Система систем — это совокупность ориентированных на задачи или специализированных систем, которые объединяют свои ресурсы и возможности для создания новой, более сложной системы, которая предлагает больше функциональности и производительности, чем просто сумма составляющих систем. В настоящее время системы систем являются важной исследовательской дисциплиной, для которой системы отсчета, мыслительные процессы, количественный анализ, инструменты и методы проектирования являются неполными. [1] Методологию определения, абстрагирования, моделирования и анализа системных проблем обычно называют системой системного проектирования .
Обзор
Обычно предлагаемые описания (не обязательно определения) систем систем [2] приведены ниже в порядке их появления в литературе:
- Объединение систем в единую систему систем обеспечивает функциональную совместимость и синергизм систем командования, управления, компьютеров, связи и информации (C4I) и разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR): [3] описание в области информационного превосходства в современных вооруженных силах. .
- Системы систем – это крупномасштабные параллельные и распределенные системы, компоненты которых сами являются сложными системами: [4] описание в области коммуникационных структур и информационных систем на частном предприятии .
- Система системного образования предполагает интеграцию систем в систему систем, что в конечном итоге способствует развитию социальной инфраструктуры: [5] описание в области образования инженеров о важности систем и их интеграции .
- Система системной интеграции - это метод разработки, интеграции, совместимости и оптимизации систем для повышения производительности в будущих сценариях боевых действий: [6] описание в области интеграции информационных систем в вооруженных силах .
- Современные системы, которые включают в себя проблемы системы систем, не являются монолитными, а имеют пять общих характеристик: операционную независимость отдельных систем, управленческую независимость систем, географическое распределение, эмерджентное поведение и эволюционное развитие: [7] описание в области эволюционного развития. приобретение сложных адаптивных систем в армии .
- Корпоративные системы системного проектирования ориентированы на объединение традиционной деятельности по системному проектированию с деятельностью предприятия по стратегическому планированию и инвестиционному анализу: [8] описание в области информационно-емких систем на частном предприятии .
- Системные проблемы представляют собой совокупность трансдоменных сетей разнородных систем, которые могут демонстрировать операционную и управленческую независимость, географическое распределение, а также эмерджентное и эволюционное поведение, которое не было бы очевидным, если бы системы и их взаимодействия моделировались отдельно: [9] ] описание в области национальной транспортной системы, комплексных военных и космических исследований .
В совокупности все эти описания предполагают, что для улучшения поддержки принятия решений для системных проблем необходима полная система системного проектирования. В частности, необходима эффективная система системного проектирования, которая поможет лицам, принимающим решения, определить, являются ли соответствующие аспекты инфраструктуры, политики и/или технологий как взаимосвязанное целое хорошими, плохими или нейтральными с течением времени. [10] Необходимость решения системных проблем является актуальной не только из-за растущей сложности сегодняшних задач, но и потому, что такие проблемы требуют крупных денежных и ресурсных инвестиций с последствиями для нескольких поколений.
Системные темы
Системный подход
Хотя отдельные системы, составляющие систему систем, могут сильно различаться и действовать независимо, их взаимодействие обычно раскрывает и обеспечивает важные эмерджентные свойства. Эти возникающие модели имеют развивающуюся природу, которую заинтересованные стороны должны признать, проанализировать и понять. Системный подход не защищает определенные инструменты, методы или практики; вместо этого он продвигает новый образ мышления для решения грандиозных задач, где взаимодействие технологий, политики и экономики является основными движущими силами. Система системного исследования связана с общим изучением проектирования , сложности и системной инженерии , но также выдвигает на первый план дополнительную задачу проектирования .
Системы систем обычно демонстрируют поведение сложных систем, но не все сложные проблемы относятся к сфере систем систем. Системным проблемам присущи несколько комбинаций характеристик, не все из которых проявляются в каждой такой проблеме: [11] [12]
- Эксплуатационная независимость элементов
- Управленческая независимость элементов
- Эволюционное развитие
- Экстренное поведение
- Географическое распределение элементов
- Междисциплинарное исследование
- Неоднородность систем
- Сети систем
Первые пять признаков известны как критерии Майера [13] для выявления системных проблем. Остальные три характеристики были предложены в результате изучения математических последствий моделирования и анализа проблем системных систем доктором Дэниелом ДеЛаурентисом [14] и его коллегами из Университета Пердью . [15]
Исследовать
Текущие исследования эффективных подходов к решению системных проблем включают:
- Создание эффективной системы координат
- Создание объединяющего словаря [16]
- Разработка эффективных методологий визуализации и коммуникации сложных систем [17]
- Управление распределенными ресурсами [18]
- Изучение проектирования архитектуры
- Совместимость [19]
- Политика распределения данных: определение политики, руководство по проектированию и проверка [20]
- Формальный язык моделирования с интегрированной платформой инструментов [21]
- Изучение различных методов моделирования, симуляции и анализа.
