برآورد سطح آمادگی سیستم در سامانۀ برقی صندلی پرّان یک جنگنده با استفاده از ماتریس ساختار طراحی و سطح آمادگی یکپارچه‌سازی

مقدمه

مهم‌ترین ویژگی دنیای امروز را سرعت تحولات تکنولوژی دانسته‌اند که این موضوع با تغییر در قلمرو به‌کارگیری تکنولوژی همراه است (نخعی‌نژاد و صفاری، 1398). تکنولوژی به‌عنوان محرکی حیاتی، اهداف عملکردی و تصمیم‌گیری بهتر هر کسب‌وکار را در یک شکل بهنگام تسهیل می‌کند (انصاری و همکاران، 1395). درک مناسب از آمادگی تکنولوژی یا فنّاوری در تصمیم‌گیری‌هایی برای ورود، توسعه و ادغام فنّاوری‌های جدید در پروژه‌های مهندسی پیچیده، بسیار مهم است (سوزر و همکاران، 2008)[i]. پرکاربردترین ابزار برای ارزیابی آمادگی یک فنّاوری، مقیاس سطح آمادگی فنّاوری[ii] (TRL) است (باکی، 2017)[iii]. در دهۀ 1980، ناسا برای ارزیابی خطرهای مرتبط با توسعۀ فنّاوری، سطح آمادگی فنّاوری (TRL) را در هفت سطح بیان کرد. در دهۀ 1990، این شاخص ارزیابی به نُه سطح موجود امروزی تبدیل شد و به‌طور گسترده‌ای در سراسر ناسا به‌عنوان شاخص نظام‌مند اندازه‌گیری منظم به کار رفت تا بلوغ یک فنّاوری خاص را ارزیابی و امکان مقایسۀ مداوم بلوغ بین انواع مختلف فنّاوری‌ها را فراهم کند. با توجه به کاربردهای عملی این مفهوم، در سال 1999، وزارت دفاع امریکا (DOD) یک مفهوم TRL مشابه را برای خود در نظر گرفت. در حالی که استفاده از TRL هم در ناسا و هم در وزارت دفاع مشابه است، در تفسیر TRL در این دو سازمان، تفاوت اندکی وجود دارد؛ برای مثال، ناسا بیان می‌کند که فنّاوری‌ها باید تا TRL 6 و قبل از انجام‌دادن یک مأموریت، مسئولیت این فنّاوری را بر عهده بگیرند و به بلوغ برسند (شیشکو و همکاران، 2004)[iv] و وزارت دفاع ایالات متحده اعلام کرد که فنّاوری باید پیش از آنکه در یک برنامۀ سیستم تسلیحاتی گنجانده شوند، به TRL 7 دست یابند (سوزر و همکاران، 2006).

البته در مراجع مختلف بیان شده است که بین «آمادگی» سیستم و «بلوغ» سیستم باید تمایز قائل شد. براساس یکی از این پژوهش‌ها، در تمایز بین بلوغ و آمادگی، این نکته وجود دارد که سیستمی که در زمینه‌ای بالغ تلقی می‌شود، ممکن است آمادگی کافی برای عملکرد در یک محیط متفاوت را نداشته نباشد (اسمیت، 2005)[v] و براساس پژوهشی دیگر، از «بلوغ» به‌عنوان بخشی از تعریف «آمادگی» استفاده می‌شود و از این‌رو، بین دو اصطلاح، ارتباط وجود دارد (کانگز و همکاران، 2015)[vi].

براساس مطالب بیان‌شده، وقتی TRL از سطح یک فنّاوری منحصربه‌فرد به بستر یک سیستم منتقل شود، ممکن است مجموعه‌ای از ارتباطات جامع‌تر شکل بگیرد و همچنین، ملاحظات مربوط به یکپارچه‌سازی، قابلیت همکاری و پایداری ازمنظر سیستم‌ها در یک محیط عملیاتی به همان اندازه مهم تلقی می‌شود. برای رفع نگرانی‌های مربوط به سطح سیستم عملیاتی، مفهوم سطح آمادگی سیستم[vii] (SRL) در اینجا ارائه شده است که شامل مفهوم فعلی مقیاس TRL و در عین حال، شامل مفهوم سطح آمادگی ادغام یا یکپارچه‌سازی[viii] (IRL) برای محاسبۀ پویای یک شاخص SRL است؛ بنابراین، از آنجا که TRL فقط به ارزیابی بلوغ یک فنّاوری خاص توجه می‌کند و اگر چند تکنولوژی در کنار هم، یک سیستم را به وجود بیاورد، دیگر TRL پاسخگو نیست، رویکرد جدیدی برای بررسی سطح بلوغ و آمادگی سیستم به نام SRL شکل گرفت؛ البته گفتنی است پیش‌نیاز SRL، سطح آمادگی یکپارچه‌سازی (IRL) است؛ زیرا تکنولوژی‌های منحصربه‌فرد با ادغام با یکدیگر، سیستم را تشکیل می‌دهد. شکل شمارۀ 1، این واقعیت را نشان می‌دهد که فنّاوری‌ها به‌صورت جداگانه وجود ندارند؛ بلکه با رابط‌ها در معماری سیستم به یک متصل می‌شوند. در این پژوهش، درابتدا، هر کدام از این شاخص‌ها معرفی مختصری شد و سپس با بهره‌گیری از پژوهش‌های قبلی (یاسری، 2013)[ix]، فرایند برآورد SRL گسترش و توضیح داده شد؛ سپس با مطالعه‌ای موردی، سطح آمادگی سیستم برقی یک صندلی پرّان تخمین زده شد.

