El sistema de sistemas es una colección de sistemas dedicados o orientados a tareas que combinan sus recursos y capacidades para crear un sistema nuevo y más complejo que ofrece más funcionalidad y rendimiento que simplemente la suma de los sistemas constituyentes. Actualmente, los sistemas de sistemas es una disciplina de investigación crítica para la cual los marcos de referencia, los procesos de pensamiento, el análisis cuantitativo, las herramientas y los métodos de diseño están incompletos. [1] La metodología para definir, resumir, modelar y analizar problemas de sistemas de sistemas se denomina típicamente ingeniería de sistemas de sistemas .
Descripción general
Las descripciones comúnmente propuestas, no necesariamente definiciones, de sistemas de sistemas, [2] se describen a continuación en el orden de su aparición en la literatura:
- Vincular sistemas en un sistema conjunto de sistemas permite la interoperabilidad y sinergia de los sistemas de comando, control, computadoras, comunicaciones e información (C4I) e inteligencia, vigilancia y reconocimiento (ISR): [3] descripción en el campo de la superioridad de la información en el ejército moderno .
- Los sistemas de sistemas son sistemas concurrentes y distribuidos a gran escala cuyos componentes son sistemas complejos en sí mismos: [4] descripción en el campo de las estructuras de comunicación y los sistemas de información en la empresa privada .
- La educación en sistemas de sistemas implica la integración de sistemas en sistemas de sistemas que en última instancia contribuyen a la evolución de la infraestructura social: [5] descripción en el campo de la educación de ingenieros sobre la importancia de los sistemas y su integración .
- La integración de sistemas de sistemas es un método para perseguir el desarrollo, la integración, la interoperabilidad y la optimización de sistemas para mejorar el rendimiento en escenarios futuros del campo de batalla: [6] descripción en el campo de la integración de sistemas intensivos en información en el ejército .
- Los sistemas modernos que comprenden problemas de sistemas de sistemas no son monolíticos, sino que tienen cinco características comunes: independencia operativa de los sistemas individuales, independencia administrativa de los sistemas, distribución geográfica, comportamiento emergente y desarrollo evolutivo: [7] descripción en el campo de la evolución adquisición de sistemas adaptativos complejos en el ejército .
- Los sistemas empresariales de ingeniería de sistemas se centran en acoplar las actividades tradicionales de ingeniería de sistemas con las actividades empresariales de planificación estratégica y análisis de inversiones: [8] descripción en el campo de los sistemas intensivos en información en la empresa privada .
- Los problemas del sistema de sistemas son una colección de redes transdominio de sistemas heterogéneos que probablemente exhiban independencia operativa y administrativa, distribución geográfica y comportamientos emergentes y evolutivos que no serían evidentes si los sistemas y sus interacciones se modelaran por separado: [9 ] descripción en el campo del Sistema Nacional de Transporte, Exploración Militar y Espacial Integrada .
En conjunto, todas estas descripciones sugieren que se necesita un sistema completo de marco de ingeniería de sistemas para mejorar el soporte de decisiones para los problemas del sistema de sistemas. Específicamente, se necesita un sistema efectivo de marco de ingeniería de sistemas para ayudar a los tomadores de decisiones a determinar si las consideraciones relacionadas con la infraestructura, las políticas y / o la tecnología como un todo interrelacionado son buenas, malas o neutrales a lo largo del tiempo. [10] La necesidad de resolver los problemas del sistema de sistemas es urgente no solo debido a la creciente complejidad de los desafíos actuales, sino también porque tales problemas requieren grandes inversiones monetarias y de recursos con consecuencias multigeneracionales.
Temas del sistema de sistemas
El enfoque de sistema de sistemas
Si bien los sistemas individuales que constituyen un sistema de sistemas pueden ser muy diferentes y operar de forma independiente, sus interacciones suelen exponer y ofrecer importantes propiedades emergentes. Estos patrones emergentes tienen una naturaleza evolutiva que las partes interesadas deben reconocer, analizar y comprender. El enfoque del sistema de sistemas no aboga por herramientas, métodos o prácticas particulares; en cambio, promueve una nueva forma de pensar para resolver grandes desafíos donde las interacciones de la tecnología, las políticas y la economía son los principales impulsores. El estudio de sistemas de sistemas está relacionado con el estudio general del diseño , la complejidad y la ingeniería de sistemas , pero también pone en primer plano el desafío adicional del diseño .