- Изучение различных численных и визуальных инструментов для отражения взаимодействия системных требований, концепций и технологий.
Приложения
Системы систем, хотя все еще исследуются преимущественно в оборонном секторе, также находят применение в таких областях, как национальный воздушный и автомобильный транспорт [22] и освоение космоса . Другие области, где его можно применять, включают здравоохранение , проектирование Интернета , интеграцию программного обеспечения , управление энергопотреблением [19] и энергосистемы. [23] Социально-экологические интерпретации устойчивости, в которых различные уровни нашего мира (например, система Земли, политическая система) интерпретируются как взаимосвязанные или вложенные системы, используют подход систем систем. Устойчивость цепочки поставок может найти применение в бизнесе .
Образовательные учреждения и промышленность
Сотрудничество широкого круга организаций помогает стимулировать разработку определения класса проблем системы систем и методологии моделирования и анализа проблем системы систем. Во многих коммерческих организациях, исследовательских институтах, академических программах и государственных учреждениях реализуются текущие проекты.
Основными заинтересованными сторонами в разработке этой концепции являются:
- Университеты, работающие над системой системных проблем, в том числе Университет Пердью, Технологический институт Джорджии, Университет Олд-Доминион, Университет Джорджа Мейсона, Университет Нью-Мексико, Массачусетский технологический институт, Военно-морская аспирантура и Университет Карнеги-Меллон.
- Корпорации, активно работающие в этой области исследований, такие как The MITRE Corporation , Airbus , BAE Systems , Northrop Grumman , Boeing , Raytheon , Thales Group , CAE Inc. , Altair Engineering , Sabre Astronautics и Lockheed Martin .
- Правительственные учреждения, которые проводят и поддерживают исследования в области системных исследований и приложений, такие как DARPA , Федеральное управление гражданской авиации США , НАСА и Министерство обороны (DoD)
Например, Министерство обороны недавно учредило Национальные центры системной инженерии [24] для разработки формальной методологии системной инженерии для применения в проектах, связанных с обороной.
В другом примере, согласно исследованию архитектуры исследовательских систем , НАСА учредило Управление миссий исследовательских систем (ESMD), чтобы возглавить разработку новой исследовательской «системы систем» для достижения целей, изложенных президентом Дж. Бушем в 2004 году. Видение космических исследований.
В рамках Седьмой рамочной программы был реализован ряд исследовательских проектов и мероприятий по поддержке, спонсируемых Европейской Комиссией . Они нацелены на достижение стратегической цели IST-2011.3.3 в рабочей программе FP7 в области ИКТ (Новые парадигмы для встроенных систем, мониторинга и контроля в направлении разработки сложных систем). Эта цель была сосредоточена на «проектировании, разработке и проектировании системы систем». Эти проекты включали:
- T-AREA-SoS [25] (Трансатлантическая программа исследований и образования по системам систем), цель которой «повысить европейскую конкурентоспособность и улучшить социальное воздействие разработки и управления большими сложными системами в широком диапазоне секторов посредством создания общесогласованной программы исследований систем систем (SoS) ЕС и США».
- COMPASS [21] (Комплексное моделирование для продвинутых систем систем), целью которого является предоставление семантической основы и открытой среды инструментов, позволяющей успешно и экономично разрабатывать сложные SoS, используя методы и инструменты, которые способствуют построению и раннему анализу моделей. .
- DANSE [26] (Проектирование для адаптивности и эволюции в системной инженерии), целью которого является разработка «новой методологии для поддержки развивающихся, адаптивных и итеративных моделей жизненного цикла системы систем, основанных на формальной семантике для взаимодействия SoS и поддерживается новыми инструментами для анализа, моделирования и оптимизации».
- ROAD2SOS [27] (Дорожные карты системного проектирования), целью которого является разработка «стратегических исследовательских и инженерных планов в области системного системного проектирования и связанных с ним тематических исследований».
- DYMASOS [28] (DYnamic MAnagement of физически связанных систем систем), целью которого является разработка теоретических подходов и инженерных инструментов для динамического управления SoS на основе сценариев промышленного использования.
- AMADEOS [29] (Архитектура гибкой, надежной эволюционной открытой системы систем с множественной критичностью), целью которой является привнесение осознания времени и эволюции в проект системы систем (SoS) с возможным эмерджентным поведением, чтобы создать надежную концептуальную модель. , общую архитектурную структуру и методологию проектирования.
Текущие европейские проекты, использующие системный подход, включают:
- Arctic PASSION [30] (Панарктическая система наблюдений: реализация наблюдений для общественных нужд; июль 2021 г. – июнь 2025 г.) – это исследовательский проект Horizon_2020 , основной мотивацией которого является совместное создание и внедрение согласованной, интегрированной системы арктических наблюдений: Панарктическая система наблюдательных систем – пан-АОСС. Проект направлен на преодоление недостатков нынешней системы наблюдения путем совершенствования ее работоспособности, улучшения и расширения панарктического научного и общественного мониторинга, а также интеграции знаний коренного и местного населения.