شکل 1- ارتباط TRL، IRL و SRL (سوزر و همکاران، 2006)

2- پیشینۀ پژوهش

تاکنون، روش‌های مختلفی برای محاسبۀ SRL بررسی شده است که برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از: 1- روش SysDML (SSRL) (سوزر و همکاران 2008)؛ 2- نظریۀ گراف GTSRL (گرت و همکاران 2011)[x] و 3- روش TASRL (مک کانکی و همکاران 2013)[xi]. روش SSRL از ضرب یک بردار TRL در یک ماتریس IRL به دست می‌آید. ابتدا، مقادیر TRL و IRL با تقسیم بر عدد 9 از حالت گسسته به حالت پیوسته تبدیل می‌شود؛ سپس این مقادیر در هم ضرب می‌شود تا یک بردار جدید حاصل شود، یک عامل نرمال‌سازی K اعمال و درنهایت، SSRL با میانگین بردار حاصل محاسبه می‌شود. نقص روش SSRL این است که این روش، توانایی محاسبۀ گوشه‌های جهت‌دار یا حلقه‌های دارای رئوس به خود بازگشت (ارتباطات دوطرفه) را ندارد. روش GTSRL، بردار TRL و ماتریس IRL را به روش تقریباً یکسان با روش SSRL تولید می‌کند؛ ولی سه تفاوت دارد: 1- تبدیل از حالت کیفی به کمّی در این روش متفاوت است؛ 2- ماتریس IRL در این روش با روش SSRL متفاوت است و 3- این روش، توانایی محاسبۀ گوشه‌های جهت‌دار و راس‌های دارای بازگشت به خود را ندارد (گرت و همکاران، 2011 و مک کانکی، 2013). روش TASRL به‌علت ضعف در محاسبات SSRL و GTSRL (ضرب ترتیبی ماتریس TRL و IRL محاسبات نادرستی از SRL نتیجه می‌دهد) به وجود آمده است. در این روش از مجموع جبر راسی و حداقل مقدار استفاده می‌شود. عملیات جمع جبری راسی، ⊗، مجموعۀ معینی از اعداد است. عملیات حداقل مقدار، ⨁، کمترین مقدار مجموعه‌ای از اعداد را نشان می‌دهد. با استفاده از این عملیات ریاضی، TASRL به روش مک کانکی و همکاران (2013) محاسبه می‌شود. فرم ریاضی محاسبات در جدول شمارۀ 1 آمده است. برای کسب اطلاعات بیشتر از چگونگی محاسبۀ روش‌های مذکور به مقالات ارجاع داده‌شده مراجعه شود.

جدول 1- روش محاسبۀ مدل SRL و فرم‌های معادلۀ استاندارد

در پژوهش‌های دیگر (یاسری، 2013 و یاسری و بهایی، 2018) ابتدا، روش میانگین خطا برای محاسبۀ SRL معرفی شد و سپس با یک رویکرد مهندسی سیستم و مطالعه‌ای موردی از یک سیستم زیر دریا بسط و گسترش پیدا کرد. پژوهش حاضر نیز از این روش (روش میانگین خطا) استفاده کرده است که بهترین روش شناخته‌شده تا بدین‌لحظه است و کمترین اختلاف را با مقدار واقعی SRL دارد؛ با این تفاوت که سیستم مدنظر، بسیار پیچیده‌تر است و همچنین، کلیّۀ ارتباطات یک‌طرفه یا دوطرفه بین اجزای زیرسیستم‌ها با هم در نظر گرفته شده است؛ در حالی که در پژوهش‌های پیشین، برای سادگی کار فقط از ارتباطات یک‌طرفه بین اجزای مختلف استفاده شده بود.

3- مبانی نظری

در این قسمت، مواردی از مبانی نظری پژوهش بررسی شده‌ است. ازجملۀ این موارد، مباحث مربوط به سطح آمادگی فنّاوری، سطح آمادگی یکپارچه‌سازی و سطح آمادگی سیستم است.

1-3- شاخص سطح آمادگی سیستم

مهندسی سیستم، فرایندی تلفیقی از توسعه و بهره‌برداری از یک سیستم در دنیای واقعی است که به شیوه‌ای تقریباً بهینه، طیف کاملی از نیازهای یک سیستم را برآورده می‌کند (یاسری و همکاران، 2018 الف و یاسری و همکاران 2018 ب). سطح آمادگی سیستم (SRL) شاخص بلوغ اعمال‌شده در مفهوم سطح سیستم با هدف مرتبط‌کردن این شاخص با مدیریت مهندسی سیستم‌های مرتبط است و نشان می‌دهد سیستم در کدام یک از فازهای توسعه، بهره‌برداری یا موارد دیگر قرار دارد. این ادعا وجود دارد که SRL یک سیستم معین، تابعی از TRLهای منحصربه‌فرد و بلوغ ارتباطاتی بین آنهاست که براساس مقیاسی از سطوح آمادگی یکپارچه‌سازی تعریف می‌شود. برای درک پویاییSRL  ابتدا، رابطۀTRL  و IRL و چگونگی استفاده از آنها برای تبدیل توصیف کیفی به سطوح بلوغ کمّی معرفی می‌شود.

