Глава 2. Программная инженерия

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГРАММНОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Учебное пособие

КРАСНОЯРСК

СибГУ

2018

Оглавление

Предисловие. 2

Введение. 4

О становлении системной и программной инженерии. 4

Глава 1. Краткие сведения о системах, системном анализе, системной инженерии. 9

1.1 Что такое система. 9

1.2 Системная инженерия. 14

1.3 Свод знаний системной инженерии SEBOK. 19

 

 

Предисловие

Настоящее учебное пособие содержитматериал по дисциплине «Методология программной инженерии», которую автор читаетстудентам-магистрантам, обучающимся по направлению 09.04.04 «Программная инженерия»в Институте информатики и телекоммуникаций Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева.

Системная и программная инженерия (System/SoftwareEngineering) – сравнительно новое направление научной и инженерной деятельности, сформировавшееся в последние десятилетия. В центре внимания этого направления находятся вопросы научного планирования, проектирования, оценки, конструирования и эффективного использования крупных систем, создаваемых людьми для удовлетворения установленных требований, а также проблемы успешной организации коллективных, бригадных методов работы при создании таких систем.

Учебный курс «Методология программной инженерии» знакомит студентов с методами и технологией разработки больших программных систем, с профессиональными требованиями к специалисту по программной инженерии и их отличиями от требований к традиционному специалисту по computerscience.

Автор ориентировался на требования Федерального государственного образовательного стандарта специальности ФГОС 09.04.04 Программная инженерия, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 19 сентября 2017 г. N 932, а также на рекомендованные в данном ФГОС профессиональные стандарты 06.003 «Архитектор программного обеспечения», 06.017 «Руководитель разработки программного обеспечения», 06.028 «Системный программист».

В настоящее время все большее внимание отечественных специалистов обращается к международному опыту разработки больших программных систем, для поддержки которыхсоздано и принято множество международных стандартов, регламентирующих как все этапы жизненного цикла таких систем, так и требования к квалификации специалистов в области программной инженерии.

В пособии кратко рассмотрены основные положения методологии системной и программной инженерии, а также ряд стандартов по этой области знаний. В частности, рассмотреныследующие стандарты.

ГОСТ 34.601-90 Автоматизированные системы.
Стадии создания.

ГОСТ 34.602-89 Техническое задание на создание автоматизированной системы.

ISO/IEC 15288:2008 – Системнаяинженерия–Процессыжизненногоцикласистем» – стандартISO/IEC, описывающийпроцессы жизненного цикласистем.

ISO/IEC 12207:2008 Системная и программная инженерия – Жизненные циклы систем –стандартISO/IEC, описывающийпроцессыжизненногоциклапрограммногообеспечения,

Впособиитакжеиспользованымеждународно-признанныематериалыанглоязычныхсводовзнанийпосистемнойинженерииSEBOK (SystemsEngineeringBodyofKnowledge) ипопрограммнойинженерииSWEBOK (SoftwareEngineering BodyofKnowledge).

Изучение курса «Методология программной инженерии» предполагает большой объем практических и самостоятельных занятий, посвященных знакомству с литературой и нормативными документами по системной/программной инженерии, в том числе, на английском языке, выполнение заданий и курсового проекта, а также прохождение практик в организациях, занятых разработкой сложных программных систем.

Введение

О становлении системнойи программной инженерии

В середине XX века успехи науки, техники и технологий наряду с быстро возраставшими потребностями в автоматизации процессов и производств на основе стремительно совершенствовавшихся компьютеров стимулировали начало индустриального создания так называемых систем «большого масштаба». Эти системы отличаются как количественными показателями: существенно возросло число составных частей и выполняемых функций, качественно повысилась степень автоматизации, заметно повысились стоимость систем и важность решаемых ими задач, так и качественными показателями: принципиально возрос уровень организации и управления, усложнилось функционирование системы в целом и ее частей, повысилась гетерогенность, появилась принципиальная потребность в совместной работе с другими, весьма сложными системами. В основу работ по созданию систем «большого масштаба» легли достижения общей теории систем, системного анализа, исследования операций, теории оптимизации, вычислительной техники и программного обеспечения. Эти достижения стали целенаправленно использоваться при комплексном решении инженерных и организационно-управленческих задач, возникающих при создании подобных систем, что в итоге привело к появлению нового междисциплинарного подхода и методики, получившего название системная инженерия (SystemEngineering). В центре внимания системной инженерии оказались вопросы научного планирования, проектирования, оценки, конструирования и эффективного использования систем, создаваемых людьми для удовлетворения установленных потребностей, а также проблемы успешной организации коллективных, бригадных методов работы при создании таких систем.

