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系统基础
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第三部分:系统工程与管理
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业务和任务分析
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系统工程和工业工程
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系统工程和项目管理
系统工程和软件工程
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系统工程实施示例:信息系统
系统工程实施示例:防御系统
系统工程实施示例:交通系统
系统工程实施示例:医疗系统
系统工程实施示例:空间系统
系统工程实施示例:管理系统
系统工程实施 : 矩阵示例
 
 
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系统生命周期过程模型:敏捷系统工程
译者:火龙果Alice
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对于一个系统,生命周期通常从概念定义阶段开始,按照概念定义阶段的定义,经历多个阶段直到系统完成。生命周期的模型可以是该生命周期的物理、数据或图形表示。该流程描述了完成生命周期每个阶段的步骤,包括该阶段的输入和输出。在技术变革、环境变化和快速发展的任务需求的压力下,当今复杂且高度互联的系统面临着快速淘汰。为了让这些系统保持强大的抗破坏能力,它们必须被设计成能够灵活地适应。为了满足这些需求,必须对系统进行评估,以应用最适合系统、子系统或相关利益系统(SOI)组件的流程。

在概念定义阶段早期确定SOI的最佳生命周期非常重要。在一个将要灵活运行的项目上,尤其是如果它是一个具有敏捷和其他生命周期模型的混合模型,那么在基于硬件或其他长周期项目成熟度的关键集成点定义和协调它们是很重要的。南非射电天文观测站(SARAO)的各个重要组成部分在使用的多个生命周期中确定了关键集成点,这是一个信息丰富的案例研究,提供了一个方法裁剪过程的绝佳例子(Kusel 2020)。

在敏捷SE过程中,系统工程师以一种迭代的、增量的方式工作,持续地建模、分析、开发和交易选项,以使系统解决方案的定义成为焦点。这项工作的一个例子将不仅分析和维护需求,而且还要分析和维护高层次需求的体系结构模型,以及从这些高层次需求到被分析的低层次需求的链接。除了需求和体系结构表示之外,随着开发的进展,维护和验证接口是系统工程师的一些任务。不管生命周期如何,系统工程师的这些职责是相同的,尽管顺序和组织可能不同。项目领导、系统工程和所有团队成员都在一种代表敏捷思维的文化中工作。敏捷思维是来自敏捷价值观的信念和行动的组合,包括经常关注交付工作能力,相信有能力的工作者会找到最好的解决方案,通过定期的演示和回顾来改进产品和过程,经常计划实施学到的经验教训。。

敏捷开发原则

敏捷开发原则(Marbach 2015)为跨职能团队的工作关系提供了基础,其中包括系统工程师和软件工程师,他们从事包括硬件开发和软件开发的客户项目。表1中的这些原则是源自于《敏捷宣言》(Beck 2001)的改进版本,并扩展到应用于系统工程。采用这些原则将使团队中的团队逐渐地产生高价值的能力。

敏捷开发原则(Marbach 2015) SEBoK 传统 SE 原则
1.首先,通过尽早、持续地提供有价值的功能来满足客户。 1. 应用中的 SE 特定于利益相关者的需求、解决方案空间、产生的系统解决方案和整个系统生命周期的上下文。
2. SE 解决利益相关者的需求,同时考虑预算、进度和技术需求,以及其他期望和限制。
2. 计划不断变化的需求,并在整个开发过程中保留尽可能多的灵活性; 敏捷流程为客户利用变化,尤其是当变化带来竞争优势时。 1. 利益相关者的需求可能会发生变化,并且必须在系统生命周期内加以考虑。
2. SE 决策是在考虑风险的不确定性下做出的。
3. 频繁地交付工作能力,从几周到几个月不等,优先考虑较短的时间范围。 1.真实的物理系统是系统的完美模型。
2. SE 有一个整体的系统视图,包括系统元素和它们之间的相互作用和系统环境。
4. 业务人员、客户或其倡导者和实施者必须在整个项目中每天一起工作。 1. SE影响并受内部和外部资源以及政治、经济、社会、技术、环境和法律因素的影响。
2. SE以有效的方式整合工程学科。
3. SE 负责管理组织内的学科互动。
5. 围绕有能力的个人建立项目。 为他们提供所需的环境和支持,并相信他们能够完成工作。 1. SE 的重点是对系统的交互、敏感性和行为、利益相关者的需求及其操作环境的逐步深入理解。
6. 传达信息最有效的方法是个人交谈。 1. SE以有效的方式整合工程学科。
7. 工作能力是衡量进步的首要标准。 1.真实的物理系统是系统的完美模型。
8. 敏捷过程促进可持续开发。发起人、开发人员和用户应该能够无限期地保持恒定的速度。 1. SE 解决利益相关者的需求,同时考虑预算、进度和技术需求,以及其他期望和限制。
2. SE 决策是在考虑风险的不确定性下做出的。
9. 持续关注卓越的技术和良好的设计可提高敏捷性。 1. 决策质量取决于对决策过程中存在的系统、支持系统和互操作系统的了解。
10. 简单性“最大化未完成工作量的艺术”是必不可少的,尤其是在实施团队中。 真正敏捷的开发项目不会对实施团队提出人为的报告和流程要求。 1.必须正确理解政策和法律,不要过度约束或过度约束系统的实施。
11. 最好的架构、需求和设计来自自组织团队,基于一套最少的指导原则。 1. 决策质量取决于对决策过程中存在的系统、支持系统和互操作系统的了解。
12. 团队定期反思如何变得更有效率,然后相应地调整和调整其行为。 1.必须正确理解政策和法律,不要过度约束或过度约束系统的实施。