1-1-3- سطح آمادگی فنّاوری

نکتۀ اصلی دربارۀ مقیاس TRL این است که فقط بلوغ یک فنّاوری را به‌صورت منحصربه‌فرد ارزیابی می‌کند. همانگونه که از تعاریف مختلف در جدول شمارۀ 2 مشخص است، TRL، یک فنّاوری را از اصول اولیه تا ارزیابی مفهوم ازطریق اعتبارسنجی، سپس نمایش نمونۀ اولیه و درانتها، با انجام‌دادن عملیات و مأموریت موفقیت‌آمیز بررسی می‌کند. این خصوصیات در توسعۀ فنّاوری بسیار مفید است؛ اما دربارۀ چگونگی یکپارچه‌سازی این فنّاوری در یک سیستم کامل اطلاعاتی نمی‌دهد. ادعای ما این است که بیشتر سیستم‌های پیچیده در نقاط ادغام (یکپارچه‌سازی) شکست می‌خورند.

جدول 2- روش اندازه‌گیری سطح بلوغ و آمادگی فنّاوری (حسینی مونس و کیا، 1395)

با بررسی جدول شمارۀ 1، یک مسیر توسعۀ سیستم مرحله‌ای (فازی) و تکامل TRL نیز تشخیص داده می‌شود؛ اما نکتۀ مهم این است که ممکن است ازحیث نظریه در توسعۀ فنّاوری و سیستم، مسیرها موازی باشد؛ اما مسیرهای یکپارچه‌ای نیست.

2-1-3- سطح آمادگی یکپارچه‌سازی

در حالی که TRL معیاری برای توصیف وضعیت بلوغ مؤلفه‌ها و اجزا ارائه می‌دهد، هنوز باید به دنبال ابزاری برای توصیف یکپارچه‌سازی، یعنی چگونگی ارتباط مؤلفه‌ها با یکدیگر باشیم (یاسری و بهایی، 2018)[xii]. IRL به‌عنوان شاخص نظام‌مندی از روابط متقابل سازگار برای فنّاوری‌های مختلف و مقایسۀ مداوم بلوغ بین نقاط یکپارچه‌سازی TRL تعریف می‌شود. ما با استفاده از IRL، بلوغ یکپارچه‌سازی یک فنّاوری در حال توسعه را با یک فنّاوری دیگر در حال توسعه یا بالغ بررسی می‌کنیم. علاوه بر این، IRLها علاوه بر ایجاد امکان بررسی یک فنّاوری در مقیاس آمادگی یکپارچه‌سازی، مسیری را برای بهبود ادغام با سایر فنّاوری‌ها فراهم می‌کند. از آنجا که TRL برای ارزیابی خطر مرتبط با فنّاوری‌های در حال توسعه استفاده شده، IRL برای ارزیابی خطر ادغام و یکپارچه‌سازی طراحی شده است. این شاخص علاوه بر آنکه خصوصیات فیزیکی یکپارچه‌سازی، مانند رابط‌ها یا استانداردها را دربرمی‌گیرد، باید تعاملات، سازگاری، قابلیت اطمینان، قابلیت کنترل، کیفیت، عملکرد و... را در زمان ادغام دو قطعه نیز در نظر بگیرد. جدول شمارۀ 3، شامل فهرستی از شاخص‌های IRL و تعاریف مرتبط با آنهاست.

جدول 3- سطوح آمادگی یکپارچه‌سازی (ادغام) (سوزر و همکاران، 2006)

3-1-3- سطح آمادگی سیستم

SRLها نشانه‌هایی در طول مسیر چرخۀ عمر دستیابی به هدف سیستم است که اطلاعات مفیدی را برای مدیران برنامه دربارۀ پیشرفت آمادگی سیستم در سطح زیرسیستم یا کل سیستم فراهم می‌کند (لندن و همکاران، 2014)[xiii]. جدول شمارۀ 4، مقیاس SRL را تعریف می‌کند که سطح بلوغ اجزا و قابلیت همکاری کل سیستم، ازجمله ادغام با محیط را در درون خود دارد.

جدول 4- سطوح آمادگی سیستم(لندن و همکاران، 2014)

4- روش‌شناسی پژوهش و معرفی مدل پیشنهادی

این پژوهش ازلحاظ هدف، کاربردی و ازنظر شیوۀ گردآوری اطلاعات از نوع عملیاتی و میدانی است؛ از این‌رو، جمع‌آوری اطلاعات و داده‌ها بعد از مراحل آزمایش و ارزیابی و ازطریق آزمایش‌ها و عملیات‌های کاربردی حاصل شده است. برای تجزیه‌وتحلیل و توصیف بهتر اطلاعات گردآوری‌شده، روش‌های معماری سیستم (دو روش) بلوک دیاگرام و ماتریس ساختار طراحی به کار رفته است.

