В 1990 году была создана первая профессиональная организация для исследований в области системной инженерии Национальный совет по системной инженерии (NCOSE). Летом 1995 года организация официально изменила свое название на Международный совет по системной инженерии (INCOSE), чтобы отразить растущее участие специалистов из десяти различных стран мира. К настоящему времени INCOSE объединяет 16 000 специалистов из 35 стран138.
Нужно заметить, что в СССР системная инженерия (она называлась системотехникой) с 60-х годов активно развивалась, но в период перестройки соответствующие дисциплины постепенно перестали преподаваться в учреждениях высшей школы. Последние учебники на русском языке по этой дисциплине относятся к 80-м гг. прошлого столетия, и лишь в 2013 г. в МФТИ открылась выпускающая межфакультетская кафедра системного инжиниринга139. «В середине 2000-х годов в течение короткого периода наши специалисты пытались интегрироваться в мировое сообщество создателей нормативно-технического обеспечения системной инженерии, они, в частности, приняли участие в разработке стандарта ISO/IEC 15288. В 2007 году в Москве прошло заседание ISO/IECJTC1/SC7, в котором от России приняло участие около 10 человек» [53]. А в 2009 году было организовано российское отделение INCOSE, которое к концу 2012 года насчитывало 135 членов140.
Основные вехи в развитии системной инженерии с 1950 до 2012 года проиллюстрированы на рис. 2.1 [53].
Рис. 2.1. Системная инженерия. Важные вехи [53]
В 2012 году была опубликована первая версия фундаментального «Руководства по своду знаний в области системной инженерии» (Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge, далее SEBoK) [21], после чего дальнейшее управление развитием этого свода знаний было передано INCOSE141. А с 2013 года к этой работе подключились другие крупнейшие организации системных инженеров Исследовательский центр системного инжиниринга (Systems Engineering Research Center, SERC)142 Международного Совета по системной инженерии (INCOSE) и Институт инженеров по электротехнике и электронике Компьютерное общество (Institute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society, ІЕЕЕ-CS)143. SEBoK постоянно расширяется: в 2017 году вышла версия 1.8 [22], в разработке которой приняло участие более сотни специалистов из 17 стран.
В соответствии с SEBoK под системной инженерией понимают «междисциплинарный подход и способы обеспечения воплощения успешных систем» [22, Glossary]. Взаимодействие ключевых элементов системной инженерии проиллюстрировано на рис. 2.2.
Для определения места системной инженерии в создании и внедрении систем удобно использовать диаграмму Венна144. На рис. 2.3 показаны область действия и пересечения системной инженерии, внедрения систем и управления проектом/системой.
Рис. 2.2. Ключевые элементы системной инженерии
Источник: SEBoK v1.8 [22, Introduction to Systems Engineering]
Рис. 2.3. Границы системной инженерии,
внедрения систем и управления проектом/системой [22]
Авторы SEBoK подчеркивают, что системная инженерия «ориентирована на целостное и одновременное понимание потребностей заинтересованных сторон; обследование возможностей; документирование требований; обобщение, верификацию, валидацию и совершенствование решений при рассмотрении комплексной проблемы, начиная с анализа концепции и заканчивая утилизацией системы»145 [22, Glossary].
К основным понятиям (концепциям) системной инженерии в соответствии с ГОСТ Р 571932016 [15н]146 относятся:
1. Система (system) комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей.
2. Жизненный цикл (life cycle) развитие системы, продукции, услуги, проекта или другой создаваемой человеком сущности от замысла до списания.
3. Заинтересованная сторона (stakeholder) индивидуум или организация, имеющие право, долю, требование или интерес в системе или в обладании ее характеристиками, удовлетворяющими их потребности и ожидания.
«Эволюция целевой системы связывается в системной инженерии с прохождением последовательности определенных стадий, увязанных с совокупностью управленческих решений, для обоснования которых используются объективные свидетельства того, что система на принятом уровне материализации является достаточно зрелой для перехода от одной стадии жизненного цикла к другой. При этом на каждом этапе жизненного цикла система имеет относительно стабильный набор характеристик. При моделировании жизненного цикла используются совокупности процессов жизненного цикла»147.
Формально в ГОСТ Р 571932016 [15н] процесс (process) определен как совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих видов деятельности, преобразующих входы в выходы. При этом выделены148 4 группы процессов жизненного цикла:
процессы соглашения (Agreement Processes);
процессы организационного обеспечения проекта (Organizational Project-Enabling Processes);
процессы проекта (Technical Management Processes);
технические процессы (Technical Processes).
