5. Cykl życia systemów


5    Cykl życia systemów
5.1 Cykl życia systemów naturalnych
5.2 Cykl życia systemów tworzonych przez człowieka
5.3 Koszty cyklu życia

5. Cykl Życia Systemów

    Jedną z naczelnych obserwacji i uogólnień OTS jest cykliczność przejawiania się wszystkich systemów naturalnych i sztucznych, ożywionych i nieożywionych. Systemy powoływane są do życia w sposób naturalny bądź sztuczny, żyjąc lub pracując zadany odcinek czasu, a potem aktywność ich zamiera i rozpływają się one w otoczeniu. Oczywiście inaczej to wygląda w skali czasu, co jest zależne oczywiście od rodzaju systemu. Wietrzenie skał trwa miliony lat, życie roślin i zwierząt co najwyżej setki lat, a człowieka co najwyżej sto, a w kulturze inżynierskiej kilkaset. Wynikałby stąd przybliżony wniosek, że im wyższa hierarchia samo organizacji systemu tym krótszy czas jego życia, co jest ogólnie prawdziwe ale w szczegółach może być mylące.

5.1 Cykl życia systemów naturalnych

    Ostanie koncepcje ewolucji wszechświata dają coraz więcej cech wspólnych łączących wszystkie systemy naturalne; od wszechświata jako całości począwszy, poprzez ewolucję nukleonidów, aż po ewolucję sfery ożywionej świata [52]. Co prawda trwają dysputy gdzie postawić granicę miedzy sferą ożywioną i nieożywioną lecz jedno jest jasne, że zależy to od naszej definicji życia jako takiego, gdyż w podejściu szerszym, systemowym - wszystko żyje. Jeśli zaś za immanentną cechę życia weźmiemy samo odnawialność i samo kreatywność to na granicy świata ożywionego będziemy mieli wirusy. Istnieją zaś nawet teorie twierdzące, że wszystko żyje, ma pewien poziom świadomości, że wszystko myśli, różniąc się jedynie intensywnością tych procesów i stąd wynika jednocześnie różnica czasu trwania życia danego bytu (systemu). 

    We wszystkich systemach naturalnych mamy trzy etapy istnienia lub fazy życia. Etap pierwszy to formułowanie systemu zachodzące na skutek działania zarodku systemu i warunków zewnętrznych. Dla systemów nieożywionych będą to np. ciśnienie, temperatura potrzebne do formułowania się skał. Dla systemów ożywionych będzie to realizacja (materializacja) zapisanego kodu genetycznego DNA w zarodku systemu ożywionego. Drugi etap to względnie ustalony czas życia i współdziałania, czasem walki z otoczeniem, prowadzący do trzeciego etapu stopniowego zamierania systemu, jego rozpadu i wtapiania się w otoczenie. 

    Można z tych obserwacji dalej stwierdzić, że im bardziej złożony jest system tym bardziej wyróżniają się etapy pierwszy i końcowy, który kończy się na ogół gwałtownie. Jeśli wybierzemy dowolną miarę efektywności działania (istnienia) systemu to możemy to zilustrować tak jak na rysunku 5.1. 

Rysunek 5.1: Cykl i fazy życia w skali efektywności działania systemów naturalnych 

    Generalizując jeszcze raz można powiedzieć, że systemy naturalne to systemy otwarte, z wymianą masy, energii i informacji, żyjące w trzech kolejnych etapach: 

1. wyodrębnienie ze środowiska (otoczenia), 

2. życie i współdziałanie z otoczeniem przy pełnej efektywności, 

3. stopniowa utrata efektywności i powrót do środowiska. 

Zatem w systemach naturalnych mamy więc zamknięty cykl życia 'środowisko - środowisko'.

5.2 Cykl życia systemów tworzonych przez człowieka 

    Podobny lecz trójetapowy cykl życia można wyodrębnić dla systemów sztucznych tworzonych przez człowieka dla zaspokojenia swych potrzeb, czyli dla wszelkich systemów technicznych, antropotechnicznych i socjotechnicznych, a także symbolicznych, (np. język). Cykl ten przebiega również w zamkniętej pętli, jak dla systemów naturalnych, lecz tym razem pętla zaczyna się i kończy na użytkowniku (ang. consumer - consumer cycle), tak jak to pokazuje rysunek 5.2, [6]. 

Rysunek 5.2: Graficzna ilustracja cyklu i faz życia systemów technicznych [6]. 

    Początek formułowania systemu odbywa się u użytkownika, lub na podstawie jego wiedzy, przez artykulację jego potrzeb, upodobań, preferencji, zaś koniec życia przypada również u użytkownika w fazie pełnej eksploatacji systemu i jego reużytkowania po fizycznej kasacji. Dokładne opisanie treści czynności w każdej z faz istnienia systemu przedstawia kolejny rysunek 5.3, [23]. 

Rysunek 5.3: Specyfikacja czynności (funkcji) w całym cyklu życia systemów technicznych [23]. 