شکل شمارۀ 2، گام‌های مدل را برای تعیین سطح آمادگی سیستم برای سامانه نشان می‌دهد. در این مدل، ابتدا TRL بخش‌های بحرانی تعیین می‌شود؛ سپس براساس بلوک دیاگرام و ماتریس ساختار طراحی و تحلیل تبادلات،SRL سیستم محاسبه می‌شود.

شکل 2- گام‌های مدل پیشنهادی

1-4- ارزیابی آمادگی فنّاوری برای شناسایی عناصر بحرانی

فرایند ارزیابی آمادگی فنّاوری^[xiv] (TRA) برای شناسایی عناصر فنّاوری بحرانی^[xv] (CTEs) استفاده می‌شود. TRA، فرایندی نظام‌مند و مبتنی بر شواهد است (آستین و یورک، 2015)[xvi] که بلوغ CTE را ارزیابی می‌کند. مؤلفۀ فنّاوری، زمانی «بحرانی و حیاتی» است که سیستم به آن وابسته باشد تا نیازهای عملیاتی خود را برآورده کند؛ بنابراین، اگر سیستمی برای دستیابی به حداقل نیازهای عملیاتی، توسعه‌ای، تولید و بهره‌برداری، به فنّاوری‌های خاص بستگی داشته باشد و اگر آن فنّاوری جدید باشد، فنّاوری مذکور، عنصر فنّاوری بحرانی شناخته می‌شود. همچنین، همۀ مؤلفه‌ها با TRA ارزیابی دقیق نمی‌شود؛ از این‌رو، بین فنّاوری حیاتی و فنّاوری لازم، تمایز وجود دارد. درحقیقت، همۀ تجهیزات موجود در یک سیستم ضروری است؛ زیرا اگر اینگونه نبود، آنها از سیستم جداشدنی بودند. با وجود این، فقط چند قطعه از تجهیزات ممکن است حیاتی باشد؛ زیرا هیچ جایگزینی برای آنها وجود ندارد و بدون آنها سیستم مدنظر، عملکردی نخواهد داشت.

2-4- نقشه‌برداری سیستم

سیستم، مجموعه‌ای از اجزا و تجهیزات است که توانایی ساختن محصولاتی را برای دستیابی به هدفی معین دارد. براساس هدف کلی، یک سیستم به روش‌های مختلفی نقشه‌برداری می‌شود. این نقشه و نمودار به‌عنوان ابزاری تصویری برای بررسی TRL و IRL به کار می‌رود؛ بنابراین، برای تعیین هدف کلی و شناسایی اجزای یک سیستم باید نقشه‌ای ترسیم شود. نقشه، سیستم اجزا و قطعات به‌کاررفته در هر ماژول یا زیرسیستم از سیستم اصلی و چگونگی پیوند آنها را با یکدیگر نشان می‌دهد. روش‌های مختلفی برای نقشه‌برداری یک سیستم وجود دارد؛ به‌عنوان نمونه، یک نمودار شماتیک با استفاده از نمادهای گرافیکی انتزاعی، تصاویر واقع‌بینانه از سیستم مدنظر به دست می‌دهد. گفتنی است این نوع نمودار، بیشتر برای سیستم‌هایی با اجزای بزرگ به کار می‌رود؛ از این‌رو، برای سیستم مورد مطالعه در این پژوهش، که به سیستم برقی یک صندلی پرّان مربوط است، به کار نمی‌رود. اگر این پژوهش، کل سیستم یک صندلی پرّان (شکل شمارۀ 3) را بررسی می‌کرد، در آن صورت، نمودار شماتیکی، ابزار مفیدی بود؛ زیرا در یک مقیاس مناسب، زیرسیستم‌های الکتریکی، مکانیکی و ... به تفکیک نمایش داده می‌شد؛ اما درمقابل، دو ابزار محبوب بلوک دیاگرام[xvii] (BD) و ماتریس ساختار طراحی[xviii] (DSM)، معماری فیزیکی و کارکردی سیستم را در اختیار ما می‌گذارد که بسیار کاربردی است و در این پژوهش از آن استفاده شده است. درادامه، توضیح کوتاهی دربارۀ هر کدام داده می‌شود.

1-2-4- بلوک دیاگرام

بلوک دیاگرام، روشی برای جلوگیری از بی‌نظمی‌های غیرضروری است. بلوک دیاگرام، نمایشی از سیستم است که در آن، کارکردها (یا قطعات یا تجهیزات) با بلوک‌های متصل به خطوطی نشان داده شده است که روابط بلوک‌ها را نشان می‌دهد. این روش در بحث‌های مربوط به تجزیه‌وتحلیل قابلیت اطمینان و نمودارهای جریان فرایند نیز استفاده می‌شود. بلوک دیاگرام، جزئیات را نشان نمی‌دهد؛ بلکه معمولاً برای توصیف سطوح بالاتر با توضیحات کمتر و برای نشان‌دادن مفاهیم کلی بدون نگرانی از جزئیات برنامه در نظر گرفته می‌شود؛ از این‌رو، آنها دیدگاهی معتبر از یک سیستم برای شناسایی سریع نقاط مشکل‌دار ارائه می‌دهند.

