเอกสารหลักฐานด้านความปลอดภัยสำหรับการประเมินจากหน่วยงานรับรองเช่นสำนักงานการบินพลเรือน (CAA) (3dsCATIA, 2011) สิ่งนี้ช่วยลดของเสียในวัสดุจากการทดสอบต้นแบบการดัดแปลงและการทิ้งที่เป็นไปได้และทำให้กระบวนการจากแนวคิดสู่ผลิตภัณฑ์รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

จุดมุ่งหมายของวิศวกรระบบคือการช่วยให้ลูกค้าเข้าใจปัญหาในมืออย่างถูกต้องและเตรียมแนวทางแก้ไขปัญหาให้ลูกค้าเลือก จากนั้นวิศวกรระบบสามารถนำและแนะนำแผนกต่างๆของทีมโครงการไปสู่เป้าหมายของการนำโซลูชันนี้ไปใช้โดยเริ่มจากผลลัพธ์ที่ต้องการเพื่อกำหนดอินพุตที่ต้องการจากนั้นอ้างอิงกลับไปยังข้อกำหนดของลูกค้าอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าระบบขั้นสุดท้ายเป็นไปตาม ข้อกำหนดของมัน ด้วยเหตุนี้วิศวกรระบบจำเป็นต้องมีทักษะและลักษณะที่แตกต่างกันหลายประการ ได้แก่:

• ความสามารถทางเทคนิคที่กว้างขวาง: วิศวกรระบบต้องการความเข้าใจพื้นฐานของระบบย่อยที่แตกต่างกันส่วนใหญ่ถ้าไม่ใช่ทั้งหมดและต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นที่เหล่านี้
• การชื่นชมคุณค่าของกระบวนการและวัตถุประสงค์โดยรวมที่ต้องบรรลุเพื่อบรรลุเป้าหมายสุดท้ายและความสามารถในการจัดการกับวัตถุประสงค์เหล่านี้ให้กับทีมระบบย่อย
• ผู้นำที่มั่นใจในตนเอง แต่ยังเป็นสมาชิกในทีมที่เข้มแข็งและกล้าแสดงออก Harold Bell จากสำนักงานใหญ่ของ NASA ชี้ให้เห็นว่า "วิศวกรระบบที่ยอดเยี่ยมเข้าใจและใช้ศิลปะแห่งความเป็นผู้นำอย่างสมบูรณ์และมีประสบการณ์และเนื้อเยื่อแผลเป็นจากการพยายามได้รับตราสัญลักษณ์ผู้นำจากทีมของเขาหรือเธอ" (NASA, 2009);
• ทักษะการแก้ปัญหาและการคิดวิเคราะห์
• การสื่อสารที่ยอดเยี่ยมและทักษะการฟังที่กระตือรือร้นและความสามารถในการเชื่อมต่อทั้งระบบ
• ความสามารถในการใช้แนวทางที่เน้นเป้าหมายเป็นศูนย์กลางเมื่อเทียบกับข้อมูลเชิงลึกทางเทคนิคหรือตามลำดับเวลา: วิศวกรระบบจะพิจารณาผลลัพธ์เพื่อกำหนดปัจจัยการผลิตที่จำเป็นสำหรับโครงการและจำเป็นต้องสามารถมองเห็นภาพรวมได้โดยมุ่งเน้นเฉพาะรายละเอียดที่เล็กกว่าเท่านั้น เมื่อจำเป็น
• สบายใจกับการเปลี่ยนแปลงและความไม่แน่นอน: ตามที่ NASA ระบุว่าวิศวกรระบบจำเป็นต้องเข้าใจและสนับสนุนให้มีการหาปริมาณความไม่แน่นอนในทีมเพื่อออกแบบระบบที่รองรับความไม่แน่นอนเหล่านี้ (NASA, 2009);
• ความคิดสร้างสรรค์และสัญชาตญาณทางวิศวกรรมเพื่อค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการแก้ปัญหาในขณะที่ตระหนักถึงความเสี่ยงและผลกระทบ
• ความหวาดระแวงอย่างเหมาะสม: คาดหวังสิ่งที่ดีที่สุด แต่การคิดถึงและวางแผนสำหรับสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดเพื่อความไม่ประมาท

คุณลักษณะเชิงพฤติกรรมบางประการของวิศวกรระบบสามารถสรุปได้เป็นคุณลักษณะเดียวคือการคิดเชิงระบบ การคิดเชิงระบบก่อตั้งขึ้นครั้งแรกในปีพ. ศ. 2499 โดยศาสตราจารย์ของ MIT Jay Forrester ซึ่งตระหนักถึงความจำเป็นในการทดสอบแนวคิดใหม่ ๆ เกี่ยวกับระบบสังคมที่ดีขึ้นในลักษณะเดียวกับที่สามารถทดสอบความคิดทางวิศวกรรมได้ (Aronson) การคิดเชิงระบบเป็นชุดของหลักการทั่วไปที่ช่วยให้ผู้คนเข้าใจและจัดการระบบสังคมและปรับปรุงให้ดีขึ้น