Процессы жизненного цикла системы в стандарте ГОСТ Р 571932016 описаны относительно системы, которая составлена из ряда системных элементов для взаимодействия, каждый из которых может быть реализован таким образом, чтобы выполнить соответствующие ему заданные требования.
Следующие положения являются основными относительно характеристик рассматриваемой системы:
a) определенные границы характеризуют значимые потребности и практические решения;
b) существуют иерархические или иные отношения между системными элементами;
c) какая-либо сущность на любом уровне в рассматриваемой системе может быть рассмотрена как система;
d) система включает интегрированное, определенное множество нижестоящих системных элементов;
e) свойства характеристик в границах системы определяются результатами взаимодействий между системными элементами;
f) люди могут рассматриваться как пользователи внешние к системе и как системные элементы (т. е. операторы) в пределах системы;
g) система может быть рассмотрена в изоляции как некая сущность, например, как продукт или набор функций, способных к взаимодействию с окружающей средой, т. е. как множество услуг.
Концепциям, принципам и методам системной инженерии посвящено значительное количество работ149, которые, безусловно, оказали большое влияние на ее развитие. Хотя рассмотрение оснований системной инженерии выходит далеко за пределы монографии, следует обратить внимание на то, что в современной «системной инженерии рассматриваются не любые, а именно большие (крупномасштабные) и сложные системы. Общепризнанной границы, разделяющей большие и сложные системы, нет. Однако отмечается, что термин большая система характеризует многокомпонентные системы, включающие значительное число элементов с однотипными многоуровневыми связями. Большие системы это пространственно-распределенные системы высокой степени сложности, в которых подсистемы (их составные части) также относятся к категориям сложных. <> В свою очередь, термин сложная система характеризует структурно и функционально сложные многокомпонентные системы с большим числом взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различного типа и с многочисленными и разнородными связями между ними. Сложные системы отличаются многомерностью, разнородностью структуры, многообразием природы элементов и связей, организационной разносопротивляемостью и разночувствительностью к воздействиям, асимметричностью потенциальных возможностей осуществления функциональных и дисфункциональных изменений. При этом каждый из элементов подобной системы может быть также представлен в виде системы (подсистемы)» [55].
Такой подход к рассмотрению систем как совокупности иерархически организованных систем (подсистем) хорошо исследован в теории систем [64] и широко используется в практике проектирования. При этом отмечается, что большие технические системы «с иерархической структурой являются многоуровневыми многокритериальными системами, обладающими сложным (с наличием неопределенности) поведением, и характеризуются усложнением постановки и решения оптимизационных задач» [71].
Проблема сложности является ключевой для системной инженерии и теории систем. Ее исследование началось в середине 60-х годов [57, 66], а к 80-м годам «сложилась специальная научная дисциплина, названная теорией сложности. В 1984 году был основан Институт Санта Фе в Нью-Мексико, а двумя годами позже Центр изучения сложных систем в университете штата Иллинойс» [72]. Интеграция гетерогенных сложных систем приводит к образованию систем с труднопредсказуемым поведением и неожиданными свойствами, а внесение изменений в процессе эксплуатации постоянно повышает их сложность. Принципы системной инженерии и практика их применения также активно развиваются, отвечая на эти усложнения.
Группы систем, в которых отдельные системы могут существовать автономно поскольку были разработаны и функционируют независимо друг от друга и при этом представлять собой полноценную целевую систему, получили название система систем (System of Systems, SoS). Основой для исследований в области SoS являются принципы системной инженерии. Однако ряд существенных особенностей SoS привел к возникновению новой области системной инженерии, которая должна обеспечить управление жизненным циклом системы систем, при том, что каждая составляющая система SoS может находиться на своей стадии жизненного цикла.
Исследования свойств SoS c 1970-x годов [1] проводились индивидуальными исследователями до начала 2000-х годов, когда системы систем стали предметом серьезного внимания ведущих исследовательских организаций [19]. В период 20082009 гг. в различных работах, например [33], был представлен ряд определений SoS, не все из которых были положительно приняты мировым сообществом. Современное определение SoS, объединившее более ранние определения различных авторов, дано в глоссарии SEBoK150:
«SoS это интеграция конечного числа составляющих систем, которые являются независимыми и функционирующими, объединенных в сеть на определенный период времени для достижения определенной высшей цели».