- COLOSSUS [31] (Совместная система системного исследования авиационной продукции, услуг и бизнес-моделей; февраль 2023 г. — январь 2026 г.) — это исследовательский проект Horizon_Europe по разработке методологии проектирования систем, которая впервые позволит комбинированная оптимизация самолетов, операций и бизнес-моделей. Целью проекта является создание преобразующей структуры цифрового сотрудничества (TDC), которая позволит европейской авиации проводить исследования, разработку технологий и инновации. Структура TDC будет поддерживать моделирование, анализ, оптимизацию и оценку сложных продуктов и услуг в реальных сценариях.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Поппер С., Бэнкс С., Каллауэй Р. и ДеЛаурентис Д., Симпозиум «Системы систем: отчет о летнем разговоре», заархивированный 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine , 21–22 июля, 2004, Потомакский институт политических исследований, Арлингтон, Вирджиния.
- ^ частично собрано из: [1] Архивировано 15 октября 2005 г. в Wayback Machine Джамшиди, М., «Системная инженерия - определение», IEEE SMC 2005, 10-12 октября 2005 г.
- ^ Манторп-младший, WH, «Новая совместная система систем: вызов системной инженерии и возможности для APL», Технический дайджест APL Johns Hopkins, Vol. 17, № 3 (1996), стр. 305–310. [2] Архивировано 3 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ Котов, В. «Системы систем как взаимодействующие структуры», Документ лаборатории компьютерных систем Hewlett Packard HPL-97-124, (1997), стр. 1–15. [3]
- ^ Лускасик, С. Дж. «Системы, системы систем и образование инженеров. Архивировано 4 июня 2019 г. в Wayback Machine », Искусственный интеллект для инженерного проектирования, анализа и производства, Vol. 12, № 1 (1998), стр. 55-60.
- ^ Пей, Р.С., «Интеграция систем (SoSI) – разумный способ приобретения армейских систем C4I2WS», Материалы летней конференции по компьютерному моделированию, (2000), стр. 574-579.
- ^ Сейдж, AP; Куппан, компакт-диск (2001). «О системной инженерии и управлении системами систем и федерациями систем» (PDF) . Информация, знания, системный менеджмент . 2 (4): 325–345. S2CID 7609190. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2019 г.
- ^ Карлок, П.Г. и Р.Э. Фентон. «Системы предприятий (SoS) для информационно-емких организаций», Системная инженерия, Vol. 4, № 4 (2001), стр. 242-261.
- ^ ДеЛаурентис, Д. «Понимание транспорта как проблемы проектирования систем», 43-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, Рино, Невада, 10–13 января 2005 г. AIAA-2005-0123. [4] ДеЛаурентис, Д.А.; Каллауэй, РК (2004). «Системная перспектива будущей государственной политики». Обзор политических исследований . 21 (6): 829–837. дои : 10.1111/j.1541-1338.2004.00111.x.
- ^ [5] ДеЛаурентис, Д., Каллауэй, Р.К., «Системная перспектива для решений государственной политики», Обзор исследований государственной политики, Vol. 21, выпуск 6, ноябрь 2004 г., стр. 829–837.
- ^ [6] ДеЛаурентис, Д., «Исследовательские фонды», Школа аэронавтики и астронавтики, Университет Пердью, Вест-Лафайет, Индиана, 2007.
- ^ Бордман, Джон, ДиМарио, Майкл, Саузер, Брайан, Верма, Динеш, «Система системных характеристик и совместимости в совместном командовании и управлении», Университет оборонных закупок , 25–26 июля 2006 г. [7] Архивировано 19 июля 2011 г. на машина обратного пути
- ^ Майер, М.В. (1998). «Принципы проектирования систем систем». Системная инженерия . 1 (4): 267–284. doi :10.1002/(sici)1520-6858(1998)1:4<267::aid-sys3>3.0.co;2-d . Проверено 13 декабря 2012 г.
- ^ ДеЛаурентис, Д. «Понимание транспорта как проблемы проектирования систем», 43-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, Рино, Невада, 10–13 января 2005 г. AIAA-2005-0123. [8]
- ^ [9] «Системы систем (SoS)», Инженерный колледж, Университет Пердью, Вест-Лафайет, Индиана, 2007.
- ^ [10] ДеЛаурентис Д., «Система определения систем и словарь», Школа аэронавтики и астронавтики, Университет Пердью, Вест-Лафайет, Индиана, 2007.