Системная инженерия на основе объединения достижений различных дисциплин и групп специальностей предоставила методологический базис и средства для успешной реализации согласованных, командных усилий по формированию и реализации хорошо структурированной деятельности по созданию систем различных классов, отвечающих установленным требованиям, деятельности, которая охватывает все стадии жизненного цикла (ЖЦ) системы - от замысла до изготовления, эксплуатации и прекращения применения.

Одними из первых в середине 50-х годов комплекс проблем и подходов системной инженерии рассмотрели Г. Гуд и Р. Макол в своей книге «Системотехника. Введение в проектирование больших систем»[1]. Поскольку издателя при переводе книги на русский язык не устраивал термин «системная инженерия», являющийся прямым переводом английского термина «SystemEngineering», то в качестве эквивалента был использован термин системотехника, предложенный профессором Ф. Е. Темниковым, который в 1969 стал основателем первой в нашей стране кафедры «Системотехника» в Московском энергетическом институте.

Следует отметить, что кафедра системотехники была создана также в Сибирском технологическом институте в 1986 году и продолжает существовать в составе Сибирского государственного университета науки и технологий имени М.Ф. Решетнева.

В России в связи с указанными особенностями перевода системная инженерия-системотехника постепенно стала пониматься как наука, рассматривающая приложение системных методов к созданию только технических систем и к техническим вопросам их разработки и проектирования. При этом стало постепенно забываться, что еще на этапе становления системной инженерии она и в нашей стране, и за рубежом рассматривалась как комплексная дисциплина, характеризующаяся не только технической, но и управленческой составляющей, как дисциплина, дающая ключ к приложению системных методов к созданию систем любых классов и назначения.

В частности, Г. Гуд и Р. Макол в своей книге отмечали, что создаваемые людьми большие сложные системы отличаются следующими чертами:

· целостностью, или единством системы: у всей системы имеются какие-то общие цели, общее назначение;

· большими размерами систем – как по числу частей, числу выполняемых функций, числу входов, так и по своей стоимости;

· сложностью поведения системы, например тем, что изменение одного параметра может повлечь за собой изменение многих других параметров, характеризующих и поведение, и состояние системы;

· высокой степенью автоматизации, что позволяет решать не только технические, но и управленческие задачи;

· нерегулярностью поступления внешних возмущений – с вытекающей отсюда невозможностью точного предсказания нагрузки;

· наличием (в большинстве случаев) в составе системы состязательных конкурирующих сторон;

· усилением внимания к возможностям и функционированию человека-оператора и существенным повышением роли эффективной организации взаимодействия «человек-машина»;

· повышением требований к использованию адекватных методов, облегчающих принятие решений персоналом;

· появлением новых способов организации деятельности по созданию систем с особым акцентом на коллективные, бригадные методы работы.

В конце 60-х годов быстрый рост масштабов применения систем, основанных на компьютерах, привел к важным изменениям в системной инженерии - на первый план как по трудоемкости, так и по стоимости и значимости решаемых задач вышла разработка инженерными методами крупных комплексов программ для ЭВМ. Появился новый, во многом начавший развиваться самостоятельно раздел системной инженерии, занятый систематизацией, упорядочением и формированием количественно измеримого подхода к разработке, эксплуатации и сопровождению программного обеспечения различного назначения, получивший название программная инженерия – SoftwareEngineering. Программная инженерия и сегодня является одним из наиболее актуальных направлений приложения знаний в области коллективной, групповой работы специалистов над крупными системными проектами, где внимание акцентируется на комплексе методов, процессов и средств, способных обеспечить эффективное управление ЖЦ сложных программных продуктов и их качество.

Отвечая на потребности больших коллективов специалистов, занятых массовым, промышленным созданием сложных систем, системная инженерия в качестве первоочередного результата предложила комплекс пригодных к адаптации и автоматизации методов разработки систем. Эти методы особенно быстрыми темпами развивались в 60-70-х годах в интересах аэрокосмической и оборонной отраслей промышленности. Суть упомянутых методов состоит в применении систематизированного, основанного на системном анализе подхода к принятию решений, обеспечивающих эффективный переход от концепции системы к пригодным для успешной реализации проектным решениям и в конечном счете к пригодной для использования системной продукции. Эти достижения системной инженерии нашли и продолжают находить отражение во множестве книг и учебных пособий

Переход к массовому созданию сложных систем большого масштаба в последние годы был существенно ускорен благодаря беспримерно быстрому развитию и усложнению информационных технологий (ИТ), что нашло отражение в начале промышленного создания так называемых программно-интенсивных систем, основанных на компьютерах, которые стали основой систем обобщенного предприятия и, наконец, беспрецедентных по сложности суперсистем, получивших название систем систем (SystemsofSystem).

