Преодоление недостатков программно-методического инструментария модельно-ориентированного системного инжиниринга, используемого при проектировании систем

Бесплатный доступ

В работе обосновывается необходимость перехода от разрозненных стадий жизненного цикла изделия (ЖЦИ; НИР, ОКР, производство, эксплуатация) к единому проекту, реализуемому в новой парадигме проектирования систем, основанной на программно-методическом инструментарии (ПМИ) модельно-ориентированного системного инжиниринга (МОСИ; Model-Based Systems Engineering). Имеющийся на рынке РФ зарубежный ПМИ МОСИ для проектирования систем (включая спутниковую аппаратуру (СА)) - дорогой и сложный. В работе формулируется и рассматривается вопрос: «Можно ли использование ПМИ МОСИ удешевить и упростить средствами, доступными широкой аудитории пользователей?». Для ответа на этот вопрос, авторы проанализировали: язык «SysML» (Systems Modelling Language)), методику «СФК» (Структурирование функции качества (Quality Function Deployment)), метод «ДК» (Дом качества (House of Quality)) и программное обеспечение (ПО) для их применения. В результате анализа литературных источников доказан рост актуальности применения рассматриваемых инструментов при проектировании и разработке (ПиР) аппаратно-программных систем. Определено ПО для использования SysML, СФК и ДК широкой аудиторией потенциальных пользователей РФ. Выявлено 13 недостатков SysML, СФК и ДК, а также ПО, препятствующих их применению. Для преодоления выявленных недостатков разработан ПМИ МОСИ, основанный на конкретизации, модернизации и синтезе SysML, СФК, ДК и ПО для автоматизации проектных работ. Разработанный ПМИ МОСИ позволяет широкой аудитории пользователей ПиР системы в соответствии с подходом МОСИ (СФК, ДК, SysML), идентифицировать критически важные требования разных элементов разработки, автоматизированно разрабатывать (за несколько часов вместо нескольких дней) и обновлять SysML-модели требований, сокращать трудозатраты на реализацию этапов ЖЦ ПиР будущих изделий-аналогов на 5-10%. В результате валидации SysML-моделей доказано, что их повторное использование сокращает сроки планирования этапов ЖЦ изделий-аналогов до 60%, повышает соответствие отчетной документации этапов ЖЦИ требованиям нормативно-технических документов (НТД) на 10%.

Еще

Модельно-ориентированный системный инжиниринг, моси, сфк, дк, по, анализ недостатков, методический инструментарий, проектирование систем

Короткий адрес: https://sciup.org/148314254

IDR: 148314254   |   УДК: 004.02   |   DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-6-92-103

Overcoming the disadvantages of the software and methodological tools of model-based systems engineering used in the design of systems

The paper advocates the need to move from separate stages of the product life cycle (LC; R&D, production, operation) to a single project implemented in a new paradigm of system design based on software and methodological tools of model-based systems engineering (MBSE). Currently available in Russia foreign software (SW) and methodological MBSE tools for the design and development (D&D) of systems (including space instruments) are expensive and complex. This paper formulates and considers the question: «Is it possible to reduce the cost and simplify the use of software and methodological MBSE tools by means that are available to a wide audience of users?». To answer this question, the authors analyzed SysML, QFD method, HoQ method, and the SW for their application. As the result of literature review, it is shown that in the leading countries, the relevance of implementing these tools in the design and development of hardware and software systems is increasing. For the use of SysML, QFD, HoQ by a wide audience of potential users from Russian Federation were defined software tools. 13 disadvantages that prevent the application of SysML, QFD and HoQ, as well as SW for their use were identified. In order to overcome the identified disadvantages, was developed SW and methodological MBSE tool based on modernization, specification and synthesis of SysML, QFD, HoQ and SW for their application. The developed MBSE SW and methodological tool allows for a wide audience of users to D&D systems in accordance with MBSE approach (QFD, HoQ, SysML), to identify critical requirements of different development elements, to develop automatically (in a few hours instead of several days) and update SysML models of requirements, to reduce labor costs for the implementation of the D&D LC stages of future analog products by 5-10%. As a result of validation of SysML models, it is proved that their repeated use reduces the planning time of the LC stages of analog products by up to 60%, increases the compliance of the reporting documentation of the LC stages with the requirements of regulatory and technical documents by 10%.

