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A engenharia de sistemas é uma parte crítica de qualquer projeto na indústria de engenharia; seja fabricando um componente simples ou projetando um produto complexo, como um carro ou aeronave. Organizações bem estabelecidas como a NASA e a BAE Systems enfatizam a importância da engenharia de sistemas para atender aos requisitos e ter sucesso em missões e projetos. Mas o que é exatamente engenharia de sistemas e que papel ela desempenha na indústria aeroespacial?
Para responder a essa pergunta, considere o que é um sistema. De acordo com o Manual de design de confiabilidade eletrônica MIL-HBK-338B, um sistema é:
“Um composto de equipamentos e habilidades e técnicas capazes de desempenhar ou apoiar uma função operacional, ou ambos.” (Departamento de Defesa, 1998)
Um sistema não precisa necessariamente ser tão complexo quanto um veículo ou computador e pode ser parte de um sistema mais complexo maior. Nem mesmo precisa ser feito pelo homem; o Sistema Solar é um exemplo natural de sistema, enquanto os freios dos carros são um sistema próprio que contribui como parte de um sistema maior. Um sistema é uma montagem de componentes que trabalham juntos para processar uma entrada para criar uma saída.
Os sistemas podem ser divididos em vários sistemas menores e subsistemas especializados em diferentes áreas para garantir que o sistema geral esteja em conformidade com seus requisitos e especificações. Uma hierarquia desses sistemas pode ser desenhada para dividir os requisitos do sistema principal em componentes menores e mais gerenciáveis que podem ser distribuídos entre esses subsistemas especializados.
Figura 1 - Exemplo de hierarquia de sistemas. (Moir & Seabridge, 2013)
Para garantir que todos os componentes funcionem juntos no sistema geral, é necessária muita comunicação e integração entre os subsistemas. É aqui que entra a engenharia de sistemas. A engenharia de sistemas é descrita pelo International Council on Systems Engineering (INCOSE) como:
“Uma abordagem interdisciplinar e meios para permitir a realização de sistemas de sucesso. Ele se concentra em definir as necessidades do cliente e a funcionalidade necessária no início do ciclo de desenvolvimento, documentando os requisitos e, em seguida, prosseguindo com a síntese do projeto e validação do sistema, considerando o problema completo. (INCOSE)
A engenharia de sistemas é “holística e integrativa” e preenche a lacuna na comunicação entre os diferentes subsistemas “para produzir um todo coerente” (NASA, 2009). Enquanto os subsistemas são especializados e se concentram em uma área do sistema principal, a engenharia de sistemas é mais generalizada e tem uma abordagem mais centrada no objetivo, olhando para o quadro geral para garantir que os subsistemas se juntem efetivamente para produzir o sistema principal final dentro de um prazo e orçamento.
Engenharia de Sistemas na Aeroespacial
Organizações em setores como automotivo e aeroespacial consideram a engenharia de sistemas especialmente útil para identificar soluções alternativas, evitar problemas imprevistos e garantir que o cliente esteja satisfeito com a qualidade do produto acabado. Além disso, INCOSE afirma que “o uso efetivo da engenharia de sistemas pode economizar mais de 20% do orçamento do projeto” (INCOSE, 2009). Os softwares de engenharia de sistemas agora permitem que as empresas testem modelos de conceito em relação aos requisitos do cliente por meio de simulações virtuais e produzam evidências de segurança documentadas para avaliações de organismos de certificação como a Autoridade de Aviação Civil (CAA) (3dsCATIA, 2011). Isso ajuda a reduzir o desperdício de materiais com os testes de protótipos, modificações e possível sucateamento, e torna o processo do conceito ao produto muito mais rápido e eficiente.