А на десять лет раньше, в 1998 году, были сформулированы [37] базовые характеристики SoS:
1) эксплуатационная независимость отдельных систем SoS состоит из систем, интегрированных в SoS, независимых и пригодных к работе по отдельности;
2) административная независимость отдельных систем системы, составляющие SoS, работают независимо ради достижения поставленных перед ними целей, которые могут отличаться от назначенных SoS;
3) территориальная распределенность системы, входящие в состав SoS, могут находиться далеко друг от друга и обмениваться между собой только информацией;
4) эмерджентное151 поведение ожидание синергетического эффекта является главной причиной объединения отдельных независимых систем. SoS может создаваться для осуществления цели и выполнения функций, не обязательно свойственных какой-либо из входящих в ее состав систем;
5) эволюционное развитие входящие в состав SoS системы, их компоненты, структуры, функции и цели изменяются по мере накопления опыта работы с системой.
Причем эксплуатационная и административная независимость определены как две основные отличительные характеристики для применения термина «система систем». Система, которая не проявляет этих двух характеристик, не считается SoS вне зависимости от сложности и географического распределения ее компонентов. Многие авторы [19] объединяют эти две характеристики, говоря об автономности как способности составляющих SoS систем делать независимый выбор, включая административную и эксплуатационную независимость. При этом эмерджентность также рассматривается как неотъемлемая характеристика SoS, ради которой, собственно, и объединяются составляющие системы. Однако SoS могут проявлять не только предсказуемую эмерджентность: в силу автономности составляющих систем возможно возникновение непредвиденных последствий и нежелательного поведения. Своевременное выявление и пресечение такой непредвиденной эмерджентности является важной задачей системной инженерии SoS.
Характеристика автономности определяет, по нашему мнению, принципиальное отличие системы систем от системы из подсистем, которое состоит в том, что у каждой системы в SoS есть свой владелец («хозяин»), тогда как у системы из подсистем есть только один владелец («хозяин») всей системы. Это свойство (наличие владельца системы), которое традиционно не учитывается в теории систем (как системы из подсистем), вносит новое качество на различных уровнях. Например, для ведомственной системы владельцем может быть ведомство (заказчик или оператор), для web-приложения провайдер сервиса, для средства обеспечения доступа пользователь.
Нужно отметить, что три приведенные выше ключевые характеристики эксплуатационная и административная независимость, а также эмерджентность закреплены новой (действующей) редакцией международного стандарта по системной инженерии ГОСТ Р 571932016 [15н]. Причем стандарт также обращает внимание на сложную динамику взаимодействия составляющих систем, которая может приводить к непредсказуемой эмерджентности: «Главной характеристикой SoS являются неожиданные случаи, т. е. непредвиденные эффекты на уровне SoS, отн сенные к сложной динамике взаимодействия составляющих систем. В SoS составляющие системы преднамеренно рассматриваются в их комбинации с тем, чтобы получить и проанализировать результаты, невозможные к получению от единичных систем. Сложность составляющих систем и факт того, что они, возможно, были разработаны безотносительно к их роли в SoS, может привести к новым, неожиданным поведениям. Определение и обращение к непредвиденным эмерджентным результатам это особенная сложная проблема в инженерии SoS».
Кроме приведенных выше характеристик, многие исследователи [19] считают важными также следующие характерные особенности SoS:
Принадлежность составляющие системы имеют право и возможность выбирать принадлежность к SoS исходя из собственных потребностей. Существование SoS повышает значимость цели составляющей системы, возвеличивает роль этой системы, поскольку ее принадлежность делает достижение общей цели SoS более быстрым и эффективным.
Связанность возможность оставаться подключенными к другим составляющим системам. Необходимо создание связанности, или, другими словами, достижение интероперабельности между унаследованными системами и, возможно, добавленными новыми системами в SoS.
Разнообразие свидетельство явной гетерогенности. SoS должна быть, по необходимости, весьма разнообразной по своим возможностям по сравнению с довольно ограниченным функционалом составляющих систем. Существует фундаментальное различие между основанной на требованиях, управляемой конструкцией обычной системой для определенной предметной области и основанной на возможностях SoS, которая должна проявлять значительное разнообразие функций как необходимый ответ на высокую изменчивость потребностей, постоянные неожиданности и деструктивные новации.