Estudo de comércio em engenharia de sistemas

Estudo de comércio em engenharia de sistemas
Aquisições de defesa feitas com facilidade.
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Engenharia de sistemas.
Um estudo de comércio é um estudo que identifica uma solução preferencial entre uma lista de soluções qualificadas. O estudo de comércio examinará essas soluções em relação a critérios como; custo, cronograma, desempenho, peso, configuração do sistema, complexidade, uso de comercial fora da prateleira (COTS) e muitos outros. Estudos de comércio são realizados ao longo de um programa de aquisição de desenvolvimento de conceito através do design do sistema. Na engenharia de sistemas, eles são utilizados principalmente para determinar os requisitos de nível operacional e de sistema.
Estudos de comércio são utilizados em apoio à tomada de decisões ao longo do ciclo de vida de um programa. Os estudos de comércio são conduzidos entre os recursos operacionais, os requisitos funcionais e de desempenho, as alternativas de design e seus processos relacionados de fabricação, teste e suporte; cronograma do programa; e custo do ciclo de vida para examinar sistematicamente as alternativas. Uma vez que as alternativas foram identificadas, uma equipe de estudo de comércio aplica um conjunto de critérios de decisão para analisar as alternativas. Esses critérios são & # 8216; negociados & # 8217; para determinar qual alternativa é otimizada e recomendada.
A maioria dos estudos comerciais não são estritamente formais ou informais; geralmente eles estão em algum lugar entre estes dois extremos. Como regra geral, os estudos formais de comércio são indicados para decisões de alto impacto, alto risco ou de alto impacto. Nem todos os estudos de comércio devem seguir o rigor completo de um processo formal, mas devem ser adaptados às circunstâncias específicas do programa, tais como: [1]
Probabilidade ou gravidade do risco programático, Objetividade e dados quantitativos utilizados, Detalhes dos dados disponíveis e Tempo, esforço e dinheiro necessários para realizar o estudo de comércio.
O Trade Studies apoia as seguintes atividades:
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Gerenciamento de Decisão.
Muitas decisões de engenharia de sistemas são difíceis porque incluem numerosas partes interessadas, múltiplos objetivos competitivos, incertezas substanciais e conseqüências significativas. Nesses casos, uma boa tomada de decisão exige um processo formal de gerenciamento de decisões. O objetivo do processo de gerenciamento de decisão é:
"... para fornecer um quadro estruturado e analítico para identificar, caracterizar e avaliar objetivamente um conjunto de alternativas para uma decisão em qualquer ponto do ciclo de vida e selecionar o curso de ação mais benéfico". (ISO / IEC / IEEE 15288)
As situações de decisão (oportunidades) são comumente encontradas ao longo do ciclo de vida de um sistema. O método de gerenciamento de decisões mais utilizado pelos engenheiros de sistemas é o estudo de comércio. Os estudos de comércio visam definir, medir e avaliar o valor dos acionistas e dos interessados ​​para facilitar a busca pelo decisor de uma alternativa que represente o melhor equilíbrio de objetivos concorrentes. Ao fornecer técnicas para a decomposição de uma decisão comercial em segmentos lógicos e depois sintetizar as partes em um todo coerente, um processo de gerenciamento de decisão permite que o tomador de decisão trabalhe dentro dos limites cognitivos humanos sem simplificar demais o problema. Além disso, ao decompor o problema de decisão geral, os especialistas podem fornecer avaliações de alternativas em sua área de especialização.
Processo de Gerenciamento de Decisão.
O processo de análise de decisão é representado na Figura 1 abaixo. O processo de gerenciamento de decisão baseia-se em várias práticas recomendadas, incluindo:
Utilizando a técnica matemática de som da análise de decisão para estudos de comércio. Parnell (2009) forneceu uma lista de conceitos e técnicas de análise de decisão. Desenvolver um modelo de decisão mestre, seguido de seu refinamento, atualização e uso, conforme exigido para estudos de comércio ao longo do ciclo de vida do sistema. Usando o pensamento centrado no valor (Keeney, 1992) para criar melhores alternativas. Identificando a incerteza e avaliando os riscos para cada decisão.
O centro do diagrama mostra os cinco objetivos do espaço comercial (listados no sentido horário): Desempenho, Potencial de Crescimento, Programação, Desenvolvimento e Ampliação; Custos de aquisição e custos de sustentação. As dez setas azuis representam as atividades do processo de gerenciamento de decisão e o texto branco dentro do anel verde representa os elementos do processo SE. As interações são representadas pelas pequenas setas verde ou azul pontilhada. O processo de análise de decisão é um processo iterativo. Um problema hipotético de decisão UAV é usado para ilustrar cada uma das atividades nas seções a seguir.
Enquadramento e adaptação da decisão.
Para assegurar que a equipe de decisão entenda completamente o contexto de decisão, o analista deve descrever a linha de base do sistema, limites e interfaces. O contexto da decisão inclui: a definição do sistema, o estágio do ciclo de vida, os marcos de decisão, uma lista de tomadores de decisão e partes interessadas e os recursos disponíveis. A melhor prática é identificar uma declaração de problema de decisão que define a decisão em termos do ciclo de vida do sistema.
Desenvolver Objetivos e Medidas.
Definir como uma decisão importante será difícil. Como Keeney (2002) diz:
As decisões mais importantes envolvem múltiplos objetivos, e geralmente com decisões de múltiplos objetivos, você não pode ter tudo. Você terá que aceitar menos conquistas em termos de alguns objetivos, a fim de alcançar mais em outros objetivos. Mas quanto menos você aceita para conseguir quanto mais?
