2.2. Системное мышление

В процессе реализации высокотехнологичных проектов приходится преодолевать текущие вызовы:

1) интеграции развивающихся информационно-емких систем и технологий;

2) множества заинтересованных сторон с потенциально расходящимися точками зрения и политически мотивированными программами, дефицитными и динамично меняющимися ресурсами, доступными для поддержки проекта или программы;

3) постоянно меняющиеся требования для выполнения;

4) технологические достижения, которые нужно потенциально совместить с имеющимися и развивающимися инфраструктурами для поддержки;

5) срочность реагирования на изменения в операционных предположениях;

6) возрастающие сложности и неопределенности жизненного цикла систем.

Мышлением называют функцию человеческого мозга, отвечающую за концептуальное отражение существенных общих законов в предметах и процессах объективной действительности. Системное мышление (СМ) может предоставить менеджерам и лидерам инженерных специальностей ценные возможности для более эффективного решения упомянутых сложных проблемных областей.

СМ можно определить как новый способ взглянуть и мысленно сформировать видимые сущности; мировоззрение и образ мышления. Где следует видеть сущность или единицу в первую очередь как единое целое, с его соответствием и отношением к окружающей среде. В основе СМ лежит концепция целостности (холизма), которая предполагает, что понимание сложной системы должно охватывать уровень всей системы. Системное мышление определяет целостную философию, способную раскрыть критическую структуру системы: ее границы, входы, выходы, пространственную ориентацию, структуру процессов и сложные взаимодействия системы с окружающей средой. СМ позволяет определить для конкретной задачи набор основных системных принципов, чтобы руководить инженерами на базе более эффективного мышления, решений, действий и интерпретаций для лучшего понимания и разрешения сложных проблемных областей. Разбиение системы на составные части не дает адекватного понимания того, как система функционирует в целом.

Возрастающую сложность можно представить как динамичную, неопределенную, возникающую ситуацию, содержащую большое количество тесно взаимосвязанных элементов и факторов. Диапазон альтернатив индивидуальных точек зрения, целей и предполагаемых интересов усложняет согласование для продвижения вперед. При этом непредвиденные факторы могут включать распределение ограниченных ресурсов, контроль исполнения, личные предпочтения, интересы и др. В сложных проблемных областях заинтересованными сторонами следует считать тех физических или юридических лиц, которые имеют прямой или предполагаемый интерес в решении проблемы, что расширяет их круг, в том числе по мере изучения проблемной области.

Границы сложных систем неоднозначны. Их критерии являются произвольными и часто качественными по своему характеру. Природа границ может принимать различные формы (например, географические, временные, концептуальные, функциональные, физические), которые могут меняться со временем.

В настоящее время объем перерабатываемых для реализации проекта данных и информации растет в геометрической прогрессии. Нужны разработки эффективных подходов к сканированию, фильтрации, сокращению и преобразованию информации в действенные формы. Часто лидерам программ приходится пробираться через «болото» информации, стремясь определить выборки, которые необходимы для принятия решений и действий.

Происходящая смена поколений в рабочей силе вносит дополнительные вопросы в проблемную область. При интеграции командных усилий для создания систем необходимо преодолевать различия между поколениями. В части длительных сроков разработки новых продуктов следует понимать, что используемые знания могут носить временный характер, неполны и подвержены ошибкам.

Использование системного мышления расширяет когнитивные навыки, то есть умственные способности, связанные с тем, как мозг человека обрабатывает информацию об окружающем мире. К ним относятся внимание, память, логика и мышление, визуальная и слуховая память, скорость обработки информации, ответных реакций, регуляция эмоций и др. Это облегчает формулирование проблем, представляя набор доступных альтернатив для решения. Принимаемые решения неизбежно оказывают влияние на другие компоненты в системе, давая возможность делать осознанный выбор.

Для реализации принципов системного мышления рекомендуется действовать следующим образом.

На первом этапе необходимо провести всесторонний анализ текущей ситуации с учетом ее потенциального влияния на возможности, потребности организации и заинтересованных сторон посредством оценки технологических рисков и уровней готовности технологии. Оценивают потенциальные решения об осуществимости.

Второй этап включает выявление и определение желаемой цели, требований бизнеса, а также потребностей заинтересованных сторон. Также необходимо тщательно рассмотреть оценку затрат и планирование процесса разработки.

Третий этап содержит разработку различных типов концепций. Определяют несколько альтернатив для данной концепции, в которых потенциально предложены возможности, повышение производительности или сокращение расходов.

Четвертая фаза включает оценку и выбор предпочтительных альтернатив концепций. СМ подчеркивает необходимость их тестирования и оценки. Модели и прототипы здесь незаменимы для более глубокого понимания потребностей заинтересованных сторон, принятия архитектурных компромиссов, выявления рисков и возможностей.

Для повышения эффективности системного мышления полезно использовать некоторые общие принципы выбора альтернатив его применения.

Выбор сложности (многомерных проблем, рабочих решений) или простоты (избегания неопределенности, работы над линейными проблемами, предпочтения лучших решений и мелкомасштабных задач).

