مقاله نگاه اجمالی بر رویکرد مهندسی سیستمها در پروژههای فضایی ناسا

بخشی از مقاله

نگاه اجمالی بر رویکرد مهندسی سیستمها در پروژههای فضایی ناسا

چکیده

طراحی و ساخت یک محصول فرآیندهای مختلفی را شامل میشود که اولین آنها فرآیند طراحی و توسعه میباشد. رویکردهای مختلفی براین فرآیند تاثیر گذارند که مهمترین آنها مهندسی سیستمها میباشد. از آنجا که محصولات فضایی جزو محصولات پیچیده بحساب میآید، لزوم پرداختن به مهندسی سیستمها اجتناب ناپذیر میشود. سازمان فضایی ایالات متحده امریکا (ناسا) از جمله سازمانهای فضایی است که مهندسی سیستمها را بطور منطقی و اصولی بر پروژههای فضایی خود بکار گرفته است. در این مقاله سعی شده است بطور اجمالی مفاهیم، نقش و وظیفه مهندسی سیتمها در پروژههای فضایی ناسا مورد بررسی قرار بگیرد. همچنین، نحوه اجرای وظایف و مسئولیتهای مهندسی سیستمها متناسب با هر فاز از چرخه عمر پروژه، فعالیتها و فرآیندهای مرتبط با آن، اهداف، نحوه ترتیب اجرا و ارتباط بین فرآیندها در قالب یکپارچه و منظم تحت موتور مهندسی سیستمها بانضمام نحوه عملکرد آنها شرح داده شده است. هدف از تبیین نقش مهندسی سیستمها در پروژههای فضایی ناسا، لزوم و نحوه بکارگیری مهندسی سیستمها بر محصولات پیچیده میباشد تا با الگوگیری از آن بتوان فرآیند طراحی و توسعه محصولات پیچیده در کشور را توسعه داد.

کلمات کلیدی: پروژههای فضایی، مهندسی سیستمها، موتور مهندسی سیستمها، فرآیندهای مهندسی سیستمها.

1

1 مقدمه

جهان امروز ما، شاهد کنجکاویها و وسواس بسیار زیادی است که مردم درباره چگونگی اداره امور جوامع از خود نشان میدهند. به جرأت میتوان گفت که در هیچ دورهای از تاریخ بشریت، این همه بحث و جدل، درباره درستی و نادرستی اعمال تصمیمگیرندگان وجود نداشته است.

همگام با گسترش چشم انداز دانشمندان، آنان سعی کردند، نظریات خود را تحت عنوان نظریات سیستمی ارائه دهند، زیرا بر آن بودند تا صفات مشخصه سیستم را آنچنان بشناسند که اتخاذ تصمیمات با روشی منطقی و مناسب صورت پذیرد و هیچ یک از سفسطههای کوتاهبینانه دیگر به کار گرفته نشود. علاوه بر این، دانشمندان انتظار داشتند با بهرهگیری از این اطلاعات علمی بتوانند معیارهایی خلق کنند که با استفاده از آنها به اطلاعات کافی در زمینه سیستمها دست یابند.

در اواخر قرن نوزدهم درپی تحولاتی که در علوم فیزیک، شیمی، زیست شناسی به وجود آمد بشر توانست به کمک این دانشها به قلمرو ناشناختهای از اسرار جهان پای گذارد که کلیت، نظام و پویایی در جهان مادی و پدیده های آن از دستاوردهای این اکتشافات بود. در این زمان بجای تشریح یک کل براساس اجزای تشکیل دهنده آن، نحوه قرارگرفتن اجزا در کل مطالعه میشد. بدین ترتیب زمینهای برای کلنگری فراهم شد. ولی اندکی پیش از آغاز جنگ جهانی دوم، علوم، حرکت موضوعی خود را به سوی کلیتی جدید در بستر جنبش ظهور علوم میان رشتهای پیش گرفتند.
سازمانها و صنایع زیادی فعالیتهای طراحی و توسعه را با توجه به اهداف و رویکرد خاص خود تهیه و تدوین کردهاند که در این بین فعالیتهای ارائه شده توسط وزارت دفاع1 و سازمان فضایی ایالات متحده امریکا2 (ناسا) از پرکاربردترین و مناسبترین مراجع موجود در زمینه طراحی و توسعه محصولات و سیستم های نظامی هستند.

