คำอุปมามักจะได้ผลดีกว่าการพูดตรงๆ ดังนั้นขอเริ่มด้วยคำอุปมาเรื่องหนึ่ง ชายคนหนึ่งกำลังสำรวจการก่อสร้างมหาวิหาร เขาถามช่างสกัดหินว่ากำลังทำอะไรอยู่ ช่างหินตอบว่า "ฉันกำลังสกัดหิน" เขาถามช่างแกะสลักหินว่ากำลังทำอะไร "ฉันกำลังแกะสลักรูปปั้นหิน" และเป็นอย่างนี้ต่อไป แต่ละคนตอบในรายละเอียดว่าตนกำลังทำอะไร สุดท้ายเขาเจอหญิงชราคนหนึ่งกำลังกวาดพื้น เธอพูดว่า "ฉันกำลังช่วยสร้างมหาวิหาร"
ถ้าคุณสุ่มถามคณาจารย์ตามมหาวิทยาลัยทั่วไปว่าพวกเขาจะทำอะไรในชั่วโมงเรียนถัดไป คุณคงได้ยินคำตอบว่า "สอนการแยกเศษส่วนย่อย" "สาธิตวิธีหาโมเมนต์ของการแจกแจงปกติ" "อธิบาย Young's modulus และวิธีวัดมัน" ฯลฯ ผมสงสัยว่าคุณจะได้ยินอาจารย์คนไหนพูดว่า "ผมจะให้การศึกษาแก่นักเรียนและเตรียมพวกเขาสำหรับอาชีพในอนาคต"
คุณอาจแย้งว่าในทั้งสองกรณี เป้าหมายใหญ่เป็นที่เข้าใจกันดีอยู่แล้วจึงไม่จำเป็นต้องพูดถึง แต่ผมสงสัยว่าคุณจะเชื่อแบบนั้นจริงๆ หรือไม่ ส่วนใหญ่แล้ว แต่ละคนจะจมอยู่กับรายละเอียดของส่วนใดส่วนหนึ่งของภาพรวม และไม่คิดว่าสิ่งที่ตนทำนั้นเชื่อมโยงกับภาพใหญ่ได้อย่างไร นี่เป็นลักษณะนิสัยของคนส่วนใหญ่ที่มองงานของตนอย่างคับแคบ และแทบจะไม่เคยเชื่อมโยงมันกับเป้าหมายใหญ่ที่พวกเขาจะยอมรับเมื่อถูกกดดันว่าเป็นเป้าหมายที่แท้จริงของระบบ มุมมองที่คับแคบนี้คือลักษณะสำคัญของข้าราชการ การจะก้าวขึ้นไปถึงจุดสูงสุด คุณควรมีมุมมองที่กว้างขึ้น—อย่างน้อยก็เมื่อคุณไปถึงจุดนั้น
วิศวกรรมระบบ (Systems engineering) คือความพยายามที่จะรักษาเป้าหมายใหญ่ไว้ ตลอดเวลา และแปลการกระทำในระดับท้องถิ่นให้เป็นผลลัพธ์ในระดับโลก แต่ไม่มีภาพใหญ่ภาพเดียว ตัวอย่างเช่น ตอนที่ผมมีคอมพิวเตอร์อยู่ภายใต้การควบคุมของผมเป็นครั้งแรก ผมคิดว่าเป้าหมายคือการให้เครื่องทำงานคำนวณทางคณิตศาสตร์ให้ได้มากที่สุดในแต่ละวัน ใช้เวลาไม่นานนักก่อนที่ผมจะเข้าใจว่า ที่จริงแล้วคือปริมาณของ การคำนวณที่สำคัญ ไม่ใช่ปริมาณดิบๆ ที่สำคัญ ต่อมาผมก็ตระหนักว่าไม่ใช่การคำนวณเพื่อภาควิชาคณิตศาสตร์ที่ผมสังกัดอยู่ แต่เป็นการคำนวณเพื่อฝ่ายวิจัยต่างหากที่สำคัญ อันที่จริง ในไม่ช้าผมก็ตระหนักว่าเพื่อให้ได้คุณค่าสูงสุดจากเครื่องจักรใหม่ๆ จำเป็นต้องให้นักวิทยาศาสตร์เองใช้เครื่องโดยตรง เพื่อที่พวกเขาจะได้เข้าใจถึงความเป็นไปได้ที่คอมพิวเตอร์มีให้กับงานของพวกเขา และถึงแม้จะมีการคำนวณตัวเลขน้อยลง แต่ก็สันนิษฐานได้ว่าการคำนวณที่ทำขึ้นจะมีคุณค่าต่อ Bell Telephone Laboratories มากขึ้น ต่อมาผมก็เห็นว่าผมควรใส่ใจกับทุกความต้องการของ Laboratories ไม่ใช่แค่ฝ่ายวิจัยเท่านั้น จากนั้นก็มี at&t และนอกเหนือจาก at&t ก็คือประเทศ ชุมชนวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม และแน่นอนว่าทั่วทั้งโลกที่ต้องพิจารณา ดังนั้นผมจึงมีหน้าที่รับผิดชอบต่อตัวเอง ต่อภาควิชา ต่อฝ่าย ต่อบริษัท ต่อบริษัทแม่ ต่อประเทศ ต่อโลกของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร และต่อทุกคน ไม่มีขอบเขตชัดเจนที่ผมจะขีดและเพิกเฉยต่อทุกสิ่งที่อยู่ภายนอกได้
