מהנדסת מערכות להנדסה אסטרטגית

מאת: ד”ר אביגדור זוננשיין, רפאל בע”מ

הנדסת מערכות –
מה חדש?
הנדסת מערכות היא דיסציפלינה הנדסית וניהולית די ותיקה, אבל למרות כך בקרב הגורמים המקצוענים השונים( אקדמיה,חברות/מפעלים,איגודים מקצועיים) קיימת התלבטות מתמדת לגבי תחומי העסוק של מהנדסי המערכות, לגבי כווני התפתחות של הנדסת המערכות כדיסציפלינה אינטגרטיבית והוליסטית , ולאיזה כווני הכשרה והתמחות כדאי ונכון להנהיג את מהנדסי המערכות.
למרות שההתלבטות קיימת כבר מספר שנים, נראה שלאחרונה הבשילו התנאים לגיבוש כוונים חדשים להנדסת מערכות אפקטיבית וכוונים מעודכנים להכשרה, התמחות והסמכה של מהנדסי המערכות.
הכיוונים החדשים והמעודכנים של הנדסת מערכות מודרנית יוצגו בכינוס הבינלאומי שיתקיים ב- 8-9 למרץ 2011, והם כוללים בין השאר:

• הנדסה אסטרטגית –
ENGINEERING STRATEGIC:
במסגרת אוניברסיטת MIT  פותחה הגישה של הנדסה אסטרטגית (ENGINEERIN STRATEGIC) שמשמעותה תכן והנדסה לעתיד לא ידוע ולא ודאי בתחומי השוק והטכנולוגיה. כלומר, ההנדסה מהווה מרכיב חיוני בגיבוש מערכות ומוצרים שמהווים את חוט השדרה האסטרטגי של החברה. במסגרת זו ההנדסה יוזמת ומפתחת משפחות של מערכות ומוצרים שיוכלו להוות מענה להתפתחויות בשוק ולהתפתחויות בטכנולוגיה. לשם כך משפחות המוצרים צריכות להיות מודולאריות, גמישות לשינויים ועם מרכיבים קומונאליים.
• קידום תכן מבוסס מודלים וסימולציות:
הכללה ושילוב מודלים וסימולציות באופן אינטנסיבי בהנדסת המערכות הן במסגרת MBSE-MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING והן במסגרת התכן וההנדסה של המכלולים.
שילוב אינטנסיבי של מודלים וסימולציות מאפשר לגבש פתרונות מערכתיים בצורה יותר אפקטיבית וכמותית, וכן לאפשר תיקוף המודלים והסימולציות בניסויים מערכתיים ובבחינות מערכתיות.
השימוש במודלים וסימולציות  מהווה בסיס לגיבוש פתרונות טכניים למכלולים, לאיתור הגורמים המובילים לתכן חסון ורובוסטי של המכלול ולגיבוש תכנית בדיקות וניסויים.
השימוש במודלים וסימולציות מהווה גם מסגרת נכונה לחקר ביצועים כמותי ואיכותי אל התנהגות המערכות והמכלולים במרחב תנאי הפעולה הנבחן.

• הטמעת החשיבה המערכתית
SYSTEMS THINKING
כמרכיב חיוני וחשוב בתהליכי הנדסת מערכות,והכללת הנושא באבחון והכשרת מהנדסי מערכות חדשים ושיפור מתמיד של מהנדסי מערכות ותיקים. חשיבה מערכתית צריכה להיות מנת חלקו של כל מהנדס מערכות ושל כל העוסק בנושאים מערכתיים. חשיבה מערכתית כוללת חשיבה הוליסטית, חשיבה ביקורתית, וחשיבה לפתרון בעיות.
פרופ’ ג’ו קסר מעצב החשיבה המערכתית יציג גישתו בסמינר מלהיב בכינוס.

• שימת דגש בהנדסת מערכות על האנשים ולא רק התהליכים (SE IS ABOUT PEOPLE & NOT ABOUT PROCESSES).
התקנים השונים של הנדסת מערכות מגדירים תהליכים לכל מחזור החיים של המערכות, וגם תהליכי ה CMMI נותנים דגש על תהליכים מובנים ותבניות מוגדרות.
לפי גישת “ האנשים”, הנדסת מערכות אפקטיבית מגובשת על ידי אנשים טובים ומיומנים שעברו הכשרות מתאימות לתפקידם כמהנדסי מערכות וזוכים להכשרות מתמידות לאורך חייהם המקצועיים ( LONG LIFE LEARNING-LLL ).
לפי גישת “אנשים” פיתוח המערכות מתמקד בהיבטי הנדסת אנוש לתפעול יעיל, אנושי, אמין ומוגן בפני טעויות אנוש. פיתוח מערכות ידידותיות למשתמש והמפעיל מפותחות לרוב באוריינטציה של מטלות ( TASK ORIENTED ) בניגוד לאוריינטציה של פונקציות  (FEATURES ORIENTED ).
לפי גישת “האנשים” גם מעודדים עבודת צוות רב דיסציפלינארי ורב תרבותי, ומעודדים יצירתיות וחדשנות.
יש לציין שגם במערכים (System of Systems-SoS) יש מעורבות חיונית של אנשים בתהליכי תפעול, מתכונת השילוב שלהם במערכים היא קריטית המערכים במשימותיהם.

