Systemteknik , teknik för att använda kunskap från olika teknik- och vetenskapsgrenar för att introducera tekniska innovationer i systemets planerings- och utvecklingsstadier.
Systemteknik är inte så mycket en gren av teknik som det är en teknik för att tillämpa kunskap från andra tekniska grenar och vetenskapsdiscipliner i effektiv kombination för att lösa ett mångfacetterat tekniskt problem. Det är relaterat till operationsforskning men skiljer sig från det genom att det mer är en planerings- och designfunktion, som ofta involverar teknisk innovation. Förmodligen den viktigaste aspekten av systemteknik är dess tillämpning på utvecklingen av nya tekniska möjligheter med det specifika målet att ta dem i bruk så snabbt som ekonomiska och tekniska överväganden tillåter. I denna mening kan det ses som barnmorska för teknisk utveckling.
Ordet ”system” används ofta också i andra kombinationer, särskilt när element av tekniskt framsteg inte är så viktiga. Systemanalys är ett exempel. Systemteori, eller ibland systemvetenskap, används ofta för analys av fysiska dynamiska system. Ett exempel kan vara ett komplext elnätverk med en eller flera återkopplingsslingor, där effekterna av en process åter orsakar förändringar i källan till processen.
Under utvecklingen av de olika tekniska disciplinerna under 1800- och 1900-talet var betydande överlappningar oundvikliga mellan de olika områdena; till exempel kemiteknik och maskinteknik handlade båda om värmeöverföring och vätskeflöde. Ytterligare spridning av specialiseringar, som inom de många grenarna inom elektroteknik, såsom kommunikationsteori, cybernetik och datorteori, ledde till ytterligare överlappning. Systemteknik kan ses som ett logiskt sista steg i processen. Systemtekniker har ofta en elektronik- eller kommunikationsbakgrund och använder omfattande datorer och kommunikationsteknik. Ändå ska systemteknik inte förväxlas med dessa andra områden. I grund och botten en synvinkel eller en attackmetod,den bör inte identifieras med något särskilt materiellt område. I sin natur och i de problem som den angriper är den tvärvetenskaplig, ett förfarande för att sätta ihop separata tekniker och kunskapsorgan för att uppnå ett föreskrivet mål på ett effektivt sätt.
I allmänhet kommer ett systemtekniskt tillvägagångssätt sannolikt att skilja sig från en konventionell designmetod genom att uppvisa ökad generalitet i sin grundläggande logiska ram och ökad oro för de grundläggande mål som ska uppnås. Således kommer systemteknikern i varje steg att fråga både varför och hur snarare än bara hur.
Förutom systemteknik är det viktigt att själva definiera system. Systemen som en systemtekniker berör är först och främst konstgjorda. För det andra är de stora och komplexa; deras komponentdelar interagerar så omfattande att en förändring i en del sannolikt kommer att påverka många andra. Såvida det inte finns sådan interaktion finns det lite för systemingenjören att göra, åtminstone på systemnivå; han kan omedelbart vända sig till själva komponenterna. En annan viktig egenskap hos system är att deras ingångar normalt är stokastiska; ingångarna är i huvudsak slumpmässiga funktioner av tiden, även om de kan uppvisa statistiska regelbundenheter. Man kan alltså inte förvänta sig att förutse exakt vad systemet kommer att exponeras för i verklig drift,och dess prestanda måste utvärderas som ett statistiskt medelvärde av svaren på en rad möjliga ingångar. En beräkning baserad på en enda exakt definierad inmatningsfunktion kommer inte att göra.
System kan också variera beroende på mängden mänskligt omdöme som kommer in i deras verksamhet. Det finns naturligtvis system som elektriska kretsar, automatiserad produktionsutrustning eller robotar som kan fungera på ett helt bestämt sätt. Å andra sidan finns det lednings- och styrsystem för både affärs- och militärändamål, där maskiner på sätt och vis gör det mesta av arbetet men med mänsklig tillsyn och beslutsfattande vid kritiska punkter. Det är uppenbart att dessa blandade system för mänskliga maskiner erbjuder den största variationen av både möjligheter och problem för systemingenjören. Aspekter av sådana system behandlas i artikeln human-factor engineering.
Utvecklingen av systemteknik
Matematisk modellering
Systeminriktningen härrör från ett antal källor. I vid bemärkelse kan det betraktas som en enkel förlängning av vetenskaplig standardmetodik. Det är ett vanligt förfarande inom vetenskapen (och någon annanstans) att lista alla faktorer som kan påverka en given situation och välja de som verkar kritiska från hela listan. Matematisk modellering, kanske det mest grundläggande verktyget inom systemteknik, är en teknik som finns i någon gren av vetenskapen som har blivit tillräckligt kvantitativ. Således, i denna vida bemärkelse, är systemmetoden helt enkelt arvtagaren till en tradition som är generationer, om inte århundraden, gamla.