O primeiro passo é desenvolver objetivos e medidas usando entrevistas e grupos focais com especialistas em assuntos (PMEs) e partes interessadas. Para análise de trade-off de engenharia de sistemas, o valor das partes interessadas geralmente inclui objetivos concorrentes de desempenho, cronograma de desenvolvimento, custo unitário, custos de suporte e potencial de crescimento. Para decisões corporativas, o valor para o acionista também seria adicionado a esta lista. Para o desempenho, uma decomposição funcional pode ajudar a gerar um conjunto completo de objetivos potenciais. Teste esta lista inicial de objetivos fundamentais, verificando que cada objetivo fundamental é essencial e controlável e que o conjunto de objetivos é completo, não redundante, conciso, específico e compreensível (Edwards et al., 2007). A Figura 2 fornece um exemplo de uma hierarquia de objetivos.
Para cada objetivo, uma medida deve ser definida para avaliar o valor de cada alternativa para esse objetivo. Uma medida (atributo, critério e métrica) deve ser inequívoca, abrangente, direta, operacional e compreensível (Keeney e Gregory 2005). Uma característica definidora da análise de decisão multi-objetivo é a transformação do espaço de medida para o espaço de valor. Essa transformação é realizada por uma função de valor que mostra retornos em escala no intervalo de medidas. Ao criar uma função de valor, o ponto de saída na escala de medida (eixo x) deve ser determinado e mapeado para um valor 0 na escala de valores (eixo y). Um ponto de partida é a pontuação da medida onde, independentemente de quão bem uma alternativa desempenha em outras medidas, o tomador de decisão se afastará da alternativa. Ele ou ela faz isso através do trabalho com o usuário, encontrando a pontuação da medida além, em que ponto uma alternativa não fornece nenhum valor adicional, e rotulando-o "estiramento objetivo" (ideal) e, em seguida, mapeando-o para 100 (ou 1 e 10) em a escala de valores (eixo dos e). A Figura 3 fornece as formas de curva de valor mais comuns. O raciocínio para a forma das funções de valor deve ser documentado para rastreabilidade e defesa (Parnell et al., 2018).
A matemática da análise de decisão objetiva múltipla (MODA) exige que os pesos dependam da importância da medida e do alcance da medida (caminhar para o objetivo de estiramento). Uma ferramenta útil para determinar a ponderação prioritária é a matriz de peso balanço (Parnell et al., 2018). Para cada medida, considere sua importância ao determinar se a medida corresponde a uma função definidora, crítica ou habilitadora e considerar a distância entre a capacidade atual e a capacidade desejada; Por fim, coloque o nome da medida na célula apropriada da matriz (Figura 4). A ponderação de maior prioridade é colocada no canto superior esquerdo e atribuiu um peso não normalizado de 100. Os pesos não normalizados estão diminuindo monotonamente para a direita e para baixo da matriz. Os pesos de balanço são então avaliados comparando-os com a medida de valor mais importante ou outra medida avaliada. Os pesos de balanço são normalizados para somar um para o modelo de valor aditivo usado para calcular o valor em uma seção subseqüente.
Gerando alternativas criativas.
Para ajudar a gerar um conjunto criativo e abrangente de alternativas que abrangem o espaço de decisão, considere desenvolver uma tabela de geração alternativa (também chamada de caixa morfológica) (Buede, 2009; Parnell et al., 2018). É uma prática recomendada estabelecer uma estrutura de produto significativa para o sistema e ser relatada em todas as apresentações de decisão (Figura 5).
Avaliando alternativas via análise determinista.
Com os objetivos e as medidas estabelecidas e as alternativas foram definidas, a equipe de decisão deve envolver as PME, equipadas com dados operacionais, dados de teste, simulações, modelos e conhecimento especializado. As pontuações são melhoradas em folhas de pontuação para cada combinação alternativa / medida que documenta a fonte e a lógica. A Figura 6 fornece um resumo das pontuações.
Observe que, além das alternativas identificadas, a matriz de pontuação inclui uma linha para a alternativa ideal. O ideal é uma ferramenta para o pensamento centrado no valor, que será abordado mais tarde.
Sintetizando resultados.
Em seguida, pode-se transformar as pontuações em uma tabela de valores, usando as funções de valor desenvolvidas anteriormente. Um mapa de calor de cores pode ser útil para visualizar compensações de valores entre alternativas e identificar onde alternativas precisam ser melhoradas (Figura 7).
O modelo de valor aditivo usa a seguinte equação para calcular o valor de cada alternativa:
O gráfico de componente de valor (Figura 8) mostra o valor total e a contribuição de medida de valor ponderada de cada alternativa (Parnell et al., 2018).
O coração de um processo de gerenciamento de decisão para análise de trade trade de engenharia de sistemas é a capacidade de avaliar todas as dimensões do valor do acionista e do stakeholder. O gráfico de dispersão do valor das partes interessadas na Figura 9 mostra cinco dimensões: custo unitário, desempenho, risco de desenvolvimento, potencial de crescimento e custos de operação e suporte para todas as alternativas.
Cada alternativa do sistema é representada por um marcador de dispersão (Figura 9). O custo unitário e o valor de desempenho de uma alternativa são indicados pelas posições x e y, respectivamente. O risco de desenvolvimento de uma alternativa é indicado pela cor do marcador (verde = baixo, amarelo = médio, vermelho = alto), enquanto o potencial de crescimento é mostrado como o número de chapéus acima do marcador circular (1 chapéu = baixo, 2 chapéus = moderado, 3 chapéus = alto).