แนวทางการคิดเชิงระบบแตกต่างจากการวิเคราะห์รูปแบบดั้งเดิมโดยพื้นฐาน ประการหนึ่งการวิเคราะห์แบบดั้งเดิมมุ่งเน้นไปที่การลดทอน - การลดส่วนต่างๆของระบบที่สำคัญ (หรือที่เรียกว่าโฮลอน) ไปจนถึงส่วนประกอบที่ลดลงเรื่อย ๆ (Kasser & Mackley, 2008) ในทางตรงกันข้ามการคิดเชิงระบบจะมองไปที่ภาพรวมที่ใหญ่ขึ้นและวิธีที่ระบบหรือส่วนมีปฏิสัมพันธ์กับโฮลอนอื่น ๆ และรับรู้ถึงลูปและความสัมพันธ์ระหว่างโฮลอน ซึ่งมักจะส่งผลให้เกิดข้อสรุปที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดสำหรับข้อสรุปที่เกิดจากการใช้วิธีการวิเคราะห์แบบดั้งเดิม แต่ยังสามารถช่วยในการระบุพฤติกรรมที่เกิดขึ้นใหม่ของโฮลอนและความเป็นไปได้ของผลลัพธ์ที่ไม่ต้องการ - โดยคาดหวังสิ่งที่ไม่คาดคิด การทำตามขั้นตอนเหล่านี้จะทำให้ระบุวิธีแก้ปัญหาที่ซับซ้อนและเกิดซ้ำได้ง่ายขึ้นในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงการประสานงานภายในองค์กร

ในอุตสาหกรรมวิศวกรระบบจำเป็นต้องทำงานร่วมกับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่แตกต่างกันหลายรายแต่ละคนมีมุมมองของตนเองในการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นหากองค์กรการบินและอวกาศต้องพิจารณาถึงการพัฒนาแนวคิดของเครื่องบินพลเรือนรุ่นใหม่จะมีผู้มีส่วนได้ส่วนเสียหลายกลุ่มที่เป็นปัญหารวมถึงซัพพลายเออร์ของวัสดุและบริการผู้โดยสารและลูกเรือทางอากาศและหน่วยงานรับรองตลอดจน ทีมวิศวกรที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงการ รูปที่ 2 แสดงผู้มีส่วนได้ส่วนเสียทั่วไปในระบบการบินพลเรือนโดยแบ่งออกเป็นสี่ส่วนต่อประสานระบบหลัก ได้แก่ เศรษฐกิจสังคมกฎระเบียบวิศวกรรมและมนุษย์ ด้วยการระบุอินเทอร์เฟซเหล่านี้วิศวกรระบบจะสามารถวางแผนเมื่อจำเป็นต้องมีการโต้ตอบกับระบบใดระบบหนึ่งและทำให้การพัฒนาและการดำเนินงานง่ายขึ้นบันทึกกระบวนการตลอด

รูปที่ 2 - ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียทั่วไปในระบบการบินพลเรือน (Moir & Seabridge, 2013)

ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียแต่ละคนพึ่งพาซึ่งกันและกันกับผู้อื่นในอินเทอร์เฟซเดียวกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อยื่นขอใบรับรองประเภทต้องมีการผลิตต้นแบบจำนวนหนึ่งเพื่อผ่านการทดสอบที่แตกต่างกันและต้องมีโปรแกรมการบำรุงรักษาร่วมกันเพื่อรองรับการเดินอากาศอย่างต่อเนื่องหลังจากได้รับอนุมัติการออกแบบ สิ่งนี้จะถูกส่งไปพร้อมกับผลการทดสอบของต้นแบบให้กับหน่วยงานกำกับดูแลที่ - หากพอใจในด้านความปลอดภัยสุขภาพและสิ่งแวดล้อมของต้นแบบ - อนุมัติต้นแบบและหน่วยงานที่สมควรเดินอากาศจะมอบใบรับรองประเภท (MAWA, 2014) จากนั้นจะต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบเพิ่มเติมเพื่อให้เครื่องบินเก็บใบรับรองประเภทและใบรับรองความสมควรเดินอากาศมิฉะนั้นจะถือว่าไม่ปลอดภัยในการบินวิศวกรระบบจึงต้องเข้าใจกฎข้อบังคับที่เครื่องบินต้องปฏิบัติตลอดอายุการใช้งานและวางแผนวิธีการบำรุงรักษาให้อยู่ในมาตรฐานที่บินได้