Беспрецедентный рост совокупных затрат на создание таких объектов, достигающий в мировых масштабах многих миллиардов долларов, необходимость постоянного продления жизненного цикла ранее построенных систем привлекли усиленное внимание к такому разделу системной инженерии, как управление жизненным циклом систем. В рамках этого раздела системная инженерия дает нам методы и средства выбора, адаптации и практического использования фундаментальной совокупности процессов, охватывающих все аспекты ЖЦ сложных рукотворных систем практически любого назначения. Процессов, на основе которых возможны четкая организация и планирование работ на предприятии, эффективное управление проектами и ресурсами, принятие обоснованных инженерных и управленческих решений в условиях рисков, успешное управление качеством и конфигурацией, реализация всего спектра технических решений от концепции системы до вывода ее из эксплуатации. Достижения системной инженерии в области управления ЖЦ систем стали эффективным ответом на инженерные вызовы XXI века.

В результате происходящих сегодня технологических и общественных изменений сфера применения и содержание системной инженерии заметно расширились, и в литературе стали обсуждаться особенности и возможности видоизмененной, трансформированной с учетом упомянутых инженерных вызовов дисциплины, которую можно условно назвать «новой», или современной, системной инженерией. В соответствии с видением специалистов Массачусетского технологического института (MassachusettsInstituteofTechnology - MIT), предметом современной системной инженерии является интегрированное, целостное рассмотрение крупномасштабных, комплексных, высокотехнологичных систем, взаимодействующих преимущественно на уровне предприятия с использованием социотехнических интерфейсов. Создание таких систем требует усиленного внимания к (1) разработке архитектуры систем, проектированию систем и их элементов, (2) системному анализу и исследованию операций, (3) управлению инженерной деятельностью, (4) выбору технологий и методик, (5) эффективному управлению ЖЦ. При этом современная системная инженерия не заменяет «традиционную», а, напротив, базируется на ее достижениях, в первую очередь в части фундаментальных процессов проектирования и разработки.

Высокая сложность современных систем существенно затрудняет использование точных, хорошо формализованных методов при их создании. Таким образом, основные концепции, методы и технологии современной системной инженерии формировались главным образом в рамках практики успешных разработок. Как следствие, важнейшие аспекты, связанные как собственно с современными процессами разработки систем, так и с управлением их ЖЦ, нашли наиболее полное и формализованное отражение в комплексе официальных и фактических международных стандартов, ставших ключевым компонентом методологического базиса современной системной и программной инженерии.

Признанные международным индустриальным сообществом стандарты и нормативные руководства по системной инженерии разработаны и продолжают разрабатываться в основном тремя организациями:

Объединенным техническим комитетом 1 ISO и IEC, где рассматриваемыми вопросами занят в первую очередь 7-й подкомитет «Программная и системная инженерия» (ISO/IEC/ JTC1/SC7),

Институтоминженеровэлектротехникииэлектроники(Institute of Electrical and Electronics Engineer - IEEE),

Международнымсоветомпосистемнойинженерии(International Council on Systems Engineering - INCOSE).

Эти три организации проводят работу по стандартизации в области системной и программной инженерии по согласованным программам. Кроме того, существенный вклад в разработку нормативно-технической базы системной инженерии внесли Альянс электронной индустрии (ElectronicIndustriesAlliance- EIA), Институт программной инженерии университета Карнеги-Меллон(SoftwareEngineeringInstituteCarnegieMellonUniversity - SEICMU) и ряд других имеющих международное признание организаций.

Отечественная практика разработки стандартов создания систем начала формироваться в конце 60-х - начале 70-х годов прошлого века нашла отражение в комплексе стандартов ГОСТ 24 «Единая система стандартов автоматизированных систем управления», получившем дальнейшее развитие в весьма успешном и популярном комплексе стандартов на автоматизированные системы ГОСТ 34, который был разработан в СССР в конце 80-х годов и до сих пор, несмотря на известную устарелость, применяется в нашей стране при создании систем, основанных на использовании ИТ. Некоторые документы этого стандарта будут рассмотрены в нашем курсе.

В нашем курсе будут также рассмотрены два международных стандарта:

ISO/IEC15288:2008 - СиПИ. Процессы ЖЦ систем. Стандарт устанавливает общие принципы описания ЖЦ систем, созданных людьми. Определяет набор базовых процессов ЖЦ и соответствующую терминологию.

ISO/IEC12207:2008 - СиПИ. Процессы ЖЦ программных средств,

Стандарт устанавливает, используя четко определенную терминологию, общую систему процессов ЖЦ ПС, на которую можно.
ориентироваться в программной индустрии.