หน้าที่รับผิดชอบในแต่ละกรณีคือ (1) ความสำคัญในทันที (2) ความสำคัญในระยะยาวปานกลาง และ (3) ความสำคัญในระยะยาวมาก ผมยังตระหนักด้วยว่าภายใต้ข้อ (2) และ (3) หน้าที่อย่างหนึ่งของผมในฝ่ายวิจัยไม่ใช่แค่การแก้ปัญหาที่มีอยู่ แต่คือการพัฒนาวิธีการสำหรับแก้ปัญหา ขยายขอบเขตของสิ่งที่สามารถทำได้ และให้ความรู้แก่ผู้อื่นในสิ่งที่ผมค้นพบ เพื่อให้พวกเขาสามารถทำต่อ ขยายผล และปรับปรุงความพยายามในช่วงแรกของผม
ในวิศวกรรมระบบ การพูดคำที่ถูกต้องนั้นเป็นเรื่องง่าย และหลายคนก็เรียนรู้ที่จะพูดมันเมื่อถูกถามเกี่ยวกับวิศวกรรมระบบ แต่เช่นเดียวกับกีฬาหลายชนิด เช่น เทนนิส กอล์ฟ และว่ายน้ำ มันยากที่จะทำสิ่งที่จำเป็นทั้งหมดเป็นองค์รวม ดังนั้นวิศวกรระบบจึงถูกตัดสินไม่ใช่จากสิ่งที่พวกเขาพูด แต่จากสิ่งที่พวกเขาสร้างขึ้น มีคนมากมายที่พูดเก่ง แต่เล่นจริงไม่ได้
กฎข้อแรกของวิศวกรรมระบบคือ:
ถ้าคุณปรับแต่งส่วนประกอบแต่ละส่วนให้ดีที่สุด คุณมักจะทำลายประสิทธิภาพของระบบโดยรวม
นี่เป็นประเด็นที่อธิบายให้เข้าใจได้ยากมาก มันฟังดูมีเหตุผล: ถ้าคุณทำให้ส่วนประกอบเดี่ยวๆ ดีขึ้น ระบบโดยรวมก็จะดีขึ้น—แต่มันไม่เป็นความจริง ยิ่งไปกว่านั้น ประสิทธิภาพของระบบจะแย่ลง! ตัวอย่างง่ายๆ ผมเคยใช้เครื่อง differential analyzer และประสบความสำเร็จอย่างมากในการแก้ปัญหาสำคัญๆ จนจำเป็นต้องมีเครื่องที่ใหญ่กว่าและเครื่องที่สอง เราจึงสั่งซื้อเครื่องที่สอง ซึ่งจะเชื่อมต่อกับเครื่องแรกเพื่อให้ทั้งสองเครื่องทำงานแยกกันหรือรวมกันก็ได้ พวกเขาสร้างเครื่องรุ่นที่สองขึ้นมาและต้องการปรับปรุงให้ดีขึ้น ซึ่งผมตกลง เฉพาะ ถ้ามันไม่รบกวนการทำงานของเครื่องทั้งหมด เมื่อถึงวันตรวจรับงานหน้าร้านก่อนการรื้อและเคลื่อนย้ายมายังสถานที่ของเรา ผมเริ่มทดสอบมันด้วยความช่วยเหลือจากเพื่อนที่ไม่เต็มใจนักซึ่งอ้างว่าผมกำลังเสียเวลา การทดสอบครั้งแรก—และมันล้มเหลวอย่างน่าสังเวช! การทดสอบคือการแก้สมการเชิงอนุพันธ์แบบคลาสสิก
ซึ่งแน่นอนว่าคำตอบคือ y \= cos t . จากนั้นคุณพลอต y ( t ) เทียบกับ y' ( t ) และคุณควรได้รูปวงกลม ว่ามันปิดได้สนิทแค่ไหนในแต่ละรอบ คือการวัดความแม่นยำ
เราจึงลองทดสอบกับส่วนประกอบอื่นๆ และได้ผลลัพธ์เดียวกัน เพื่อนของผมต้องยอมรับว่ามีอะไรผิดปกติร้ายแรง เราจึงเรียกคนที่สร้างเครื่องเข้ามาและชี้ให้เห็นข้อบกพร่อง—ซึ่งเห็นได้ชัดเจนจนพวกเขาต้องยอมรับว่ามีบางอย่างผิดปกติ พวกเขาแก้ไปแก้มาขณะที่เราดู และสุดท้ายเพื่อนของผมกับผมก็ไปทานอาหารกลางวันด้วยกัน เมื่อกลับมาพวกเขาก็หาสาเหตุเจอแล้ว พวกเขาปรับปรุงแอมพลิฟายเออร์ให้ดีขึ้นมากจริงๆ แต่ตอนนั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายกราวนด์ที่ไม่เพียงพอกำลังทำให้เกิดการรั่วไหลของกระแสย้อนกลับ! พวกเขาแค่ต้องใส่สายกราวนด์ทองแดงที่หนากว่านี้มาก ทุกอย่างก็เรียบร้อย อย่างที่ผมบอก การปรับปรุงส่วนประกอบในเครื่องแบบนี้ แม้ว่าแต่ละส่วนประกอบจะดูเป็นอิสระต่อกัน ก็ยังทำลายประสิทธิภาพของระบบ! มันเป็นตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ แต่มันแสดงให้เห็นประเด็นของกฎ โดยปกติแล้วผลของการปรับปรุงส่วนประกอบจะไม่ชัดเจนและรุนแรงเท่านี้ แต่ก็สร้างความเสียหายต่อประสิทธิภาพของระบบโดยรวมไม่แพ้กัน