مفاهیم مهندسی سیستمها از دیدگاه ناسا در سندی تهیه شده است که بعنوان معیاری جهت آشنائی با مفاهیم و اصول اولیه مهندسی سیستمها، فرآیندهای مرتبط و نحوه اجرای آنها در چرخه عمر محصولات میباشد. در این مقاله سعی شده است بطور اجمالی مفاهیم، نقش و وظیفه مهندسی سیتمها در پروژههای فضایی ناسا به استناد کتابچه راهنمای مهندسی سیستم-های ناسا [1] مورد بررسی قرار بگیرد. همچنین، نحوه اجرای وظایف و مسئولیتهای مهندسی سیستمها متناسب با هر فاز از چرخه عمر پروژه، فعالیتها و فرآیندهای مرتبط با آن، اهداف، نحوه ترتیب اجرا و ارتباط بین فرآیندها در قالب یکپارچه و منظم تحت موتور مهندسی سیستمها بانضمام نحوه عملکرد آنها شرح داده شده است. مقاله در سه بخش کلی تهیه شده است. ابتدا تاریخچهای از مهندسی سیستمها و سیر استانداردهای منتشر شده از آن توضیح داده میشود. سپس به معرفی سازمانهای فضایی پرداخته میشود که جایگاه مهندسی سیستمها را در پروژه های خود دیدهاند. در بخش سوم مهندسی سیستمها از دیدگاه ناسا بیان میشود که بیشتر موضوع مقاله برروی این بخش میباشد.

در سالهای اخیر، مبحث مهندسی سیستم به یک موضوع مهم و حیاتی مورد بحث در متون تجاری و علمی تبدیل شده است. با توجه به توسعه روزافزون علوم و تکنولوژی و نقش مهم آن در توان نظامی و دفاعی کشور، سازمان دفاعی کشور به متخصصانی بالا در رشته مهندسی سیستمها و تحقیق و تفحص در این حوزه نیاز دارد. متخصصانی که مسایلی از قبیل برنامهریزی، سازماندهی، کنترل و هماهنگی فعالیتها را در راستای استفاده بهینه و موثر از منابع انسانی، تجهیزات و تکنولوژی فرا میگیرند.

2

2 تاریخچه مهندسی سیستمها
مهندسی سیستمها را میتوان در فعالیتهای بشر در مقیاس خیلی بزرگ مرتبط با جنگهای جهانی اول و دوم مشاهده نمود. هرچند، برخی نویسندگان مهندسی سیستمها را به دوران روم و مصر قدیم وصل میکنند. در ابتدای فعالیتهای مهندسی سیستمها، مهندس سیستمها یا معمار سیستمها با بکارگیری کنترل سازمان، فعالیتها و گامهای سیستماتیک در تولید سیستم یک محصول را مرتب میسازد. در زمان جنگ جهانی دوم، ابزارهایی برای طراحی سیستماتیک و کنترل سیستمهای در مقیاس بزرگ از روشهای طرحریزی و فنی بوجود آمده است. از قبیل: طرحریزی تولید صنعتی، سیستمهای ارتباطات زمان واقعی1 و تحلیلهای عملیاتی و بهینهسازی .[2]

Hall در سال 1962، اولین تلاشها را در جهت تدریس مفهوم تحلیل سیستمها در دانشگاه صورت داد. او تحلیل سیستمها را تحت مهندسی سیستمها بصورت یک تابع متشکل از پنج فاز تعریف میکند که عبارتند از:

-1 مطالعات سیستم و طرحریزی برنامه؛

-2 کاوش، شامل تعریف مسئله، انتخاب و مشخص کردن اهداف، تجزیه سیستمها، تحلیل سیستم، انتخاب بهترین سیستم و ارتباط بین نتایج؛

-3 برنامهریزی بهبود، در واقع تکرار مرحله 2 بصورت ریزتر و دقیقتر میباشد.

