هندسة النظم في صناعة الطيران

تعد هندسة النظم جزءًا مهمًا من أي مشروع في الصناعة الهندسية ؛ سواء كانت تصنع مكونًا واحدًا بسيطًا أو تصمم منتجًا معقدًا مثل السيارة أو الطائرة. تؤكد المنظمات الراسخة مثل NASA و BAE Systems على أهمية هندسة الأنظمة من أجل تلبية المتطلبات والنجاح في المهام والمشاريع. ولكن ما هي هندسة النظم بالضبط ، وما هو الدور الذي تلعبه في صناعة الطيران؟

للإجابة على هذا السؤال ، فكر في ماهية النظام. وفقًا لكتيب تصميم الموثوقية الإلكترونية MIL-HBK-338B ، فإن النظام هو:

"مركب من المعدات والمهارات والتقنيات القادرة على أداء أو دعم دور تشغيلي أو كليهما." (وزارة الدفاع ، 1998)

ليس بالضرورة أن يكون النظام معقدًا مثل السيارة أو الكمبيوتر ، ويمكن أن يكون جزءًا من نظام أكبر وأكثر تعقيدًا. ليس من الضروري حتى أن تكون من صنع الإنسان ؛ النظام الشمسي هو مثال طبيعي للنظام ، في حين أن الفرامل على السيارات هي نظام قائم بذاته يساهم كجزء من نظام أكبر. النظام عبارة عن مجموعة من المكونات التي تعمل معًا لمعالجة إدخال لإنشاء مخرجات.

يمكن تقسيم الأنظمة إلى عدد من الأنظمة والأنظمة الفرعية الأصغر المتخصصة في مجالات مختلفة للتأكد من أن النظام العام يتوافق مع متطلباته ومواصفاته. يمكن وضع تسلسل هرمي لهذه الأنظمة لتقسيم متطلبات النظام الرئيسي إلى مكونات أصغر وأكثر قابلية للإدارة يمكن توزيعها بين هذه الأنظمة الفرعية المتخصصة.

الشكل 1 - مثال على التسلسل الهرمي للأنظمة. (موير وسي بريدج ، 2013)

من أجل ضمان أن جميع المكونات ستعمل معًا في النظام العام ، فإن الأمر يتطلب الكثير من الاتصال والتكامل بين الأنظمة الفرعية. وهنا يأتي دور هندسة النظم. ويصف المجلس الدولي لهندسة النظم (INCOSE) هندسة النظم على النحو التالي:

"نهج متعدد التخصصات ووسائل لتمكين تحقيق النظم الناجحة. وهي تركز على تحديد احتياجات العملاء والوظائف المطلوبة في وقت مبكر من دورة التطوير ، وتوثيق المتطلبات ، ثم متابعة توليف التصميم والتحقق من صحة النظام مع مراعاة المشكلة الكاملة ". (إنكوز)

هندسة النظم "شاملة ومتكاملة" وتسد الفجوة في الاتصال بين الأنظمة الفرعية المختلفة "لإنتاج كل متماسك" (ناسا ، 2009). في حين أن الأنظمة الفرعية متخصصة وتركز على مجال واحد من النظام الرئيسي ، فإن هندسة النظم تكون أكثر عمومية وتتخذ نهجًا أكثر تركيزًا على الهدف ، والنظر إلى الصورة الأكبر لضمان أن الأنظمة الفرعية تتحد بشكل فعال لإنتاج النظام الرئيسي النهائي في غضون موعد نهائي والميزانية.