När man letar efter nyare och mer specifika källor för systeminriktningen är det å andra sidan särskilt två som sticker ut. För det första är det allmänna kommunikationsområdet, särskilt kommersiell telefoni, där systemteknik först uppträdde som en tydlig disciplin i sig. Spår av systeminriktningen finns inom telefonteknik åtminstone så långt tillbaka som början av seklet, och systemidéer var ganska vanliga inom telefoni på 1920- och 30-talet. När Bell Telephone Laboratories, den amerikanska telefon- och telegrafföretagets forskningsarm, officiellt införlivades 1925, kallades dess två huvudsakliga ingenjörsavdelningar Apparatutveckling respektive Systemutveckling. En fullständig formell doktrin om systemteknikens roll, dockförst uppstod under åren efter andra världskriget som en del av ett försök att omdefiniera forsknings- och utvecklingspolitiken och strukturen. Denna doktrin satte ingenjörsarbetet på en nivå av logisk paritet med forsknings- och utvecklingsinsatserna och gjorde den till nästan jämförbar faktisk storlek, åtminstone med forskning. Systemingenjören hade en mängd funktioner, med särskild tonvikt på effektivt utnyttjande av vetenskapliga och tekniska framsteg i planeringen av nya kommunikationssystem. Denna speciella uppsättning idéer återspeglade naturligtvis telefonins speciella behov. Ändå, som ett exempel och utgångspunkt, hade det en vid effekt. Det verkar vara en av anledningarna till varför ett så esoteriskt ämne som systemteknik avancerade så snabbt som det gjorde. (För en detaljerad diskussion om forsknings- och utvecklingsaspekterna inom systemteknik,se artikeln forskning och utveckling.)
Operationsforskning och systemteknik
En andra viktig källa för systemteknik är operationsforskning, som har sitt ursprung i en igenkännbar form i Storbritannien under andra världskriget och ursprungligen handlade om den bästa anställningen av militär utrustning. Typiska exempel inkluderade att bestämma den bästa anställningen för ett visst antal bombplan, det bästa sättet att arrangera konvojer mot ubåtattack och det bästa sättet att använda avlyssnare mot en bombattack. Operationsforskning var effektiv i sådana fall och har blomstrat sedan dess i både civilt och militärt sammanhang.
Det finns en tydlig skillnad mellan operationsforskning och systemteknik. Eftersom driftsforskning handlar om bästa möjliga utnyttjande av befintlig utrustning uppstår inte tekniska osäkerheter. Systemteknik å andra sidan handlar normalt om planering av ny utrustning, och sådana osäkerheter kan vara viktiga. I praktiken har systemteknik och operationsforskning ändå en hel del gemensamt. I synnerhet delar de många av samma analytiska tekniker. Detta beror till stor del på det faktum att en systemtekniker sannolikt kommer att utvärdera effektiviteten av en preliminär design med samma metoder som en operationsforskningsspecialist skulle använda med verklig hårdvara.
En annan anledning till överlappning är att skillnaden mellan ny och befintlig utrustning inte är helt tydlig. Nyhet i utrustning är en relativ fråga. Om den nya utrustningen är tillräckligt bra baserad på befintlig designteknik och verkar innebära få tillräckligt med tekniska osäkerheter blir frågan obetydlig. Frågan är en av grad och till viss del av bedömning.
Merparten av systemteknikens nuvarande karaktär härrör historiskt från början av 1950-talet. Det hade varit några anmärkningsvärda händelser under åren strax efter andra världskriget, inklusive till exempel införandet av linjär programmering 1947 och grundandet av olika organisationer för fortsatt utveckling av fältet i slutet av 1940-talet. Sammantaget var detta dock en period av konsolidering av tidigare framsteg. På kommunikationsområdet var de huvudsakliga systemen därför några långväga överföringssystem som hade initierats före kriget och hade avbrutits av krigsaktiviteter.
På 1950-talet accelererade tillväxttakten märkbart. Den första allmänna läroboken om systemteknik dök upp 1957 och följdes av ett antal andra verk som behandlade både industriella och militära applikationer. Dessa publikationer visade sig vara tillräckliga för att etablera systemteknik som en accepterad akademisk disciplin, och kurser i den undervisas nu i många universitet över hela världens utvecklade länder. Professionella föreningar och tidskrifter finns i Frankrike, Indien, Japan, Tyskland, Storbritannien och USA.