Еще

Список литературы Преодоление недостатков программно-методического инструментария модельно-ориентированного системного инжиниринга, используемого при проектировании систем

  • Цифровая трансформация космического приборостроения [под редакцией А.А. Романова, А.А. Романова, Ю.М. Урличича]. Королёв: АО «ЦНИИ-маш», 2020. 397 с.
  • Романов А.А. Смена парадигмы разработки инновационной продукции: от разрозненных НИОКР к цифровым проектам полного жизненного цикла // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2017. Т. 4. Вып. 2. С. 68-84.
  • Olivier L de Weck Fundamentals of Systems Engineering. Session 1 Systems Engineering Overview Stakeholder Analysis // Электронный ресурс: MIT. URL: https://ocw.mit.edu/ courses/aeronautics-and-astronautics/16-842-fundamentals-of-systems-engineering-fall-2015/ lecture-notes/MIT16_842F15_Ses1SE_Ovr_vw.pdf (дата обращения: 18.03.2019).
  • Koski J. Quality function deployment in requirements engineering: a review and case studies. Электронный ресурс Helsinki University of Technology. 2003. URL: http ://www.soberit. tkk.fi/core/reports/mba-jouko-koski.pdf (дата обращения: 08.09.2019).
  • Stansfield K., Mazur G. INCOSE UK Annual Systems Engineering Conference 2016 - Academic Research Showcase // Электронный ресурс INCOSE UK. 2016. URL: https://incoseuk.org/Documents/Events/ ASEC2016/Posters/INCOSE_Poster_2016_-_Impact_ ISO_ 1635 5_on_SE_vs_2.00_Kim_Stansfield_Glenn_ Mazur.pdf (дата обращения 08.05.2020).
  • INCOSE. Systems Engineering Handbook: A Guide for System Life Cycle Processes and Activities, version 4.0. Hoboken, NJ, USA: John Wiley and Sons, 2015.
  • Романов А.А. и другие. Глава 6. Интегрированная модель сложной технической системы // Цифровая трансформация космического приборостроения / Под редакцией А.А. Романова, А.А. Романова, Ю.М. Урличича. Королёв: АО «ЦНИИмаш», 2020. - 397 с.
  • Delligatti L. SysML Distilled: A Brief Guide to the Systems Modeling Language, 1st ed. - Addison-Wesley Professional, 2013.
  • Estefan J. et. al. Survey of Model-Based Systems Engineering (MBSE) Methodologies, Rev // INCOSE MBSE Focus Group. 2007. T. 25. №. 8. С. 1-12.
  • Friedenthal S., Moore A., Steiner R. A practical guide to SysML: the systems modeling language. Morgan Kaufmann, 2014.
  • Cloutier R., Bone M. MBSE survey // Материалы INCOSE IW, 2015. Электронный ресурс OMG. 2015. URL: http://www.omgwiki.org/MBSE/lib/exe/fetch. php?media=mbse: incose_mbse_survey_results_ initial_report_2015_01_24.pdf (дата обращения 08.09.2019).
  • Wolny S. et al. Thirteen years of SysML: a systematic mapping study // Software and Systems Modeling. 2020. Т. 19. № 1. С. 111-169.
  • Challenges of MBSE: A study towards unified term understanding and the state of usage of SysML / Albers A., Zingel C. // Smart Product Engineering: Proceedings of the 23rd CIRP Design Conference. Springer. Bochum, Germany, March 11th - 13th, 2013. С. 83-92.
  • Kasser J.E. Seven SE myths and the corresponding realities // Proceedings of the Systems Engineering Test and Evaluation Conference, Adelaide, Australia, 2010. С. 1-13.
  • Tower J. Model Based Systems Engineering-The State of the Nation // INCOSE UK Annual Systems Engineering Conference (ASEC), UK-Oxfordshire. 2013.
  • Chami M., Bruel J.M. A Survey on MBSE Adoption Challenges. INCOSE EMEASEC. 2018 URL: https:// oatao.univ-toulouse.fr/22637/1/chami_22637.pdf (дата обращения 07.12.2020).
