Systems Engineering

Systemorientiert - Konzentrieren auf das System

Umfeldorientiert - Konzentrieren auf die Umgebung des Systems

Ursachenorientiert - Warum ist das Ergebnis so wie es ist?

Lösungsorientiert - Was muss ich tun, um etwas bestimmtes zu erreichen?

Zukunftsorientiert - Wenn ich längerfristig plane, wasändert sich?

Methode zur Informationsbeschaffung:

Idee: Diskussionen zwischen Teilnehmern vermeiden, da daruch unerwünschte gruppendynamische Effekte nicht auftreten können.

1. Jede Person bekommt eine Problembeschreibung und reicht eine Antwort ein.

2. Die Antworten werden erfasst und es wird anonymisiertes Feedback für jedes Gruppenmitglied gegeben.

3. Jede Person berücksichtigt, ob sie ihre vorherigen Aussichten modifizieren will oder mehr Information beitragen möchte.

4. Dies wird iterativ fortgesetzt, bis ein Konsens gefunden wird.

Dient dazu, die wichtigsten Punkte, Vorschläge etc. zu identifizieren, damit die Prioritäten entsprechend angepasst werden können.

Specific
Measurable
Achievable
Realistic
Time constrained

Hilfsmittel und Übersicht und Klarheit über die Ziele und Prioritäten zu behalten.

Elemente des Zielkatalogs (Beispiel):

• Zielklasse (Kosten, Sicherheit,...)
• Zielformulierung (Beschreibung des Ziels)
• Zielausmass (Wert des Ziels) --> präzise und messbar
• Zieltyp (Muss-, Soll- oder Wunschziel)

Kürzester-Weg-Probleme

Strömungsprobleme

Logistikprobleme

Transportprobleme

Elemente: Teile eines Systems mit Input, Output und Prozessen

Attribute: Charakteristika der Elemente. Jedes Attribut besitzt ein Attributwert (Attribut: Farbe, Attributwert: grün)

Import/Export: Material, Energie oder Informationen, die über die Systemgrenzen in das System gelangen oder dieses verlassen.

Input/Output: Material, Energie oder Informationen, die in ein Element gelangen oder verlassen.

Rückkopplung ist ein Mechanismus in Systemen, bei dem ein Teil der Ausgangsgrösse auf den Eingang des Systems zurückgeführt wird.

Eigene Wissenschaft --> Die Kybernetik

nach Systemersteller --> Anthropogen / nicht-anthropogen

nach Art der Existenz --> Materiell / Konzeptionell

nach der Interaktion mit der Umgebung --> Geschlossen / Offen

nach zeitlichem Verhalten --> Statisch / Dynamisch

nach Sicherheit der Datenlage --> Deterministisch / Probabilistisch

Umfeldorientierte Betrachtung (Black-Box): Man konzentriert sich auf die Zusammenhänge zwischen System und Umgebung. Was innerhalb des Systems passiert, ist nicht wichtig. Nur Input und Output sind von Bedeutung.

Wirkungsorientierte Betrachtung (Grey-Box): Die beteiligte Funktion wird als Übergangsfunktion bezeichnet. Gutes Hilfsmittel, um den Zustand und die "Qualität" eines Systems grob zu beurteilen.

Strukturorientierte Betrachtung (White-Box): Das Systemt wird mitsamt seiner Einzelelemente betrachtet.

zur Informationsbeschaffung:

• Befragungstechniken
• Beobachtungstechniken
• Datenbanksysteme
• Delphi-Methode
• Interview
• ....

zur Informationsaufbereitung:

• ABC-Analyse
• Regressionsanalyse
• Korrelationsanalyse
• Wahrscheinlichkeitsrechnung

zur Informationsdarstellung:

• Ablaufdiagramm
• Flussdiagramm
• Zuordnungsstrukturen
• Histogramm
• Graphen
• ...

Ziele die unbedingt erreicht werden müssen.

Wobei die Gewichtung dieser Ziele nicht unbedingt klar ist.

Ziele die mit hoher Priorität erreicht werden sollen.

Sie definieren auf einer relativen Skala, welche Ziele eher und welche eher nicht erwünscht sind und geben so eine Stossrichtung an, in welche der Entschluss vorzugsweise führen soll.

Ziele, die mit tieferer Priorität erreicht werden sollen.

Prinzipien:

• Wertorientierung
• Lösungsneutralität
• Operationalität

Kriterien:

• Vollständigkeit
• Feststellbarkeit

Um Ziele zu definieren, benötigt man oft eine Anforderungsanalyse.