Identificando Incerteza e Realizando Análises Probabilísticas.
Como parte da avaliação, a PME deve discutir a incerteza potencial das variáveis ​​independentes. As variáveis ​​independentes são as variáveis ​​que afetam um ou mais escores; os escores que são pontuações independentes. Muitas vezes a PME pode avaliar um limite superior, nominal e menor assumindo desempenho baixo, moderado e alto. Usando esses dados, uma Simulação de Monte Carlo resume o impacto das incertezas e pode identificar as incertezas que mais têm impacto na decisão.
Acessando o Impacto da Incerteza - Analisando Riscos e Sensibilidade.
A análise de decisão usa muitas formas de análise de sensibilidade, incluindo diagramas de linhas, diagramas de tornados, diagramas de cachoeira e várias análises de incerteza, incluindo simulação de Monte Carlo, árvores de decisão e diagramas de influência (Parnell et al., 2018). Um diagrama de linha é usado para mostrar a sensibilidade ao julgamento do peso balanço (Parnell et al., 2018). A Figura 10 mostra os resultados de uma simulação Monte Carlo de valor de desempenho.
Melhorando as alternativas.
A mineração dos dados gerados para as alternativas provavelmente revelará oportunidades para modificar algumas escolhas de design para reivindicar o valor inexplorado e / ou reduzir o risco. Aproveitar as descobertas iniciais para gerar alternativas novas e criativas inicia o processo de transformação do processo de decisão do "pensamento centrado na alternativa" para o "pensamento centrado no valor" (Keeney, 1993).
Compensações de comunicação.
Este é o ponto no processo em que a equipe de análise de decisão identifica observações fundamentais sobre trocas e as incertezas e riscos importantes.
Apresentando Recomendações e Implementando Plano de Ação.
Muitas vezes é útil descrever a (s) recomendação (s) sob a forma de uma lista de tarefas claramente redigida e acionável, a fim de aumentar a probabilidade de implementação da decisão. Os relatórios são importantes para a rastreabilidade histórica e as decisões futuras. Aproveite o tempo e o esforço para criar um relatório abrangente e de alta qualidade detalhando os resultados do estudo e a justificativa. Considere relatórios de papel estático aumentados com relatórios eletrônicos hiperlinks dinâmicos.
Referências.
Trabalhos citados.
Buede, D. M. 2009. O design de engenharia dos sistemas: modelos e métodos. 2ª ed. Hoboken, NJ: John Wiley & amp; Sons Inc.
Edwards, W., R. F. Miles Jr., e D. Von Winterfeldt. 2007. Avanços na Análise de Decisão: De Fundamentos a Aplicações. Nova York, NY: Cambridge University Press.
ISO / IEC / IEEE. 2018. Sistemas e Engenharia de Software - Processos de Ciclo de Vida do Sistema. Genebra, Suíça: Organização Internacional de Normalização / International Electrotechnical Commissions / Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos. ISO / IEC / IEEE 15288: 2018.
Keeney, R. L. e H. Raiffa H. 1976. Decisões com Múltiplos Objetivos - Preferências e Intervalos de Valor. Nova Iorque, NY: Wiley.
Keeney, R. L. 1992. Pensamento centrado no valor: um caminho para a tomada de decisões criativas. Cambridge, MA: Harvard University Press.
Keeney, R. L. 1993. "Criatividade em MS / OR: pensamento centrado no valor - Criatividade voltada para a tomada de decisões". Interfaces, 23 (3), p.62-67.
Parnell, G. S. 2009. "Análise de decisão em um gráfico", Decision Line, Newsletter do Decision Sciences Institute. Maio de 2009.
Parnell, G. S., P. J. Driscoll e D. L Henderson (eds). 2018. Tomando decisões para engenharia e gerenciamento de sistemas, 2ª edição. Série Wiley em Engenharia de Sistemas. Hoboken, NJ: Wiley & amp; Sons Inc.
Parnell, G. S., T. Bresnick, S. Tani e E. Johnson. 2018. Manual de Análise de Decisão. Hoboken, NJ: Wiley & amp; Filhos.
Referências primárias.
Buede, D. M. 2004. "Em Estudos Comerciais". Actas do 14º Simpósio Internacional do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas, de 20 a 24 de junho de 2004, Toulouse, França.
Kirkwood, C. W. 1996. Tomada de decisão estratégica: análise de decisão multiobjetivo com planilhas. Belmont, Califórnia: Duxbury Press.
Referências adicionais.
Buede, D. M. e R. W. Choisser. 1992. "Fornecer uma Estrutura Analítica para Escolhas de Design de Sistema Chave". Journal of Multi-Criteria Decision Analysis, 1 (1), pp.17-27.
Felix, A. 2004. "Abordagem Padrão para Estudos Comerciais". Procedimentos do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas (INCOSE) Conferência Regional do Atlântico Médio, 2-4 de novembro de 2004, Arlington, VA.
Felix, A. 2005. "Como o gerente do programa Pro-Active (Project) usa um estudo de comércio de engenheiro de sistemas como uma ferramenta de gerenciamento e não apenas um processo de tomada de decisão". Actas do Simpósio Internacional do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas (INCOSE), de 10 a 15 de julho de 2005, Rochester, NY.
Miller, G. A. 1956. "O número mágico sete, mais ou menos dois: alguns limites sobre nossa capacidade de processamento de informações". Revisão Psicológica, 63 (2), p.81.