  • Романов А.А., Шпотя Д.А. Инженерная методика идентификации потребностей пользователей и определения требований заказчика как основа разработки изделий космической техники // Труды МФТИ. 2020. Т. 12, № 1. С. 154-167.
  • Taguchi G. and Clausing D. Robust Quality // HBR. January-February 1990. C. 65-75.
  • Sullivan L. P. Quality Function Deployment: A System to Assure that Customer Needs Drive the Product Design and Production Process // Quality Progress (ASQC). 1986. C. 39-50.
  • Романов А.А. Прикладной системный инжиниринг // М.: «Физматлит», 2015. 556 с.
  • Wang H., Xie M., Goh T.N. A comparative study of the prioritization matrix method and the analytic hierarchy process technique in QFD // TQM. 1998. Т. 9. № 6. С. 421-430.
  • Herzwurm G., Mellis W., Schockert S. Higher customer satisfaction with prioritizing and focused software quality function deployment // Электронный ресурс BWI. URL: https://www.bwi.uni-stuttgart.de/ abt8/dokumente/publikationen/Publikationen_ Herzwurm3/paper.pdf (дата обращения 07.12.2020).
  • Bouchereau V., Rowlands H. Methods and techniques to help quality function deployment (QFD) // Benchmarking: An International Journal. 2000. Т. 7. № 1. С. 8-20.
  • Kathawala Y., Motwani J. Implementing quality function deployment // The TQM Magazine. 1994. Т. 6. № 6. С. 31-37.
  • Hunt R.A et al. Best practice QFD application: an internal/external benchmarking approach based on Ford Motors' experience // International Journal of Quality & Reliability Management. 2005. Т. 22. № 1. С. 38-58.
  • Wolniak R. The use of QFD method advantages and limitation // Production Engineering Archives. 2018. Т. 18. № 18. С. 14-17.
  • Курунова Р.Р. Оценка качества спецификаций требований пользователей на стадии формирования концепции программных средств на основе qfd-методологии: дис. канд. технических наук. ФГБОУВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», 2018. 167 с.
  • Sharma A. K., Mehta I. C., Sharma J. R. Analysing programming tools for the development of quality function deployment software // International Journal of Information and Decision Sciences. 2010. Т. 2. №. 2. С. 132-146.
  • Романов А.А., Шпотя Д.А. Методика определения важнейших инженерных характеристик изделия как основа идентификации критических технологий // Труды МФТИ. 2016. Т. 8, № 4. C. 155-168.
  • Mazur G.H. Q. F. D. Red Belt. Beyond ISO 16355: QFD for a Digital World // Материалы 23rd International QFD Symposium ISQFD 2017. Tokyo. 2017.
  • Herzwurm G., Schockert S. What are the Best Practices of QFD? // Transactions from the 12th Int. Symposium on Quality Function Deployment, Tokyo, Japan, 2006.
  • Watanabe Y., Kawakami Y., Iizawa N. Software requirements analysis method using QFD // Proceedings of 18th International Symposium on Quality Function Deployment. 2012.
  • Гост Р 56005-2014 Арматура трубопроводная. Методика обеспечения надежности и безопасности при проектировании и изготовлении с использованием метода структурирования функции качества. — Введ. 2015-01-01. — М.: Стандартинформ, 2014. — 77 с.
  • Abu-Assab S. Integration of preference analysis methods into QFD for elderly people // Integration of preference analysis method into QFD. Gabler Verlag, 2012. C. 69-86.
Еще