O objetivo de um engenheiro de sistemas é ajudar o cliente a compreender adequadamente o problema em questão e preparar soluções para o problema para o cliente escolher. O engenheiro de sistemas pode, então, liderar e orientar os diferentes departamentos da equipe do projeto em direção ao objetivo de implementar esta solução, começando com a saída desejada para determinar as entradas necessárias e, em seguida, consultar constantemente os requisitos do cliente para garantir que o sistema final esteja em conformidade suas especificações. Para isso, um engenheiro de sistemas precisa ter uma série de habilidades e características diferentes, incluindo:
- Uma ampla competência técnica: os engenheiros de sistemas requerem uma compreensão fundamental da maioria, senão de todos, os diferentes subsistemas e um desejo de aprender mais sobre essas áreas;
- Uma apreciação do valor do processo e dos objetivos gerais que precisam ser atendidos para atingir a meta final e a capacidade de direcionar esses objetivos às equipes do subsistema;
- Um líder autoconfiante, mas também um membro de equipe forte e assertivo. Harold Bell, da sede da NASA, sugere que "um grande engenheiro de sistemas entende e aplica completamente a arte da liderança e tem a experiência e cicatrizes de tentar ganhar o distintivo de líder de sua equipe" (NASA, 2009);
- Capacidade de resolução de problemas e pensamento crítico;
- Habilidades excepcionais de comunicação e escuta ativa e a capacidade de fazer conexões em todo o sistema;
- A capacidade de adotar uma abordagem centrada em metas, em oposição a uma visão técnica ou cronológica: um engenheiro de sistemas analisa a saída para determinar as entradas necessárias para um projeto e precisa ser capaz de ver o quadro geral, focando apenas nos detalhes menores quando necessário;
- Confortável com mudanças e incertezas: de acordo com a NASA, os engenheiros de sistemas precisam entender e encorajar a quantificação da incerteza nas equipes para projetar um sistema que acomode essas incertezas (NASA, 2009);
- Criatividade e instinto de engenharia para encontrar a melhor forma de resolver um problema enquanto avalia os riscos e implicações;
- Paranóia adequada: esperar o melhor, mas pensar e planejar o pior cenário como uma precaução.
Algumas das características comportamentais de um engenheiro de sistemas podem ser resumidas em um atributo: pensamento sistêmico. O pensamento sistêmico foi fundado pela primeira vez em 1956 pelo professor do MIT Jay Forrester, que reconheceu a necessidade de melhores métodos de teste de novas ideias sobre sistemas sociais, da mesma forma que as ideias em engenharia podem ser testadas (Aronson). O pensamento sistêmico é um conjunto de princípios gerais que permite às pessoas compreender e gerenciar os sistemas sociais e melhorá-los.
A abordagem do pensamento sistêmico é fundamentalmente diferente da análise de formas tradicionais. Por um lado, a análise tradicional foca no reducionismo - reduzindo partes do sistema principal (também conhecido como hólons) a componentes cada vez menores (Kasser & Mackley, 2008). Em contraste, o pensamento sistêmico olha para o quadro geral e como o sistema ou parte interage com os outros hólons, e reconhece loops e relações entre os hólons. Isso muitas vezes pode resultar em conclusões marcadamente diferentes daquelas geradas com o uso de métodos analíticos tradicionais, mas também pode ajudar a determinar os comportamentos emergentes de hólons e a possibilidade de resultados indesejados - esperar o inesperado. Ao seguir essas etapas, torna-se mais fácil identificar soluções novas e mais eficazes para problemas complexos e recorrentes,ao mesmo tempo em que melhora a coordenação dentro da organização.
Na indústria, os engenheiros de sistemas devem trabalhar com vários interessados diferentes, cada um com sua própria perspectiva para o projeto e desenvolvimento do produto necessário. Por exemplo, se uma organização aeroespacial analisasse o desenvolvimento do conceito de uma nova aeronave civil, haveria uma ampla gama de partes interessadas em questão, incluindo fornecedores de materiais e serviços, passageiros e tripulação aérea e autoridades de certificação, bem como a equipe de engenharia diretamente envolvida com o projeto. A Figura 2 mostra as partes interessadas típicas em um sistema de aviação civil, dividindo-as em quatro interfaces de sistema principais: socioeconômicas, regulatórias, de engenharia e humanas. Ao identificar essas interfaces, os engenheiros de sistemas são capazes de planejar quando as interações com sistemas específicos são necessárias e simplificar o desenvolvimento e as operações,documentando todo o processo.
