Управление требованиями и системная инженерия в T-FLEX PLM: путь от замысла к реализации
Разработка современных высокотехнологичных изделий – будь то самолет, космический аппарат, атомная станция или автомобиль – сопряжена с колоссальным объёмом информации, множеством взаимосвязей и необходимостью принимать сотни сложных решений на всех этапах жизненного цикла. Традиционных подходов, основанных на работе с документами и электронными структурами изделий, стало недостаточно. Компания «Топ Системы» за более чем 30 лет работы столкнулась с этими вызовами напрямую через запросы своих заказчиков. Именно их потребности привели к созданию сначала инструментов управления требованиями, а затем и системной инженерии.
Управление требованиями: больше, чем техническое задание
Культура управления требованиями помогает сохранять согласованное понимание того, каким должно быть изделие, и контролировать выполнение предъявляемых к нему требований на протяжении жизненного цикла. Работа с требованиями включает сбор, анализ, согласование требований, управление их изменениями и проверку выполнения.
Исторически запрос на управление требованиями пришёл от заказчиков, которые работали с большими объёмами технических заданий и документов. В компании давно накапливались компетенции в этой области, и начиная с 17-й версии платформы T‑FLEX PLM появился соответствующий продукт – T‑FLEX Управление требованиями. Ключевое отличие управления требованиями от управления документами в том, что каждое требование становится полноценным объектом информационной платформы. У него появляется свой жизненный цикл, оно проходит различные его стадии: например, «предложено», «утверждено» или «отклонено». Мы видим, на какие данные об изделии требование влияет, какие данные его породили, и можем связывать его с задачами, проектами, документами, процедурами проверки, результатами расчётов, объектами электронной структуры изделия и даже с рисками.
Рис. 1 T-FLEX Управление требованиями
Работа с требованиями в T‑FLEX PLM строится вокруг нескольких ключевых принципов:
- Декомпозиция и формализация требований. Требования верхнего уровня декомпозируются на более частные и локализированные, что позволяет управлять их детализацией по мере продвижения проекта.
- Трассировка требований. Требования связываются с проектными решениями, функциями, компонентами архитектуры и элементами конструкции. Это создаёт сквозную цепочку прослеживаемости – от исходной потребности заказчика до конкретной детали или строки кода. Именно такая трассируемость становится фундаментом для управления изменениями на всех последующих этапах.
- Проверка выполнения требований. Требования связываются с процедурами проверки и подтверждающими материалами — результатами расчётов, испытаний и другими свидетельствами. Это позволяет проследить, чем обоснован вывод о выполнении каждого требования.
- Интеграция с документами. Система поддерживает импорт документов стандартных форматов с автоматическим созданием структурированных документов. Таким образом, мы видим, какой конкретный фрагмент документа стал требованием, или что являлось «сырыми» исходными данными для формирования нового требования.
Гибкость и простота настройки – главное конкурентное преимущество T‑FLEX PLM: система легко встраивается в любой корпоративный ландшафт. Результат внедрения продукта T-FLEX Управление требованиями – это его адаптация под процессы управления требованиями, специфичными для предприятия конкретного заказчика. Задача – не отпугнуть сложностью, а поместить уже существующие процессы (работа с ТЗ, нормативной документацией, целями проекта, ожиданиями конечных пользователей) в удобный инструмент.
«Инструменты T‑FLEX Системная инженерия и Управление требованиями ускоряют разработку, делают её синхронной, смещают принятие ключевых решений в зону «дешёвых изменений». Отказавшись от прямого заимствования иностранных решений, мы планомерно, поступательно расширяем внедрение T‑FLEX Системная инженерия и Управление требованиями, наращивая их функционал в тех частях, где это действительно необходимо», – отметил Л. Шаповалов, начальник отдела ПАО "ОАК".
Системная инженерия (MBSE): мост между замыслом и реализацией
Если управление требованиями отвечает на вопрос «какую систему мы хотим?», то системная инженерия отвечает на вопросы «для кого система создается?», «как система устроена?» и «почему она устроена именно так?».
Все заказчики компании «Топ Системы» работают со сложными изделиями или проектами с множеством коопераций. Серьёзная работа с требованиями показала, что источников и потребителей требований очень много, и нужно отвечать не только на вопрос «что это за требование и как его проверять», но и «как оно возникло, на какие системы и компоненты повлияет». Важно отметить, что эти вопросы возникают с ранних этапов проекта, когда ещё нет детальной электронной структуры изделия. Понадобился инструмент, который мог бы разбить любой объект деятельности заказчика – проект, инфраструктуру, завод, изделие – на управляемые части. Так появился инструмент T‑FLEX Системная инженерия.
