OSS / Системноинженерное мышление в управлении жизненным циклом(2014)

TechInvestLab, 14 июня 2014

131

Обратите внимание, в описании модуля прежде всего приводятся его интерфейсы (но не соединения, ибо это рассмотрения модуля, а не компоненты!): USB Universal Serial Bus) и размеры для размещения в корпусе. Приводятся также сведения по изготовлению (PCB 2-Layer, двухслойная печатная плата). Понять из описания модуля, как он работает или как будет работать система, в слот которой модуль включается, обычно нельзя -- но зато можно понять, как подключить модуль/собрать систему, как поделить работу между конструкторами/проектантами, как изготовить модуль.

Размещения

Мир трёхмерен, и каждая система характеризуется ещё и своим местом в пространстве. Одна из ипостасей системы -- это место, которое она занимает.

Например, насос может быть компонентой (функция "обеспечить подъем давления", номер P-101 на гидравлической схеме), может быть модулем (насос НС-1234 Пензенского завода, серийный номер №56789), но может быть и лежащим на складском месте №159 склада №689, ибо ещё не выдан в монтаж. Это разные ипостаси одной и той же системы.

В инженерном проекте строительства атомной станции минимальное число разбиений 12 (в том числе систему разбивают на части не только соответствующие каким-то функциональным, конструктивным или топологическим особенностям системы, но и по самым разным другим принципам. Например, в системе-здании/сооружении выделяют захватки -- часть здания или сооружения с одинаково повторяющимися комплексами строительных процессов выполняемыми

TechInvestLab, 14 июня 2014

132

каждый в отдельности с ритмом определенно равномерного времени (например, какую часть системы-сооружения может сделать бригада бетонщиков, или арматурщиков, или штукатуров за смену или неделю -- целое здание, этаж, квартиру, 100м2 и т.д.). В случае необходимости бригады делят на звенья (1-5 человек), а часть захватки при этом, выделяемой одному звену, называют делянкой. Это всё способы поделить систему на части! Захватки и делянки это варианты ипостаси/аспекта размещения (location, места). Об этих местах можно говорить так же, как о физических объектах (как об модулях, аналогично тому, как говорят о компонентах как о физических объектах). См., например, обсуждение захваток и делянок в работе каменщиков -- http://gardenweb.ru/ponyatie-o- delyankakh-i-zakhvatkakh, при монтаже автокраном -- http://korica.info/2012/10/razbivka-zdaniya-na-montazhnye-zaxvatki.html

Размещения тесно связаны с логистическим аспектом инженерного проекта, они крайне важны для менеджеров (планы работ часто привязываются именно к размещениям).

В ISO 81346 для обозначения размещений принят префикс "+".

Структура системы: разбиения.

Разбиения (breakdowns)

Система сама входит частью в надсистему и состоит из частей-подсистем (или частей-элементов, если нет желания далее рассматривать структуру этих частей). Холархия (иерархия холонов) связывает объекты отношениями часть-целое

(part_of relations), они же отношения "сборки" (composition) или "разборки" (decomposition), они же "разбиения" (breakdowns). В инженерии самые разные разбиения чрезвычайно распространены:

●Функциональное разбиение (functional breakdown structure), чаще называется functional decomposition

●Разбиение работ (work breakdown structure)

●Разбиение установки (plant breakdown structure)

●Разбиение документов (document breakdown structure)

●... их множество

Важно понимать, что для разных людей интересны разные разбиения -- одна и та же система может быть разбита на разные типы частей по-разному, и даже на один и тот же тип частей по-разному (смотря кто и зачем это разбиение делает). Так, ложку можно разбить на хлебало и держало. Эту же ложку можно разбить и на три части: хлебало, держало и жёсткую между ними перемычку (или гибкую перемычку, если ложка складная). Эту же ложку можно разбить на металлическую пластину, вытравленный на ней узор и выдавленную на ней вмятину. Всё зависит

TechInvestLab, 14 июня 2014

133

от того, какой деятельностью занят стейкхолдер, для которого важно то или иное разделение.