งานวิศวกรระบบจะไม่เสร็จสิ้นเมื่อแนวคิดกลายเป็นผลิตภัณฑ์ จากนั้นพวกเขาจะต้องทำงานร่วมกับทีมซ่อมบำรุงเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ปลอดภัยและสามารถใช้งานได้จนกว่าจะเลิกให้บริการ รูปที่ 3 แสดงวงจรชีวิตของเครื่องบินจากมุมมองของหน่วยงานการบินพลเรือน (CAA) และวิธีการที่วิศวกรระบบและผู้จัดการผลิตภัณฑ์ในการบินจะต้องทำงานกับ CAA ตลอดวงจรชีวิต

รูปที่ 3 - วงจรชีวิตของเครื่องบิน (สำนักงานการบินพลเรือนแห่งนิวซีแลนด์, 2552)

ห่อมันทั้งหมด

วิศวกรรมระบบเป็น "ความสามารถหลักที่สำคัญ" สำหรับความสำเร็จในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ สิ่งแรกและสำคัญที่สุดเกี่ยวกับการจัดการความซับซ้อนเพื่อให้ได้การออกแบบที่เหมาะสมจากนั้นรักษาและเพิ่มความสมบูรณ์ทางเทคนิค (NASA, 2009) ตามที่ Michael D. Griffin ผู้ดูแลระบบ NASA ในการนำเสนอของเขาในปี 2550 วิศวกรรมระบบและวิศวกรรม 'สองวัฒนธรรม' วิศวกรรม ระบบช่วยสร้างความสมดุลของระบบย่อยทั้งหมดเพื่อรวมเป็นระบบที่จะดำเนินต่อไปในขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้นและด้วยเหตุนี้ บรรลุความต้องการของลูกค้าซึ่งได้รับการออกแบบมาอย่างชัดเจนสำหรับ (Griffin, 2007)

ด้วยการพิจารณาถึงการพัฒนาแนวคิดของเครื่องบินพลเรือนและพิจารณาถึงผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่แตกต่างกันและส่วนต่อประสานระบบที่เกี่ยวข้องกับวงจรชีวิตของเครื่องบินไม่ว่าทางตรงหรือทางอ้อมจะเห็นได้ว่าวิศวกรระบบมีความรับผิดชอบและมุมมองมากมายในการจัดการภายนอก ระบบวิศวกรรมที่ยังคงได้รับการแก้ไขและจัดการแม้ว่าจะเสร็จสิ้นขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้นแล้วก็ตาม ด้วยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขาเข้าใจขอบเขตของเป้าหมายสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอย่างถ่องแท้และชื่นชมผลกระทบที่จะมีต่อผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่แตกต่างกันวิศวกรระบบจึงสามารถกำหนดข้อมูลที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ภายในกำหนดเวลาและงบประมาณที่ตั้งไว้

แม้ว่าวิศวกรรมระบบอาจมีรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับอุตสาหกรรมและความชอบขององค์กร แต่วิธีการพื้นฐานที่ใช้ยังคงสอดคล้องกันและจุดมุ่งหมายยังคงเหมือนเดิมนั่นคือเพื่อค้นหาการออกแบบที่ดีที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการ ในโครงการวิศวกรรมใด ๆ จะมีระบบย่อยพิเศษจำนวนหนึ่งที่ต้องนำมารวมกันเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์สุดท้ายของโครงการจะเป็นไปตามข้อกำหนดอย่างดีที่สุด

อ้างอิง

3dsCATIA (2554 30 กันยายน). "วิศวกรรมระบบ" คืออะไร? - คอลเลกชันระดับประถมศึกษา ดึงมาจาก YouTube:

Aronson, D. (nd). ภาพรวมของการคิดเชิงระบบ สืบค้นเมื่อปี 2559 จากหน้าคิด:

กระทรวงกลาโหม. (2541). MIL-HBK-338B คู่มือการออกแบบความน่าเชื่อถือทางอิเล็กทรอนิกส์ เวอร์จิเนีย: สำนักงานคุณภาพและมาตรฐานการป้องกัน

เพิ่มขึ้น (nd). วิศวกรรมระบบคืออะไร? สืบค้นเมื่อปี 2559 จาก INCOSE UK:

เพิ่มขึ้น (2552, มีนาคม). zGuide 3: ทำไมต้องลงทุนในวิศวกรรมระบบ? สืบค้นจาก INCOSE UK:

Kasser, J., & Mackley, T. (2008). การประยุกต์ใช้การคิดเชิงระบบและปรับให้เข้ากับวิศวกรรมระบบ แครนฟิลด์: โจเซฟอี. คาสเซอร์

Moir, I., & Seabridge, A. (2013). การออกแบบและพัฒนาระบบอากาศยาน (2nd ed) ชิชิสเตอร์: John Wiley & Sons Ltd.

นาซ่า (2552). ศิลปะและวิทยาศาสตร์ของวิศวกรรมระบบ นาซ่า

© 2016 แคลร์มิลเลอร์