-4 مطالعه در حین مرحله بهبود که شامل بهبود اجزای سیستم و یکپارچهسازی و تست اجزاء میباشد. -5 مهندسی جریان که مطالعه آنچه که در حین اجرای مراحل عملیاتی سیستم اتفاق میافتد، میباشد.

(DOD) اولین سازمان دولتی بود که راهنمای رویه مهندسی سیستمها را منتشر نمود. راهنمای فرمان سیستمهای نیروی هوایی (AFSCM375-5) در سال 1964 منتشر شد (DOD) .[3] استاندارد MIL-STD-499 با عنوان مدیریت مهندسی سیستمها را در سال 1969 تحت مکانیزم استانداردسازی موضوعات طرحهای مدیریت مهندسی سیستمها برروی برنامههای DOD منتشر نمود. این استانداردبعداً به استاندارد MIL-STD-499A اصلاح شد که راهنمایی برای پیمانکاران دفاعی برروی برنامههای دفاعی بزرگ بود [4] و .[5] در اواسط دهه 1980، MIL-STD-499A و راهنمای حوزه نظامی مهندسی سیستمها (FM)770-78 بعنوان اساسی برای روشهای مهندسی سیستمها در انجمن (DOD) دیده شدند. کالج مدیریت سیستمهای دفاعی2 اولین "راهنمای مدیریت مهندسی سیستمها" را در سال 1983 بر اساس شالوده استاندارد MIL-STD-499A و (FM)770-78 منتشر نمود [6] و .[7]

یک تغییر رویه در استانداردهای (DOD)، بدور از استانداردهای نظامی و حرکت بسمت استانداردهای تجاری در اوایل دهه 1990 صورت گرفت. پایه این تغییر در استاندارد MIL-STD-499B بود که اولین گام برای توسعه استاندارد مهندسی سیستمهای تجاری قرار گرفت. در سال 1990، موسسه تخصصی با عنوان “National Council on systems Engineering” و با هدف معرفی و شناساندن سازمانها و ارگانهایی که در زمینه مهندسی سیستمها فعالیت میکنند، ایجاد شد. همچنین این سازمان تلاشهایی را در جهت بهبود و ارتقای علمی و عملی مهندسی سیستمها انجام میداد. به مرور زمان و با پیوستن سازمانها و ارگانهایی خارج از امریکا، این موسسه در سال 1995 به موسسهای بین المللی با عنوان

“International Council on Systems Engineering”3 تبدیل شد.

انجمن صنایع الکترونیکEIA 632 4، "فرآیندهایی برای مهندسی یک سیستم" و موسسه مهندسین الکترونیک5 استاندارد IEEE1220، "استانداردی برای کاربرد و مدیریت مهندسی سیستمها" را منتشر نمودند .[5] هردوی این استانداردهای

3

تجاری امروزه نیز در موضوعات یکپاچهسازی فرآیند و هماهنگی مرتبط با تولید و توسعه سیستمهای پیچیده توسط سازمانهای بزرگ استفاده میشوند.

سازمان بین المللی برای استانداردسازی1، استاندارد ISO/IEC15288 تحت "مهندسی سیستمها- فرآیندهای چرخه عمر سیستم" در اواخر سال 2002 منتشر نمود. این استاندارد متمرکز بر استانداردسازی گامهای فرآیند استفاده شده در اکتساب سیستم میباشد.

3 بررسی اجمالی سه سازمان فضایی دنیا و جایگاه مهندسی سیستمها در آنها

-1-3 سازمان فضایی ملی چین
سازمان فضایی ملّی چین2، آژانس فضایی ملی جمهوری خلق چین است که وظیفه برنامهریزی و پیشرفت فعالیتهای فضایی برنامههای فضایی آن کشور را بر عهده دارد. با وجود اینکه برنامه فضایی چین از سال 1965 میلادی آغاز شده است، ولی (CNSA)آژانس نسبتاً جدیدی است که فعالیت خود را در سال 1993 آغاز کرده است. در آن زمان، وزارت صنایع فضایی چین به دو بخش سازمان فضایی ملی چین (CNSA) و شرکت فضایی چین (CASC) تقسیم شد. در واقع (CNSA) وظیفه تدوین سیاستها و (CASC) مسئولیت اجرای سیاستهای تدوین شده را بر عهده دارد.
(CNSA) از چهار بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:
- بخش برنامهریزیهای عمومی3
- بخش مهندسی سیستمها4