Kommunikation och elektronik
Utvecklingen av systemteknik efter 1950 berodde till stor del på effekterna av stora framsteg inom angränsande områden, särskilt kommunikation och elektronik. Ett automatiskt styrsystem är ett bra exempel. Ett styrsystem har den främsta egenskapen att komponenterna interagerar i stor utsträckning och att systemet som helhet har vissa egenskaper - t.ex. stabilitet - som inte kan sägas följa någon enskild komponent. Således tillhandahöll styrsystem praktiska exempel på lärobok för systemteknik.
Utvecklingen av informationsteori som en grundläggande utgångspunkt för kommunikationsteknik, under åren strax efter andra världskriget, var också inflytelserik i utformningen av systemteknikens utveckling. De olika delsystemen i många kompletta system befanns hållas samman av vad som i själva verket var kommunikationskanaler. Således visade sig idéer om informationsöverföring från en del av systemet till en annan användbar för att förstå strukturen som helhet.
Datorer och systemteknik
Systemteknik drog också nytta av tillkomsten av datorer och den efterföljande utvecklingen av kraftfulla programmeringsspråk på hög nivå, vilket påverkade området på två huvudsakliga sätt. Först tillhandahöll de nya verktyg för att analysera komplexa system med omfattande beräkningar eller direkt simulering. För det andra kan de användas för att smälta stora mängder data eller som faktiska beståndsdelar i komplexa system, särskilt de som i hög grad berör information. Detta öppnade för möjligheten att behandla information såväl som att helt enkelt överföra den i sådana system (se även informationsbehandling).
Effekten av militära vapenproblem på systemteknik började strax efter andra världskriget. Ett känt datum var 1945, då utvecklingen av Nike Ajax, ett amerikanskt luftförsvarsmissilsystem, inleddes.
1945 verkade tillgänglig raketframdrivning knappt tillräcklig för att ge missilen ett tillfredsställande taktiskt omfång. Det upptäcktes att uppnåeliga räckvidd berodde på flera parametrar, såsom stridshuvudets vikt och storlek, rakhetens aerodynamiska design, finhet, manöverförmåga som styrsystemet tillhandahåller, och banans form och medelhastighet längs den. Således installerades en effektiv systemteknisk insats där olika kombinationer av missilens egenskaper undersöktes, med målet att uppnå bästa balans mellan räckvidd och andra taktiska egenskaper.
Kontroll- och feedbackfrågor var också viktiga aspekter av det övergripande systemproblemet. Hela systemet var i själva verket en gigantisk återkopplingsslinga eftersom missilen styrdes av order som skickades från en markdator och datorinmatningen innehöll information om vad spårningsradaren observerade att missilen skulle göra. Således fanns det en sluten återkopplingsslinga från missil till dator och tillbaka till missilen igen. Det fanns också sådana återkopplingsslingor av underordnade delar som den för autopiloten som styr missilens attityd, och systemets dynamiska svar påverkades ytterligare av behovet av att bearbeta radarsignalerna för att ta bort radar ”jitter”. Analysen av sådana utarbetade dynamiska system som involverar sammanflätade återkopplingsvägar har blivit en viktig speciell del av det allmänna systemområdet.
På 1950- och 1960-talet växte systemteknik också i andra riktningar, till stor del som ett resultat av vapensystemprojekt associerade med det kalla kriget. Således handlade Ajax-studien om dynamiken i en enda isolerad missil. Å andra sidan involverade försvarssystemen som växte upp på 1950-talet samordnad drift av ett stort antal missiler, vapen, avlyssnare och radarinstallationer spridda över ett betydande område. Dessa hölls alla samman av en stor digital dator, som därmed blev det centrala elementet i systemet. SAGE-systemet (semiautomatisk markmiljö) i USA är ett bra exempel.
Under samma år identifierades systeminriktningen också alltmer med ledningsfunktioner. Således användes frasen ”systemteknik och teknisk riktning” för att beskriva rollen som en systemtekniker som ansvarar för både den inledande planeringen av ett projekt och dess efterföljande hantering. Sk planering, programmering och budgetering (PPB) utvecklades för att ge liknande kombinationer av systemteknik och ekonomisk förvaltning.
Inom icke-militära områden har systemteknik utvecklats på liknande men mer blygsamma linjer. Tidiga applikationer betonade sannolikt återkopplingssystem i storskaliga automatiserade produktionsanläggningar, såsom stålvalsverk och petroleumraffinaderier. Senare applikationer betonade datorbaserad informations- och styrsystem för förvaltning något som de som tidigare utvecklats för luftförsvar. Under senare år har systemmetoden ibland tillämpats på mycket större civila företag, såsom planering av nya städer.