• פיתוח מערכות פשוטות:
אחת המגמות להתמודדות עם התגברות המורכבות של המערכות היא הכוונת הפתרונות המערכתיים לפשטות (SIMPLICITY). תכן מערכתי הדוגל בפשטות כולל מערכות פשוטות הכוללות רק את הפונקציות הנחוצות לתפקוד המערכות, לתפעול יעיל, לייצור איכותי ומבוקר ולתחזוקה פשוטה ככל הניתן. תכן לפשטות הינה מגמה חיונית בהנדסת מערכות המנוגדת למגמה של מערכות מורכבות מונעות טכנולוגיות.

•פיתוח מערכות לשינויים מתמידים  ולתנאי אי וודאות עתידיים:
השינויים המתמידים בתנאי השוק (דרישות השוק, מתחרים) והשינויים התכופים בטכנולוגיות מהווים סביבה משתנה באופן מתמיד. הנדסת המערכות אמורה להגיב על האתגר של השינוי המתמיד בשוק ובטכנולוגיות בפיתוח מערכתי המאפשר התאמה מהירה לתנאי השוק ולשינויים בטכנולוגיות ( DESIGN FOR CHANGEABILITY). גישה זו פותחה ע”י Prof. Olivier De Weck   מה MIT במסגרת פיתוח גישות לתכן בתנאי אי וודאות עתידיים.
פרופ’ De Weck מציג שתי גישות תכן לשינויים:
• תכן רובוסטי של המערכת כך ששינויים חיצוניים לא ישפיעו על תפקוד המערכת והיא תתפקד כראוי בכל מרחב השינויים (גישה פסיבית);
• תכן גמיש של המערכת כך שבקלות ניתן לבצע שינויים בעקבות שינויים חיצוניים (גישה אקטיבית).
הגישה לתכן מערכות לשינויים נחוצה במיוחד כאשר אורך חיי המערכות הוא גדול  וייתכנו שינויים במהלך חיי המערכת. הגישה חיונית גם כאשר עלות ההשקעה בשינוי צפויה להיות גדולה.
פרופ’  WECK חקר התפתחות שינויים במטוס F/A 18 והלקחים הנלמדים משינויים אלו. ברור כי שינויים שחלים לאחר יציאת המערכת לשוק עולים הרבה כסף. תת-מערכות מסוימות קל לשנות והשינויים נשארים מקומיים. שינויים אחרים קשה לעשות והם משפיעים על תת-מערכות רבות. לאור לקחים אלו מציג פרופ’WECK  שני כלים:
• CHANGE PROPAGATION ANALYSIS- ניתוח התפתחות השינויים הצפויים במערכת. כלי זה מאפשר זיהוי תת-מערכות גמישות לשינויים ותת-מערכות שהשינוי בהן גורם ל “מפולת שינויים”;
•TIME EXPANDED DECISION NETWORKS – תהליך גיבוש תצורות מערכתיות עתידיות אפשריות, כולל כללי החלטה למעבר בין התצורות. כלי זה מאפשר תכנון מסלול מיטבי של התפתחות המערכת.

• תפירת מאמצי הנדסת מערכות:
בפרויקטים שונים מבחינת מטרות והמאפיינים של היבטי חדשנות, אי וודאות טכנולוגית, מורכבות ולוח זמנים של הפיתוח והאספקות נחוץ לתפור את תכניות הנדסת המערכות (SEMP) ותהליכי הנדסת המערכות (SEP) למטרות הפרויקט ולמאפייניו הייחודיים ובכך לתעל את המאמצים בצורה אפקטיבית.

• יישום גישות הנדסת מערכות רזות וזריזות:
קיימות מספר גישות להנדסת מערכות זריזה (AGILE) ורזה (LEAN). מפותחות ומיושמות הגישות והכלים במספר פרויקטים בעולם. מפותחים כלים ושיטות עבודה המובילות להנדסת מערכות רזה (כמו אלו שגובשו ע”י קבוצת העבודה של INCOSE) (10). כמו כן קיימות גישות מיוחדות ליישום גישות רזות כמו גישת EVO.
מר נילס מלוטאו מהולנד יציג סמינר מצויין על גישות מעשיות רזות לניהול פרויקטים.

•שילוב היבטי קיימות:
נושאי איכות סביבה, ניהול אנרגיה והיבטי קיימות (SUSTAINABILITY) הופכים להיות גורם חיוני בתכן מערכתי. המערכות המפותחות צריכות להיות ברות קיימא לאורך כל מחזור החיים של המערכת. בנוסף, נמצא שניתן להשתמש בגישות המערכתיות לניתוח וגיבוש פתרונות מערכתיים לבעיות איכות סביבה וקיימות, כמו בנושאי ניהול משק המים, פיתוח מערכי תחבורה ותנועה, פיתוח אחריות חברתית בחברות ועסקים.