Ross, A. M. e D. E. Hastings. 2005. "Paradigma de Exploração do Tradespace". Actas do Simpósio Internacional do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas (INCOSE), de 10 a 15 de julho de 2005, Rochester, NY.
Sproles, N. 2002. "Formulação de Medidas de Eficácia". Engenharia de Sistemas ", 5 (4), p. 253-263.
Silletto, H. 2005. "Alguns princípios realmente úteis: um novo olhar sobre o escopo e os limites da engenharia de sistemas". Actas do Simpósio Internacional do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas (INCOSE), de 10 a 15 de julho de 2005, Rochester, NY.
Ullman, D. G. e B. P. Spiegel. 2006. "Estudos de comércio com informações incertas". Actas do Simpósio Internacional do Conselho Internacional de Engenharia de Sistemas (INCOSE), de 9 a 13 de julho de 2006, Orlando, FL.
SEBoK v. 1.9 lançado em 17 de novembro de 2017.
Discussão do SEBoK.
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Módulo de Estudos de Comércio, Engenharia de Sistemas Espaciais, versão 1.0.
Publicado porAdrian Berry Modificado há mais de 2 anos.
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Apresentação sobre o tema: "Módulo de Estudos de Comércio, Engenharia de Sistemas Espaciais, versão 1.0" - Transcrição de apresentação:
1 Módulo de estudos de comércio Engenharia de sistemas espaciais, versão 1.0.
INFORMAÇÃO DE FONTE: O material contido nesta palestra foi desenvolvido por Lisa Guerra, da Direção de Missão de Exploração de Sistemas da NASA, enquanto estava em missão no Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade do Texas em Austin. Como parte de um curso intitulado Engenharia de Sistemas Espaciais, a palestra foi testada na UT-Austin na primavera de 2008. O conteúdo que se segue foi também revisado e editado pelo Dr. Paul Graf, Professor Adjunto da Universidade do Colorado em Boulder.
2 Módulo Propósito: Estudos Comerciais.
Descreva o processo típico de estudo de comércio e mostre um exemplo. Reconheça que os estudos comerciais apoiam a tomada de decisões ao longo do ciclo de vida do projeto. Fornecer algumas técnicas heurísticas de estudo para melhorar a aplicação eo valor dos futuros estudos comerciais. Descreva e forneça uma árvore de comércio - um gráfico de gerenciamento de opções. Nota: Nos materiais do currículo é o papel Design Lunar Lander Conceptual pela Eagle Engineering, 1988 (Eagle_LL_trades_paper. pdf). Este artigo é um bom exemplo de como usar estudos de comércio para informar o design do veículo. Pode-se adicionar a esta palestra como leitura e uma oportunidade de Debate e Pausa para discussão.
3 O que é um estudo de comércio? Um estudo de comércio (ou estudo de trade-off) é uma ferramenta formal que apóia a tomada de decisões. Um estudo de comércio é uma comparação objetiva em relação ao desempenho, custo, cronograma, risco e todos os outros critérios razoáveis ​​de todos os requisitos alternativos realistas; arquiteturas; linhas de base; ou concepção, verificação, fabricação, implantação, treinamento, operações, suporte ou disposição. Um estudo de comércio documenta os requisitos, premissas, critérios e prioridades utilizados para uma decisão. Isso é útil uma vez que novas informações freqüentemente se originam e as decisões são reavaliadas. Definição do estudo de comércio de - Guia de Engenharia de Sistemas e Manual de Sistemas do Espaço e Sistemas de Mísseis (SMC) 2005 (SMC_SE_Primer4-05.pdf)
Estudos de comércio apoiam a tomada de decisões ao longo do ciclo de vida do desenvolvimento Suporte de estudos de comércio: desenvolvimento de requisitos - por exemplo, para resolver conflitos; para resolver TBDs e TBRs Alocações funcionais - por exemplo, desenvolvimento da arquitetura do sistema Síntese do sistema - por exemplo, avaliar o impacto do desempenho alternativo ou alocação de recursos Investigar tecnologias alternativas para redução de riscos ou custos Avaliar as mudanças de projeto propostas Fazer / comprar decisões (ou seja, construir a parte de um novo design ou compra de fontes comerciais e existentes) Fonte: SMC Systems Engineering Primer and Handbook; 2005; Capítulo 2. Recuperar: TBD - a determinar TBR - a ser resolvido.
Definir os objetivos do estudo de comércio Rever os insumos, incluindo as restrições e os pressupostos Escolher os critérios de avaliação e sua importância relativa (estes podem ser qualitativos) Identificar e selecionar as alternativas Avaliar o desempenho de cada opção para cada critério Comparar os resultados e escolher uma opção Documentar o processo de estudo de comércio e seus resultados Consulte os Fundamentos de Engenharia de Sistemas DAU; 2001; Capítulo 12, e Engenharia de Sistemas - Princípios e Prática; Kossiakoff e Sweet; 2003; capítulo 14.
Fonte: DAU Systems Engineering Fundamentals; 2001 capítulo 12.
7 Critérios de avaliação - Medidas (1/2)
Os estudos de comércio dependem de critérios para tomar decisões com base em medidas de eficácia (voz do cliente) e medidas de desempenho (voz do engenheiro). Medida de Eficácia (MOE) - Uma medida de como os objetivos da missão são alcançados. Os MOEs são independentes da implementação - eles avaliam "quão bem" não "como". Exemplo de medidas de eficácia incluem Programa de custo do ciclo de vida, por exemplo, tempo de desenvolvimento, duração da missão Nível de prontidão tecnológica (maturidade do conceito / hardware) Capacidade da tripulação Massa útil Massa NASA Systems Engineering Handbook, 2007, SP-6105; Capítulo 6.