Мы рассмотрим также международно-признанныематериалыанглоязычныхсводовзнанийпосистемнойинженерииSEBOK (SystemsEngineeringBodyofKnowledge)ипопрограммнойинженерииSWEBOK (SoftwareEngineering BodyofKnowledge), которые необходимы при подготовке специалистов по программной инженерии.

 

Глава 1. Краткие сведения о системах, системном анализе, системной инженерии

1.1 Что такое система

Поскольку программная инженерия порождена бурным развитием системной инженерии и является ее частью, целесообразно начать рассмотрение методологии программной инженерии со знакомства с понятиями, лежащими в основе системной инженерии: система, системный подход, системное мышление, системный анализ.

Начнем с ряда определений [4].

Элемент – это минимальный неделимый объект. Элемент можно использовать только как целое, поэтому недопустимо говорить о половине или четверти элемента. Неделимость элемента – это, прежде всего, удобное понятие, но не физическое свойство. Оперируя понятием «элемент», исследователь оставляет за собой право перейти на другой уровень рассмотрения вопросов и говорить о том, из чего состоит элемент, а это свидетельствует о физической разложимости последнего. Таким образом, объекты называются элементами по соглашению, принимаемому с целью дать ответ на определенные вопросы, стоящие перед исследователями. Изменение вопросов может потребовать разложения элементов на составные части или объединения нескольких элементов в один.

Система согласно стандарту ISO/IEC15288 – это совокупность взаимодействующих элементов, организованная для достижения одной или нескольких установленных целей. Здесь под целью понимается совокупность результатов, определяемых назначением системы. Наличие цели и заставляет связывать элементы в систему.

Целостность – наиболее важное свойство системы. Элемент принадлежит системе потому, что он связан с другими ее элементами, так что множество элементов, составляющих систему, невозможно разбить на два и более несвязанных подмножества. Удаление из системы элемента или совокупности элементов непременно изменяет ее свойства в направлении, отличном от цели.

В ряде случаев система существует в некоторой внешней среде, тогда можно говорить о границе между системой и остальной средой. Установление границы и, следовательно, выделение системы – в конечном счете, выбор наблюдателя. Это подчеркивает тот факт, что любое конкретное определение системы представляет собой мысленную конструкцию, используемую для описания действительности.

Выделяют замкнутые и открытые системы. В замкнутых системахвсе взаимодействия между элементами определены внутри их границ. В открытых системах помимо взаимодействия с элементами внутри границ возможно взаимодействие с элементами внешней среды.

В широком смысле термин «система» может означать инженерную систему, естественную систему, социальную систему или все три.

При этом в сложных инженерных системах нужно принимать во внимание как природные, так и социотехнические системы. П.Чекландом[], введено понятие «мягких» систем (Soft Systems) чтобы выразить важностьсоциальных факторов при решении инженерных проблем. Область охватаSoft Systems в значительной степени определяет, достигают ли инженерные системы своих целей, не оказывая отрицательного влияния на другие стороны жизни, когда эти системы развернуты в реальном мире.

Искусственные (инженерные) системы описывают путем определения их функций и структур.

Функция системы –это правило получения результатов, предписанных целью (назначением) системы. Определяя функцию системы, ее поведение описывают с использованием некоторой системы понятий – отношений между переменными, векторами, множествами и т. п. Функция устанавливает, что делает система для достижения поставленной цели безотносительно к физическим средствам (элементам, связям), составляющим саму систему, и не определяет, как устроена система. Системы изучают на разных уровнях абстракции, с использованием различных подходов, каждый из которых дает ответ на определенные вопросы. В связи с этим функции системы могут описываться с разной степенью детализации. Для описания функций систем используются различные теории: теория множеств, теория алгоритмов, теория случайных процессов, теория информации и др.

Функционировать – реализовать функцию, т. е. получить результаты, предписанные назначением системы.

Обратная связь – воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования. Различают положительную и отрицательную обратную связь.

Структура системы – это фиксированная совокупность элементов и связей между ними. В общей теории систем под структурой принято понимать только множество связей между элементами, т. е. структура –картина, отображающая только конфигурацию системы безотносительно к составляющим ее элементам. Такое толкование этого понятия удобно при структурном подходе к изучению свойств различных систем – систем с параллельными, последовательными, иерархическими структурами, обратными связями и т. п. На практике в понятие «структура» включают не только множество связей, но и множество элементов, между которыми существуют связи. Этот смысл отражен в данном определении структуры. Наиболее часто структура системы изображается в форме графа: элементы системы представляются вершинами графа, а связи – дугами (ребрами) графа. Граф – это математическая форма отображения структур. Инженерной формой изображения структур систем являются схемы. Схема и граф – понятия, адекватные по содержанию, но различные по форме. В схемах элементы и связи обозначаются любыми фигурами, удобными для инженерных (производственных) применений.