Позиция глобальной интеграции (зависимых решений и мирового уровня производительности) или автономии (независимых решений и местного уровня производительности).

Взаимодействие глобального типа (следовать общему плану, работа в команде и меньше интересов в причинно-следственных связях) или изоляции (склонность к локальному взаимодействию, подробному плану, предпочтение работать индивидуально, в небольших системах и больше интереса к причинно-следственным решениям).

Непротивление изменениям требований (принимать во внимание несколько точек зрения, уделять больше внимания долгосрочным планам, лучше работать в меняющейся среде) или принятие неизменных требований (больше сосредотачиваться на краткосрочных планах и мышлении, иметь тенденцию фиксировать решения и лучше работать в стабильной среде).

Типовые ошибки при решении системных проблем включают, например, такие пункты.

• Выбор неправильных заинтересованных сторон. Отсутствие их достоверного учета может сделать системное решение неадекватным до его развертывания.

• Узкий набор вариантов, когда из-за быстрого исключения возможных альтернативных системных опций из исследования выпадают потенциально эффективные решения.

• Неверно определены суженные границы системы, что может привести к поиску решений неправильной системной проблемы.

• Неправильная формулировка проблемы, когда язык и способ ее описания могут привести к ограничению возможных подходов исследования системы.

• Неспособность применения СМ, тогда как сложные системные проблемы должны рассматриваться комплексно с точки зрения взаимосвязей, шаблонов и границ.

Полезно принимать во внимание несколько принципов, чтобы помочь избежать потенциальных ловушек при применении системного мышления.

1. Уникальность проблемы и потребности. Даже при наличии сходства с предыдущими задачами предположение об уникальности имеет решающее значение для избегания поспешной предрасположенности к конкретному подходу, который мог быть успешным ранее.

2. Уникальность контекста проблемы, набора обстоятельств, факторов, условий или закономерностей, которые ограничат проблему системы и возможные решения.

3. Уникальность методологии развертывания, которая должна быть совместимой и подходящей для конкретной задачи, которая в свою очередь должна быть совместима с решаемой проблемой и содержанием.

4. Системное обрамление. При выработке целостного видения ситуации, разрабатывая несколько правдоподобных сценариев, инженеры и менеджеры должны открывать потенциальное пространство для принятия решений.

5. Предвидение появления системы как результата предполагает сосредоточение внимания на альтернативах, которые можно выявлять, анализировать, эффективно реагировать и оценивать для решения возникающих условий.

2.3. Управление жизненным циклом проекта и продукта

Задача управления жизненным циклом системы состоит в создании управленческих механизмов для принятия локальных решений на каждой из стадий ЖЦ, учитывая все последствия для следующих этапов, и затем позволяют вносить необходимые корректировки в процессы на других стадиях ЖЦ. Сложность объектов, созданных инженерами, определяется их размерами и количеством частей. Если современный пассажирский самолет включает примерно 100 тысяч деталей (без учета крепежа), то нефтяная океанская платформа насчитывает до 10 миллионов деталей. В системной инженерии представлены правила, инструменты и технологии для разработки продуктов и систем любой сложности.

В начале процесса управления жизненным циклом объекта разработки необходимо сделать следующее:

a) определить, что является базовой системой;

b) описать общие этапы жизненного цикла проекта, их цели, деятельности, продукцию и ворота принятия решений, которые их разделяют;

c) описать типичные цели разработки для каждой из фаз ЖЦ проекта.

Основными задачами управления жизненным циклом сложной техники, затрагивая разные фазы ЖЦ, являются (перечень не исчерпывающий, подробности см. в главе 4).

1. Управление процессом проектирования и разработки продукта.

2. Управление процессом технологической подготовки производства.

3. Управление процессом производства.

4. Управление процессами закупки ПКИ, материалов, заготовок, запчастей.

5. Управление процессом испытаний изделия (стендовых, сертификационных, государственных, приемо-сдаточных).

6. Управление процессом логистической поддержки изделия.

7. Управление процессом ППО.

8. Управление процессами подготовки эксплуатирующего состава и персонала ППО.

9. Обеспечение качества на всех этапах ЖЦ за счет процессов управления качеством, управления конфигурацией, реализации процессов системной инженерии.

10. Обеспечение планируемого темпа производства продукта.

11. Достижение заданной трудоемкости разработки и изготовления системы.

12. Управление процессом утилизации при списании изделия.

13. Управление информационной поддержкой всех процессов (с учетом циклов развития аппаратного и программного обеспечения).

Типовое описание процессов жизненного цикла показано на рис. 4. Каждый процесс состоит из входа, действия и выхода, дополненных функциями управления и обеспечения.