คุณอาจยังไม่เชื่อข้อความนี้ งั้นขอผมใช้กฎนี้กับคุณ พวกคุณส่วนใหญ่พยายามสอบผ่านแต่ละวิชาโดยการอ่านหนังสือแบบกะทันหันช่วงท้ายเทอม ซึ่งเป็นสิ่งที่ค่อนข้างจะให้ผลเสียต่อการศึกษาทั้งหมดที่คุณต้องการ ดังที่คุณรู้ดี คุณมองปัญหาของคุณเป็นการสอบผ่านทีละวิชา หรือทีละเทอม แต่คุณรู้ในใจว่าสิ่งที่สำคัญจริงๆ คือสิ่งที่คุณได้รับเมื่อจบออกมา และสิ่งที่เกิดขึ้นในแต่ละช่วงนั้นไม่สำคัญเท่า ในช่วงสองปีสุดท้ายของปริญญาตรีที่ University of Chicago กฎคือเมื่อจบหลักสูตรคุณต้องสอบผ่านข้อสอบเดียวจากเก้าวิชาในสาขาเอก และอีกข้อสอบจากหกวิชาในสาขาโท และนี่คือสิ่งสำคัญ ไม่ใช่เกรดที่คุณได้ระหว่างทาง เป็นครั้งแรกที่ผมเข้าใจว่าระบบการศึกษาที่เน้นภาพรวมหมายถึงอะไร ตอนที่เรียนวิชาใดวิชาหนึ่ง มันไม่ใช่เรื่องของการสอบผ่าน การเอาใจอาจารย์ หรืออะไรทำนองนั้น มันคือการเรียนรู้เพื่อที่ภายหลัง อาจจะสองปีให้หลัง ผมจะยังคงรู้สิ่งต่างๆ ที่ควรจะอยู่ในวิชานั้น
การอ่านหนังสือกะทันหันนั้นเป็นการเสียเวลาอย่างชัดเจน คุณรู้ดีว่ามันเป็นอย่างนั้น แต่พฤติกรรมของพวกคุณส่วนใหญ่กลับปฏิเสธความจริงข้อนี้ ดังนั้น อย่างที่ผมกล่าวไว้ข้างต้น คำพูดมีความหมายน้อยมากในการตัดสินงานวิศวกรรมระบบ สิ่งที่สำคัญคือสิ่งที่ถูกผลิตขึ้นมา อาจารย์เชื่อเช่นเดียวกับคนที่จ่ายค่าเล่าเรียนของคุณ และอาจรวมถึงพวกคุณบางคนด้วย ว่าสิ่งที่ถูกสอนน่าจะมีประโยชน์อย่างมากในอาชีพการงานของคุณในอนาคต แต่คุณยังคงปรับแต่งส่วนประกอบของระบบให้ดีที่สุดจนทำให้ระบบโดยรวมเสียหาย! วิศวกรรมระบบเป็นศาสตรที่ปฏิบัติตามยาก มันง่ายเหลือเกินที่จะหลงทางในรายละเอียด! พูดง่าย แต่ทำยาก ตัวอย่างนี้ควรจะแสดงให้คุณเห็นถึงความจริงของคำพูดของผมที่ว่าหลายคนรู้คำพูดแต่มีน้อยคนที่จะนำไปปฏิบัติจริงเมื่อถึงเวลาลงมือทำในโลกความเป็นจริง พวกคุณส่วนใหญ่ทำไม่ได้!
อีกตัวอย่างหนึ่งของผลกระทบจากการปรับแต่งส่วนประกอบของระบบให้ดีที่สุด คือการเรียนการสอนวิชาคณิตศาสตร์ระดับต้นในมหาวิทยาลัย ตลอดหลายปีที่ผ่านมาเราได้ปรับแต่งทั้งวิชาแคลคูลัสและพีชคณิตเชิงเส้นให้ดีที่สุด และได้ตัดอะไรก็ตามที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับแต่ละวิชาออกไป ผลที่ตามมาคือการเรียนการสอนคณิตศาสตร์โดยภาพรวมจึงมีช่องว่างขนาดใหญ่
- เราแทบไม่ได้กล่าวถึงวิธีการสำคัญอย่างการอุปนัยทางคณิตศาสตร์ (mathematical induction) เลย
- หลังจากกล่าวถึงสั้นๆ ในวิชาพีชคณิตในบริบทของสมการกำลังสอง เราแทบจะหลีกเลี่ยงการเอ่ยถึงจำนวนเชิงซ้อน (complex numbers) อย่างน่ากลัว จนกระทั่งถึงวันแห่งหายนะในช่วงท้ายของวิชาพีชคณิตเชิงเส้น เมื่อค่า eigenvalue และ eigenfunction เชิงซ้อนเกิดขึ้น และนักเรียนที่ยากจนก็ต้องเผชิญกับแนวคิดใหม่ที่ยากสองอย่างพร้อมกัน และแน่นอนว่างุนงงไปตามระเบียบ
- วิธีการสำคัญและมีประโยชน์อย่างการหาค่าสัมประสิทธิ์ไม่ทราบค่า (method of undetermined coefficients) ถูกกล่าวถึงเพียงสั้นๆ