شکل شمارۀ 4، بلوک دیاگرام یک سیستم ساده، متشکل از 7 مؤلفه را نشان می‌دهد که در یک فاز بهبود از توسعۀ یک سیستم به 2 ماژول گروه‌بندی شده‌ است. بین اجزای هر ماژول یا زیرسیستم و اجزای دو ماژول با یکدیگر، ارتباط وجود دارد. رابط‌های بین دو مؤلفه با فلش‌های دو سر نشان داده شده است که بر این موضوع دلالت دارد که آمادگی دو مؤلفه برای یکپارچه‌سازی به هم وابسته است. فلش برای نشان‌دادن جهت جریان نیست؛ بلکه برای نشان‌دادن وابستگی یا ارتباط است. این تصویر، نمایشی ساده از یک معماری سیستم است که رابطۀ اجزای مختلف را نمایش می‌دهد.

شکل 3- تصویری از یک صندلی پرّان

شکل 4- مثالی از یک سیستم متشکل از دو ماژول و هفت مؤلفه

2-2-4- ماتریس ساختار طراحی

DSM ابزاری بصری است که نشان‌دهندۀ روابط و وابستگی اجزای یک سیستم است (برونینگ، 2015)[xix]. همچنین ابزاری است که به تجزیه و ادغام سیستم‌ها از دو نظر، یکی به‌عنوان ابزار نمایش (مستندکردن تعاملات) و دیگری به‌عنوان ابزار تحلیل (با دسته‌بندی‌کردن) کمک می‌کند؛ به بیانی ساده‌تر، DSM، معماری یک محصول به‌صورت شبکه‌ای از اجزا و ارتباطات آنهاست.

چگونگی نمایش به‌صورت ماتریسی مربعی است با عناوین یکسان برای سطرها و ستون‌ها که یک علامت در خارج قطر اصلی ماتریس، نشان‌دهندۀ ارتباط و وابستگی یک جزءبه‌جزء دیگر است (برونینگ، 2001). (جدول شمارۀ 5)

3-4- تخصیص TRL و IRL

تخصیص TRLهای مربوط به هر آیتم و IRLهای مربوط به هر دو مؤلفه در ارتباط با یکدیگر و هر ماژول با محیط در این مرحله انجام می‌شود. این مرحله پس از رسم ماتریس ساختار طراحی و خوشه‌بندی اجزا و ماژول‌ها توسط کارشناسان و با توجه به آزمایش‌ها و بررسی‌های میدانی انجام می‌شود؛ به‌عنوان نمونه، برای نمودار بلوک دیاگرام شکل شمارۀ 4 یک ماتریس DSM ترسیم می‌شود (جدول شمارۀ 5). TRL هر مؤلفه در یک ستون در سمت چپ اجزا نشان داده شده است و اعداد داخل ماتریس و اطراف قطر اصلی IRL، نشان‌دهندۀ ارتباط اجزا با یکدیگر است. تصمیم‌گیری دربارۀ سطح جزئیات لازم برای نقشۀ سیستم به فنّاوری‌های در حال توسعه بستگی دارد. به‌طور کلی، تجزیه‌وتحلیل DSM فقط به روابط اجزا (در همان سطح) و نه درون مؤلفه‌ها نگاه می‌کند.

4-4- تخمین SRL

درنهایت، پس از انجام‌دادن گام‌های مذکور، با بهره‌گیری از معادلات مربوط به روش میانگین خطا، SRL برآورد می‌شود. گفتنی است در ستون آخر جدول شمارۀ 5، سطح آمادگی یکپارچه‌سازی بین هر ماژول با محیط پیرامون نمایش داده شده است.

جدول 5- DSM مربوط به سیستم نشان‌داده‌شده در شکل شمارۀ 4، به همراه TRL و سطوح آمادگی یکپارچه‌سازی هر کدام از اجزا با یکدیگر

5- مطالعۀ کاربردی و یافته‌ها

شکل شمارۀ 5، معماری سیستم مدنظر این پژوهش را نشان می‌دهد که از پنج ماژول تشکیل شده است. در هر زیرسیستم، تعدادی مؤلفه یا جزء وجود دارد (مجموعاً یازده مؤلفه) که TRLها مربوط به آنهاست و باید روی آنها اعمال شود (فلش‌های مشکی و آبی، ارتباطات یک‌سویه یا دوسویه بین مؤلفه‌ها و خطوط سبز، ارتباط هر ماژول را با محیط نشان می‌دهد).