هندسة النظم في الفضاء

تجد المنظمات في قطاعات مثل السيارات والفضاء هندسة الأنظمة مفيدة بشكل خاص لتحديد الحلول البديلة ، ومنع أي مشاكل غير متوقعة ، وضمان رضا العميل عن جودة المنتج النهائي. علاوة على ذلك ، تنص INCOSE على أن "الاستخدام الفعال لهندسة الأنظمة يمكن أن يوفر أكثر من 20٪ من ميزانية المشروع" (INCOSE ، 2009). تسمح برامج هندسة النظم الآن للشركات باختبار نماذج المفاهيم مقابل متطلبات العملاء من خلال عمليات المحاكاة الافتراضية ، وإنتاج أدلة سلامة موثقة للتقييمات من هيئات إصدار الشهادات مثل هيئة الطيران المدني (CAA) (3dsCATIA ، 2011). يساعد هذا في تقليل النفايات في المواد من اختبار النماذج الأولية والتعديلات والتخريد المحتمل ، ويجعل العملية من المفهوم إلى المنتج أسرع وأكثر كفاءة.

هدف مهندس الأنظمة هو مساعدة العميل على فهم المشكلة المطروحة بشكل صحيح وإعداد حلول للمشكلة ليختار منها العميل. يمكن لمهندس الأنظمة بعد ذلك قيادة وتوجيه الأقسام المختلفة لفريق المشروع نحو هدف تنفيذ هذا الحل ، من خلال البدء بالمخرجات المطلوبة لتحديد المدخلات المطلوبة ثم الرجوع باستمرار إلى متطلبات العميل لضمان توافق النظام النهائي مع مواصفاته. لهذا يحتاج مهندس النظم إلى عدد من المهارات والسمات المختلفة بما في ذلك:

• كفاءة تقنية واسعة: يحتاج مهندسو النظم إلى فهم أساسي لمعظم ، إن لم يكن كل ، الأنظمة الفرعية المختلفة ، والرغبة في معرفة المزيد عن هذه المجالات ؛
• تقدير قيمة العملية والأهداف العامة التي يجب تحقيقها للوصول إلى الهدف النهائي ، والقدرة على معالجة هذه الأهداف لفرق النظام الفرعي ؛
• قائد واثق من نفسه ، ولكن أيضًا عضو فريق قوي وحازم. يقترح هارولد بيل من مقر ناسا أن "مهندس النظم العظيم يفهم تمامًا ويطبق فن القيادة ولديه الخبرة والأنسجة الندبية من محاولة الحصول على شارة القائد من فريقه أو فريقها" (ناسا ، 2009) ؛
• مهارات حل المشكلات والتفكير النقدي.
• مهارات تواصل استثنائية والاستماع النشط والقدرة على إجراء اتصالات على مستوى النظام ؛
• القدرة على اتباع نهج يركز على الهدف بدلاً من الرؤية التقنية أو الزمنية: ينظر مهندس النظم إلى المخرجات لتحديد المدخلات المطلوبة لمشروع ما ويحتاج إلى أن يكون قادرًا على رؤية الصورة الأكبر ، مع التركيز فقط على التفاصيل الأصغر عند الاحتياج؛
• الراحة مع التغيير وعدم اليقين: وفقًا لوكالة ناسا ، يحتاج مهندسو الأنظمة إلى فهم وتشجيع التقدير الكمي لعدم اليقين في الفرق من أجل تصميم نظام يستوعب حالات عدم اليقين هذه (ناسا ، 2009) ؛
• الإبداع والغريزة الهندسية لإيجاد أفضل طريقة لحل مشكلة مع تقدير المخاطر والآثار ؛
• جنون العظمة المناسب: توقع الأفضل ، لكن التفكير والتخطيط لأسوأ سيناريو كإجراء احترازي.

يمكن تلخيص بعض الخصائص السلوكية لمهندس النظم في سمة واحدة: التفكير المنظومي. تأسس التفكير المنظومي لأول مرة في عام 1956 من قبل الأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جاي فورستر ، الذي أدرك الحاجة إلى طرق أفضل لاختبار الأفكار الجديدة حول النظم الاجتماعية ، بطريقة مماثلة يمكن اختبار الأفكار في الهندسة (آرونسون). التفكير المنظومي هو مجموعة من المبادئ العامة التي تمكن الناس من فهم وإدارة النظم الاجتماعية وتحسينها.

