Kỹ thuật hệ thống

Kỹ thuật hệ thống là ngành bao hàm các lĩnh vực kỹ thuật và kỹ thuật quản lý tập trung vào việc làm thế nào để có thể thiết kế và quản lý một hệ thống phức tạp trong suốt vòng đời của nó. Cốt lõi của kỹ thuật hệ thống là tận dụng các nguyên lý của tư duy hệ thống để tổ chức tổ hợp tri thức đó. Các vấn đề như  điều kiện kỹ thuật, độ tin cậy, hậu cần, điều phối các nhóm khác nhau, kiểm tra và đánh giá, bảo trì và nhiều lĩnh vực khác là cơ sở cần thiết để thành công phát triển hệ thống, thiết kế, cải tiến, và rỡ bỏ, đã trở nên khó khăn hơn khi  làm việc với một hệ thống lớn hoặc phức tạp. Kỹ thuật hệ thống giải quyết các vấn đề trong quá trình làm việc, các phương pháp tối ưu, và công cụ quản lý rủi ro trong hệ thống đó. Nó gối lên các lĩnh vực kỹ thuật và quản lý con người như: kỹ thuật công nghiệp, kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật sản xuất, kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật phần mềm, kỹ thuật điện, phỏng sinh học, khoa học quản lý, kỹ thuật quản lý và quản lý dự án. Kỹ thuật hệ thống đảm bảo tất cả các thành phần của dự án và hệ thống sẽ được cân nhắc, và được tích hợp trong toàn thể.
Quá trình trong kỹ thuật hệ thống là một quá trình khám phá nó hoàn toàn khác với quá trình sản xuất. Một quá trình sản xuất tập trung vào những hoạt động lặp đi lặp lại sao cho đầu ra đạt được chất lượng cao nhất với chi phí thấp nhất. Trong khi quá trình kỹ thật hệ thống bắt đầu bởi việc khám phá những vấn đề thực tế cần phải giải quết, và xác định khả năng cao nhất hoặc ảnh hưởng lớn nhất mà các sự cố có thể gây ra - kỹ thuật hệ thống bao gồm việ tìm kiếm những giải pháp khéo léo để giải quyết những vấn đề này.

Nguồn gốc và phạm vi truyền thống

Phạm vi truyền thống của kỹ thuật bao gồm toàn bộ quá trình từ khái niệm, thiết kế, phát triển, sản xuất và vận hành một hệ thống vật lý. Kỹ thuật hệ thống với quan niệm gốc của nó nằm trong phạm vi này. "Kỹ thuật hệ thống", ở trong những điều trên quy vào một tập hợp các nhóm riêng biệt về các khái niệm, các phương pháp, các cấu trúc tổ chức (và một số thứ khác) đã được phát triển để có thể đáp ứng những thách thức về một hệ thống chức năng kỹ thuật hiệu quả của hệ thống có kích cỡ và độ phức tạp chưa từng có trong pham vi giới hạn về thời gian, kinh phí và các giới hạn khác. Chương trình Apollo là một ví dụ tiêu biểu về một dự án kỹ thuật hệ thống như vậy.

Phát triển và mở rộng phạm vi

Việc sử dụng khái niệm "kỹ sư hệ thống" đã tiến hóa theo thời gian để bao trùm lấy một khái niệm rộng hơn, toàn diện hơn là khái niệm "hệ thống" và các quá trình kỹ thuật. Sự tiến hóa của khái niệm này đã và đang là chủ đề của các cuộc tranh cãi và định nghĩa này vẫn còn được tiếp tục được sử dụng cho cả hai  phạm vi hẹp và rộng.
Kỹ thuật hệ thống truyền thống được xem như là một nhánh kỹ thuật trong tri giác cổ điển, đó là, một cách áp dụng dành riêng cho hệ thống vật lý, như tàu vũ trụ và máy bay. Trong thời gian gân đây, kỹ thuật hệ thống đã tiến hóa thành một nghĩa rộng hơn đặc biệt là khi yếu tố con người đã được xem như là mọt thành phần quan trọng trong hệ thống. Một ví dụ từ Checkland, nắm bắt một nghĩa rộng hơn của kỹ thuật hệ thống bằng phát biểu rằng 'kỹ thuật' "có thế được đọc bằng tri giác thông thường; bạn có thể thiết kế một buổi gặp mặt hay một  thỏa thuận chính trị" 
Nhất quán với phạm vi rộng hơn của kỹ thuật hệ thống, trong Kiến thức trọng tâm của kỹ thuật hệ thống (Systems Engineering Body of Knowledge - SEBoK) đã có định nghĩa về ba loại hệ thống kỹ thuật: (1) Kỹ thuật hệ thống sản phẩm (PSE) là nhánh truyền thống của ngành kỹ thuật hệ thống tập trung vào việc thiết kế những hệ thống vật lý bao gồm cả phần cứng và phần mềm. (2) Kỹ thuật hệ thống doanh nghiệp (ESE) gắn liền với cánh nhìn từ phía doanh nghiệp, đó là coi những tố chức hoặc những tổ chức kết hợp, như là những hệ thống. (3) Kỹ thuật hệ thống dịch vụ (SSE) làm việc với hệ thống dịch vụ. Checkland định nghĩa rằng một hệ thống dịch vụ là một hệ thống được hình thành để phục vụ hệ thống khác. Hầu hết các hệ thống hạ tầng xây dựng là những hệ thống dịch vụ.