8 Critérios de Avaliação - Medidas (2/2)
Medida de desempenho (MOP) - Uma medida quantitativa que, quando cumprida com a solução de projeto, ajudará a garantir que um MOE para um produto ou sistema será satisfeito. Geralmente, há duas ou mais medidas de desempenho para cada MOE. Exemplo de medidas de desempenho Massa Consumo de energia Impulso específico Consumíveis necessários Tipo de propulsor Ambos MOEs e MOPs são figuras de mérito do sistema; um MOE refere-se à eficácia de uma solução e um MOP é uma medida de um determinado projeto. NASA Systems Engineering Handbook, 2007, SP-6105; Capítulo 6.
Regras do Pulso: Gerencie o número de opções em consideração Revisitar a declaração do problema original Se uma solução de linha de base for estabelecida, use-a como um "padrão" para medir as alternativas. As decisões são freqüentemente feitas com informações imperfeitas. Não fique preso na "paralisia da análise". Decida a profundidade da análise. A decisão se sente bem? Se não, por quê? Conduza ainda os cenários do que-se, mudando os pressupostos. Rejeitar alternativas que não atendam a um requisito essencial. Ignore critérios de avaliação que não discriminem entre alternativas. Os negócios são geralmente subjetivos; Os resultados numéricos geralmente dão uma falsa sensação de precisão. Se uma aparente opção preferida não for decisivamente superior, é necessária uma análise mais aprofundada. Veja Kossiakoff e Sweet; op cit; capítulo 14.
10 Exemplo de estudo de matrícula de matriz de decisão.
Figura Exemplo Matriz de Decisão; Manual de Engenharia de Sistemas da NASA; 2007 Solução Preferida.
11 Exemplo de matriz de decisão qualitativa para um estudo de comércio de controle térmico lunar.
Características Fluido de fase única Fluido de duas fases Segurança da tubulação de calor: (3) Pressão de operação Baixa Alta Baixa-média Segurança: Toxicidade Fluente Dependente Inflamabilidade Confiabilidade (1) Justo Desempenho: (2) Complexidade de custos de bombeamento: (4) Controles Complexidade complexa nominal simples: (5) Difusão de fabricação Comparação é para um rover pressurizado lunar. Com base em um relatório da Eagle Engineering: "Lunar Surface Transportation Systems Conceptual Design", 1988.
12 Faça uma verificação de realidade na seleção provisória.
Perguntas chave a fazer: os requisitos e os constrangimentos foram verdadeiramente cumpridos? A seleção provisória é fortemente dependente de um determinado conjunto de valores e pressupostos de entrada, ou ele se mantém sob uma gama de valores de entrada razoáveis ​​(isto é, é "robusto")? Existem dados suficientes para fazer backup da seleção tentativa? Os métodos de medição são suficientemente discriminantes para ter certeza de que a seleção tentativa é realmente melhor do que as alternativas? Se houver resultados próximos, é necessária uma análise mais aprofundada? Os aspectos subjetivos do problema foram totalmente abordados? Teste a robustez da decisão. A seleção tentativa é muito sensível a um desempenho ou restrição estimado? Em caso afirmativo, explore o intervalo razoável total de cada variável de desempenho para entender o domínio onde a sua tentativa de seleção é apropriada.
13 Trade Trees Uma árvore de comércio é um método gráfico de captura de alternativas com variáveis ​​múltiplas. Cada camada da árvore representa algum aspecto do sistema que será tratado em um estudo de comércio para determinar a melhor alternativa. Algumas alternativas podem ser eliminadas (ou 'podadas') a priori devido à viabilidade técnica, ao lançamento de restrições de veículos, custo, risco ou algum outro fator de desqualificação. O número total de alternativas é dado pelo número de pontos finais da árvore. Mesmo com apenas algumas camadas, o número de alternativas pode aumentar rapidamente, de modo a gerenciar seus números. Veja o Manual de Engenharia de Sistemas da NASA; 2007; Capítulo 6.8.
14 Arranjo de nível superior - Exemplo para Marte.
1988 "Mars Expedition" 1989 "Mars Evolution" Ž 1990 "90 dias de estudo" 1991 "Synthesis Group" 1995 "DRM 1" 1997 "DRM 3" 1998 "DRM 4" "1999" Dual Landers "" Zubrin, et. al * • Borowski, et. al 2000 SERT (SSP), 2002 NEP Art. Gravidade 2001 DPT / NEXT M MSFC MEPT M MSFC NTP MSA Exploração Humana de Marte Pacote de Decisão 1 Longo vs Curto Tipo de Missão Conjunção Classe Longa Superfície Estão Classe de Oposição Superfície Curta Estada Caso Especial 1-ano ida e volta ƒ Implantação de Carga Pré-Implante Tudo - up pré-implantação Método de captura de Marte total Aerocaptura Aerocaptura Propulsiva Aerocaptura Propulsiva Aerocaptura Propulsiva Propulsive Mars Subida Propelente Exemplo de missão com tripulação de Marte neste slide (do Grupo de Trabalho de Avaliação Marte 2007, estudo da NASA) Nota: as linhas destacadas em vermelho e azul são o comércio opções de árvores em consideração pelo Constellation Program Office. Definição de termos-chave: pré-desdobrar - dividir a transferência da tripulação e da carga em veículos separados, com a carga e o depósito que chegam antes da tripulação, ou seja, ativos pré-implantados. All-up - a tripulação e toda a transferência de carga da missão para Marte na mesma oportunidade de missão. Eles chegam a Marte ao mesmo tempo. ISRU - Utilização de recursos in situ. Essa opção de comércio envolve a conversão de solo marciano ou atmosfera em propelente viável, como oxigênio ou metano. O uso de propulsores isru reduziria a quantidade de massa de carga da Terra. Uma árvore comercial é uma representação de todas as alternativas de estudo concorrentes. À medida que o estudo de comércio progride, os ramos da árvore comercial que contenham alternativas não atraentes serão "podados", e maiores detalhes em termos de design do sistema serão adicionados aos ramos que merecem mais atenção. ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU ISRU Sem ISRU Propulsão Interplanetária (sem híbridos na Fase 1) NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Química Química Elétrica NTR Química Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Elétrica Química Química Elétrica NTR Química Elétrica NTR Elétrica Elétrica Química Elétrica NTR Elétrica Elétrica NTR Química Elétrica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 "" • • Ž, Œ M2 M2 M2 M1 M1 '' M1 M2 M2 NTR - Nuclear Térmico Rocket Electric = Solar ou propulsão elétrica nuclear.