• תכן מערכות בטוחות- שינוי פרדיגמה:
הגישות המערכתיות הקימות לבטיחות מערכות מאכזבות במידה רבה לאור האסונות הגדולים שהתרחשו בספנות, בתעופה ובחלל, למרות ההשקעה העצומה בבטיחות. מתפתחות גישות חדשניות לניתוח וחכן מערכתי לבטיחות מערכתית, כמו:Systems Theoric Accident Model & Process (STAMP) שפותחה ע”י פרופ. Nancy Leveson  מה MIT.
פרופ’ LEVESON מציגה גישה חדשה לתכן מערכות בטוחות, המבוססת על תיאורית המערכות. פרופ’ LEVESON טוענת שהשיטה הקיימת מתבססת על תכן כנגד תקלות וכשלים אקראיים ברכיבים. להערכתה, רוב הכשלים במערכות גדולות ומורכבות נובעים מאינטראקציות בין תת-מערכות, מאינטראקציות עם המְתַפעלים (היבטי אנוש) ומכשלים במערכות עתירות תוכנה. לכן, לדעתה, הגישות והשיטות הקיימות לתכן לבטיחות של מערכות והשימוש באנליזות על ידי FTA (FAILURE TREE ANALYSIS) אינן עונות על האתגרים של מערכות מורכבות עתירות אינטראקציות פנימיות וחיצוניות, טכניות ואנושיות, ועתירות תוכנה.
פרופ’ LEVESON מציעה גישה חדשה ומודל חדש לתכן מערכות מורכבות ובטוחות – STAMP. לפי גישה זו יוצרים מודל שלם של המערכת – כולל כל האינטראקציות, תהליכי קבלת ההחלטות, היבטים חברתיים, תרבותיים וארגוניים, וכן היבטים של תקשורת ובקרה. המודל שנבנה לפי גישת  STAMP הוא דינאמי ומתאר את התנהגות התהליכים במערכת. לפי גישה זו, כשל בטיחותי אינו קורה עקב כשל או תקלה ברכיבים אלא לרוב כאשר התהליכים שקורים בפועל אינם מתאימים למודל המערכתי שלפיו תוכננה ונבנתה המערכת. במקרים אלו ייתכן כי:
•ניתנות הנחיות לא נכונות;
•הנחיות נכונות אינן ניתנות;
•הנחיות ניתנות לא במועד הנכון או המתאים;
•הבקרה נפסקת מוקדם מדי.
לפי גישת STAMP, מערכת בטוחה יש לתכנן עם אילוצים בטיחותיים על התנהגותה הדינאמית של המערכת. פרופ’ LEVESON פיתחה כלים ושיטות לתכן מערכות בטוחות ולניתוח בטיחות מערכות קיימות. היא מודעת לכך שבגישתה יש שינוי פרדיגמה שבשלב הראשון קשה לקבלה וקשה להשתכנע בנכונותה וקבילותה. לכן, לפני שיצאה בפרסום נרחב של גישתה, היא ניסתה אותה בהצלחה על סדרת מערכות ב-NASA, בתעשיית המזון, בתעשיית הפרמצבטיקה ובמערכות בריאות.
•שילוב חקר ביצועים והנדסת מערכות:
הכלים הכמותיים הכלולים בדיסציפלינה של חקר ביצועים (OR-OPERATIONS RESEARCH) היו בשימוש בעבר בהנדסת מערכות. במהלך השנים חלה התנתקות בין קהילת מהנדסי המערכות וחוקרי הביצועים. לדעת רבים,קיימים יתרונות הגלומים בשילוב בין הקהילות מבחינת שימוש מושכל בכלים הכמותיים של חקר ביצועים (כמו: אופטימיזציה,תורים, רשתות) בניתוח וגיבוש פתרונות מערכתיים
•שימוש בתובנות ממחקרים על החזר ההשקעה על מאמצי הנדסת מערכות:
מספר חוקרים בוחנים בפרויקטים את הקשר בין מידת ההצלחה של הפרויקטים להיבטי השקעה בהנדסת מערכות (ROI- SE ). מחקרים אלו מצביעים על תובנות מעניינות מבחינת כמה להשקיע? מתי להשקיע? במה להשקיע?.
מר אריק הונור מוביל מחקרים בנושא זה, יציג בכינוס את ממצאי מחקריו ומהן התובנות ממצאים אלו.

•קידום מחקרים בהנדסת מערכות:
המחקר בהנדסת מערכות נמצא בחיתוליו בארץ ובעולם. יש מספר מרכזי מחקר שמשקיעים בשאלות מחקר המעניינות את האקדמיה והתעשייה. בין מרכזי מחקר אלו נמצא את מרכז גורדון בטכניון, מרכז בMIT, מרכז באוניברסיטת DELFT-TU בהולנד,מרכז לחדשנות בהנדסת מערכות באוניברסיטת LOUGHBOROUGH באנגליה, מרכז מחקר ומעבדת מחקר באוניברסיטה של דרום אוסטרליה UNISA. ברוב המרכזים מגבשים תכניות מחקר, נושאי מחקר מועדפים, יוצרים שיתופי פעולה עם התעשייה ועם מחזיקי עניין נוספים.