Typen:

• Systemanforderungen
• Betriebsanforderungen
• Erhaltungsanforderungen

Dies ist ein iterativer Prozess welche gewährleistet, dass alle Facetten der Entwicklung des Systems berücksichtigt und alle Elemente des Systems erkannt und definiert werden.

--> wird mittels eines funktionalen Flussblockdiagramm (FFBD) dargestellt

Unstrukturierte Strategien:

• Trial and Error
  • für einfache Problemstellungen
  • geringer "Lerneffekt"
  • lange Bearbeitungszeit
• Brainstorming
  • + gut zum neue Ideen sammeln
  • + Kreativität hat mehr Platz
  • - Kategorisierung der Suchstrategien manchmal schwierig

Lineare Strategien:

• Routinevorgehen
  • werden alle Suchschritte nacheinander abgearbeitet
  • - findet weder Vergleich noch Optimierung statt
• Nicht-optimierende lineare Strategie
  • bei jedem Suchschritt wird so lange probiert, bis eine gefunden wird --> nächster Schritt
• Einstufig-optimierende lineare Strategie
  • bei jedem Suchschritt wird eine gewisse Anzahl von Varianten gesucht
  • Alle funktionstüchtigen werden verglichen und optimale ausgewählt
• Mehrstufig-optimierende lineare Strategie
  • bei jedem Suchschritt wird eine Gewisse Anzahl Varianten gesucht
  • Alle funktionstüchtigen Teile werden notiert
  • dies gibt eine baumartige Struktur

Zyklische Strategien:

• Werden angewandt, wenn lineare nicht geeignet sind
• Ähnlich wie lineare jedoch gibt es immer ein Abbruchkriterium
• wenn dieses überschritten wird heisst es "Zurück zum Start"

Bei der Analyse von Lösungsvarianten werden diese überprüft in Bezug auf:

• Erfüllung aller Rahmenbedingungen
• Optimierung der Zielfunktion

Eliminierung von untauglichen Varianten --> häufig durch eine Machbarkeitsanalyse

Um eine Eignung einer Lösungsvariante objektiv beurteilen zu können, müssen Attribute klar definiert sein.
Diese sind Eigenschaften eines Systems

• Funktionsfähigkeit    (z.B. Transportkapazität, Fläche)
• Zuverlässigkeit    (z.B. Wahrscheinlichkeit des Versagenseintritts)
• Instandhaltungsfreundlichkeit     (z.B. Zeitaufwand, Kosten)
• Gebrauchstauglichkeit     (z.B. Barierrefreiheit, Max Verformung von Bauteilen)
• Sicherheit     (z.B. Zeit zwischen Zwischenfällen, Anzahl der betroffenen Personen)
• Produzierbarkeit     (z.B. Zeitaufwand)
• Entsorgungsfreundlichkeit     (z.B. Abfallmenge)
• Erschwinglichkeit     (z.B. Herstellungskosten)

Gewichtung der Attribute ist wichtig für die Lösungsfindung.

Werkzeuge zur Bewertung und Entscheidung

• Argumentenbilanz
• Optimierung
• Entscheidungstabellen
• Entscheidungsbäume
• Wirtschaftlichkeitsrechnung

Klassifikation der Ziele (Rahmenbedingungen / Soll- / Wunschziele)

Zielobjekte

Zieleigenschaften

Zielausmasse

Zeitbezüge

Ortsbezeichnungen

Modellformulierung:

• Zielfunktion
• Nebenbedingungen
• Nicht-Negativitäts-Bedingung

Mit Annahmen:

• Proportionalität
• Additivität
• Teilbarkeit
• Gewissheit

Lösung durch:

• Grafische Lösungsmethode (nur bis und mit 3 Variablen anwendbar)
• SIMPLEX-Algorithmus
  • klassische Schreibweise
  • Tableau-Methode

1. Auswahl der Anfangs-Basislösung
2. Überprüfung der Optimalität der Lösung
3. Bestimmen der Variable, die in die Basis gebracht werden soll
4. Bestimmen des Werts der Variable, die in die Basis kommen soll
5. Bestimmen der Variable, die die Basis verlässt
6. Bestimmen der neuen Werte der Basisvariablen

Besteht aus 2 Phasen:

I - Der Auswahl einer zulässigen Anfangs-Basislösung

II - der Verbesserung dieser Anfangs-Basislösung

Gewichtungsmethode

Restriktionsmethode