پس از ارزیابی آمادگی فنّاوری برای شناسایی عناصر بحرانی به‌صورت شهودی توسط کارشناسان در عملیات‌های مربوط به تجهیزات خاص، مانند صندلی پرّان (سیستم برقی صندلی) مورد مطالعه در این پژوهش، هیچ زیرسیستم، بسته مونتاژی (یا اجزای بزرگ) از ارزیابی خارج نمی‌شود. در پژوهش‌های قبل در این حوزه (برآورد سطح آمادگی سیستم‌های مختلف) فرض بر این بوده است که دو مؤلفه در ارتباط با یکدیگر در یک TRL متفاوت است؛ اما برای سادگی کار، در بالاترین سطح سلسله‌مراتب سیستم فرض می‌کنند که همۀ وابستگی‌ها و ارتباطات، یک رابطۀ دوطرفه است (یعنی هر دو مؤلفه در ارتباط با هم، IRL برابر دارد)؛ از این‌رو، یک ماتریس DSM متقارن به دست می‌آورد؛ در حالی که اگر چند مؤلفه برای ایجاد یک مجموعه ترکیب شود، ممکن است درجات مختلفی از ادغام وجود داشته باشد (که این پژوهش از این نوع است)؛ به‌ویژه جایی که ارتباط از نوع انرژی یا اطلاعات (فرمان، سیگنال) باشد. ارتباطات یا در سطر است یا در ستون. ارتباط در ستون نشان می‌دهد واحد ستون، پیش‌نیاز چه واحدهایی است و دنبال‌کردن ارتباطات سطری نشان می‌دهد آن واحد به چه اجزایی وابسته است.

شکل 5- معماری سیستم (برقی) نمونۀ مدنظر (صندلی پرّان)

در ادامه، پیش از بیان جدول DSM مربوط به معماری سیستم (شکل شمارۀ 5)، گفتنی است با توجه به اینکه صندلی پرّان، مانند بسیاری دیگر از سیستم‌های پیچیده از زیرسیستم‌های مختلف (الکتریکی، مکانیکی و ...) تشکیل شده است و بررسی کل سیستم به‌صورت یکجا، بسیار پیچیده و دشوار می‌شود، ما فقط سیستم برقی این صندلی را بررسی کردیم. برای آگاهی بیشتر، راهنمای اتصالات صندلی پرّان، ماتریس ساختار طراحی سیستم برقی و ماتریس ساختار طراحی سیستم مکانیکی صندلی، به‌ترتیب در جدول‌های شمارۀ 6، 7 و 8 نمایش داده شده است.

جدول 6- راهنمای اتصالات صندلی پرّان

جدول 7- ماتریس ساختار طراحی سیستم برقی صندلی پرّان

جدول 8- ماتریس ساختار طراحی سیستم مکانیکی صندلی پرّان

در موارد عملی، این ماتریس‌ها ممکن است بسیار بزرگ‌تر باشد؛ اما فقط باید موارد مهم را دربربگیرد و از عوامل غیرضروری پرهیز شود؛ به‌عنوان نمونه، اگر بخواهیم تا پیچ و مهره پیش برویم، به نتیجۀ بهتری دست نمی‌یابیم. پس از اتمام DSM سیستم (جدول شمارۀ 7)، باید به سراغ خوشه‌بندی برویم که خروجی ماتریس ساختار طراحی است. درحقیقت، خوشه‌بندی به گروهی از عناصر یک سیستم گفته می‌شود که ارتباطات نزدیک‌تری با هم دارند. عمل خوشه‌بندی یا دسته‌بندی برای ساختاردهی بهینه انجام می‌شود. گروه‌بندی، عموماً براساس عواملی، همچون تعداد و قدرت ارتباطات است؛ برای مثال، قطعاتی که یک تأمین‌کننده تأمین می‌کند، اجزایی که با چندین رابط با هم ارتباط دارند یا بخش‌هایی که تعاملات پیچیده‌ای دارند، گزینه‌هایی برای قرارگیری در یک خوشه است (جدول شمارۀ 9). در همین مرحله، TRLهای مربوط به هر آیتم و IRLهای مربوط به هر دو مؤلفه را نیز با دنبال‌کردن توضیحات در جدول شمارۀ 2 و 3 به کمک کارشناسان اختصاص می‌دهیم (جدول شمارۀ 10).

جدول 9- ماژول‌بندی ماتریس ساختار طراحی سیستم برقی صندلی پرّان

جدول 10- ماتریس خوشه‌بندی‌شدۀ ساختار طراحی سیستم برقی صندلی پرّان به همراه TRL و IRL اجزا

دربارۀ جدول شمارۀ 9 و ارتباط آن با شکل شمارۀ 5 و جدول‌های شمارۀ 6، 7 و 10 بیان این نکته، مهم است که به‌واسطۀ قدرت اتصالات (حرکتی، مکانیکی، ارتباطی، انرژی و فضایی)، تعاملات پیچیده و محل قرارگیری برخی عناصر با یکدیگر در درون سیستم، این عناصر در دسته‌هایی دوتایی و سه‌تایی در کنار هم (در یک خوشه) قرار می‌گیرد که این مورد به شکل دقیق در بلوک دیاگرام رسم‌شده از سیستم (شکل شمارۀ 5) مشهود است؛ به‌طور مثال، دو مؤلفۀ ECM و FDR، که در شکل شمارۀ 5 و جدول شمارۀ 10 برای سهولت در نمایش با نماد C1 و C2 نشان داده شده‌ است، در یک خوشه قرار می‌گیرد و در جدول شمارۀ 9، ارتباط سطری این مؤلفه‌ها با سایر عناصر با توجه به جدول شمارۀ 7 نشان داده شده است؛ مثلاً دربارۀ ارتباط سطری مؤلفۀ ECM با مؤلفۀ کنترل پنل از  استفاده شده است که هر کدام از درایه‌ها درحقیقت، مطابق  با اعداد 0 و1 کدگذاری شده‌ است؛ به این صورت که عدد 1 اگر به جای هر کدام از درایه‌ها قرار بگیرد، نشان می‌دهد نوع اتصال از کدام شکل است.