Конечно, каждая ипостась системы (компонента, модуль, размещение, и т.д.) имеет своё иерархическое разбиение на подсистемы:

Правила структурирования из стандарта ISO 81346 (в этом стандарте компоненты представляют собой "функциональный аспект", модули "продуктный аспект", размещения -- "аспект места") утверждают, что структурирование технической системы базируется на аспектных разбиениях и проводятся пошагово/поуровнево -- при этом выбранный аспект может меняться при каждом шаге, то есть одна ипостась системы может разбиваться на подсистемы, определяемые в другой ипостаси (например, компоненты могут разбиваться уже на модули).

TechInvestLab, 14 июня 2014

134

Обычно шаги проводятся "сверху вниз" для компонент (декомпозиция функций компоненты) и "снизу вверх" для модулей (сборка продуктов работы в модуль). Результирующие структуры разбиений получаются не "системы вообще", а аспектные: компонентные (функциональные) разбиения, модульные (продуктные) разбиения и разбиения размещения (места).

При проектировании функциональное разбиение "сверху вниз" обычно заканчивается продуктным разбиением "снизу вверх" -- т.е. начиная с какого-то уровня компонент становится понятным, какие модули будут выполнять функции этих компонент. Обычно при таком подходе все подсистемы нижнего уровня имеют указанными оба аспекта (т.е. они представлены в обеих ипостасях -- и компоненты, и модуля), то же относится к некоторым высокоуровневым подсистемам (IEC 1392/09):

TechInvestLab, 14 июня 2014

135

A' и B' означают, что определение и компоненты и модуля могут изменяться, когда мы назначаем модули на компоненты, совмещаем понимание соотнесения функций на элементы конструкции (архитектурное проектирование именно в этом и заключается: совмещение компонентной и модульной структур).

TechInvestLab, 14 июня 2014

136

В большинстве "железных" систем модули и компоненты соответствуют друг другу 1:1, что позволяет произвольно их путать. Но это может приводить к путанице в тех редких случаях, когда этого соответствия нет. Так, описания "платформ" (слои) в терминах компонент не хороши. "Платформы" нам важны для того, чтобы проще спроектировать и собрать систему (т.е. это описание времени разработкиизготовления, а не времени эксплуатации). А компоненты важны, ибо по большому счёту работоспособность системы зависит именно от наличия связанных и работающих компонент целевой системы, выполняющих свои функции и дающие эмерджентную функцию целевой системы.

Представления разбиений

Разбиения представляются деревьями в разной графической форме (структурными диаграммами). Чаще применяется не традиционное "математическое дерево":

Но "дерево лесенкой" (которое удобней отображать в различных инженерных информационных системах):

TechInvestLab, 14 июня 2014

137

Старинные инженерные стандарты предписывали конкретное число уровней и названия уровней разбиений. Так, ISO 26702 определяет следующие уровни с чётко определёнными названиями, при этом аспектность по факту игнорируется:

TechInvestLab, 14 июня 2014

138

Ещё один старинный набор стандартов ЕСКД (ГОСТы Единой Системы Конструкторской Документации) делает то же самое жесткое определение, но эти уровни другие:

●Деталь -- это изделие, выполненное из однородного материала без применения сборочных операций (например, болт, гайка, вал, втулка).

●Сборочная единица -- изделие, составные части которого соединяются между собой в процессе сборки с помощью резьбы, пайки, сварки и т. п. (например, редуктор).

●Комплекс -- два и более изделия, предназначенных для выполнения взаимосвязанных функций (например, технологическая линия).

●Комплект -- это набор из двух и более изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект инструментов и принадлежностей).

Обратите внимание, в ЕСКД никакого системного подхода нет ни "по названиям", ни "по сути". Кроме "конструкторской документации" единые системы стандартов ГОСТ есть и для строительной документации, программной документации и т.д.. Поэтому в сложных системах структурирование частей системы по уровням "частьцелое" и принципы обозначения элементов системы крайне разнятся.

TechInvestLab, 14 июня 2014

139

Обозначения систем

Задание обозначений для каждой части системы тесно связано с принципами (структурного, обычно по отношениям "часть-целое") разбиения системы. Задание обозначений определяется стандартами -- международными, национальными, отраслевыми, предприятия. Часто обозначения называют "кодами".