    Jest tu oczywiste, że każdy fizyczny system może być inny i stąd inne będzie uszczegółowienie i intensywność czynności    zarysowanych na rysunku 5.3. Stąd tez po sprecyzowaniu rodzaju systemu i ustaleniu rodzaju potrzeb i preferencji klienta nastąpi sukcesywna modyfikacja i uszczegółowienie czynności opisanych na rysunku 5.3. 

    Jak się okazuje z późniejszych badań A. Sage [22] w ramach każdego kroku cyklu życia dogodnie pod względem metodologicznym jest wyróżnić fazy (definicja, rozwój, wdrożenie) i kroki (formułowanie, analiza, interpretacja), tak jak na rysunku 5.4. 

Rysunek 5.4: Cykl życia oraz fazy i kroki działaniowe wewnątrz każdej fazy cyklu życia [2]. 

    Z obu przedstawionych rysunków wynika zaś potrzeba istnienia dwu dalszych podsystemów; produkcyjnego (production capability) dla wytworzenia systemu i obsługowego (maintenance) niezbędnego podczas użytkowania systemu. Mają one też swe cykle życia, tym razem niepełne - dwuetapowe, jeśli nie uwzględnimy ich kasacji i recycklingu. Stąd też dla pełności obrazu kolejny rysunek przedstawia cykle życia systemów głównego (prime equipment), produkcyjnego - niezbędnego do jego wytworzenia i podsystemy wsparcia logistyczno - obsługowego dla użytkowania systemu głównego. Bowiem projektując nowy nieznany jeszcze system musimy dużo uwagi i wysiłku poświęcić na powołanie do życia podsystemów produkcji i obsługi, (patrz rysunek 5.5, [6]). Warto zaś przy tym pamiętać, że istnieje również cykl życia technologii i wsparcia logistycznego podobny do tego jak to ilustruje rysunek 5.1 . W skali czasu życia jest on co najmniej równoważny lub dłuższy niż czas życia wyrobu bądź systemu z możliwością modernizacji, (patrz również rysunek 5.2). 

Rysunek 5.5: Cykle życia systemu głównego, jego zaplecza produkcyjnego i wsparcia logistycznego, oraz cykl życia gałęzi przemysłu, technologii i wsparcia logistycznego systemu [6]. 

    W dobie technologii informatycznych coraz ważniejsze i bardziej skomplikowane staje się oprogramowanie urządzeń i procesów. Zatem warto zobaczyć jak wygląda cykl życia i fazy systemów oprogramowania. A. Sage [3 s 125] przedstawia jako pierwszy spiralny model życia i rozwoju oprogramowania (softwaru) tak jak na rysunku 5.6. Po raz pierwszy pojawia się tu również w kwadrancie 2 nowa kategoria planowania ryzyko , zarówno w fazie planowania jak i wykonywania kolejnych prototypów. Wykonując lub zarządzając wykonaniem takich systemów symbolicznych warto się temu przyjrzeć. 

Rysunek 5.6 Spiralny model cyklu życia systemów softwarowych, wg Sage [3]. 

    Coraz więcej wyrobów typu high tech to produkty mechatroniczne . Jak zwykle wkraczają one do użytkowania po raz pierwszy w przemyśle zbrojeniowym, a potem ucywilniając się towarzyszą nam w pracy i w życiu. Warto się więc przyjrzeć jak wygląda cykl życia takich produktów wg standardów Ministerstwa Obrony USA (DoD), tak jak na rysunku 5.7. Widać tu wyraźnie trzy fazy cyklu życia, wspólna definicja systemu, samodzielne projektowanie i rozwój części hardwarowej i softwarowej, oraz ostatnia faza integracja i testowanie przed oddaniem produktu do użytkowania. 

Rysunek 5.7 Cykl życia produktów mechatronicznych wg Departamentu Obrony USA [3]. 

    Kończąc rozważania dotyczące cyklu życia systemów tworzonych przez człowieka warto na zakończenie pokazać ich syntezę zawartą w funkcjonowaniu systemu społecznego. Syntezę taką przedstawił Winiwarter na Międzynarodowej Szkoły Letniej Inżynierii Systemów w Poznaniu w1995r, [23]. Jak wynika z rysunku 5.8 przedstawiono tu z jednej strony cykle życia i ich ewolucje dla wytworów człowieka, od elektrowni jądrowej (40 - 60 lat) do komputerowego hardwaru (1 -3 lata). Z drugiej zaś strony przedstawiono cykl życia inżyniera jako sprawcę tych systemów (30 lat), generacji inżynierów (60 lat) aż do kultury inżynieryjnej, której nowożytny wiek nie przekracza 300 lat. Jest to niezwykle pouczający syntetyczny wykres, z którego można wyciągnąć znacznie więcej wniosków i pytań dla samodoskonalenia.

Rysunek 5.8 Cykle życia i ewolucja różnych podsystemów metasystemu społecznego wraz z przykładami i typowymi pojęciami [23].