Организация – это способ реализации определенных функций в системах, состоящих из большого числа элементов. Обычно к одной и той же цели можно прийти различными способами, исходя из различных принципов организации систем. Каждый принцип организации задает определенный способ построения множества систем, аналогичных по назначению, но различных по функциям и структурам. Конкретная система представляет собой лишь пример реализации некоторого способа организации. Например, подавляющее большинство современных ЭВМ строится на основе одного принципа организации – принципа программного управления реализацией алгоритма на основе команд, имеющих операционно-адресную структуру. Таким образом, организация – понятие более высокого ранга, чем функция и структура; организация – это модель, на основе которой могут строиться многие конкретные системы.

Если речь идет о способе порождения функций, достаточных для достижения определенной цели (определенных результатов), то используется термин функциональная организация. Если же речь идет о наборе элементов и способе их соединения в структуру, обеспечивающую реализацию функций определенного класса, то используется термин структурная организация. Определяя некоторый способ функциональной организации, выявляют класс функций, присущих системам определенного назначения (безотносительно к средствам, необходимым для реализации этих функций), а определяя способ структурной организации, выявляют правило построения структур, реализующих некоторый класс функций, т.е. отвечающих некоторому назначению.

Целостность системы – ее относительная независимость от среды и других аналогичных систем.

Эмерджентность – свойство несводимости системы к свойствам элементов системы. Это одно из важнейших свойств, оно означает, что элементы, соединенные в систему, приобретают новые свойства.

Анализ – это процесс определения свойств, присущих системе. Типичная задача анализа состоит в следующем. Известны функции и характеристики элементов, входящих в состав системы, и установлена структура системы. Необходимо определить функции или характеристики, присущие совокупности элементов в целом.

Синтез – это процесс порождения функций и структур, необходимых и достаточных для получения определенных результатов. Выявляя функции, реализуемые системой, определяют некоторую абстрактную систему, о которой известно только то, что она будет делать. В связи с этим этап синтеза функций называется абстрактным синтезом, а этап порождения структуры, реализующей заданные функции, – структурным синтезом.

Эффективность – это степень соответствия системы своему назначению. Из двух систем более эффективной считается та, которая лучше соответствует своему назначению. Оценка эффективности системы – одна из задач анализа систем. Показатель эффективности (качества) –это мера одного свойства (характеристики) системы. Показатель эффективности всегда имеет количественный смысл, т. е. является измерением некоторого свойства. По этой причине использование какого-либо показателя эффективности предполагает наличие способа измерения (оценки) значения этого показателя. Для оценок эффективности систем могут применяться, например, такие показатели, как производительность, стоимость, надежность, габариты и т. п.

Критерий эффективности – это мера эффективности системы. Критерий эффективности имеет количественный смысл и измеряет степень эффективности системы, обобщая все ее свойства в одной оценке – значении критерия эффективности. Эффективность систем, создаваемых для одной цели, оценивается на основе одного критерия, общего для этого класса систем. Различие в назначениях систем предполагает, что для оценки эффективности таких систем используются различные критерии. Если при увеличении эффективности значение критерия возрастает, то критерий называется прямым, если значение критерия уменьшается, то инверсным. Из двух систем более эффективной считается та, которой соответствует большее значение прямого критерия (меньшее значение инверсного критерия).

Системный анализ (системная наука) –совокупность дисциплин, которые образуютновое научное направление, на основе применения системного мышление и научногоподхода к решению задач, возникающих в разных прикладных областях. Это научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или постоянными элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов.Системный анализ возник в эпоху разработки компьютерной техники. Успех его применения при решении сложных задач во многом определяется современными возможностями информационных технологий. Н. Н. Моисеев [] приводит, по его выражению, довольно узкое определение системного анализа: «Системный анализ — это совокупность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем — технических, экономических, экологических и т.д. Результатом системных исследований является, как правило, выбор вполне определенной альтернативы: плана развития региона, параметров конструкции и т. д. Поэтому истоки системного анализа, его методические концепции лежат в тех дисциплинах, которые занимаются проблемами принятия решений: исследование операций и общая теория управления».

Традиционно к системному анализу относят следующие разделы науки []:

· Построение моделей систем,

· Имитационное моделирование,

· Теория подобия,

· Теория управления,

· Теория проведения экспериментов,

· Обработка экспериментальных данных,

· Математическое программирование,

· Теория массового обслуживания,

· Численные методы решения задач,

· Методы принятия решений,

а также множество других разделов знаний, которые реализуют системный подход.