Так, в российском машиностроении принята система ("система" тут из систематики!) обозначений ЕСКД (используются "коды ЕСКД"), а в строительстве российских атомных станций сейчас чаще всего используется система обозначений KKS. Проблема возникает тогда, когда какой-нибудь винтик в приборе обозначен по ЕСКД, а сам прибор обозначается по KKS (это была бы ещё самая простая ситуация, часто разных систем обозначений в сложном проекте используется добрый десяток, а в случае международного проекта и больше).

Старые системы обозначений страдают от следующих недостатков:

●Они не учитывают аспектности (т.е. выпячивают либо компоненты, либо модули, либо места, либо задают жёстко границу перехода по уровням -- до какого-то уровня только компоненты, а затем только модули). Опять же, если речь идёт о какой-то узкой предметной области, то это нормально. Но как только появляется более-менее крупный проект, объединяющих продукты разных отраслей, работать (искать какие-то элементы в составе системы по их обозначениям, давать обозначения) становится трудно.

●Они позиционны, т.е. не предусматривают различного числа уровней разбиения. Это может проходить в рамках узкой предметной области -- группы одинаково структурированных продуктов, но когда в проекте собираются продукты нескольких отраслей, работать становится очень трудно.

ISO 81346

Современным стандартом, описывающим структуру системы и отвечающим за обозначения структурных элементов системы в их отношениях "часть-целое" по каждому аспекту, т.е. отвечающим принципам системного подхода и поэтому подходящим для системной инженерии является ISO 81346-1:2009 "Industrial systems, installations and equipment and industrial products – Structuring principles and reference designations. Part 1: Basic rules" -- этот стандарт вобрал в себя многочисленные достижения предыдущих поколений стандартов.

Стандарт предписывает правила, по которым происходит аспектное структурирование системы и создание следующих принципам системного подхода "справочных обозначений" (reference designations -- в отличие от просто "обозначений" стандарт называет "справочными обозначениями" те, которые следуют принципам системного подхода). Эти обозначения:

	TechInvestLab, 14 июня 2014	140
●	учитывают аспектность
●	произвольность числа уровней системы

Отдельных аспектных обозначений в огромной системе могут быть миллиарды (например, в микросхеме есть 5 миллиардов транзисторов -- и каждый из них должен быть проименован как компонента, как модуль, плюс ещё и размещение на кремниевой пластине. А ещё ведь нужно обозначить какие-то подсистемы, составленные из этих транзисторов! И подсистемы, составленные из этих подсистем, и так до самого "верха" -- например, кремниевого чипа, или даже готовой микросхемы в корпусе. И даже дальше -- контроллера, который сделан на базе этой микросхемы, системы управления с использованием этого контроллера, компрессора, который управляется этой системой, холодильной машины, куда входит компрессор, и так далее -- например, до атомной станции или корабля, где используется эта холодильная машина. Не нужно и говорить, что число уровней подсистем, в которых появляется эта холодильная машина для атомной станции и корабля будут разными -- это и есть возможность учёта произвольного числа уровня системы).

Вводя обозначения ("краткие имена"), нужно помнить, что для некоторых обозначений есть длинные содержательные имена, а для некоторых обозначений (каких-нибудь винтиков крепежа корпуса) таких имён даже не будет.

Простейший способ обозначать ипостаси систем -- это давать им уникальные порядковые номера на каждом уровне разбиений, указывая при этом спецсимволом-префиксом аспект (компонента это, модуль или размещение). Более сложный способ -- это обозначения, включающие в себя какой-то (чаще всего функциональный) классификатор, т.е. отдельные символы и их сочетания, означающие принадлежность данной ипостаси к определённому классу (математическому множеству) ипостасей системы.

В общем случае обозначение системы состоит из цепочки обозначений какого-то маршрута по разбиению, или разных маршрутов по разным разбиениям. Например, установка (plant) по транспортировке жидкости аспектно представлена из следующих компонент, модулей и размещений (мест):