- ^ Хара, Ф. (1998, 24 июля). Системы визуализации. Получено из Интернета http://www.cs.uml.edu/~fjara/thesis/active/proposal/node6.html. Архивировано 15 апреля 2012 г. в Wayback Machine 16 ноября 2011 г.
- ^ Мослех М., Ладлоу П., Хейдари Б., «Управление распределенными ресурсами в системе систем: взгляд на архитектуру», Системная инженерия, 2016 г.
- ^ аб Карри, Эдвард. 2012. «Система взаимодействия системной информации с использованием связанного пространства данных». На 7-й Международной конференции IEEE по системному проектированию (SOSE 2012), 101–106.
- ^ Джанни, Д., (январь 2015 г.). Определение и проверка политики данных для системы системного управления в моделировании и поддержке моделирования систем системного проектирования [11]
- ^ ab «Исследовательский проект КОМПАС». Архивировано из оригинала 21 сентября 2021 г. Проверено 15 июля 2013 г.
- ^ Паркер, Дж. (2010) «Применение системного подхода для улучшения транспорта». САПИЕН.С. 3 (2)
- ^ Кремерс Э., Вьехо П., Барамбонес О., Дурана Дж. (2010). Комплексный подход к системному моделированию для децентрализованного моделирования электрических микросетей. Материалы 15-й Международной конференции IEEE по разработке сложных компьютерных систем (ICECCS), 2010. https://doi.org/10.1109/ICECCS.2010.1
- ^ Национальные центры системной инженерии
- ^ «Трансатлантическая программа исследований и образования по системам систем». Архивировано из оригинала 16 мая 2013 г. Проверено 22 июля 2013 г.
- ^ Проектирование для адаптивности и эволюции в системе системной инженерии.
- ^ Дорожные карты для разработки SoS
- ^ Динамическое управление физически связанными системами систем (DYMASOS)
- ^ «Архитектура гибкой надежной эволюционной открытой системы с несколькими критическими показателями (AMADEOS)» . Архивировано из оригинала 24 августа 2014 г. Проверено 18 декабря 2015 г.
- ^ Панарктическая система систем наблюдений: осуществление наблюдений для общественных нужд (Арктическая СТРАСТЬ); Ссылка на КОРДИС: [12]
- ^ Совместная система системного исследования авиационной продукции, услуг и бизнес-моделей (COLOSSUS); Ссылка на КОРДИС: [13]
дальнейшее чтение
- Янир Бар-Ям и др. (2004) «Характеристики и новое поведение систем систем» в: NECSI: Проект сложных физических, биологических и социальных систем , 7 января 2004 г.
- Кеннет Э. Боулдинг (1954) «Общая теория систем - скелет науки», Management Science , Vol. 2, № 3, ABI/INFORM Global, стр. 197–208.
- Кроссли, Вашингтон, Система систем: Введение в фирменную область инженерных школ Университета Пердью.
- Миттал, С., Мартин, Дж.Л.Р. (2013) Сетецентрическая система системного проектирования с унифицированным процессом DEVS, CRC Press, Бока-Ратон, Флорида
- ДеЛаурентис, Д. «Понимание транспорта как проблемы проектирования систем», 43-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, Рино, Невада, 10–13 января 2005 г. AIAA-2005-0123.
- Дж. Лью, Д. Маврис, [14] [ постоянная мертвая ссылка ] Фонд изучения будущих транспортных систем посредством агентного моделирования }, в: Труды 24-го Международного конгресса авиационных наук ( ICAS ), Иокогама, Япония, август 2004. Сессия 8.1.
- Майер, М.В. (1998). «Принципы проектирования систем систем». Системная инженерия . 1 (4): 267–284. doi :10.1002/(sici)1520-6858(1998)1:4<267::aid-sys3>3.0.co;2-d . Проверено 13 декабря 2012 г.
- Хелд, Дж. М., Моделирование систем систем , докторская диссертация, Сиднейский университет, 2008 г.
- Д. Люзо и Дж. Р. Руо, «Системы систем», ISTE Ltd и John Wiley & Sons Inc, 2010 г.
- Д. Люзо, Дж. Р. Руо и Дж. Л. Випплер, «Сложные системы и системы системной инженерии», ISTE Ltd и John Wiley & Sons Inc, 2011 г.
- Поппер С., Бэнкс С., Каллауэй Р. и ДеЛаурентис Д. (2004) Симпозиум «Система систем: отчет о летнем разговоре» , 21–22 июля 2004 г., Потомакский институт политических исследований, Арлингтон , ВА.
Внешние ссылки
- Система систем - видео IBM
- «Блог A Smarter Planet — Интернет вещей и система систем». ИБМ. Октябрь 2015.
- Международная конференция IEEE по системной инженерии (SoSE)
- Центр передового опыта системы системного проектирования
- Система систем, Руководство по системному проектированию (USD AT&L, август 2008 г.)
- Международный журнал системной инженерии (IJSSE)