- การพิสูจน์ความเป็นไปไม่ได้ (impossibility proofs) ถูกมองข้ามไปเกือบทั้งหมด
- คณิตศาสตร์ไม่ต่อเนื่อง (discrete mathematics) ถูกมองข้าม
- แทบไม่มีความพยายามในการเปลี่ยนสิ่งที่นักเรียนส่วนใหญ่มองว่าเป็นเพียง "รอยขีดเขียนบนกระดาษ" ให้เป็นแนวคิดที่มีความหมายซึ่งสามารถนำไปใช้กับโลกแห่งความจริงได้
และเป็นอย่างนี้เรื่อยไป ส่วนใหญ่ของเนื้อหาที่สมเหตุสมผลในการศึกษาคณิตศาสตร์ถูกตัดทิ้งไปเพราะความต้องการปรับแต่งแต่ละวิชาให้ดีที่สุด โดยปกติแล้วโครงสร้างภายในของแคลคูลัสและบทบาทสำคัญของลิมิต (limit) ถูกมองข้ามว่าไม่จำเป็น
ข้อเสนอการปฏิรูปวิชาแคลคูลัสมาตรฐานทั้งหมดที่ผมได้ตรวจสอบมา ซึ่งมีมากมาย ไม่เคยเริ่มต้นด้วยการถามว่า "การศึกษาคณิตศาสตร์โดยรวมคืออะไร และเพราะเหตุใด วิชาแคลคูลัสควรมีอะไรบ้าง" พวกเขาแค่พยายามรวมคอมพิวเตอร์ หรือแนวคิดบางอย่าง เข้าไปโดยไม่พิจารณาระบบของการศึกษาคณิตศาสตร์โดยรวมที่วิชานั้นควรจะเป็นส่วนหนึ่ง แนวคิดเชิงระบบในการศึกษาไม่ได้เจริญรุ่งเรือง แต่กลับเป็นผู้ที่คลั่งไคล้ในแง่มุมต่างๆ ที่พยายามปรับแต่งสิ่งต่างๆ ให้เข้ากับความคลั่งไคล้เฉพาะของตน คำถามที่ว่า "ปัญหาทั้งหมดที่ส่วนนี้จะต้องเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งคืออะไร?" ดังเช่นในหลายๆ สถานการณ์ ถูกมองว่าใหญ่เกินไป และการปรับแต่งย่อยของวิชาต่างๆ ก็ดำเนินต่อไป มีคนไม่กี่คนที่ตั้งใจจะปฏิรูประบบใดๆ ที่พยายามค้นหาปัญหาของระบบทั้งหมดก่อน แต่กลับโจมตีอาการแรกที่เห็น และแน่นอนว่าสิ่งที่ออกมาก็คืออะไรก็ตามที่ออกมา และไม่ใช่สิ่งที่จำเป็น
เมื่อเร็วๆ นี้ผมได้ลองคิดถึงประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมระบบ—และแค่เพราะว่าระบบถูกสร้างขึ้น ไม่ได้หมายความว่าผู้สร้างมีระบบในใจมากกว่าส่วนประกอบ ระบบแรกสุดที่ผมนึกออกว่าเคยอ่านเกี่ยวกับรายละเอียดคืออู่ต่อเรือ Venetian ในยุคที่รุ่งเรืองประมาณ ค.ศ. 1200–1400 พวกเขามีสายการผลิต และเมื่อเรือใหม่เคลื่อนผ่านสายการผลิต เชือก เสากระโดง ใบเรือ และสุดท้ายลูกเรือที่ผ่านการฝึกฝนก็พร้อมอยู่ตรงนั้นเมื่อต้องการ และเรือก็แล่นออกไป! ในช่วงเวลาปกติ เรืออีกลำก็ออกมาจากอู่ต่อเรือ มันเป็นสายการผลิตแบบ "just in time" ในยุคแรก ที่รวมถึงคนที่ผ่านการฝึกฝนอย่างเหมาะสม รวมถึงอุปกรณ์ที่ถูกสร้างขึ้น
ระบบรถไฟในยุคแรกๆ ก็เป็นระบบแน่นอน แต่ผมไม่แน่ใจว่าผู้สร้างกลุ่มแรกไม่ได้พยายามทำให้แต่ละส่วนดีที่สุด และไม่ได้คิด จนกระทั่งหลังจากที่ทุกอย่างเดินหน้าไปแล้ว ว่านี่คือระบบที่ต้องพิจารณา—ว่าส่วนประกอบต่างๆ จะประสานกันอย่างไรเพื่อให้ได้ระบบปฏิบัติการที่ดี