يختلف نهج التفكير المنظومي اختلافًا جوهريًا عن تحليل الأشكال التقليدية. لسبب واحد ، يركز التحليل التقليدي على الاختزالية - اختزال أجزاء من النظام الرئيسي (يشار إليها أيضًا باسم holons) إلى مكونات تتناقص باستمرار (Kasser & Mackley ، 2008). في المقابل ، ينظر التفكير المنظومي إلى الصورة الأكبر وكيف يتفاعل النظام أو الجزء مع الهولونات الأخرى ، ويتعرف على الحلقات والعلاقات بين الهولون. يمكن أن يؤدي هذا غالبًا إلى استنتاجات مختلفة بشكل ملحوظ عن تلك الناتجة عن استخدام الأساليب التحليلية التقليدية ، ولكن يمكن أن يساعد أيضًا في تحديد السلوكيات الناشئة لهولونات وإمكانية حدوث نتائج غير مرغوب فيها - توقع ما هو غير متوقع. باتباع هذه الخطوات يصبح من السهل تحديد حلول جديدة وأكثر فعالية للمشاكل المعقدة والمتكررة ،مع تحسين التنسيق داخل المنظمة أيضًا.

في الصناعة ، يُطلب من مهندسي الأنظمة العمل مع عدد من أصحاب المصلحة المختلفين ، ولكل منهم وجهة نظره الخاصة لتصميم وتطوير المنتج المطلوب. على سبيل المثال ، إذا كان على مؤسسة الفضاء الجوي أن تنظر في تطوير مفهوم طائرة مدنية جديدة ، فسيكون هناك مجموعة واسعة من أصحاب المصلحة المعنيين ، بما في ذلك موردي المواد والخدمات ، والركاب والطاقم الجوي ، وسلطات التصديق ، وكذلك الفريق الهندسي المشارك مباشرة في المشروع. يوضح الشكل 2 أصحاب المصلحة النموذجيين في نظام الطيران المدني ، ويقسمهم إلى أربعة واجهات رئيسية للنظام: الاجتماعية - الاقتصادية ، والتنظيمية ، والهندسية ، والبشرية. من خلال تحديد هذه الواجهات ، يكون مهندسو الأنظمة قادرين على التخطيط عندما تكون التفاعلات مع أنظمة معينة مطلوبة وتبسيط عمليات التطوير والعمليات ،توثيق العملية طوال الوقت.

الشكل 2 - أصحاب المصلحة النموذجيين في نظام الطيران المدني. (موير وسيبريدج ، 2013)

كل صاحب مصلحة مترابط مع الآخرين في نفس الواجهة. على سبيل المثال ، عند التقدم للحصول على شهادة نوع ، يجب إنتاج عدد من النماذج الأولية للخضوع لاختبارات مختلفة ويجب وضع برنامج صيانة معًا لدعم صلاحية الطيران المستمرة بعد الموافقة على التصميم. يتم تقديم هذا جنبًا إلى جنب مع نتائج اختبار النموذج الأولي للمنظمين الذين - إذا كانوا راضين عن جوانب السلامة والصحة والبيئة للنموذج الأولي - يوافقون على النموذج الأولي وتمنح سلطة الصلاحية للطيران شهادة النوع (MAWA ، 2014). بعد ذلك ، يجب الالتزام باللوائح الأخرى حتى تحتفظ الطائرة بشهادة نوعها وشهادة صلاحية الطيران وإلا ستعتبر غير آمنة للطيران.لذلك يتعين على مهندسي الأنظمة فهم اللوائح التي يجب أن تمتثل لها الطائرة طوال حياتها وتخطيط الأساليب للحفاظ عليها في مستوى صالح للطيران.