هر ردیف از ستون «Average-IRL» در جدول شمارۀ 10، میانگین حسابی IRLهای موجود در آن سطر است که با جمع همۀ IRLهای مربوط به هر رابطه در ردیف و تقسیم آن بر تعداد روابط تعیین می‌شود؛ به‌عنوان مثال، برای ردیف اول، (8/4 = 5 ÷ (4+5+6+4+5)). ستون هفدهم، نتایج ضرب TRL هر مؤلفه را به میانگین حسابی IRLهای آن (ستون شانزدهم) نشان می‌دهد؛ به‌عنوان مثال، برای ردیف اول، (24=8/4 × 5). ستون هجدهم، ریشۀ کامل (مجذور کامل) ستون هفدهم را نشان می‌دهد که درحقیقت، سطح آمادگی موجود در سیستم برای هر مؤلفه است. در آمار و کاربردهای آن، ریشه میانگین مربعات[xx] (RMS) به‌عنوان میانگین حسابی مربع‌های یک مجموعه از اعداد تعریف می‌شود. RMS ستون هجدهم در ستون نوزدهم آورده شده است که SRL هر ماژول است (تخصیص شاخص آمادگی سیستم به هر ماژول مرکب از اجزا). برای زیرسیستم اول (یاسری، 2013):

عدد دو در مخرج تعداد مؤلفه‌های سیستم است، متعاقباً:

تخمینی از سطح آمادگی سیستم نیز به‌صورت ذیل زده می‌شود (یاسری، 2013):

در اینجا، عدد 7، بیشترین امتیاز در رتبه‌بندی IRL در جدول شمارۀ 2 است. این عدد برای عادی‌سازی سطح آمادگی ادغام محیط با سیستم استفاده می‌شود که برای این مثال در همۀ ماژول‌ها یکسان است و از آن برای اهداف عادی استفاده می‌شود. درحقیقت، نشان می‌دهد کلیّۀ مؤلفه‌ها، آمادگی نمایش عملکرد خود در فضای عملیاتی را دارد. همچنین، عدد 5 در ضرب اعداد، نشان‌دهندۀ سطح آمادگی ادغام هر ماژول با محیط است و عدد 5، مخرج تعداد ماژول‌ها را نمایش می‌دهد.

6- بحث

با توجه به عدد محاسبه‌شده برای سطح آمادگی سیستم (95/3) و جدول شمارۀ 4، سیستم باید در ورودی مرحله (توسعۀ ساخت) باشد. اگر برنامه پروژه، سطح دیگری را بیان کند، باید به سراغ علل آن برویم. همچنین، روش پیشنهادی ارزیابی آمادگی سیستم (SRA)، اطلاعات دقیقی را دربارۀ وضعیت جامع سیستم در اختیار تصمیم‌گیرندگان قرار می‌دهد و سطح یکپارچه‌سازی هر مؤلفه با مؤلفۀ دیگر را در طول توسعۀ سیستم، کمّیت‌بخشی و به بهبود طراحی، ساخت و مدیریت نصب کمک می‌کند. پیاده‌سازی روش SRA به تصمیم‌گیری‌ها و شناسایی مناطق حساس و بحرانی کمک می‌کند. ازنظر متریک، همSRL  تخمینی و هم SRL برای اندازه‌گیری موارد مشابه در یک مقیاس مشخص استفاده می‌شود؛ با این حال، SRL اصلی را کارشناسان و تیم مهندسی به کمک جدول شمارۀ 4 تعریف می‌کنند؛ در حالی که SRL تخمینی توسط همین گروه با تجمیع صفات تمام مؤلفه‌ها به دست می‌آید. برآورد آمادگی سیستم از کمترین حد به بیشترین حد خود می‌رسد؛ زیرا آمادگی سیستم را به‌عنوان یک کل و جدا از عناصر آن اندازه‌گیری می‌کند. اگر همۀ مؤلفه‌ها به‌طور هم‌زمان در امتداد یک مسیر به بلوغ برسند، آنگاه، SRL  برآوردشده بهSRL  واقعی می‌رسد.