ผมสงสัยว่าบริษัทโทรศัพท์น่าจะเป็นบริษัทแรกที่ต้องเผชิญกับปัญหาของวิศวกรรมระบบอย่างแท้จริง ถ้าต้องการให้บริการที่ดี ทุกส่วนต้องเชื่อมต่อกันและทำงานด้วยความน่าเชื่อถือสูงต่อส่วนประกอบ ตั้งแต่แรกเริ่มบริษัทให้บริการ ไม่ใช่แค่อุปกรณ์ นั่นคือความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่ ถ้าคุณแค่สร้างบางสิ่งและปล่อยให้คนอื่นดูแลรักษามัน ก็เป็นเรื่องหนึ่ง แต่ถ้าคุณจะดำเนินการมันในฐานะบริการ ก็เป็นอีกเรื่องที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง! คนอื่นๆ เคยเผชิญกับระบบขนาดเล็กในภาพรวมมาก่อน แต่ระบบโทรศัพท์นั้นใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่าอะไรก็ตามที่เคยมีมาจนถึงจุดนั้น พวกเขายังค้นพบ บางทีอาจเป็นครั้งแรก ว่าในการขยายตัวนั้นไม่มี economy of scale แต่เป็น diseconomy; ลูกค้าใหม่แต่ละคนต้องเชื่อมต่อกับ ลูกค้าทั้งหมด ที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ และลูกค้าใหม่แต่ละรายจึงเป็นค่าใช้จ่ายที่มากขึ้น ดังนั้น ระบบจึงต้องถูกออกแบบอย่างชาญฉลาดมาก
ผมไม่ได้แสร้งทำเป็นเข้าใจว่าผมซึ่งมีการศึกษาแบบคณิตศาสตร์บริสุทธิ์คลาสสิก เปลี่ยนมาเป็นวิศวกรระบบได้อย่างไร แต่มันก็เกิดขึ้น ผมคิดว่ามันเริ่มต้นอย่างเงียบๆ จากการศึกษาในมหาวิทยาลัยของผม แต่มันเริ่มต้นจริงๆ ที่ Los Alamos ซึ่งพวกเราทุกคนเห็นได้ชัดว่าเรากำลังสร้างการออกแบบที่ทุกส่วนประกอบต้องประสานงานกันอย่างเหมาะสมเพื่อให้ทั้งหมดทำในสิ่งที่ต้องทำ—รวมถึงการพอดีกับช่องใส่ระเบิดของเครื่องบินในยุคนั้น และต้องทำงานให้เสร็จอย่างรวดเร็วก่อนศัตรูซึ่งทราบกันดีว่ากำลังทำงานนี้อยู่เช่นกันจะประสบความสำเร็จ
ระบบขีปนาวุธนำวิถี Nike ระบบคอมพิวเตอร์ที่ผมดูแล และอีกหลายแง่มุมของงานที่ Bell Telephone Laboratories ล้วนสอนผมถึงข้อเท็จจริงของวิศวกรรมระบบ—ไม่ใช่ในเชิงนามธรรม แต่เป็นบทเรียนหนักหน่วงที่ถูกสาธิตให้เห็นทุกวันโดยคนโง่เขลาที่ไม่เข้าใจภาพรวมในฐานะภาพรวม แต่เข้าใจเพียงส่วนประกอบต่างๆ ผมเคยสังเกตแล้วว่าผมไม่ได้เข้าใจแนวคิดเชิงระบบในทันทีตอนที่ดูแลคอมพิวเตอร์ แต่อย่างน้อยผมก็ค่อยๆ ตระหนักว่าคอมพิวเตอร์เป็นเพียงส่วนหนึ่งขององค์กรวิจัยและพัฒนา มันสำคัญแน่นอน แต่สิ่งที่สำคัญในระยะยาวคือคุณค่าของมันต่อระบบ และมันช่วยให้องค์กรรวมถึงสังคมบรรลุเป้าหมายได้ดีแค่ไหน ไม่ใช่ความสะดวกสบายของพนักงานที่ดูแลคอมพิวเตอร์
นั่นนำไปสู่อีกประเด็นหนึ่ง ซึ่งปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันดีในซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ แต่ก็ใช้ได้กับฮาร์ดแวร์เช่นกัน สิ่งต่างๆ เปลี่ยนแปลงเร็วมากจนส่วนหนึ่งของปัญหาการออกแบบระบบคือ ระบบจะถูกอัปเกรดอย่างต่อเนื่องในแบบที่คุณไม่รู้รายละเอียดในตอนนี้! ความยืดหยุ่นต้องเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบสิ่งของและกระบวนการสมัยใหม่ ความยืดหยุ่นที่ถูกสร้างไว้ในการออกแบบไม่เพียงแต่ทำให้คุณจัดการกับการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้นหลังการติดตั้งได้ดีขึ้น แต่ยังช่วยงานของคุณเองด้วย เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ทั้งในช่วงท้ายของการออกแบบและการติดตั้งระบบในสนาม ผมไม่เคยรู้มาก่อนว่าการเปลี่ยนแปลงในสนามนั้นมีมากมายขนาดนี้ จนกระทั่งการทดสอบสนาม Nike ในช่วงแรกที่เกาะ Kwajalein เรากำลังติดตั้งมัน และยังคงมีการเปลี่ยนแปลงในสนามจำนวนมากส่งออกไปให้พวกเขาอยู่ตลอด!