5.3 Koszty cyklu życia

    Zarysowane cykle życia systemów tworzonych przez człowieka byłyby niepełne bez naświetlenia ich strony ekonomicznej na każdym istotnym etapie życia sytemu. Ważny tu jest zarówno rozkład kosztów każdego etapu w czasie, jak i ogólny wolumen kosztów istnienia systemu. Jest to istotne zwłaszcza przy porównaniu alternatyw projektowych konkretnego systemu powoływanego do życia. Nie mamy tu zamiaru uczyć rachunku kosztów, przejrzyjmy zatem jedynie najważniejsze elementy kosztu istnienia systemu i zilustrujmy wyniki tego przeglądu, [6]. Przykładowe kroki obliczeniowe w ocenie rozkładu kosztów życia systemu mogą tu mieć postać wytycznych jak niżej. 

1. Zidentyfikuj wszystkie czynności w cyklu życia systemu, które wytworzą koszt. Włącz w to koszty planowania, badań, rozwoju,      testów i oceny systemu, produkcji lub konstrukcji, sprzedaży, użytkowania i wsparcia logistycznego (patrz Rys. 5.3). 

2. Przyporządkuj każdą czynność wg p. 1 do odpowiedniej kategorii kosztów (np. badania i rozwój, produkcja, użytkowanie, kasacja). Wszystkie czynności muszą znaleźć swe przyporządkowanie w jednym lub kilku etapach życia systemu. 

3. Ustal odpowiednie współczynniki stałego pieniądza dla każdej czynności, gdzie stały pieniądz winien odzwierciedlać stałą siłę nabywczą w czasie podjęcia decyzji projektowej. Pozwoli to na porównanie kosztów różnych czynności odległych w czasie, wprowadzenie poprawek inflacyjnych, różnicy cen nabycia, itd.,. Stały pieniądz pozwala również lepiej porównywać alternatyw różnych czynności i wariantów projektowych. 

4. Każdy element kosztu w każdej kategorii kosztu należy następnie usytuować w odnośnym czasie życia obiektu, rok po roku. W wyniku uzyskamy strumień kosztów w stałym pieniądzu dla całego cyklu życia systemu. 

5. Dla każdego roku i każdej kategorii kosztów wprowadź poprawki inflacyjne, efekt ekonomiczny uczenia się produkcji powtarzalnej (product learning curves), zmiany poziomu cen, itd.,. Zmodyfikowane wartości tworzą nowy realistyczny strumień kosztów, aktualny w każdym kolejnym roku życia systemu. 

6. Podsumuj następnie koszty głównych etapów istnienia systemu w jeden wypadkowy rozkład kosztów z podziałem przyczynków składowych i bez, i przedstaw to graficznie. 

    Przykładowy rozkład kosztów życia systemu sporządzony wg powyższych wytycznych przedstawia rysunek 5.9, [6]. Mając takie rozkłady można łatwo dojść do wniosku gdzie należy poszukiwać głównych źródeł oszczędności z jednej strony, a z drugiej porównywać lepiej różne warianty projektowe systemu. Z pokazanego tu rysunku widać, że użytkowanie systemu razem z jego kasacją daje porównywalny a czasem większy strumień kosztów niż pierwsze etapy powoływania systemu do życia. Zatem każde pociągnięcie organizacyjne w obsługiwaniu (pn. diagnostyka stanu technicznego systemu), lub wbudowanie czujników diagnostycznych na etapie badań i rozwoju systemu, opłaca się tu wielokrotnie. Wniosek taki potwierdza i rozszerza kolejny rysunek zaczerpnięty z najnowszej książki dotyczącej obliczeń kosztów cyklu życia systemów [24]. Wynika z niego dalej (patrz rysunek ), że dla nowo projektowanego systemu opracowanie jego koncepcji to czasami więcej niż połowa kosztów systemu, natomiast z końcem tego etapu kończy się też łatwość wprowadzania zmian do systemu i ich mały koszt. Zatem im lepszy projekt koncepcyjny tym mniejszy całkowity koszt cyklu życia systemu. Taka kalkulacja kosztów jest szczególnie istotna w dużych przedsiębiorstwach, gdyż wtedy pewne rodzaje kosztów poniesione z dala od produkcji i usług mają tendencję do narastania (np. koszt utrzymania centrum komputerowego, koszt szkolenia personelu, itp.), a jednocześnie trudno je wliczyć w cenę wyrobu i usługi. Jak dalece problem ten jest niebagatelny pokazuje rysunek 5.11 zaczerpnięty z najnowszej książki Blanchard'a [24]. Stąd też bierze się cała koncepcja rozrachunków wewnętrznych i samodzielności finansowej działów przedsiębiorstw i w koncernach, a nawet ostatnio w Politechnice między wydziałami. 

Rysunek 5.9 Przykładowy rozkład (strumień) kosztów życia systemu w całym jego cyklu życia [24].

Rysunek 5.10 Koszty cyklu życia systemu poniesione i planowane oraz wiedza o systemie i łatwość jego zmian na tle zaawansowania życia systemu [24]. 

Rysunek 5.11 Problem widzialności, obliczalności i dedykacji kosztów przedsiębiorstwa [24].