敏捷开发原则强调关注工作能力,并保持正在进行的工作规模较小。表1将敏捷开发原则映射到SEBoK中其他地方阐述的传统SE原则。敏捷开发原则是传统SE原则的补充,在某些情况下非常相似。点击这里查看完整的SEBoK系统工程原理。

面向混合学科工程的敏捷系统工程生命周期模型(Dove 2019)描述了促进行动中的操作敏捷性的原则:感知、响应和进化(SRE)。贯穿整个生命周期的大型程序将受益于应用这些原则。此外,scale Agile Framework®(SAFe®)描述了在包括系统工程在内的团队中促进大型项目开发敏捷性的原则。操作敏捷原则和安全精益敏捷原则映射在表2中,以显示它们之间的一致性。从敏捷思维开始并应用一组原则是有价值的。

运营敏捷性原则(Dove 等) 规模化敏捷框架 (SAFe) 精益敏捷原则
感知:外部感知(主动警觉) - 采取经济观点 - 应用系统思维
感知:内部感知(主动警觉) - 可视化和限制 WIP、减少批量大小和管理队列长度
感知: 决策 - 模式 识别 (风险分析、交易空间分析) - 应用系统思维
响应:决策(及时、知情) - 分散决策
- 应用节奏,与跨域计划同步
- 围绕价值进行组织
- 假设可变性; 保留选项
响应:行动制定(调用/配置流程活动以解决这种情况) - 释放知识工作者的内在动力
- 基于对工作系统的客观评估的里程碑
响应:行动评估(验证和确认) - 应用节奏,与跨域计划同步
- 可视化和限制 WIP、减少批量大小和管理队列长度
- 基于对工作系统的客观评估的里程碑
不断发展:实验(过程 ConOps 的变化) - 基于对工作系统的客观评估的里程碑
不断发展:评估(内部和外部判断) - 基于对工作系统的客观评估的里程碑
- 通过快速、集成的学习周期逐步构建
不断发展:记忆(不断发展的文化、响应能力和流程 ConOps) - 假设可变性; 保留选项
- 基于对工作系统的客观评估的里程碑

表 2. 跨学科团队原则的比较(或映射)。 SAFe精益敏捷原则 是 规模化敏捷, 等. 的版权材料。

使用与敏捷价值观一致的敏捷思维,敏捷开发原则和安全精益敏捷原则可以应用于敏捷SE生命周期的各个阶段。

通用生命周期模型显示了定义阶段、实现阶段和退化阶段。每一阶段都有进一步的阶段。每个SOI都有一个对应的生命周期模型,该模型由使用流程填充的阶段组成。根据定义阶段执行的SOI评估,每个阶段中的过程可能是Vee、迭代或敏捷。在文献中提出了几种过程模型,它们可以被称为敏捷系统工程过程、模型或框架。

根据ISO/IES/IEEE 24748-1《系统与软件工程-生命周期管理-第1部分:生命周期管理指南》(ISO/IES/IEEE 2018),“常见的”有六个系统生命周期阶段。Dove描述了“异步和并行的生命周期阶段和过程活动”,增加了第7个生命周期阶段,即态势感知(Dove2019)。图1是作为在系统开发中有效使用敏捷实践的组织的四个案例研究的一部分开发的。使用这种敏捷系统工程生命周期模型(ASELCM)的路径可以从“概念”阶段开始,进入“情境感知”阶段,然后进入开发阶段,再回到“情境感知”阶段,如此循环往复。在将注意力转移到下一个适当的阶段(如回到概念或开发)之前,这个情境感知阶段允许进行演示、审查和持续改进。

