הנדסת מערכות

מודל V של תהליך הנדסת המערכת

באופן גרפי מתוארת השיטה כאות V במרחב שצירו האופקי הוא הזמן, וצירו האנכי הוא רמת הפירוט. פיתוח המערכת מתחיל ברמת הפירוט ההנדסי הנמוכה ביותר - רמת צורכי הלקוח שנמצאת ברמת המערכת כולה. זוהי הנקודה הגבוהה ביותר על הזרוע הימנית של ה-V. מכאן מתחיל תהליך של ירידה לתתי-מערכת, למכלולים ולרכיבים עד לשימוש במרכיבים קיימים (אנאליזה של המערכת). התהליך הזה יורד לאורך הזרוע הימנית של ה-V עד לנקודה הנמוכה ביותר הנדרשת. בהמשך הפיתוח משולבים הרכיבים למכלולים והמכלולים לתתי מערכת עד להכללת המערכת השלמה (סינתיזה של המערכת). התהליך הזה מתואר כעליה לאורך הזרוע השמאלית של ה-V מרמת הרכיב אל רמת המערכת.

אבני דרך בהנדסת המערכת - מסמכים וסקרים

תהליך הנדסת המערכת כולל אבני דרך מקובלות. אבני הדרך האלו מובילות את התהליך ממשימה למשימה, כאשר כל משימה מסתיימת בסקר.

קונספט הנדסי וארכיטקטורה

השלב הבא בפיתוח המערכת הוא ניסוח הקונספט ההנדסי. שוב, ההפרדה בין השלבים משרתת את תיאור המתודה אבל בפועל נדיר שתוגדר בעיה וינוסחו דרישות ללא הגעה לקונספט הפתרון. ללא קונספט כזה קשה לבחון האם הדרישות הן ישימות. 
קונספט המערכת הוא הפתרון ההנדסי של דרישות המערכת כשהוא מנוסח במושגים כלליים. הקונספט יכול לכלול את ארכיטקטורת המערכת, כלומר את החלוקה של המערכת לתת מערכות או לרכיבים, ואת הפונקציה שמוקצית לכל תת-מערכת.
כדי לוודא שהקונספט נכון נדרש להוכיח שהקונספט נותן מענה לדרישות. ההוכחה נעשית על ידי הקצאת הדרישות לתת המערכות כדי להראות שכלל הדרישות מתמלאות. לפעמים מוקצית דרישה במלואה לתת מערכת אחת. למשל אם משרד הבריאות דורש לכלול במוצר אזהרה שהשימוש מזיק לבריאות אפשר למלא את הדרישה על ידי הקצאתה לפריט "תוית" שיודבק על המוצר מבחוץ. לעיתים הדרישה מתמלאת על ידי סכום או מכפלה של דרישות. למשל אם עלות המוצר חייבת להיות מתחת לערך מקסימום שנקבע בדרישות חייבים לוודא שסכום הקצאת העלויות לכלל מחוללי העלות לא יעבור את הערך שנקבע בדרישה.
כדי להגיע לפתרון האופטימלי מופעלות שתי טכניקות בסיסיות. האחת היא בחינת חלופות, והשנייה היא תהליך איטרטיבי. במקום לקבוע ארכיטקטורה אחת מנתחים במקביל כמה קונספטים. ברור שלכל קונספט יהיו יתרונות וחסרונות (אם לקונספט אחד יש רק יתרונות ביחס לכל האחרים אין טעם לפתח את החלופות). כל אחד מהקונספטים עובר תהליך איטרטיבי של שיפור, כולל שאילת רעיונות מקונספטים אחרים, עד שמתגבשת קבוצה של קונספטים.
הקונספטים מוצגים בסקר תכן המערכת (System Design Review = SDR). בסקר נבחנת כל חלופה כדי לוודא שהיא עומדת בדרישות, נבחנות היתרונות והחסרונות של כל חלופה, מנותחים הסיכונים והסיכויים הטמונים בה, ונבחרת חלופה אחת או יותר להמשך פיתוח.

תכן ראשוני

עם בחירת הקונספט (או הקונספטים) אפשר לפתח את הקונספט לתכן ראשוני. ההפרדה בין התכן הראשוני לקונספט הנדסי איננה חדה, ולכן קשה להגדיר מהו בדיוק תכן ראשוני. בתהליך פיתוח מערכות צבאיות יקבע בדרך הכלל הלקוח את תנאי הסף להשלמת תכן ראשוני. למשל ניתוח סיכונים מפורט או השלמת מסמכי התקשרות מסוימים. מבחינה הנדסית התכן הראשוני הוא פירוט נוסף של הקונספט. במערכת שיש בה תוכנת זמן אמת יפורטו למשל הפעולות על ציר הזמן, במערכת מכנית יחושבו גדלים פיזיקליים כמו משקל ונפח, ויתואר המבנה או תהליך ההרכבה של המכלולים בסיוע מודל תיב"ם. התכן הראשוני יכלול הגדרת ממשקים בין המערכת לסביבתה ובין חלקי המערכת שהוגדרו בארכיטקטורת המערכת.
באופן כללי בתכן הראשוני יבוצעו כל הניתוחים ההנדסיים הדרושים כדי להראות בצורה כמותית את ביצועי המערכת מול מפרט הדרישות, יתוארו הפונקציות של כל הרכיבים והממשקים ביניהם, ויפותחו הניתוחים הדרושים כדי להבין לעומק את המערכת כמו ניתוח סיכונים, שיטת מעקב עקיבות הדרישות וכדומה. בסיום הסקר נבחרת חלופה אחת או יותר שתפותח לתכן מפורט.
התכן הראשוני מוצג בסקר תיכון ראשוני (Preliminary Design Review = PDR). בסקר נבחן התכן הראשוני, או חלופות התכן, שהוצגו כדי לוודא את התאמת התכן לדרישות, את סיכויי ההצלחה של המימוש, ואת איכות המערכת שתתקבל. בשלב הזה כבר אפשר לנתח ולהעריך גורמי איכות כמו בדיקתיות, ייצוריות, תחזוקתיות וכדומה.

מוסדות וארגונים של הנדסת מערכת

האיגוד המקצועי להנדסת מערכות בישראל נקרא INCOSE_IL, והוא פועל במסגרת אילטם.
לימודי הנדסת מערכות לתואר שני בישראל מוצעים בטכניון, באוניברסיטת בן-גוריון, במכללה האקדמית להנדסה ע"ש אורט בראודה בכרמיאל ובמכללה האקדמית אפקה. במכון הטכנולוגי בחולון מוצעת התמחות בהנדסת מערכות במסגרת התואר השני בניהול טכנולוגיות.