ดังนั้นกฎข้อที่สอง:
ส่วนหนึ่งของการออกแบบวิศวกรรมระบบคือการเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลง เพื่อให้สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างราบรื่นและยังคงไม่ทำให้ส่วนอื่นๆ เสื่อมลง
ย้อนกลับมาที่การศึกษาของคุณ ปัญหาที่แท้จริงของเราไม่ใช่การเตรียมคุณให้พร้อมสำหรับอดีตของเรา หรือแม้แต่ปัจจุบัน แต่เพื่อเตรียมคุณให้พร้อมสำหรับอนาคตของคุณ ด้วยเหตุนี้ผมจึงเน้นย้ำถึงความสำคัญของสิ่งที่ปัจจุบันเชื่อว่าเป็น พื้นฐานของสาขาต่างๆ และจงใจละเลยรายละเอียดในปัจจุบัน ซึ่งน่าจะมีอายุสั้น ผมได้อ้างถึงก่อนหน้านี้ว่าครึ่งชีวิตของรายละเอียดทางวิศวกรรมคือ 15 ปี—ครึ่งหนึ่งของรายละเอียดที่คุณเรียนรู้ตอนนี้จะไร้ประโยชน์สำหรับคุณในอีก 15 ปี
กฎข้อที่สาม:
ยิ่งคุณตอบสนองข้อกำหนดได้ตรงเป๊ะมากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพก็จะยิ่งแย่ลงเมื่อมีภาระเกิน
ความจริงของข้อนี้ชัดเจนเมื่อสร้างสะพานเพื่อรับน้ำหนักที่กำหนด ยิ่งการออกแบบเนียนเพื่อให้ตรงกับน้ำหนักที่กำหนดไว้ สะพานก็จะพังเร็วขึ้นเมื่อน้ำหนักเกิน เรายังเห็นสิ่งนี้ในสำนักงานกลางโทรศัพท์ เมื่อคุณออกแบบระบบให้รองรับโหลดสูงสุด เมื่อมีโหลดเกินมาเล็กน้อย ประสิทธิภาพก็ลดลงทันที ดังนั้นการออกแบบที่ดีโดยทั่วไปจึงรวมถึงการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของประสิทธิภาพเมื่อเกินข้อกำหนด
ในการเตรียมเขียนบทนี้ ผมได้อ่านอีกครั้งหนึ่งชุดเรียงความ One Man's Systems Engineering โดย H.R. Westerman (1975) ซึ่งขณะนั้นอยู่ที่ Bell Telephone Laboratories มันเป็นบทสนทนาเชิงปรัชญาที่ลึกซึ้งเพียงหนึ่งเดียวที่ผมรู้จักเกี่ยวกับ "อะไร อย่างไร และทำไม" ของวิศวกรรมระบบ แม้ว่าผมจะมีความเห็นแตกต่างเล็กน้อยในบางจุดจากสิ่งที่เขาพูด แต่ผมเห็นด้วยกับเขาในพื้นฐาน ผมทำได้เพียงสรุปอย่างสั้นๆ เกินไป จากสิ่งที่เขาพูดในสิบเรียงความที่มีชื่อดังนี้:
- One Man's Systems Engineering
- What is Systems Engineering?
- On the Objective
- What Does a Systems Engineer Do?
- The Framework of Systems Engineering
- Organization and Systems Engineering
- Objectives and Policy Makers
- On the Methodology of Systems Engineering
- Evaluation and (Un)Common Sense
- Envoy
รายการนี้แสดงให้เห็นถึงความกว้างขวางของวิสัยทัศน์ของเขาอย่างชัดเจน ซึ่งเกิดจากหลายปีในการทำงานทั้งในโครงการทางทหารและปัญหาระบบโทรศัพท์
เขาเชื่อในทีมที่โจมตีปัญหาวิศวกรรมระบบมากกว่าปัญหาเดี่ยวๆ ที่ถูกโจมตี ในขณะที่ผม จากประสบการณ์ที่จำกัดในด้านการคำนวณ ซึ่งผมไม่มีใครอยู่ใกล้ๆ ที่จะพูดคุยเกี่ยวกับการใช้คอมพิวเตอร์ที่เหมาะสม ต้องทำมันด้วยตัวเอง แน่นอนว่าปัญหาของเขายากกว่าของผมมาก
เขาเชื่อว่าผู้เชี่ยวชาญที่ถูกนำมารวมกันเป็นทีมคือพื้นฐานของวิศวกรรมระบบ และระหว่างงานต่างๆ พวกเขาต้องกลับไปสู่ความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านเพื่อรักษาความรู้ความสามารถของตน การใช้ทีมบ่อยเกินไปเพื่อดับไฟฉุกเฉินนั้นส่งผลเสียในระยะยาว เพราะบุคคลเหล่านั้นจะไม่ได้รักษาทักษะของตนให้คมกริบในสาขาของตน