- بخش کنترل کیفیت5

- بخش امور بین الملل6

-2-3 سازمان فضایی اتحادیه اروپا

سازمان فضایی اتحادیه اروپا فعالیت خود را در سال 1974 با عضویت 18 کشور از قاره اروپا آغاز کرد. هسته اصلی این آژانس در کشور فرانسه قرار دارد. ارتباط واحد مهندسی سیستمها با واحدهای دیگر در شکل 1 نشان داده شده است.
-3-3 سازمان فضایی روسیه

آژانس فضایی روسیه که (Roscosmos) نامیده شده و بصورت اختصاری به دو صورت FKA و RKA نشان داده می-شود، آژانس دولتی روسیه میباشد که وظیفه آن انجام برنامههای فضایی روسیه و تحقیقات در زمینه هوا فضا میباشد.

مباحث مربوط به مهندسی سیستمها در آژانس فضایی روسیه در دپارتمان سیستمهای کنترل و مدیریت پیچیده فضایی7 دنبال میشود.

4

شکل:1 ارتباط بین واحدها

-4-3 مهندسی سیستمهای سازمان فضایی ناسا
-1-4 مقدمه

در فرآیند طراحی و توسعه محصولات پیچیده با فناوریهای بالا رویکردهای مختلفی وجود دارد. شایان ذکر است در دو حالت کلی دو رویکرد سنتی و نوین، رویکردهای جامع محسوب میگردد.

در رویکردهای نوین موثر بر فرآیند طراحی و توسعه که خود شامل رویکردهایی نظیر مهندسی سیستمها، فرآیندگرا، کاهش خطا، تیمهای چند تخصصی، Stage-Gate، تمرکز بر ذینفعان و پروژهای می باشد، مهندسی سیستمها از جایگاه قابل توجهی برخوردار است (شکل .(2

در سال 1995، ابتدا کتابچه راهنمای (NASA-SP-6105) منتشر شد تا مفاهیم و تکنیکهای اصولی مهندسی سیستمها در سازمان ناسا تشخیص داده شود. کتابچه راهنمای (NASA-SP-6105-REVISION 1)، یک بازبینی بر (NASA-SP-6105) میباشد که با حفظ فلسفه نسخه اصلی، بدنه علمی مهندسی سیستمها در ناسا را بروز میکند. همچنین راهنمایی برای رسیدن به بهترین شیوهها و خط مشیها میباشد. این کتابچه راهنما با جدیدترین خط مشی مهندسی سیستمهای سازمان ناسا منطبق شده است.

بروز شدن این کتابچه راهنما نسبت به نسخه اصلی از دوجنبه مورد بررسی قرار گرفته است : انطباق از بالا به پایین سیستم-ها با سطوح بالایی خط مشی سازمان. الهام گرفتن و متاثر بودن از متخصصین سازمان ناسا در تمام زمینهها از پایین به بالا.
-2-4 هدف

یک هدف کتابچه (NASA-SP-6105-REVISION 1)، افزایش آگاهی و هماهنگی بین سازمان ناسا و پیشرفت تکنیک مهندسی سیستمها میباشد. این کتابچه راهنما بایستی بعنوان یک همراه برای پیادهسازی (NPR 7123.1A) با عنوان(الزامات و فرآیندهای مهندسی سیستمها) و دیگر کتابچههای راهنمای متمرکز و دستورالعملهای توسعه یافته برای اجرای مهندسی سیستمها استفاده شود.

محدوده و میدان دید در این کتابچه راهنما، بطور کلی شامل توابع مهندسی سیستمها میباشد، صرفنظر از آنکه این توابع توسط یک مدیر یا یک مهندس در درون سازمان یا توسط یک پیمانکار انجام شود . میدان دید به مفاهیم کلی و توصیفات کلی فرآیندها، ابزارها و تکنیک ها محدود میشود. تعداد زیادی کتابچه تمرکز یافته و دستورالعمل وجود دارند که میتوانند در آموزشهای عمیق مورد مشورت قرار گیرند.