16 Exemplo: Análises de opções de comércio de trânsito Terra-Lua.
Medida chave do desempenho: massa Este gráfico de exemplo mostra o nível de análise para uma medida-chave de desempenho, massa, para a árvore comercial no gráfico anterior. 5 das opções na árvore estão em consideração, e estes são os resultados comparativos. DRM representa a missão de referência de design (a solução preferida) em relação ao qual outras opções de árvore são comparadas. Apresentações: TEI - injeção trans-terra (manobra propulsiva) TLI - injeção trans lunar (manobra propulsora 1 e 2) IMLEO - massa inicial em baixa órbita terrestre DRM - missão de referência de projeto (a linha de base para comparar) LO - órbita lunar L1 - Terra O ponto de libração da lua OM, SH, EV - são as várias partes do veículo (massa seca, ou seja, nenhum propelente no veículo)
17 Considerações adicionais para estudos de comércio e discussão de classe.
Com base em Observações da Universidade do Texas em Austin Senior Mission Design Class, 2007 (Departamento de Engenharia Aeroespacial)
Pressupostos Os estudos de comércio são baseados em premissas feitas pela equipe. Exemplos de hipóteses de condução: a suposição do tamanho da tripulação impulsiona a quantidade de consumíveis e a viabilidade de um ECLSS aberto contra ECLSS parcialmente fechado. A suposição de duração da missão impulsiona a quantidade de energia necessária que, por sua vez, impulsiona a escolha do subsistema de energia. O local de destino na lua impulsiona os requisitos delta-v, que, por sua vez, conduz o melhor subsistema de seleção e propulsão da órbita. Alterar os pressupostos dentro do estudo de comércio permite que a equipe realize uma análise "o que é o caso". Permite que a equipe compreenda a integridade da alternativa de design selecionada Mostra a importância dessa assunção. Abreviações: ECLSS - Sistema de controle ambiental e vida.
Ambiente de missão O espaço comercial para alternativas de subsistema é muitas vezes definido pelo ambiente espacial para a missão. Por que usar RTGs quando a missão é em 1 UA ou na Lua. Quando utilizamos RTGs? Para missões em espaço profundo onde a intensidade solar é menor. Tipos de controle térmico - necessidade de considerar a temperatura de operação extremos Tipos de encontro e 'desembarque' com NEO - necessidade de entender a órbita, a rotação e a composição conhecida do asteróide Às vezes, o pior do ambiente espacial, como um evento de partículas solares ( SPE) para radiação, podem ser evitadas por soluções operacionais em vez de soluções de design, ou seja, realizar a missão durante o mínimo do ciclo solar ou usar satélites de sentinela de alerta precoce. Missões lunares - o seu sistema opera em um local ou região particular (como Apolo em latitudes equatoriais) ou em sites globais dependendo da missão específica? Abreviações: RTGs - Gerador termoelétrico de radioisótopos AU - unidade astronômica NEO - Objeto Próximo à Terra.
Importância da informação para cada análise de estudo de comércio alternativo deve usar informações relevantes. As informações estranhas podem distrair o tomador de decisão. Exemplo de "Materiais": as características do material, como a resistência à tração e a proporção de Poisson, realmente são importantes no processo de seleção. Ao considerar tantas alternativas materiais, o patrimônio foi considerado como um fator de design, ou seja, esse material foi levado em missões espaciais anteriores? Caso contrário, qual é o custo do seu projeto para trazer essa tecnologia para o status de vôo? Você violou um dos seus pressupostos originais do escopo da missão de usar a tecnologia de ponta atual? Ao considerar alternativas materiais, outros fatores correlacionados foram incluídos, o que encurtaria o espaço comercial para começar, como o impacto do material na proteção contra radiação; Use para uma embarcação de pressão versus struts de aterragem.
Estudo de comércio versus design de nave espacial É realmente necessário um estudo de comércio? Exemplo de cápsula de carga: o design estrutural da cápsula não é um comércio. Os critérios de avaliação são as características do projeto; O patrimônio é uma informação de referência para o trabalho de design real. Exemplo de veículo sísmico: dois conceitos existentes em relação à determinação de quais características são mais valiosas para o projeto da equipe incluir o exemplo do habitat de Marte: quais são os requisitos de comunicação para a missão (voz, vídeo, etc.) = & gt; quantidade de largura de banda a especificar para o subsistema de comunicação. O que faz com que uma missão bem sucedida? A resposta define quais trades são de maior importância e podem gerar negócios adicionais. Tempo máximo de exploração superficial = & gt; potência robusta e monitoramento de órbita NEO preciso do ECLSS para X anos = & gt; método de rastreamento entrega de carga de 1 semana = & gt; lançamento de disponibilidade de veículos e plano de missão.