เราทั้งสองเห็นตรงกันว่างานวิศวกรรมระบบไม่มีวันเสร็จสิ้น เหตุผลหนึ่งคือการมีอยู่ของคำตอบนั้นเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมและสร้างปัญหาใหม่ๆ ให้ถูกแก้ไข ตัวอย่างเช่น ขณะที่ดูแลศูนย์คอมพิวเตอร์ในยุคแรกๆ ผมเริ่มเชื่อว่าปัญหาเล็กๆ มีความสำคัญค่อนข้างมากกว่าปัญหาใหญ่ บริการที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ เป็นสิ่งที่น่าปรารถนา ดังนั้นผมจึงกำหนดช่วงเวลาหนึ่งชั่วโมงในแต่ละเช้าและบ่ายซึ่งจะรันเฉพาะปัญหาที่ใช้เวลาไม่เกินสามนาที (ส่วนใหญ่เป็นการทดสอบโปรแกรม) และถ้าคุณรันเกินห้านาทีคุณจะถูกถอดออกจากเครื่องไม่ว่าคุณจะอ้างว่าคุณเกือบเสร็จแล้วก็ตาม ก็เลยมีคนที่มีปัญหาสิบนาทีแบ่งมันออกเป็นสามส่วนเล็กๆ โดยมีคนละคนสำหรับแต่ละส่วน และรันภายใต้กฎ—ทำให้โหลดใน facilities input/output เพิ่มขึ้น การมีอยู่ของคำตอบของผมนั่นเองที่เปลี่ยนการตอบสนองของระบบ กลยุทธ์ที่ดีที่สุดสำหรับแต่ละบุคคลนั้นขัดแย้งกับกลยุทธ์ที่ดีที่สุดสำหรับห้องปฏิบัติการโดยรวมอย่างชัดเจน และหนึ่งในหน้าที่ของวิศวกรระบบคือการขัดขวางการปรับแต่งเฉพาะจุดของแต่ละบุคคลในระบบให้มากที่สุด และมุ่งสู่การปรับแต่งที่ดีที่สุดสำหรับระบบโดยรวม
เหตุผลที่สองที่การออกแบบของวิศวกรระบบไม่มีวันเสร็จสมบูรณ์คือ คำตอบที่เสนอให้กับปัญหาเดิมมักจะทำให้เกิดทั้งความเข้าใจที่ลึกซึ้งขึ้นและความไม่พอใจในตัววิศวกรเอง ยิ่งไปกว่านั้น ในขณะที่ขั้นตอนการออกแบบวนไปมาจากการแก้ปัญหาที่เสนอไปสู่การประเมินผลแล้วกลับไปกลับมาซ้ำแล้วซ้ำเล่า ก็ถึงเวลาที่กระบวนการปรับแต่งนี้ต้องหยุดและจัดการกับปัญหาจริง—จึงให้สิ่งที่พวกเขาตระหนักดีว่า ในระยะยาว เป็นคำตอบที่ต่ำกว่าที่ดีที่สุด
Westerman เชื่อเช่นเดียวกับผมว่า แม้ว่าลูกค้าจะมีความรู้เกี่ยวกับอาการของตน เขาอาจไม่เข้าใจสาเหตุที่แท้จริงของอาการเหล่านั้น และมันโง่เขลาที่จะพยายามรักษาเฉพาะอาการ ดังนั้นในขณะที่วิศวกรระบบต้องรับฟังลูกค้า พวกเขาควรพยายามดึงความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์จากลูกค้าด้วย ดังนั้น ส่วนหนึ่งของงานของวิศวกรระบบคือการกำหนด ในความหมายที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ว่าปัญหาคืออะไร และเปลี่ยนจากอาการไปสู่สาเหตุ
เช่นเดียวกับที่ไม่มีระบบที่แน่นอนซึ่งจะพบคำตอบได้ และขอบเขตของปัญหานั้นยืดหยุ่นและมักจะขยายตัวในแต่ละรอบของคำตอบ เช่นเดียวกับที่มักไม่มีคำตอบสุดท้าย แต่แต่ละรอบของการป้อนข้อมูลและคำตอบก็คุ้มค่ากับความพยายาม คำตอบที่ไม่ได้เตรียมการสำหรับรอบถัดไปด้วยความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นนั้นแทบจะไม่ถือเป็นคำตอบเลย
ผมคิดว่าแก่นแท้ของวิศวกรรมระบบคือการ ยอมรับ ว่าไม่มีทั้งปัญหาที่แน่นอนตายตัวและไม่มีคำตอบสุดท้าย แต่วิวัฒนาการเป็นสภาวะธรรมชาตินั่นต่างหาก แน่นอนว่านี่ไม่ใช่สิ่งที่คุณเรียนรู้ในโรงเรียน ที่คุณได้รับปัญหาที่แน่นอนซึ่งมีคำตอบที่แน่นอน
แล้วโรงเรียนจะปรับตัวเข้ากับสถานการณ์นี้และสอนวิศวกรรมระบบ ซึ่งเนื่องจากการขยายตัวของสังคมของเรา ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ได้อย่างไร? แนวคิดของแนวทางแบบห้องปฏิบัติการสู่วิศวกรรมระบบนั้นน่าดึงดูด จนกว่าคุณจะพิจารณาผลที่ตามมา วิศวกรรมระบบที่อธิบายไว้ข้างต้นขึ้นอยู่กับการสอนในโรงเรียนมาตรฐานของเทคนิคที่แน่นอนในการแก้ปัญหาที่แน่นอน องค์ประกอบใหม่คือ การกำหนด ปัญหาที่แน่นอนจากพื้นหลังของความไม่แน่นอนซึ่งเป็นพื้นฐานของสังคมของเรา เราไม่สามารถละเลยการฝึกฝนแบบดั้งเดิมได้ และโรงเรียนไม่มีเวลาหรือทรัพยากร ยกเว้นในกรณีพิเศษ ที่จะรับหัวข้อใหม่คือวิศวกรรมระบบ ผมคิดว่าสิ่งที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้คือการอ้างอิงถึงความแตกต่างระหว่างคำตอบในห้องเรียนที่เราสอนกับความเป็นจริงของวิศวกรรมระบบเป็นประจำ