图 1.敏捷系统工程生命周期模型 (ASELCM)。 (Dove and Schindel 2019,经许可使用)

图 1 中表示的生命周期模型可以使用图 2 中所示的 S*Pattern 类层次结构直观地描述。在这个层次结构中,顶层显示了实体关系范式,“为工程目的对任何系统进行建模所需的最小概念内容或科学。” (Schindel,2016 年)。 当我们转向更具体的模型表示时,ASELCM模式从父模式继承内容。

图 2. S* Pattern 类层次结构(Schindel 和 Dove 2016,经许可使用)

图2中间所示的“一般ASELCM模式”在图3中被放大。在开发一个相关利益的系统(SOI)时,我们不仅必须考虑我们可以认为是目标系统的SOI,如图3中的系统1,还必须考虑产生目标系统的过程,如图3中的系统2。除了制度1和制度2之外,还有第三个制度,即创新制度。这个系统3是影响目标系统的设计、开发和操作的元视图,系统1和系统2的嵌入式行为框架。在对目标系统建模时,应考虑其他影响系统2和3。

图 3. 敏捷系统工程生命周期模型 (ASELCM) 模式(Schindel 和 Dove 2016,经许可使用)

这些 SEBoK 文章中描述了 其他系统工程模型,传统(或瀑布)、Vee 、 增量和迭代。

结构

在每个阶段执行的敏捷系统工程过程步骤通常包括:

  1. 首先定义最高优先级和/或最高风险的项目,保持设计选项的开放,直到最后负责任的时刻。这将产生一个工作项列表,其中最高的工作项位于最上面。这个工作项的优先级列表被称为程序backlog。
  2. 在开发迭代过程中,工程师分析需求,设计解决方案以满足这些需求,开发他们的产品,执行该产品的测试,并演示该产品。对于系统工程产品,这些记录最好保存在工具中,例如需求管理工具、基于模型的系统工程工具,以及配置控制的存储库,等等。开发迭代是一段很短的时间,通常持续时间从两周到四周。

  3. 对于开发中的大型产品,多个团队将他们的工作项集成在一起,以显示一个可演示的产品,可能需要几个迭代来达到这一点。这个多次迭代周期通常被称为增量,通常需要大约三个月的时间。

  4. 在开始一个增量之前,所有致力于生产可演示产品的团队,都应该计划他们的工作,识别团队之间的依赖关系,并建立满足计划的承诺。根据程序使用的框架的不同,这种规划被称为不同的东西。有人叫它大房间计划,有人叫它程序增量计划。

  5. 在一系列迭代的最后,可演示的产品可能会被“发布”给涉众。然后项目的所有成员开会计划下一个工作增量。

图 4 显示了团队按照这种描述的节奏工作的可视化表示(Rosser 等人,2014 年)。

图 4. 敏捷 SE 框架(Rosser 等人,2014 年,经许可使用)

这个敏捷系统工程(SE)框架(Rosser 2014)与大规模敏捷框架(SAFe)使用迭代开发对团队工作程序和团队积压的描述保持一致。SAFe是一个实现迭代开发原则的框架。它表示一个大型系统如何在一段时间内并行地遵循多个生命周期过程。需要在多个生命周期流程之间调整关键决策点。有许多敏捷方法,程序可以按原样使用或组合使用,以适应特定领域的最佳工作方式。敏捷联盟(2017,100)阐述了许多“基于指导深度和生命周期广度的敏捷方法”。

对于需求不断变化的复杂系统,评估可能导致决定使用增量的、迭代的开发方法。无论选择哪种模型或框架,项目都是从远景、预算和一段时间的性能开始的。然后,规划的利益相关者首先确定需要开发的最高价值的能力。能力列表按优先级排序,以便看到长期发展。然而,这个优先顺序可能会随着工作的进行而改变。关于预期产品的已知信息可能有很好定义的需求和架构表示,而概念性的信息将随着时间的推移逐步开发这些需求和设计。这种增量式开发方法是通过使用开放系统体系结构、基于模型的系统工程(MBSE)工具、基于集合的设计、设计思维、持续集成、持续开发、体系结构模式、微服务体系结构和精益工程实现的。

 


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