Системное мышление – способ понимания сложных ситуаций, рассматривая их как комбинации систем.

Системный подход

 1. Направлениефилософиииметодологиинауки, специально-научногопознанияисоциальнойпрактики, восновекотороголежитисследованиеобъектовкаксистем. Системныйподходориентируетисследованиенараскрытиецелостностиобъектаиобеспечивающихеемеханизмов, навыявлениемногообразныхтиповсвязейсложногообъектаисведениеихвединуютеоретическуюкартину.

2. Способ решения реальных проблем, в котором используются инструменты системной науки, позволяющие разрабатывать и использовать системы

1.2Системная инженерия

Краткое определение: Системная инженерия – это междисциплинарный подход и способы обеспечения воплощения успешных систем [].

По-английски «системная инженерия» – S ystem E ngineering, хотя более ранние написания были как S ystem s E ngineering. Правильная интерпретация (и правильный перевод) – именно «системная» (подразумевающая использование системного подхода) инженерия, а не «инженерия систем»(engineeringofsystems) – когда любой «объект»называют«системой», но не используется системный подход во всей его полноте.

Системная инженерия (далее мы будем употреблять аббревиатуру SE)  – это междисциплинарный подход, определяющий полный набор технических и управленческих усилий, которые требуются для того, чтобы преобразовать совокупность потребностей и ожиданий заказчика и имеющихся ограничений в эффективное решение и поддержать это решение в течение их жизненного цикла (ISO/IEC 24765).

В этом определении можно подчеркнуть:

● Успешные системы – это то, чем занимается системная инженерия. Слово «успешные» тут крайне важно и означает, что система должна удовлетворить нужды заказчиков, пользователей и других стейкхолдеров. (stakeholder, буквально держатель ставки в играх – это тот или те, кто затрагивается системой, или кто затрагивает систему).

● Слово «системы» используется в специальном значении: это «системы» из системного подхода.

● Междисциплинарный подход – системная инженерия претендует на то, что она работает со всеми остальными инженерными специальностями (впрочем, не только инженерными). «Подход» обычно означает какие-то наработки в одной предметной области, которые можно перенести на другие предметные области.

● Слова«воплощение», «реализация» (realization, «перевод в реальность») означают буквально: создание материальной (из вещества и полей) успешной системы.

Более полное определение SE фокусируется на целостном и параллельном понимании жизненного цикла системы:

 

· нужд стейкхолдеров;

· исследования возможностей;

· документирования требований;

· синтезирования, проверки, приёмки и постепенного появления инженерных решений, в то время как в расчёт принимается полная проблема, от исследования концепции системы до вывода системы из эксплуатации;

● целостность (полнота охвата), междисциплинарность,охват всего жизненного цикла системы «от рождения до смерти» – это ключевое свойство, которое отличает системную инженерию от всех остальных инженерных дисциплин;

● параллельность выполнения самых разных практик (а не последовательность, как можно было бы подумать, прочитав их перечисление).

Как уже сказано, SE является междисциплинарным подходом и средством, позволяющим реализовать успешные системы. Успешные системы должны удовлетворять потребности своих клиентов, пользователей и других заинтересованных сторон. Некоторые ключевые элементы системной инженерии выделены на рисунке 1 и включают в себя:

• Принципы и концепции, которые характеризуют систему, где система представляет собой взаимодействующую комбинацию элементов системы для достижения определенной цели (целей). Система взаимодействует со своей средой, которая может включать в себя другие системы, пользователей и окружающую среду. Элементы системы, которые составляют систему, могут включать аппаратное обеспечение, программное обеспечение, людей, информацию, методы, средства, службы и другие элементы поддержки.

• Системный инженер (systemengineer) –это роль, человек или группа людей, которые поддерживают этот междисциплинарный подход. В частности, системный инженер часто помогает выявлять и переводить потребности клиентов в спецификации, которые могут быть реализованы командой разработчиков системы.

• Чтобы помочь реализовать успешные системы, системный инженер поддерживает набор процессов жизненного цикла, начинающихся на ранней стадии концептуального проектирования и продолжающихся на протяжении всего жизненного цикла системы за счет ее производства, развертывания, использования и утилизации. Системный инженер должен анализировать, указывать, проектировать и проверять систему, чтобы гарантировать, что ее функциональные, интерфейсные, рабочие, физические и другие качественные характеристики, и стоимость сбалансированы для удовлетворения потребностей системы.

