نظام من النظم

يجمع نظام من النظم (SoS) مجموعة من الأنظمة لمهمة لا يمكن لأي من الأنظمة تحقيقها بنفسه. يحتفظ كل نظام مكون بإدارته وأهدافه وموارده الخاصة مع التنسيق مع الأنظمة المتبقية والتكيف مع نظام أهداف الأنظمة. على سبيل المثال، طائرة بوينغ 747، كعنصر من عناصر SoS، لا تعتبر بمفردها نظام من النظم، ولكن أي مطار هو عبارة عن نظام من النظم، أو أن مركبة على سطح المريخ لا تعتبر بمفردها SoS، ولكن مستعمرة آلية (أو سرب آلي) تستكشف الكوكب الأحمر أو أي مكان آخر، هي نظام من الأنظمة.
وحالياً ، تعتبر أنظمة الأنظمة نظامًا بحثيًا مهمًا لا تكتمل من خلاله أطر مرجعية وعمليات التفكير والتحليل الكمي والأدوات وأساليب التصميم.

تعقيد نظام من النظم

إن التحديات الرئيسية المرتبطة بالهندسة المتعلقة بنظام من الأنظمة المعنية تحتاج إلى إدارة السطوح البينية فيما بين الأنظمة المكونة التي يتم اكتسابها وتكاملها بشكل فردي، وبيئة إدارة الأنظمة الموزعة (هندسة الأنظمة وإدارة البرامج)، والتحدي المرتبط بالسلوك التكيفي والطارئ أنظمة مركبة. أنظمة النظم تحدث في سلسلة متصلة من حيث التعقيد وهناك العديد من الاختلافات، مثل اتحاد النظم. قد تكون الأنظمة الفردية التي تشتمل على نظام من الأنظمة منخفضة نسبيًا في سلسلة معقدة، أو قد تكون أنظمة كبيرة معقدة (كل منها نظام من الأنظمة). إحدى السمات المرتبطة بنظام من الأنظمة هي الاستقلالية الإدارية للأنظمة الفردية التي تشكل النظام الكامل. يمكن للاستقلالية الإدارية أن تدفع الحاجة إلى مجموعات هندسة الأنظمة المناسبة لإدارة التكلفة والجدول الزمني والجوانب الفنية للأنظمة الفردية وللمجموعة الوظيفية الهندسية المنفصلة لإدارة التكاليف الشاملة للجهاز والجدول الزمني والمخاطر والجوانب الفنية نظام من النظم. يجب تحديد البيئة الهندسية من حيث مبادئ الإدارة والجوانب الهيكلية، بما في ذلك تحديد الأدوار والمسؤوليات.
من الناحية الفيزيائية، تتطلب هندسة نظام الأنظمة في كثير من الأحيان بنية تنظيمية حيث تكون مجموعات هندسة الأنظمة المنفصلة مسؤولة عن إدارة / تحسين الأنظمة الفردية، في حين أن مجموعات هندسة الأنظمة الأخرى مسؤولة عن المشروع والجوانب المشتركة بين البرامج لهذه الأنظمة ، بما في ذلك وظيفة هندسة الأنظمة (أو الشركات) للمؤسسة. يتم توفير التوجيه لإنشاء الجانب الهيكلي لهندسة نظام من النظم من خلال المعايير الهندسية المختلفة للأنظمة.

تطبيقات لنظام من النظم

يمكن العثور على أمثلة لأنظمة الأنظمة، سواء القائمة أو المقترحة، في جميع القطاعات المجتمعية: النقل الجوي والبري وشبكات الطاقة والرعاية الصحية وإدارة المياه والعمليات الصناعية ومجمعات المباني والبنى التحتية الحيوية وأنظمة المشاريع والمنازل الذكية المدن وغيرها. نناقش بعض الأمثلة هنا، لإبراز اتصالات التحكم.

سلاسل توريد التصنيع

مرفق التصنيع على نطاق واسع هو نظام من النظم في حد ذاته، واليوم يتم استكشاف الاتصال مع الكيانات المنبع والمصب. وينصب التركيز بشكل كبير على تكامل تكنولوجيا المعلومات - المنصات والاتصالات التي يمكنها، على سبيل المثال، أتمته الطلب من الموردين استنادًا إلى المخزون ومستويات الإنتاج في المصنع. على الرغم من أن فوائد هذه الأعمتة كبيرة، فإن القيمة الحقيقية للبنية التحتية هي بمثابة الأساس الأمثل لسلسلة التوريد الشاملة - مما يسمح بالاستجابة لظروف السوق، وزيادة كفاءة الطاقة، وتنسيق قوائم الجرد مع خطط الإنتاج ديناميكيًا، وما شابه ذلك. توجد حلقات التحكم داخل الكيانات في سلسلة التوريد (حتى الموردين والموزّعين الذين ليس لديهم عمليات تصنيع ولديهم عمليات تغذية مرتدة تعمل لطلبات الخدمة، وتتلاءم مع المدخلات، وإدارة عمليات الجرد؛ وهي عادة عمليات منفصلة، مع ديناميكيات أبسط من عملية الإنتاج).
تنشئ سلسلة التوريد المترابطة هياكل تحكم إضافية مع عوامل معقدة. تشارك الكيانات التجارية المختلفة مع أولوياتها الخاصة، وغالبا ما تكون متنافسة. التحسين المركزي أو العالمي غير ممكن.

