Úvod do předmětu systémové inženýrství

1. Úvod do předmětu systémové inženýrství

2. Cíl předmětu • seznámení se s oborem systémové inženýrství a získání schopnosti využít naučené postupy k řešení složitých úloh především v oblasti informačních systémů

3. Systémové inženýrství – definice SI je robustní přístup k návrhu, tvorbě a provozu systémů NASA Systems Engineering Handbook Funkcí SI je řízení projektování složitých systémů. Kossiakoff, Sweet, 2003 SI je metoda, pomocí které mohou lidé vyvíjet nové systémy. Při vytváření systémů je využíváno čtyř M – money, machines, material, men (někdy také methods, messages, measurements) Skyttner, 1996

4. Systémové inženýrství – definice SI je interdisciplinární přístup umožňující realizaci úspěšných systémů. Zaměřuje se na definici uživatelských potřeb a funkčních požadavků v raných fázích životního cyklu, na dokumentaci požadavků, na návrh a validaci systému s ohledem na problém jako celek. International Council on Systems Engineering (INCOSE)

5. Systémové inženýrství – definice Obor sloužící jako zprostředkovatel mezi teorií systémů a jejími úlohami. Sleduje cíle konstrukce, tvorby či analýzy předmětového obsahu za daných podmínek. J. Vlček

6. Systémový přístup • vznik společně s růstem složitých technických a ekonomických objektů a jejich řídících soustav • reakce na přílišnou specializaci a vzájemné neporozumění i v rámci blízkých oborů a znovuobjevování stejných či podobných zákonitostí v různých oborech • komplexní pohled, zkoumání jevů v jeho vnitřních a vnějších souvislostech (holistický přístup) • nemá vlastní metody nebo formální aparát

7. Pojem inženýrství • inženýrství – aplikace vědeckých a matematických principů pro nalezení ekonomických řešení technických problémů • inženýři využívají svůj úsudek a představivost pro aplikaci vědy, technologie, matematiky a praktické zkušenosti • výsledkem inženýrské činnosti je návrh, tvorba a provoz určitých objektů nebo procesů • inženýrství se uplatňuje v oblastech, jako mechanické, nukleární, elektrické, chemické, civilní, strojírenské

8. Systémové inženýrství • interdisciplinární přístup k realizaci systémů • na rozdíl od ostatních inženýrství, SI nevytváří hmotné produkty • často vyžaduje spolupráci se specialisty v daných inženýrských disciplínách • pracuje s abstraktními systému, které pak lze použít pro konstrukci reálných systémů • důležitý je holistický přístup a integrace všech využívaných přístupů • aktivity SI zahrnují všechny fáze životního cyklu systému

9. Faktory stojící za rozvojem SI • rozvoj technologií nabízejících nové příležitosti, ale znamenající rizika • konkurence a nutnost čelit jí • specializace v jednotlivých oblastech, které mají vliv na výsledný proudkt

10. Hlavní cíle SI • dodávání správných produktů na trh, uspokojení potřeb zúčastněných subjektů (stakeholders) • definice produktu a jeho částí tak, aby plnily svoji funkci a mohly být dále realizovány specialisty • zajištění integrace všech komponent produktu, aby úspěšně fungovaly jako celek

11. Disciplíny související se SI • inženýrské disciplíny související s oblastí zájmu daného systému • v rámci systémové analýzy – operační výzkum (především pro systémy, jejichž části jsou spíše neměnné, soustřeďuje se na existující systémy, zatímco SI na systémy nové), ekonomie, rozhodovací teorie, statistika, pravděpodobnost, teorie front, teorie her, lineární a nelineární programování apod. • Total Quality Management – aplikace SI na pracovní prostředí, organizace je chápána jako systém

12. letectví energetické systémy zemědělství zdravotnické vybavení výroba systémy služeb telekomunikace doprava drogová prevence internet banking logistika modelování a simulace odpadové hospodářství geografické IS zdravotnictví stavebnictví automobilový průmysl vesmírné programy organizace měst e-commerce informační systémy high-performance computing … Aplikace SI Zdroj: Mackey & Bauknight (2000), Systems Engineering Applications Profiles

13. Postavení SI v organizaci vnější prostředí okolí organizace okolí projektu okolí projektu okolí projektu okolí projektu proces SI výroba a testování tržní příležitosti produkt produkty procesy informace Zdroj: IEEE Interim Standard 1220-1994 Standard for Application and Management of the Systems Engineering Process

14. Systémový inženýr a manažer • systémový inženýr se snaží o optimální využití podnikových zdrojů tak, aby byly splněny požadavky uživatelů, cíle podniku, jeho vlastníků a dalších zainteresovaných subjektů a požadavky odborníků na danou oblast • systémový manažer se spíše stará o zajišťování zdrojů (lidé, nástroje, zařízení, finance apod.)