Os estudos de comércio são ferramentas comuns de apoio à decisão que são usadas ao longo do ciclo de vida do projeto para capturar e ajudar a avaliar alternativas. As etapas no processo de estudo de comércio são: Definir os objetivos do estudo comercial Rever os insumos, incluindo as restrições e os pressupostos Escolher os critérios de avaliação e sua importância relativa Identificar e selecionar as alternativas Avaliar o desempenho de cada opção para cada critério Comparar os resultados e escolha uma opção Documentar o processo de estudo de comércio e seus resultados As árvores de comércio são ferramentas gráficas que ajudam a gerenciar opções multi-variáveis.
23 Back-up Slides for Trade Studies Module.
24 Estudos de comércio O método de engenharia de sistemas baseia-se na tomada de decisões de design pelo uso de estudos comerciais. Estudos de comércio são necessários quando o sistema é complexo e há mais de uma abordagem de design. Estudos de comércio envolvem a comparação de alternativas Bom para explorar uma série de alternativas diferentes As alternativas devem ser comparadas com o mesmo nível de detalhe. A chave é para características a serem avaliadas em relação a outras abordagens de estudo de comércio: Comparando vantagens e desvantagens de várias alternativas; pode ser qualitativo. Usando um sistema de classificação formal baseado em múltiplos critérios e um sistema de ponderação; quantidade aproximada. A definição precoce do escopo mantém os escritores de requisitos divergentes, reduz as inconsistências dos requisitos e mantém a GRANDE IMAGEM em vista. Também reduz o tempo necessário para a escrita e reescrita de requisitos e reduz os debates. A definição do escopo evita que você perca de vista as restrições importantes, bem como as necessidades do cliente.
Objetivo do Estudo • Resolver um Problema • Realizar Análise de Decisão • Realizar Análise de Alternativas (Análise Comparativa) Escopo do Estudo • Nível estadual de detalhamento do estudo • Suposições Estaduais • Identificar Influenciar requisitos e restrições Comércio Descrição do Estudo • Descrever os Estudos Comerciais a serem Realizados • Os Estudos Planejados para Fazer Distintos entre os Conceitos, Requisitos do Usuário, Arquiteturas do Sistema, Design, Programação, Funcional, Requisitos de Desempenho e Custos do Ciclo de Vida • Descreva a Metodologia do Comércio a Ser Selecionada • Descreva os Objetivos Técnicos • Identifique Requisitos e Restrições • Resuma o Nível de Detalhe da Abordagem analítica de análise • Identificar soluções de candidatos a serem estudadas / comparadas • Medir o desempenho o Desenvolver modelos e medidas de mérito o Desenvolver valores para candidatos viáveis ​​• Critérios de seleção - risco, desempenho e custo são geralmente arrendados três dos fatores • Pontuação o Medidas de resultados a serem comparadas com cri ponderados refletindo a sua importância relativa no processo de seleção Análise de sensibilidade resultados de negócios • Selecione o conceito de usuário / operacional • Selecione a arquitetura do sistema • Requisitos de derivação o Execução de estudos de comércio para determinar abordagens funcionais alternativas para atender aos requisitos o Exibições funcionais alternativas o Alocações de requisitos • Derivar Técnico / Soluções de Design • Resultados da Análise de Custos • Resultados da Análise de Risco • Compreender o Espaço de Comércio Fonte: Manual e Manual de Engenharia de Sistemas SMC, 2005 (SMC_SE_Primer4_05.pdf)
26 Decisões a Fazer Antes de Iniciar um Estudo de Comércio.
O sucesso foi definido? Quais negociações precisam ser feitas e em que fase do projeto? Para cada comércio, quais critérios serão utilizados e quais são seus pesos relativos? Quão profunda será a análise? Profundo o suficiente para tomar uma decisão com confiança, mas não mais profundo. Critérios para fazer um estudo de comércio? O estudo de comércio mais fácil de fazer é aquele que não precisa ser feito. Não faça um estudo de comércio apenas porque você pode.
27 Ensaios de estudo de processo de estudo comercial:
Definir Critérios de Avaliação / Fatores de Ponderação Insumos do Estudo: Restrições Ops Conceito Requisitos existentes Suposições Planos e documentos relevantes Determinar Escopo do Estudo Comercial Avaliar Alternativas Contra Critérios Realizar Análises de Sensibilidade RESULTADOS DO ESTUDO COMERCIAL Dados - gráficos Abordagem recomendada Benefícios Posição de risco resultante Resumo dos resultados Resumo da abordagem Referência: Manual de Engenharia do Sistema NAS. Versão 3.0; 30/09/04 (efetuou edições) No final do processo, as seguintes questões devem ser consideradas: os objetivos / objetivos e restrições foram atendidos? A seleção tentativa é robusta? É necessário mais refinamento analítico para distinguir entre alternativas? Os aspectos subjetivos do problema foram abordados? Do gráfico de processo do Manual da NASA SE, página 59 Gerar soluções alternativas viáveis ​​Criar árvore de comércio.