Структура управления жизненным циклом системы включает все, что должно быть сделано для выполнения программы или проекта в различных фазах, разделенных точками принятия ключевых решений или контрольными рубежами (КР). Напомним, что КР это события, в ходе которых лицо, принимающее решение, определяет готовность программы или проекта к переходу на следующий этап жизненного цикла. В соответствии со стандартом ГОСТ Р 57193—2016 на контрольных рубежах ЖЦ должны быть выполнены главные задачи программы за предыдущую стадию: гарантировано, что последующая доработка организационных и технических базисов приемлема и приведет к удовлетворительной верификации и валидации продукта; обеспечена приемлемость риска перехода на следующую стадию; продолжено стимулирование командной работы поставщика и заказчика.

Утверждение решений на КР следует за проведением технического обзора (совещания или группы совещаний), который основывается на строгом доказательстве соответствия результатов проведенного этапа критериям контрольного рубежа.

Для каждого контрольного рубежа программы устанавливаются входные и выходные критерии. Новые мероприятия не начинаются, пока предыдущие мероприятия, от которых они зависят, не закончатся успешно. На каждом контрольном рубеже имеется набор вариантов решения:

a) приемлемо: переходить к следующей стадии проекта;

b) приемлемо с оговорками: переходить и выполнить затребованные действия, устранив замечания (проверка исполнения замечаний проводится, как правило, на следующем кр);

c) неприемлемо: не переходить; продолжать эту стадию и повторить пересмотр, когда будет готовность;

d) неприемлемо: вернуться на предыдущую стадию;

e) неприемлемо: заморозить мероприятия проекта;

f) невосстановимо: закрыть проект.

Важными среди базовых процессов жизненного цикла изделия являются проектные процессы, относящиеся к управлению проектами и их поддержка. Налаживание взаимосвязи между процессами в ходе их реализации является одной из основных задач планирования процедур системной инженерии при создании изделия или системы.

Сегодня требования системной инженерии изложены в ряде стандартов ГОСТ РФ.

• ГОСТ Р 57193—2016 (ISO/IEC/IEEE 15288:2015). Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла систем.

• ГОСТ 56136—2014. Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Термины и определения.

• ГОСТ 56135—2014. Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Общие положения.

• ГОСТ Р 57100—2016 (ISO 42010:2011). Системная и программная инженерия. Описание архитектуры.

• ГОСТ Р 57101—2016 (ISO/IEC/IEEE 16326:2009). Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла. Управление проектом.

• ГОСТ Р 58876—2020. Системы менеджмента качества организаций авиационной, космической и оборонной промышленности. Требования.

• ГОСТ Р 59194—2020 Управление требованиями. Основные положения.

• ГОСТ Р 59193—2020. Управление конфигурацией. Основные положения.

• ГОСТ Р 58054—2018. Изделия авиационной техники. Управление конфигурацией. Общие положения.

• ГОСТ Р 56923—2016. Информационные технологии. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств.

Продвижение по звеньям процесса по мере разработки сопровождается верификацией каждого шага, возвратом к предыдущему результату для проверки прогресса работ. При формировании процессов используют особенности описания систем, изложенные в стандарте ГОСТ Р 57193—2016:

a) важность определенных границ, которые влияют на формирование значимых потребностей и практических решений;

b) иерархическое восприятие физической структуры системы;

c) объект любого уровня иерархической структуры может рассматриваться как система;

d) характерные свойства на границе системы возникают в результате взаимодействия между элементами системы;

e) люди могут рассматриваться как внешние пользователи по отношению к системе (например, экипаж самолета) и как элементы в рамках системы (например, персонал завода-производителя);

f) система может рассматриваться как отдельный, изолированный от внешней среды объект.

Выделим 12 последовательных этапов разработки системы, которые включают следующие задачи.

1. Комплексное техническое планирование, включая формирование планов процессов СИ и продуктов.

2. Управление требованиями: определение и управление требованиями, которые описывают желаемые характеристики системы.

3. Функциональный анализ: описание функциональных характеристик (что система должна делать), которые используются для получения требований.

4. Маркетинговая оптимизация: информация по принятию решений на основе анализа и отбора наиболее сбалансированных решений по требованиям рынка.

5. Синтез: этап преобразования требований в физические решения верхнего уровня системы.

6. Управление интерфейсами: определение и управление взаимодействиями между сегментами в рамках системы или взаимодействиями с другими системами.

7. Специализированная (тематическая) инженерия: анализ системы, требования, функции, решения и интерфейсы с использованием специальных навыков и инструментов. Помощь в получении требований, синтезе решений, выборе альтернатив, а также валидации (то ли мы сделали) и верификации (так ли это работает) требований.

8. Целостный анализ: проверка, что выполненная интеграция системы обеспечила требуемый уровень точности и аккуратности.

9. Управление рисками и возможностями: определение, анализ и управление неопределенностями достижения требований программы путем разработки стратегий для снижения вероятности таких неопределенностей.

10. Управление конфигурацией: установление описания и поддержка базовой системы, управление изменениями в характеристиках системы, функциональных и физических свойствах.

11. Проверка (верификация) и контроль (валидация). Верификация определяет, что требования к системе являются правильными. Валидация определяет, что реализованное решение отвечает утвержденным требованиям.