15. Výhled do budoucna • větší technické zaměření SI • více nástrojů zaměřených na komerční aplikace • slučování standardů komerčních, NASA, DoD • stále větší složitost systémů • zvýšená potřeba multidisciplinárních znalostí v technických i netechnických oblastech • nutnost porozumět stochastickým procesům lidí a živých organizmů jakožto součásti systémů

16. Významné organizace se vztahem k SI • INCOSE (Internaional Council on Systems Engineering) • nezisková organizace působící od roku 1990 s cílem propagovat a rozvíjet SI • podporuje vzdělávání a výzkum v oblasti SI • podílí se na vývoji standardů • vydává řadu publikací (knihy, periodika), pořádá konference, cerfitikuje profesionály…

17. Náplň předmětu • Teoretické disciplíny systémové vědy, statické a dynamické systémy • Aplikované disciplíny systémové vědy – analýza, syntéza, operační výzkum • Vybrané úlohy SI • Modelování a simulace • Architektura systémů • Životní cyklus systémů • Systémové pojetí podniku, informační systém

18. Zdroje • Štach.Teorie systémů. Praha: SNTL, 1982. • Habr, Vepřek.Systémová analýza a syntéza. Praha: SNTL, 1972. • Vlček.Systémové inženýrství. Praha: ČVUT, 1999. • Pezlar.Systémové inženýrství. Brno: Konvoj, 1999. • Kossiakoff, Sweet.Systems Engineering – Principles and Practice. Wiley, 2003. • dokumenty organizací NASA, DoD, IEEE, Knowledge Based Systems, INCOSE apod.

19. Organizace předmětu • přednášky, cvičení • podmínkou získání malého zápočtu a možnosti účastnit se zkoušky je odprezentování projektu • zkouška • projekt – 15 bodů (min. 10 bodů) • zkouška – max. 35 (min. 20 bodů) • hodnocení • A … 46 – 50 bodů • B … 42 – 45 bodů • C … 38 – 41 bodů • D … 34 – 37 bodů • E … 30 – 33 bodů

20. Závěrečný projekt

21. Cíl projektu • analýza požadavků na nový či inovovaný systém a studie proveditelnosti • výstupem jsou požadavky na systém (co by měl systém poskytovat, aby uspokojil identifikované potřeby) a stručná studie systému dokazující, že systém splňuje požadavky a je realizovatelný

22. Předpoklady • v těchto počátečních fázích nejdeme dál než do fáze myšlenkového konceptu, na úroveň subsystémů, rozhodně ne do technických detailů • na rozdíl od ostatních fází fáze analýzy požadavků nemá předchůdce a vstupy jsou různé zdroje

23. Předpoklady • není nutné přemýšlet o optimálním řešení, ale spíše o existujícím, reálném, možném • analýza potřeb se samozřejmě odehrává v průběhu celého životního cyklu, v projektu se zaměříme pouze na počáteční fázi; pokud je tato úvodní analýza provedena pečlivě, v navazujících fázích ŽC nedochází bez závažné události k významným odchylkám

24. Fáze projektu • analýza současného stavu (operations analysis) • funkční analýza • analýza proveditelnosti • (validace potřeb)

25. Analýza současného stavu • zjištění důvodu potřeby nového či inovovaného systému, definování cílů, porozumění přínosu tohoto systému • u komerčních produktů je často impulsem výsledek výzkumu trhu (zákazníci a jejich potřeby, hrozby konkurence, vlastní silné a slabé stránky...), jindy např. legislativní nařízení (např. zavedení limitů na emise u aut), nové technologické příležitosti (počítačové IS při rozšíření počítačů) • je třeba brát v úvahu vývoj prostředí a jeho stav v období, kdy by měl být nový či inovovaný systém provozován

26. Funkční analýza • vyjádření cílů pomocí top-level funkcí, které systém musí vykonávat, včetně jejich interakce, rozvržení funkcí do bloků • pro popis funkcí je vhodné použít analogie s prvky existujícími v reálném světě a zaměřit se na úroveň subsystémů nebo tříd subsystémů (výpočetní subsystém, komunikační subsystém, databáze, generátor energie apod.)

27. Analýza proveditelnosti • promyšlení fyzické podoby systému, jenž by vykonával potřebné funkce, návrh konceptu tohoto systémů včetně odhadu nákladů či hodnocení variant • každá funkce identifikovaná v předchozím kroku bude nějak fyzicky realizována; zde je třeba zjistit, zda je tato realizace vůbec možná při daných omezeních (technologických, finančních, časových, infrastrukturních apod.) a zda je tato realizace schopná splnit danou potřebu • proveditelnost může být opět stanovena na základě analogie s existujícími řešeními; pokud to není možné, lze třeba úsudek provést teoreticky či experimentálně

28. Validace potřeb • prověření efektivnosti v různých provozních scénářích na základě parametrů výkonnosti systému, opětovné prověření potřeby, je-li nutná a potřebná

29. Struktura práce • úvod do problematiky, seznámení s existujícím systémem či existujícím stavem • odhalení potřeby nového systému či modifikace stávajícího • popis funkcí a jejich rozdělení do bloků (modulů) • provozní scénáře (jak a v jakém prostředí bude systém provozován) • seznam požadavků na systém (spíše ve smyslu požadovaných výstupů, nezabývající se implementací) a jejich zdůvodnění

30. Organizace • práce ve skupinách po 3 nebo 4 osobách • každá skupina plní dvě role • systémoví inženýři provádějící analýzu potřeb • oponent (zadavatel, zákazník, investor), bude "kontrolovat" a připomínkovat výstup druhé skupiny • termíny • výběr tématu – 5. 10. 2009 • odevzdání analýzy – 29. 11. 2009 • prezentace výsledků včetně oponentských posudků – poslední cvičení (upřesníme) • vše odevzdávat do odevzdáváren UIS