Estudo de comércio focado Fase I Requisitos de análise Ambientes de design Tecnologias do subsistema Estimativa de massa Referência "Pseudo-Apollo" Missão de referência de linha de base Variações arquitetônicas Solução de 2 lançamentos Solução de 3 lançamentos Restrição de lançamento de 25mt CEV / lander inicial acoplado em LEO Aerocaptura de passagem única, desorbitação e capacidade de desembarque de terra Variações paramétricas Propulsores alternativos. Fontes alternativas de energia. Variação na carga útil de retorno Variação da carga útil entregue para a superfície lunar Toda a equipe parcial versus parcial para a superfície lunar Reduzir o tamanho da equipe para 2 Aumentar o tamanho da tripulação para 6 Alterar o tempo entre os lançamentos (7 a 30 dias) Reduzir o tempo de permanência da superfície lunar para 3 dias Aumentar superfície lunar tempo de permanência para 14 dias Efeitos da eliminação da contingência de CEV Requisito de EVA Efeito de massas de proteção de radiação suplementar Análises de sensibilidade Variação arquitetônica Órvão lunar Rendezvous de CEV / lander.
Projeto de Missão Referência Operações Conceito Terremoto Etapa de Partida Expendida MOON LEO 407 km Continuar Missões Exitadas CEV Reutilizadas? L1 (
322,000 km) TERRA 4 semanas Órbita lunar baixa Kick Stage Módulo do serviço de desembarque de água gasto Expendido 900 800 1000 1100 1200 1300 Tempo de voo de 4 dias Tempo de voo de 5 dias Tempo de voo de 3 dias Massa inicial em LEO Números-chave de mérito Segurança Número de críticas Eventos Missão Complexidade Abortar Opções Equipa Tempo Tecnologia Risco Probabilidade de lançamento sucesso Etc. Eficácia Massa total Massa seca Massa Tempo Etc. Extensibilidade Longo Estada Marte Outros destinos.
30 Negócios de Acessibilidade Os estudos de comércio são o cerne do processo de acessibilidade, e suas soluções são muitas vezes representadas em um espaço de comércio multidimensional delimitado por um elemento de custo e por um ou mais parâmetros de desempenho. A figura acima ilustra um espaço de comércio simplificado e bidimensional com uma trama que conecta alternativas de design candidato. (Na vida real, as alternativas mostradas podem não estar prontamente conectadas porque seus atributos não são ortogonais, mas ajuda a ordená-los, estabelecendo quais alternativas oferecem apenas melhoria marginal de desempenho com despesas de custo relativamente grandes.) Um espaço comercial multidimensional pode seja substituído para mostrar a interação de drivers de custos múltiplos, incluindo desempenho, cronograma e risco. As soluções (pontos de dados) na extrema esquerda do espaço comercial podem mostrar alternativas que parecem atraentes de uma perspectiva de custo, mas que podem não satisfazer até mesmo o desempenho do limite (mínimo exigido). Da mesma forma, os pontos de dados na extrema direita podem ser alternativas que excedam o limiar limite de custo, apenas para proporcionar desempenho além do requisito, o que não é justificado. O espaço comercial global é definido pelos parâmetros de desempenho objetivo e limiar, bem como pelos valores de custo objetivo e limite. Se alternativas suficientes podem ser comparadas, sua relação pode indicar uma curva que pode detectar o "joelho" ou o ponto de retorno decrescente, ou seja, quando uma ligeira melhoria de desempenho incorre em um aumento de custo inaceitável. Os negócios de custo de desempenho inicial podem ser limitados aos Requisitos de Condução Chave (KDR) para se concentrar nos drivers de custo primário e para validar (ou desafiar) os principais requisitos com base na acessibilidade.
Equipe de vários centros avaliou possíveis opções de comércio de conceito de missão em torno de dois cenários de missão lunar largos LMS-1 - acesso global, a superfície de 7 dias permanece LMS-2 - acesso ao pólo sul, a superfície do dia permanece o rastreio de tecnologias inovadoras conduzidas para aplicabilidade às Espirais 1 e 2 A árvore de comércio definida para cada LMS serviu de base para a identificação de opções de comércio. A seleção inicial de seleção de grandes ramos de árvores comerciais foi realizada para: Estabelecer dados / raciocínio para conceitos de missão potencialmente inviáveis. Fornecer foco em opções de comércio a serem analisadas com mais detalhes. Análise de inúmeros comércios e opções conduzidos LMS-1: 10 opções comerciais + alternativas LMS-2: 13 opções comerciais + alternativas LMS Trade Tree Definição Trade Option Analisa as análises de sensibilidade.
33 opções de design ECLSS para um Lunar Rover.
Factor de design Opção 1 Opção 2 Opção 3 Recuperação Aberta Parcialmente fechada Totalmente fechada Consumíveis Não regenerado Base regenerada Veículo regenerado O2 Carry all Carry part; Recolher parte de CO2 e H2O CO2 Absorver, despejar Absorvir, transportar de volta à base Regenerar no veículo H2O Condensar e transportar ou sublimar Eletrólise no veículo Resfriamento Sublimador Perdas do radiador O2 e H2O Apenas perca água para refrigeração por sublimador; O2 é recuperado na base. Nada é comparado para um rover pressurizado lunar. Com base em um relatório da Eagle Engineering: "Lunar Surface Transportation Systems Conceptual Design", 1988.
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INCOSE International SymposiumVolume 24, edição 1, versão do registro on-line: 31 de outubro de 2018.
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Publicado pela primeira vez: julho de 2018 Histórico completo de publicação DOI: 10.1002 / j.2334-5837.2018.tb03151.x Ver / salvar citação Citado por (CrossRef): 0 artigos Verifique se há atualizações.
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Edição on-line: 31 de outubro de 2018 Versão do registro on-line: 31 de outubro de 2018.
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