 أنظمة السيارات المدمجة

سيارات اليوم هي عبارة عن مجموعات من الأنظمة المدمجة على عجلات. لقد كان الكثير من الابتكار في صناعة السيارات في العقد أو العقدين الأخيرين نتيجة للحوسبة والتحكم والتواصل على متن الطائرة، وقد أدى هذا الابتكار إلى تحسن كبير في السلامة والاقتصاد في استهلاك الوقود والانبعاثات والاعتمادية. يوجد عدد من الأنظمة المدمجة المنفصلة في سيارة حديثة - فقط تلك المتعلقة بالسلامة تتضمن التحذير من الاصطدام، ونشر الوسادة الهوائية ومشبك الشد المسبق، والغطاء المانعة للانغلاق بشكل مستقل، هذه الأنظمة مترابطة مع ذلك من خلال فيزياء السيارة والبيئة وأعمال السائق. وهكذا نشأت طرق فاشلة مثل السيارات التي تقفل نفسها إذا خرج السائق مع تشغيل المحرك وإغلاق الباب، أو السيارات التي انفصلت أنظمة الحماية ضد السرقة والأبواب غير المقفلة إذا هزمت السيارات جنباً إلى جنب، مما أدى إلى اكتشاف التمديد. من الواضح أن الحل هو تبني وجهة نظر خاصة بالسلسلة عند تصميم أنظمة السيارات. وقد تم بالفعل اعتماد بروتوكولات الشبكة القياسية والحافلات في المركبات. كما حدث مستوى معين من التكامل الخوارزمي، حيث تقوم بعض الأنظمة بتنسيق التحكم في الجر والانغلاق المانعة للانغلاق على سبيل المثال. ولكن ما زال هناك الكثير الذي يتعين القيام به، ومع استمرار طرح الأنظمة (على سبيل المثال، التوجيه النشط)، ستنشأ المزيد من الفرص. مع التطورات في أنظمة النقل الطرقي الذكية، فإن الاتصال والتنسيق بين المركبات وبين المركبات وعناصر البنية التحتية (لافتات الطرق، إشارات المرور، إلخ) ستزيد من شبكة النظام. لقد ركزنا هنا بشكل محدد على الأنظمة داخل السيارات لجعل النقطة (على عكس معظم الأمثلة التي تتم مناقشتها) أن نظام رؤية الأنظمة، واتصالات التحكم القوية الخاصة بها، تكون ذات صلة أيضًا بالمجالات الإلكترونية المدمجة المحلية.

الشبكات الذكية

الشبكات الذكية هي موضوع للاهتمام الهائل في جميع أنحاء العالم. إنها تمثل تقدمًا ثوريًا على شبكات الطاقة الحالية التي تم تمكينها من خلال تدفق ثنائي الاتجاه لكل من الكهرباء والمعلومات. تشتمل الشبكات الذكية على تراكب الاتصالات والتحكم في البنية التحتية الحديثة لنظام الطاقة، مما ينتج عنه نظام فيزيائي إلكتروني يمتد من جيل إلى آخر، ويسهل تكامل التخزين والتوليد الموزعين (خاصة من المصادر المتجددة) والهجين الكهربائي والهجين الإضافي المركبات. اليوم، استهلاك الكهرباء، في معظم الأحيان، مستقل عن متطلبات العرض. قد يكون من المستحسن ضبط الاستهلاك لعدة أسباب - نقص في توليد الطاقة، ورغبات لتقليص استخدام أصول التوليد الملوثة أو المكلفة، واستخدام أفضل للتوليد المتجدد، والاختناقات في نظام الإرسال - ولكن لا توجد بنية تحتية على مستوى النظام لتحقيق هذا التعديل. وبالمثل، فإن الفرص المتاحة للتحكم الأمثل في شبكات النقل والتوزيع، ومراقبة حالة النظام وإيصالها بدقة، وربط أسواق الطاقة عن كثب مع تدفقات الطاقة، وتحقيق إمكانات أخرى متقدمة في أنظمة الطاقة محدودة بالبنية التحتية الحالية.
الشبكة الذكية، كنظام من الأنظمة، ستمكّن هذه الوظائف. تقوم وحدات التحكم المستقلة بإدارة توليد الطاقة (بما في ذلك الطاقة المتجددة والحرارة والطاقة المركبة (CHP)، وأجهزة التخزين مثل خلايا الوقود، والمركبات الكهربائية، وأحمال البناء - وقد يحمل المستقبل تقنيات غير معروفة حتى الآن. يمكن أن تتفاعل المرافق ومشغلي النظام مع وحدات التحكم الرئيسية هذه وكذلك مع كيانات السوق. يجب أن تفي أنظمة التحكم الفردية بالأهداف المحلية ، ولكنها تحتاج أيضًا إلى التعاون لضمان التشغيل الموثوق والفعال لنظام الطاقة. في الشكل، يكون التنسيق عبر عقدة مركزية - وهذا أقرب إلى وضع اليوم؛ في المستقبل، يمكننا أن نتوقع بنى أقل للهيكلية والسيطرة وأكثر تراتبية.