• Системный инженер помогает обеспечить соответствие элементов системы целям целого и в конечном итоге удовлетворить потребности клиентов и других заинтересованных сторон, которые приобретут и используют систему.

Главный признак, отличающий системных инженеров от всех других инженеров: они отвечают за проект в целом, сразу во всех его деталях. Они ответственны за то, чтобы не было пропущено какой-нибудь мелочи, ведущей к провалу.

Возьмём самолёт или корабль– это много-много деталей из металла, пластика и других материалов, синхронно летящихвысоко в небе или плывущих далеко-далеко в море. Системный инженер – это тот, кто придумал, как обеспечить их надёжное и экономичноесоединение, увязав самые разные требования (грузоподъемность, расход топлива, дальность полёта или плавания, требования к аэродрому или порту, необходимость лёгкого обслуживания на берегу и в море, безопасность людей на борту, и т.д. и т.п.), при этом требования выдвигаются самыми разными людьми, представляющими самые разные профессиональные и общественные группы. Миллион деталей изготавливается и собирается в одно изделие – и самолёт летит, корабль плывет, обеспечивая комфорт пассажирам и прибыль владельцам!

Системная инженерия решает задачу преодоления инженерной сложности (которая определяется главным образом числом различных элементов, которые должны взаимодействовать друг с другом, чтобы получить целевую систему:сложные системы не помещаются ни в какую самую умную голову, требуется специальная дисциплина, чтобы собирать результаты деятельности самых разных инженеров в одно работоспособное целое).

Системный инженер– это тот, кто отвечает за успешность системы в целом, кто занимаются системной инженерией, а сама системная инженерия тем самым является профессией в классическом смысле этого слова: есть профессиональные ассоциации системных инженеров, проводятся профессиональные конференции, есть учебные курсы в системе высшего образования.

Системные инженеры должны быть техническими лидерами в инженерных коллективах. Понятие технического лидерства (technicalleadership) означает, помощь в организации коллективной мыслительной работы по отношению к той или иной технической идее: все участники проекта должны делать одну и ту же систему, а не разные. Отличия технических лидеров от «технических евангелистов»:евангелисты – это проповедники чужих идей, а системные инженеры как технические лидеры – сами себе «технические Иисусы Христы»: они сами поставщики тех технических решений, в которых потом они должны уметь убедить других людей. Системные инженеры не просто берут идеи от одних инженеров, а потом убеждают других инженеров их принять. Системные инженеры генерируют технические идеи самостоятельно.

Можно сравнить системного инженера с талантливым дирижером симфонического оркестра, который творит Симфонию. Системный инженер, как дирижер, налаживает работу «симфонического оркестра» из многих инженеров различных специальностей. Это и правда и неправда одновременно. Правда в том, что системные инженеры – это технические лидеры. Неправда в том, что системный инженер – это один человек, «рулящий» огромными коллективами других инженеров. Как в инженерии произошло разделение на инженеров по специальности (механиков, электриков, программистов, теплотехников и т.д.), как в медицине произошло разделение врачей по разным врачебным специальностям, и врачи редко работают поодиночке, так подобное разделение уже произошло и в самой системной инженерии.

Вспомним ситуацию начала времен WWW, когда появилась и начала бурно развиваться веб-мастеринг и профессия веб-мастера. Трудно уже вспомнить, но всего десять-пятнадцать лет назад был один человек, который занимался для вебсайтов всем: программировал движок, разрабатывал арт-дизайн, пришивал его к движку, наполнял вебсайт материалом, продвигал его в Сети и т.д. Один человек, который совмещал в себе всё разнообразие specialtyengineering для сайтостроения. Сейчас «вебмастера» уже нет, а есть отдельно программисты CMS, дизайнеры, верстальщики, редакторы (в вариантах editor и contentmanager), администраторы, модераторы, информационные архитекторы, SEO, и это еще не полный список. При развитии профессии она дробится на различные профессиональные позиции. Один человек, даже если он гений, не в состоянии удержать целостность: целостность удерживается в современном мире только командно. Есть ли системный инженер в сайтостроительстве? Может быть, а может и не быть. Есть ли системная инженерия? Безусловно, есть – и работа с требованиями, и создание архитектуры сайта, и стыковка всего этого с работами многих specialtyengineers. Не все работы системных инженеров выполняются одним человеком. В системной инженерии тоже есть специализации.

К профессии «системный инженер» нужно относиться примерно так же, как к профессии врач: с одной стороны, вы никогда не спутаете стоматолога и гинеколога, но с другой стороны, эти обе профессии врачебные. Системные инженеры так же разнообразны, как и врачи: системный инженер, занимающийся ракетами и системный инженер, занимающийся небоскрёбами, будут иметь как много различий, так и много общего.