لا تنتهي وظيفة مهندس الأنظمة بمجرد أن يصبح المفهوم منتجًا. ثم يتعين عليهم العمل مع فريق الصيانة للحفاظ على المنتج آمنًا وقادرًا على الاستخدام حتى يتقاعد من الخدمة. يوضح الشكل 3 دورة حياة الطائرة من وجهة نظر هيئة الطيران المدني (CAA) والطريقة التي يجب أن يعمل بها مهندسو الأنظمة ومديرو المنتجات في مجال الطيران مع هيئة الطيران المدني طوال دورة الحياة.

الشكل 3 - دورة حياة الطائرة (هيئة الطيران المدني في نيوزيلندا ، 2009)

التفاف كل شيء

هندسة النظم هي "الكفاءة الأساسية الحاسمة" للنجاح في صناعة الطيران. يتعلق الأمر أولاً وقبل كل شيء بإدارة التعقيد للحصول على التصميم الصحيح ، ثم الحفاظ على تكامله التقني وتعزيزه (ناسا ، 2009). وفقًا لمدير وكالة ناسا مايكل دي جريفين في عرضه التقديمي لعام 2007 ، هندسة النظم و "الثقافتان" في الهندسة ، تساعد هندسة النظم على توفير توازن بين جميع الأنظمة الفرعية للجمع في نظام سيمضي بعد مرحلة التصميم الأولية ، وبالتالي تحقيق متطلبات العملاء التي تم تصميمها صراحةً من أجلها (Griffin، 2007)

من خلال النظر في تطوير مفهوم الطائرة المدنية والنظر في أصحاب المصلحة المختلفين وواجهات النظام المشاركة في دورة حياة الطائرة ، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر ، من الواضح أن مهندسي الأنظمة لديهم مجموعة واسعة من المسؤوليات ووجهات النظر للإدارة خارج نطاق نظام هندسي يستمر في معالجته وإدارته حتى بعد اكتمال مرحلة التصميم الأولي. من خلال التأكد من فهمهم الكامل لمدى الهدف النهائي للمنتج النهائي ، وتقدير التأثير الذي سيحدثه على أصحاب المصلحة المختلفين ، يستطيع مهندسو الأنظمة تحديد المدخلات المطلوبة للوصول إلى هذه الأهداف في المواعيد النهائية والميزانيات المحددة.

على الرغم من أن هندسة النظم قد تتخذ أشكالًا مختلفة اعتمادًا على الصناعة وتفضيلات المنظمة ، إلا أن الأساليب الأساسية المستخدمة تظل متسقة ويظل الهدف كما هو: العثور على أفضل تصميم يلبي المتطلبات. في أي مشروع هندسي ، سيكون هناك عدد من الأنظمة الفرعية المتخصصة التي يجب جمعها معًا لضمان أن النتيجة النهائية للمشروع تفي بمواصفاته بأفضل ما تستطيع.

المراجع

3ds كاتيا. (2011 ، 30 سبتمبر). ما هي "هندسة النظم"؟ - المجموعة الابتدائية. تم الاسترجاع من موقع YouTube:

أرونسون ، د. (بدون تاريخ). نظرة عامة على التفكير المنظومي. تم الاسترجاع 2016 ، من صفحة التفكير:

قسم الدفاع. (1998). كتيب تصميم الموثوقية الإلكترونية MIL-HBK-338B. فرجينيا: مكتب جودة الدفاع والمعايير.

إنكوز. (و). ما هي هندسة النظم؟ تم الاسترجاع 2016 ، من INCOSE UK:

إنكوز. (2009 ، مارس). zGuide 3: لماذا الاستثمار في هندسة النظم؟ تم الاسترجاع من INCOSE UK:

كاسر ، ج. ، وماكلي ، ت. (2008). تطبيق التفكير المنظومي ومواءمته مع هندسة النظم. كرانفيلد: جوزيف إي.

Moir، I.، & Seabridge، A. (2013). تصميم وتطوير أنظمة الطائرات (الطبعة الثانية). شيشستر: John Wiley & Sons Ltd.

ناسا. (2009). فن وعلوم هندسة النظم. ناسا.

© 2016 كلير ميلر