Чтобы определить, как требования будут реализованы, необходимо описать функции создаваемой системы, распределить их между подсистемами и согласовать взаимодействие этих подсистем. Такие вопросы возникают уже в начале проекта, когда детальная конструкция и электронная структура изделия ещё не сформированы. В результате формируется архитектурная модель изделия, которая позволяет связать требования с предполагаемым устройством и поведением системы и обсуждать проектные решения на общей для участников основе.
Рис. 2 Диаграмма требований (T-FLEX Системная инженерия)
T-FLEX Системная инженерия – инструмент, поддерживающий подход модельно-ориентированной системной инженерии (известного во всем мире как MBSE – Model-Based Systems Engineering). Он позволяет представить сложный объект «по частям», снижая неопределённость на ранних этапах и сохраняя логику разработки.
Принципы MBSE заложены в T‑FLEX PLM на уровне ядра продуктов платформы. Системная инженерия не является надстройкой – она пронизывает всю модель данных и все процессы.
«Современные новые изделия – это проецирование огромного множества требований и ожиданий на реализацию в физическом продукте через призму технологий, ограничений и возможностей. Системная инженерия обеспечивает полное управление и контроль этого процесса, снижая риски и затраты, при этом не ограничивая пространство для творчества разработчиков. Именно поэтому все больше компаний во всем мире заинтересованы во внедрении у себя практики системной инженерии», – сказал Богдан Ключников, заместитель генерального директора по работе с ключевыми клиентами компании «Топ Системы»
Рис. 3 Архитектурная модель изделия (T-FLEX Системная инженерия)
Можно выделить шесть основных проблем, которые решает T‑FLEX Системная инженерия:
- Управление информацией о сложном объекте. Сложную систему можно представить только по частям. Разбивая систему на части, у каждой из которых есть свои связи, мы упрощаем управление данными и процессами.
- Представление изделия на ранних этапах ЖЦИ. В начале проекта обычно есть требования, но нет ни моделей, ни электронной структуры изделия (ЭСИ). Архитектурная модель даёт визуальное и структурное представление изделия задолго до первых вариантов ЭСИ. Не нужно ждать готового электронного макета, чтобы понять, как требования реализуются в будущем изделии.
- Управление изменениями в связанной среде. Архитектурная модель является «связующим звеном» между всеми проектными данными – требованиями, характеристиками изделия, задачами, расчётами, документами, электронной структурой изделия. А когда все данные связаны – любое изменение автоматически «подсвечивает» все зависимые объекты. Инженер видит, каким требованиям грозит нарушение, какие функции придётся пересмотреть, какие компоненты и работы затронуты. Это превращает управление изменениями из хаотичного в управляемый и прогнозируемый процесс.
- Управление связью между принятыми инженерными решениями. T‑FLEX Системная инженерия позволяет сохранять цепочку, почему то или иное решение было принято в ходе проектирования. Если меняется команда или проходит много времени, можно отследить, какие решения об облике изделия были приняты. Если на испытаниях выяснилось, что что-то не так – мы можем отмотать цепочку назад и найти, где ошиблись.
- Выявление ошибок на ранних этапах. T‑FLEX Системная инженерия моделирует состав и поведение изделия на ранних этапах, когда стоимость исправления ошибки значительно ниже.
- Идентификация ошибок «на стыках» между подсистемами. T‑FLEX Системная инженерия позволяет не только представить объект «по частям», но и промоделировать, как эти части будут друг с другом взаимодействовать: где передаются данные, энергия, команды, где должны быть механические интерфейсы. Таким образом, инструмент дает основу для качественного управления интерфейсами, что в т. ч. является базой для перехода к парадигме модульного проектирования.
Рис. 4 Диаграмма интерфейсов (T-FLEX Системная инженерия)
Ключевое преимущество T‑FLEX Системная инженерия – низкий порог вхождения. Несмотря на то, что в мире существует много продуктов в области системной инженерии и это дисциплина с богатой теорией, наша задача была сделать инструмент, понятный всем. T‑FLEX Системная инженерия позволяет быстро перейти к решению практической задачи. По результатам опытной эксплуатации первичную архитектурную модель знакомой системы можно сформировать за 1–2 дня: обозначить её границы и заинтересованные стороны, описать основные функции, компоненты и интерфейсы. Затем модель можно детализировать и связывать с другими данными проекта.
Рис. 5 Диаграмма заинтересованных сторон (T-FLEX Системная инженерия)
«В сложном проекте каждый может качественно сделать свою часть – и при этом изделие в целом не будет отвечать цели его создания. Оценивать инженерное решение нужно в контексте всей системы: улучшение характеристик одного компонента может повысить нагрузку на другие, потребовать пересмотра интерфейсов или увеличить стоимость изделия. Поэтому согласованность решений и поддержание актуальной целостной картины требуют не меньшего внимания, чем качество отдельных компонентов. Нужно понимать, как они взаимодействуют, какие ограничения накладывают друг на друга, как распространяется влияние изменений. Архитектурная модель позволяет работать с этими вопросами еще до детальной проработки конструкции. Именно поэтому мы развиваем T‑FLEX Системная инженерия: чтобы за каждым локальным решением предприятие видело его влияние на общий результат», – прокомментировала Каролина Лацерус, руководитель продукта T‑FLEX Системная инженерия.