Westerman เชื่อว่า อย่างชัดเจน ศิลปะของวิศวกรรมระบบต้องเรียนรู้ในทีมที่ประกอบด้วยผู้มีประสบการณ์และผู้ใหม่ เขาตระหนักดีว่าผู้มีประสบการณ์ต้องถูกค่อยๆ ปลดออกและคนใหม่ถูกนำเข้ามาในทีม ผมไม่มีคำตอบสำหรับวิธีการสอนประสบการณ์ "หมาป่าเดียวดาย" ของผม นอกจากสิ่งที่ผมทำมาจนถึงตอนนี้ โดยการเล่าเรื่องราวของสิ่งที่เกิดขึ้นกับผมในสถานการณ์ต่างๆ โดยปกติแล้วสถานการณ์จริงนั้นซับซ้อนมากจนต้องใช้เวลานานมากในการถ่ายทอดนโยบายภายนอก นิสัยขององค์กร ลักษณะของบุคลากรที่จะดูแลระบบสุดท้าย สภาวะปฏิบัติการในสนาม ประเพณี ฯลฯ ซึ่งล้อมรอบ และในระดับใหญ่ก็จำกัดขอบเขต คำตอบที่จะเสนอให้กับปัญหาของระบบ คำตอบมักจะเป็นประนีประนอมครั้งใหญ่ระหว่างเป้าหมายที่ขัดแย้งกัน และนักเรียนแทบจะไม่เห็นความสำคัญของส่วนที่จับต้องไม่ได้ของขอบเขตที่หล่อหลอมรูปแบบของคำตอบ ดังนั้นปัญหาวิศวกรรมระบบที่แท้จริงจึงแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงในรายละเอียดที่สมจริงตามที่ควร แต่กลับต้องใช้สถานการณ์จำลองและเรื่องราว ซึ่งถึงแม้จะตัดรายละเอียดออกไปมาก แต่ก็ไม่บิดเบือนสิ่งต่างๆ มากเกินไป
ถ้าคุณย้อนกลับไปดูบทต่างๆ เหล่านี้ คุณจะพบว่ามีสิ่งนี้อยู่มากมาย—เรื่องราวต่างๆ มักจะเกี่ยวกับสถานการณ์วิศวกรรมระบบที่ถูกทำให้ง่ายขึ้นอย่างมาก ผมคิดว่าผมเป็นวิศวกรระบบโดยธรรมชาติ และมันหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ผมจะโน้มเอียงไปในทิศทางนั้นเสมอ แต่ขอพูดอีกครั้ง วิศวกรรมระบบต้องสร้างบนพื้นฐานที่มั่นคงของการทำให้เป็นปัญหาแน่นอนที่มีคำตอบแน่นอนแบบคลาสสิก ผมสงสัยว่ามันจะสอนจาก จุดเริ่มต้นที่ไม่มีพื้นฐานมาก่อน ได้หรือไม่
ขอปิดท้ายด้วยข้อสังเกตที่ว่าผมเคยเห็นคำตอบมากมายที่ถูกเสนอซึ่งแก้ปัญหาที่ผิดอย่างถูกต้อง ในแง่หนึ่งวิศวกรรมระบบคือการพยายามแก้ปัญหาที่ถูกต้อง บางทีอาจผิดเล็กน้อย แต่ด้วยความตระหนักว่าคำตอบนั้นเป็นเพียงชั่วคราวและภายหลัง ในรอบถัดไปของการออกแบบ ข้อบกพร่องที่ยอมรับเหล่านี้สามารถถูกจับได้ โดยมีเงื่อนไขว่า ได้รับความเข้าใจแล้ว ผมพูดมาก่อนแล้ว แต่ขอพูดอีกครั้ง: คำตอบที่ไม่ได้ให้ความเข้าใจที่มากกว่าที่คุณมีตอนเริ่มต้นเป็นคำตอบที่แย่จริงๆ แต่มันอาจเป็นทั้งหมดที่คุณสามารถทำได้ภายใต้ข้อจำกัดด้านเวลาของสถานการณ์ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งและระยะยาวเกี่ยวกับธรรมชาติของปัญหาต้องเป็นเป้าหมายของวิศวกรระบบ ในขณะที่ลูกค้าต้องการการบรรเทาอาการของปัญหาปัจจุบันของเขาโดยทันที อีกครั้ง ความขัดแย้งที่นำไปสู่แนวทางเมตาระบบ!
เป็นตัวอย่างของการเพิ่มพูนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับระบบและปัญหาของมัน ลองพิจารณาโครงการขีปนาวุธ Nike ในตอนแรกมันคือการสร้างขีปนาวุธที่จะยิงเป้าหมายเดียวให้ตก เมื่อทำสำเร็จ เราก็เริ่มคิดถึงกองพันขีปนาวุธ Nike และวิธีประสานงานขีปนาวุธแต่ละลูกเมื่อถูกโจมตีโดยฝูงเครื่องบินข้าศึก จากนั้นก็ถึงวันที่เราเริ่มคิดถึงเป้าหมายที่ควรป้องกัน เมืองไหนควรป้องกัน และเมืองไหนไม่ควร เราเริ่มตระหนักว่าคำตอบคือเป้าหมายทั้งหมดควรมีต้นทุนเท่ากันสำหรับศัตรู—ไม่ควรมีเป้าหมายที่ป้องกันน้อยเกินไปหรือมากเกินไป แต่ละเป้าหมายควรได้รับการป้องกันตามสัดส่วนของความเสียหายที่ศัตรูสามารถทำได้ ดังนั้นเราจึงเริ่มเห็นว่า ขีปนาวุธ Nike เป็นเพียงอุปกรณ์ที่ทำให้ศัตรูต้องจ่ายราคาสำหรับความเสียหายที่เขาสามารถทำได้ โดยไม่มีเป้าหมาย "ถูก" ให้เลือกใช้ มุมมองนี้แตกต่างจากมุมมองที่เราเริ่มต้นมากมายขนาดไหน! มันแสดงให้เห็นประเด็นที่ว่าแต่ละคำตอบควรนำมาซึ่งความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับปัญหา: อาการแรกที่พวกเขาบอกคุณจะอยู่ได้ไม่นานเมื่อคุณเริ่มประสบความสำเร็จ เป้าหมายจะเปลี่ยนไปเรื่อยๆ เมื่อความเข้าใจของคุณและลูกค้าลึกซึ้งยิ่งขึ้น
วิศวกรรมระบบเป็นอาชีพที่น่าสนใจจริงๆ แต่มันเป็นอาชีพที่ปฏิบัติได้ยาก ความต้องการวิศวกรระบบตัวจริงนั้นมีสูง และอาจจะมีความต้องการมากยิ่งขึ้นในการกำจัดคนที่แค่พูดเก่งแต่เล่นจริงไม่ได้