Lĩnh vực đa ngành

Việc phát triển hệ thống thông thường cần phải có sự đóng góp từ nhiều ngành kỹ thuật khác nhau. Bằng việc cung cấp những cách nhìn hệ thống (toàn diện) của sức phát triển, kỹ thuật hệ thống giúp cho việc định hình tất cả những sự đóng góp kỹ thuật thành một nhóm thống nhất, hình thành một cấu trúc cho quá trình phát triển từ đó thực thi từ việc hình thành ý tưởng đến việc sản xuất và đến vận hành và, trong một số trường hợp dừng và thải bỏ. Trong việc thu mua, việc tích hợp toàn diện các lĩnh vực vào trong sự đóng góp và cân bằng trao đổi với chi phí, kế hoạch, và hiệu suất trong khi đảm bảo mức độ nguy cơ chấp nhận được trong toàn bộ vòng đời của hạng mục.
Quan điểm này thông thường được lặp lại trong chương trình giáo dục, trong các khóa kỹ thuật hệ thống được dạy bởi giảng viên từ những khoa kỹ thuật khác, để giúp tạo ra một môi trường đa ngành.

Phạm vi

Một cách để hiểu động lực đăng sau kỹ thuật hệ thống là thấy được những phương pháp hoặc thực hành để xác định và cải thiện những quy tắc thông thường tồn tại trong sự đa dạng của hệ thống. Hãy luôn nhớ lấy điều này, nguyên lý của kỹ thuật hệ thống - sự chỉnh thể, hành vi thể hiện ra, và ranh giới, et al - có thể được áp dụng vào bất kỳ hệ thống nào, dù phức tạp hay không, cung cấp phương pháp tư duy hệ thống được sử dụng trong mọi mức độ. Bên cạnh hệ thống phòng thủ và hàng không, nhiều những công ty dựa vào thông tin và công nghệ, các hãng phần mềm, và các ngành công nghiệp trong lĩnh vực điện tử và truyền thông cần những kỹ sư hệ thống trong nhóm của họ.
Trong một phân tích bởi trung tâm kỹ thuật hệ thống ưu tú (SECOE) của INCOSE chỉ ra rằng phần nguồn lực tối ưu dành cho kỹ thuật hệ thống chiếm khoảng 15-20% tổng nguồn lực dự án. Cùng với đó những nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kỹ thuật hệ thống là cần thiết để giảm chi phí và nhiều lợi ích khác. Tuy nhiên, chưa có một khảo sát nào với quy mô lớn bao phủ trong phạm vi rộng những ngành công nghiệp được thực hiện gần đây. Những nghiên cứu đó vẫn đang còn trong quá trình để xác định tính và lượng hiệu quả của kỹ thuật hệ thống.
Kỹ thuật hệ thống khuyến khích việc sử dụng mô hình hóa và mô phỏng để xác thực những phỏng đoán hoặc lý thuyết trên hệ thống và tương tác với chúng.
Việc sử dụng những phương pháp cho phép việc xác định sớm những khả năng thất bại, trong kỹ thuật an toàn, được tích hợp vào trong quá trình thiết kế. Đồng thời, những quyết định được tạo ra ngay từ đầu của dự án mà hệ quả của nó chưa được hiểu rõ có thể có hậu quả to lớn sau này trong hoạt động của hệ thống, và nó là nhiệm vụ của kỹ sư hệ thống ngày nay trong việc khám phá những vấn đề đó và đưa ra những quyết định quan trọng. Không có một phương pháp nào đảm bảo rằng những quyết định ngày nay vẫn còn hợp lý khi hệ thống đưa vào vận hành trong vài năm hoặc vài thập kỷ sau khi chúng được áp dụng lần đầu tiên. Những ví dụ bao gồm phương pháp hệ thống mềm, phương pháp hệ thống động của Jay Wright Forrester, và Ngôn ngữ mô hình thống nhất (UML) - tất cả đều đang được khám phá, đánh giá, và phát triển để hỗ trợ cho quá trình đưa ra các quyết định kỹ thuật.

Những đề tài kỹ thuật hệ thống

Những công cụ kỹ thuật hệ thống bao gồm những chiến lược, tiến trình, và kỹ thuật hỗ trợ cho việc thực hiện kỹ thuật hệ thống trên một dự án hay sản phẩm. Mục tiêu của những công cụ này đa dạng từ hệ quản trị dữ liệu, duyệt đồ họa, mô phỏng, và lập luận, cho đến việc tạo văn bản, xuất nhập trung gian mà nhiều thứ khác.