یاسری (2013) در پژوهش خود، دو معیار IRL و SRL را برای تکمیل مقیاس TRL تعریف کرد و سپس، سطح آمادگی سیستم را، که معیاری از آمادگی کل سیستم است، با ترکیب سطح آمادگی فنّاوری و IRL در یک شاخص آمادگی سیستم براساس روابط بیان‌شده در پژوهش قرار داد. این روش با افزودن یک چارچوب مهندسی سیستم پیرامون فرایند برای پیگیری پیشرفت توسعۀ سیستم فرعی، در پژوهش یاسری و بهایی (2018) گسترش می‌یابد. در پژوهش حاضر، فرایند تخمین SRL با استفاده از مطالعه‌ای موردی توصیف شده است که نسخۀ ساده‌ای از توسعۀ یک زیرسیستم واقعی از یک تجهیز بسیار حساس است. علاوه بر این، در پژوهش حاضر، عیناً از ماتریس‌های ساختار طراحی به‌دست‌آمده از پژوهش‌های نویسندگان مقاله استفاده شده و مانند مقالات پیش برای سادگی کار به یک ماتریس قرینه تبدیل نشده است؛ از این‌رو، یافته‌های به‌دست‌آمده، اعتبار بیشتری نسبت به مطالعات پیشین پیدا می‌کند.

مقایسۀ مقدار تقریبی SRL و مقادیر موجود در جدول SRL، که در این مقاله آورده شده است، سطح آمادگی سیستم را نشان می‌دهد. این شاخص، بخشی از اطلاعات لازم را برای مدیران نهادهای مجاز و یا تحت تحریم فراهم می‌کند تا یک پروژه با گیت‌های بررسی مشخص به مرحلۀ بعدی توسعه، در یک فرایند مرحله‌ای حرکت کند. توسعۀ فنّاوری، ادغام و توسعۀ سیستم‌ها از مسیرهای تکامل (یا بلوغ) مشابه پیروی می‌کند؛ از این‌رو، مدیران صنایع با تدوین الزامات آمادگی و بلوغ (مدیریتی) فنّاوری‌های ضروری، سرعت دستیابی به طراحی و توسعۀ محصولات مدنظر خود را افزایش می‌دهند.

7- نتیجه‌گیری

باید بین سطح آمادگی مؤلفه و سطح آمادگی سیستم تمایز قائل شد؛ به‌عنوان مثال، به یک مؤلفه در صورت دستیابی به TRL6 (البته در صنایع مختلف متفاوت است) توجه می‌شود. این پژوهش در چارچوب سیستم مدنظر در محیط خود است؛ اما تمرکز بر هر مؤلفه، منحصربه‌فرد است و کل سیستم را دربرنمی‌گیرد. این شاخص در صورت عقب‌افتادگی سیستم از برنامه‌های تعریف‌شده برای آن، زمان و مکان مداخله در کار را به مدیریت نشان می‌دهد. ورود در هر سطح مشخص می‌کند کدام مؤلفه‌ها به مدیریت بیشتری نیاز دارد. یک پروژۀ کاملاً کنترل‌شده تضمین می‌کند که TRL، IRL و SRL به موازات یکدیگر حرکت کند. همچنین این پژوهش، آمادگی را از بلوغ متمایز می‌کند. اگر یک فنّاوری در یک سیستم استفاده شود، بالغ می‌شود (بالغ به حساب می‌آید)؛ اما تا زمانی که این موضوع اثبات نشده باشد، برای سیستم در حال توسعه آماده نیست؛ بنابراین، یک تکنولوژی بالغ در بهترین حالت در TRL5 یا 6 وارد سیستم جدید می‌شود.

مهم‌ترین محدودیت این پژوهش، دسترسی دقیق نداشتن به آزمایش‌های انجام‌شده برای ارزیابی عملکرد سیستم و مؤلفه‌های درون سیستم (برای بررسی نحوۀ عملکرد اتصالات، برقراری زبان مشترک، قابلیت کنترل و ...) است؛ از این‌رو، برای تعیین سطوح آمادگی در هر سطح باید زمان مهمی برای تبیین موارد خواسته‌شده به صنعت و دریافت اطلاعات از مهندسان صنعت صرف می‌شد که این موضوع، خود تا حدودی بر دقت کار تأثیر می‌گذاشت.

سطوح TRL، IRL و SRL با استفاده از مفهوم Fit-For-Purpose یعنی آمادۀ استفاده (مناسب برای هدف)، با شواهد جمع‌آوری‌شده ازطریق تجزیه‌وتحلیل شبیه‌سازی‌ها، آزمایش‌های استاندارد و تجربیات به‌دست‌آمده، ضمن آزمایش‌های میدانی قضاوت می‌شود و استفاده از مدل‌های مختلف مهندسی سیستم چرخۀ عمر برای سیستم‌های گوناگون، رویکرد صنعتی استانداردی برای مدیریت فازهای مختلف یک پروژۀ مهندسی در اختیار ما قرار می‌دهد (از فاز شبیه‌سازی تا آزمایش‌های میدانی و ...)؛ از این‌رو، پیشنهاد می‌شود در پژوهش‌های بعدی از این مدل‌ها در محاسبۀ سطوح آمادگی استفاده شود تا علاوه بر تفکیک دقیق‌تر جدول‌های مربوط به سطوح آمادگی با جزئیات بیشتری از محل قرارگیری این سطوح آگاه شویم که زمینه‌ساز افزایش کیفیت مدیریت سیستم و توسعۀ بهتر سیستم می‌شود.