Вы здесь

Про «Concurrent Engineering» (Параллельное проектирование)

Алексей Карфидов 42

Шесть уникальных исследовательских центров на карте. Десятки тысяч сотрудников. Тысячи инженеров. Сотни ученых. Десятки гениальных проектов. Это шесть мест с фантастической родословной в проектировании сложных инженерных систем и совершенно новым подходом к инженерному проектированию. Одно из таких мест — Jet PropulsionLab (JPL — лаборатория реактивного движения) в Калифорнии, США. Лаборатория занимается проектированием беспилотных космических аппаратов для NASA. Имеет в своем составе более пяти тысяч сотрудников. Последнее их творение – марсоход Кьюриосити. Про JPL и их подход к проектированию космических аппаратов сегодня и пойдет речь.

Космические аппараты невероятно сложны. Это связано с множеством подсистем и разветвленной системой взаимовлияния. Простейший пример – увеличение объема бака с топливом увеличивает продолжительность полета, но увеличивается и масса аппарата, что сокращает продолжительность полета. Завязанность подсистем друг на друга делает работу инженеров-конструкторов настоящим кошмаром. Например, команда инженеров, отвечающая за корпус спутника, зависит от других систем по массе, количеству и расположению компонентов, по рассеиванию компонентами тепла, по чувствительности к радиации и низким температурам и др. Этой команде необходимо своевременно получать информацию для того, чтобы двигаться дальше в проектировании корпуса и тепловой защиты. Как это сделать? Как прийти к общему знаменателю десяти командам различных подсистем, чтобы в итоге получить сложнейшее устройство в условиях, когда на кон поставлена репутация страны? Должна быть определенная точка отсчета, с которой начинается проектирвание.

В традиционном подходе к проектированию, точкой отсчета является подсистема, число неизвестных которой минимально. Или это может быть глобальная система, объединяющая все остальные системы (например, корпус). При этом, в традиционном процессе проектирования движение всегда происходит от более глобальных подсистем к более мелким. В конце концов, мы получаем полностью определенную систему. Такой подход получил название «водопад» (на рисунке слева). Недостаток «водопада» – я не могу начать проектирование своей подсистемы, пока не будет закончена подсистема, находящаяся на уровень выше моей. И еще одна особенность – когда вы уже спустились вниз по водопаду систем, практически завершив проект, может обнаружиться критическая ошибка, совершенная на ранней стадии, что повлечет за собой необходимость исправления всех вышерасположенных подсистем, как будто вы проектируете все с самого начала. Есть другой подход к проектированию, дающий явное преимущество в защите от подобного рода ошибок.

 

Все о параллельном проектирование

Параллельное проектирование (Concurrent Engineering) подразумевает под собой участие в проекте всех участников различных подсистем одновременно (на рисунке 1). Это итерационный метод проектирования. Существует набор требований, которые оказывают влияние на все подсистемы. Эти требования и являются общей точкой отсчета для всех подсистем. Набор требований к космическому аппарату может быть, например, таким: — аппарат должен уметь снимать участок земли в разрешении АхB — отсылать данные на Землю со скоростью 20 Мб/сек не реже 10 раз в день — иметь срок жизни 20 лет — весить не более 200 кг и иметь размеры X на Y.

 

Рисунок 1. Параллельное проектирование.

 

Исходя из этих требований команды, отвечающие за различные подсистемы приступают к разработке дизайна своей подсистемы ОДНОВРЕМЕННО. Как правило, эти люди сидят в одном помещении и работают бок о бок друг с другом. По достижении прогресса, команда загружает данные о своей подсистеме на сервер, обновляя их, например, каждую неделю. В качестве сервера при проектировании космических аппаратов используют Virtual Satellite. Этот софт способен собирать данные вместе и наглядно их отображает. Также, в нем можно раздать права доступа для различных участников и даже проводить расчеты и писать код в теле программы с использованием общих переменных. Например, масса корпуса спутника M, которую я обновляю раз в неделю используется автоматически для расчета параметров других подсистем. Таким образом, идет обновление данных «на лету» — все видят изменения всех. ПО Virtual Satellite обеспечивает работу нескольких команд в рамках одного аппарата одновременно. Такой подход используется в JPL, которую мы упомянули выше. Результаты работы впечатляют.

Преимущество работы в таком режиме – оперативность принятия решений, быстрая «сходимость» технического проекта, обмен опытом и мнениями в реальном времени. Командный дух, в конце концов. На картинках ниже видно, что столы участников проекта расположены по кругу, а в центре расположены экраны для проведения брифингов и предоставления отчетов. При таком подходе очень важна организация работы, должна быть строгая иерархия. У каждой команды должен быть ответственный. Должен быть и «системный интегратор» — команда, следящая за динамикой команд, видит общую картину, корректирует направление и усилия.

 

С большой долей вероятности данный подход к проектированию сложных систем в России не применяется. По-крайней мере, о центрах параллельного проектирования в РФ ничего не известно. Страница в англоязычной википедии http://en.wikipedia.org/wiki/Concurrent_engineering не имеет аналога на русском языке, а научная статья о #концепте параллельного проектирования вышла совсем недавно – в 2008 г. Поэтому, мы посчитали нужным поделиться с Вами имеющимися знаниями о таком подходе. Будем рады услышать Ваше мнение в комментариях!