Figura 2 - Partes interessadas típicas em um sistema de aviação civil. (Moir & Seabridge, 2013)
Cada parte interessada é interdependente com outras na mesma interface. Por exemplo, ao se candidatar a um certificado de tipo, uma série de protótipos devem ser produzidos para serem submetidos a diferentes testes e um programa de manutenção deve ser elaborado para apoiar a aeronavegabilidade contínua após a aprovação do projeto. Este é submetido junto com os resultados do teste do protótipo aos reguladores que - se satisfeitos com os aspectos de segurança, saúde e meio ambiente do protótipo - aprovam o protótipo e a autoridade de aeronavegabilidade concede um certificado de tipo (MAWA, 2014). Regulamentos adicionais devem então ser obedecidos para que a aeronave mantenha seu certificado de tipo e Certificado de Aeronavegabilidade ou será considerada insegura para voar.Os engenheiros de sistema, portanto, precisam entender os regulamentos aos quais a aeronave deve se conformar ao longo de sua vida e planejar métodos para mantê-la em um padrão de navegabilidade.
O trabalho de um engenheiro de sistemas não termina quando o conceito se torna um produto. Eles então têm que trabalhar com uma equipe de manutenção para manter o produto seguro e capaz de usar até que seja retirado de serviço. A Figura 3 mostra o ciclo de vida de uma aeronave do ponto de vista da Autoridade de Aviação Civil (CAA) e a maneira como os engenheiros de sistemas e gerentes de produto aeronáutico teriam que trabalhar com a CAA ao longo de seu ciclo de vida.
Figura 3 - Ciclo de vida de uma aeronave (The Civil Aviation Authority of New Zealand, 2009)
Resumindo
A engenharia de sistemas é "uma competência central crucial" para o sucesso na indústria aeroespacial. Em primeiro lugar, trata-se de gerenciar a complexidade para obter o design certo e, em seguida, manter e aprimorar sua integridade técnica (NASA, 2009). De acordo com o administrador da NASA Michael D. Griffin em sua apresentação de 2007, Engenharia de Sistemas e as 'Duas Culturas' da Engenharia , a engenharia de sistemas ajuda a fornecer um equilíbrio de todos os subsistemas para combinar em um sistema que continuará após a fase de projeto preliminar e, portanto, cumprir os requisitos do cliente para os quais foi explicitamente projetado (Griffin, 2007).
Olhando para o desenvolvimento do conceito de uma aeronave civil e considerando as diferentes partes interessadas e interfaces do sistema envolvidas no ciclo de vida da aeronave, seja direta ou indiretamente, é evidente que os engenheiros de sistemas têm uma ampla gama de responsabilidades e perspectivas para gerenciar fora do sistema de engenharia que continua a ser tratado e gerenciado mesmo após a fase de projeto preliminar ter sido concluída. Ao garantir que eles entendam totalmente a extensão da meta final do produto final e apreciem o impacto que isso terá nas diferentes partes interessadas, os engenheiros de sistemas são capazes de determinar as entradas necessárias para atingir essas metas dentro dos prazos e orçamentos situados.
Embora a engenharia de sistemas possa assumir diferentes formas dependendo do setor e das preferências da organização, os métodos subjacentes utilizados permanecem consistentes e o objetivo permanece o mesmo: encontrar o melhor projeto para atender aos requisitos. Em qualquer projeto de engenharia, haverá uma série de subsistemas especializados que precisam ser reunidos para garantir que o resultado final do projeto atenda às suas especificações da melhor maneira possível.
Referências
3dsCATIA. (2011, 30 de setembro). O que é "Engenharia de Sistemas"? - Coleção elementar. Recuperado do YouTube:
Aronson, D. (nd). Visão geral do pensamento sistêmico. Recuperado 2016, da página de pensamento:
Departamento de Defesa. (1998). Manual de design de confiabilidade eletrônica MIL-HBK-338B. Virginia: Departamento de Qualidade e Padronização de Defesa.
INCOSE. (nd). O que é Engenharia de Sistemas? Recuperado em 2016, de INCOSE UK:
INCOSE. (2009, março). zGuia 3: Por que investir em Engenharia de Sistemas? Obtido de INCOSE UK:
Kasser, J., & Mackley, T. (2008). Aplicando o pensamento sistêmico e alinhando-o à engenharia de sistemas. Cranfield: Joseph E. Kasser.
Moir, I., & Seabridge, A. (2013). Projeto e Desenvolvimento de Sistemas de Aeronaves (2ª ed). Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
NASA. (2009). A Arte e Ciência da Engenharia de Sistemas. NASA.
© 2016 Claire Miller