Управление принятием решений: следующий шаг эволюции PLM
Одно из новых направлений развития T‑FLEX PLM — управление решениями и их обоснованиями наряду с результатами проектирования. Системная инженерия помогает прослеживать логику проектирования и отвечать на ключевые архитектурные вопросы. При этом разработка изделия — это проект со своими сроками, бюджетом, ресурсами и участниками. Инженерные решения влияют на организацию работ, а управленческие — на требования и облик изделия. Например, выбор между собственной разработкой и закупкой компонента требует одновременно учитывать его характеристики, доступные компетенции, стоимость и сроки. Поэтому такие решения важно рассматривать в общем контексте проекта, сохраняя взаимосвязи и основания выбора.
Рис. 6 Управление принятием решений
Именно поэтому была создана надстройка над управлением требованиями, системной инженерией и управлением проектами – система управления принятием решений. Теперь все решения, принимаемые на проекте, независимо от того, к чему они относятся – к изделию, срокам, рискам, требованиям, ЭСИ, расчётам, – становятся полноценными объектами платформы. Мы можем управлять ими так же, как всеми другими данными, и связывать полную логику не только проектирования изделия, но и любого проекта любой сложности.
В T‑FLEX PLM реализован механизм управления принятием решений, который позволяет:
- Создавать запрос на решение – фиксировать контекст, критерии выбора и назначать ответственных лиц.
- Анализировать альтернативы – оценивать их по заданным критериям.
- Фиксировать цепочку принятия решения – не только само решение, но и контекст, запрос, критерии, альтернативы и связанные риски, а также данные о проекте или изделии, на которые решение влияет.
У каждого решения сохраняется обоснование, к которому можно вернуться при изменении требований, состава команды или условий проекта. Это позволяет оценивать, насколько ранее сделанный выбор остаётся оправданным и какие последствия повлечёт его пересмотр.
Анализ безопасности и надежности изделия
Важным направлением развития T‑FLEX PLM являются инструменты анализа безопасности, которые фактически являются надстройкой над системной инженерией. Как только появился продукт T‑FLEX Системная инженерия, к нам стали обращаться представители заказчиков, для которых критически важны безопасность и надёжность проектируемого изделия. Ведь если архитектурная модель дает ответ на вопрос «как изделие должно работать» — она же становится основой для ответа на вопрос «как изделие может сломаться».
Архитектурная модель описывает функции изделия, его состав и взаимодействие компонентов. Эти же сведения становятся основой для анализа возможных нарушений работы: как отказ отдельного элемента повлияет на систему, при каких условиях возникнут опасные последствия и какие меры необходимо предусмотреть при проектировании.
Рис. 7 Сценарии поведения изделия и FMEA анализ (T-FLEX Системная инженерия)
Для решения задач анализа безопасности применяются взаимодополняющие методы. Анализ опасностей и оценка рисков помогают рассмотреть нарушения поведения изделия в конкретных условиях эксплуатации и определить цели безопасности. Анализ видов и последствий отказов (FMEA) позволяет выявлять возможные отказы и прослеживать их влияние на отдельные элементы и систему в целом. Результаты анализа служат основанием для уточнения требований и выбора решений, снижающих вероятность отказов или тяжесть их последствий.
Разрабатываемые инструменты призваны связать результаты анализа с требованиями, архитектурой и инженерными решениями, учитывая особенности отраслевых методик и процессов заказчика. Такая связь позволяет обосновывать меры обеспечения безопасности уже при выборе архитектуры и возвращаться к этим обоснованиям по мере изменения изделия.
Целостность проекта от замысла до реализации
По мере разработки первоначальный замысел превращается во множество требований, технических решений и работ. За каждой частью появляются свои исполнители, ограничения и критерии успеха. Системная инженерия помогает сохранять за этой детализацией целое — понимание того, какую задачу должно решать изделие и как совместная работа его элементов обеспечивает нужный результат.
Рис. 8 Связь требований, архитектуры и электронной структуры изделия
В T‑FLEX PLM требования, архитектура, обоснования решений и результаты проверок связываются с данными об изделии и проекте. Это создаёт общую основу для работы инженеров и руководителей: последствия изменений можно рассматривать в контексте всей системы, а принятые решения — оценивать с учётом актуальных требований и ограничений. Логика разработки при этом сохраняется как знание предприятия, к которому можно обратиться при модернизации изделия и в следующих проектах.
В этом заключается практический смысл системного подхода: сохранять связь между целью, принимаемыми решениями и подтверждённым результатом на всём пути от замысла до реализации.