Метафора симфонического оркестра соответствует административной модели управления, «писанной музыке», и чуть ли не руководству–буквально, «водству руками» (может возникнуть впечатление, что системный инженер непосредственно командует каждым инженером по специальности, когда и какую ему ноту играть, как это происходит иногда в симфонических оркестрах с авторитарным дирижёром). Но ведь ещё в прошлом, XX веке музыка по факту пошла другими путями:

● в симфонической музыке за счет компьютерной поддержки композитора оказались выкинутыми и дирижер, и его оркестр, а симфонические фонограммы к современным фильмам и играм готовятся самим композитором буквально в одиночку – но на компьютере;

● в музыкальной мейнстримной культуре преобладает джаз, подразумевающий совсем другие принципы коллективного творчества: импровизация плюс взаимное подстраивание (рок – это тот же джаз, ибо в рок-группах никакого дирижера, а вместо нот используется звукозапись);

● симфонические оркестры остались как очень дорогое средство антикварного хранения традиции, и от них никакого развития музыки не ожидается. Развитие музыки и музицирования идёт, при этом идёт достаточно бурно, но в совершенно других формах.

Если посмотреть на то, что происходит в менеджменте и инженерии, то тренд к «джазовой» организации деятельности несомненен. Все движение agile (гибкости) – это именно в ту сторону, и все остальные примеры инноваций (например, переход от акцента на administration/management к leadership) именно в эту сторону. Метафора, при которой все главные решения принимаются одним лицом, которое всеми дирижирует опасна, потенциально создаёт угрозу появления в проекте «бутылочного горлышка», существенно замедляющего принятие инженерных решений, эта метафора не соответствует духу времени.

 

1.3 Свод знаний системной инженерииSEBOK

 

Из предыдущего раздела следует, что системный инженер должен обладать большим объемом специфических знаний. Международная группа специалистов разработала документ, содержащий свод знаний по системной инженерии – SEBOK (SystemEngineeringBodyOfKnowledge).

SEBOK является одним из двух взаимосвязанных продуктов. Другой продукт, который использует контент SEBOK для определения основного объема знаний (CorBOK), который должен быть включен в учебные планы SE, называется «Учебная программа выпускников по системной инженерии» (GRCSE). GRCSE не является стандартом, а базовым учебным планом, который должен быть адаптирован и расширен, чтобы соответствовать задачам программы выпускников каждого университета. Эти продукты разрабатываются в рамках проекта «Объем знаний и учебная программа для развития системной инженерии» (BKCASE) [].

РуководствоSEBOK – весьма обширный документ (815 страниц 10 шрифтом) исодержит 7 основных разделов.Большая часть (части 2-6) фокусируются на независимой от домена информации – универсальной для системной инженерии независимо от того, в какой области она применяется. Часть 7 включает примеры реальных проектов. Они иллюстрируют концепции, обсуждаемые в других разделах SEBOK, а также подробные соображения, касающиеся различных областей SEBOK также охватывает область разработки программного обеспечения и управления проектами, которые сильно переплетаются с практикой SE (см. часть 6). Содержание SEBOK показанона рисунке 1.

 

 

 

Рис 1. Области знаний системной инженерии (внутри круга) и примыкающие к ним (вне круга)

Руководство по созданию системы знаний в области системного инжиниринга SEBOK было создано Проектом «Комплекс знаний и учебной программы для продвижения систем» (BKCASE).

BKCASE контролируется Советом управляющих, в состав которого входят Международный совет по системному проектированию (INCOSE), Исследовательский центр системных исследований (SERC) и IEEE ComputerSociety.SEBOK представляет собой сборник ключевых источников знаний и ссылок SystemEngineering, организованных и объясненных для оказания помощи широкому кругу пользователей. Это живой, постоянно обновляемыйпродукт.Системное проектирование является междисциплинарным подходом и средством обеспечения полного жизненного цикла успешных продуктов, услуг и корпоративных систем. Оно включает обнаружение и формулировку проблемы, определение и реализацию решения, а также оперативное использование, поддержку и завершение. Методика может быть применена к одиночным проблемным ситуациям, а также к управлению несколькими процессами в коммерческих или государственных предприятиях.

В 7 разделе SEBOK приведены примеры выполненных проектов:

· Космический телескоп Хаббл,

· Система глобального позиционированияGPS,

· Линейный ускоритель для онкологических исследований,

· Фактографическая файловая системаФБР,

· Быстрая разработка миниатюрного космического аппарата,

· Медицинский инфузионный насос нового поколения.

Также кратко рассмотрены и другие системы.

 

 

Глава 2. Программная инженерия