Los sistemas de sistemas exhiben típicamente los comportamientos de sistemas complejos, pero no todos los problemas complejos caen en el ámbito de los sistemas de sistemas. Inherentes a los problemas del sistema de sistemas hay varias combinaciones de rasgos, no todos los cuales son exhibidos por cada uno de estos problemas: [11] [12]
- Independencia operativa de los elementos
- Independencia gerencial de los elementos
- Desarrollo evolutivo
- Comportamiento emergente
- Distribución geográfica de elementos
- Estudio interdisciplinario
- Heterogeneidad de sistemas
- Redes de sistemas
Los primeros cinco rasgos se conocen como criterios de Maier [13] para identificar los desafíos del sistema de sistemas. Los tres rasgos restantes han sido propuestos a partir del estudio de las implicaciones matemáticas del modelado y análisis de los desafíos del sistema de sistemas por el Dr. Daniel DeLaurentis [14] y sus co-investigadores en la Universidad de Purdue . [15]
Investigar
La investigación actual sobre enfoques efectivos para los problemas del sistema de sistemas incluye:
- Establecimiento de un marco de referencia eficaz
- Elaboración de un léxico unificador [16]
- Desarrollar metodologías efectivas para visualizar y comunicar sistemas complejos [17]
- Gestión de recursos distribuidos [18]
- Estudio de diseño de arquitectura
- Lenguaje de modelado formal con plataforma de herramientas integradas [21]
- Estudio de diversas técnicas de modelización, simulación y análisis
- teoría de la red
- modelado basado en agentes
- teoría general de sistemas
- diseño probabilístico robusto (incluido el modelado / gestión de la incertidumbre)
- simulación y programación orientada a objetos
- optimización multiobjetivo
- Estudio de varias herramientas numéricas y visuales para capturar la interacción de los requisitos, conceptos y tecnologías del sistema.
Aplicaciones
Los sistemas de sistemas, aunque todavía se están investigando principalmente en el sector de la defensa, también se están aplicando en campos como el transporte aéreo y automotor nacional [22] y la exploración espacial . Otros campos en los que se puede aplicar son el cuidado de la salud , el diseño de Internet , la integración de software y la gestión de la energía [19] y los sistemas eléctricos. [23]
Instituciones educativas e industria
La colaboración entre una amplia gama de organizaciones está ayudando a impulsar el desarrollo de la definición de la clase de problema del sistema de sistemas y la metodología para el modelado y análisis de los problemas del sistema de sistemas. Hay proyectos en curso en muchas entidades comerciales, instituciones de investigación, programas académicos y agencias gubernamentales.
Los principales interesados en el desarrollo de este concepto son:
- Universidades que trabajan en problemas del sistema de sistemas, incluidas la Universidad de Purdue, el Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de Old Dominion, la Universidad de George Mason, la Universidad de Nuevo México, el Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Escuela de Posgrado Naval y la Universidad Carnegie Mellon.
- Corporaciones activas en esta investigación como The MITRE Corporation , BAE Systems , Northrop Grumman , Boeing , Raytheon , Thales Group , CAE , Sabre Astronautics y Lockheed Martin .
- Agencias gubernamentales que realizan y apoyan la investigación en sistemas de investigación y aplicaciones de sistemas, como DARPA , la Administración Federal de Aviación de EE. UU . , NASA y el Departamento de Defensa (DoD)
Por ejemplo, el Departamento de Defensa estableció recientemente los Centros Nacionales de Ingeniería de Sistemas de Sistemas [24] para desarrollar una metodología formal para la ingeniería de sistemas de sistemas para aplicaciones en proyectos relacionados con la defensa.
En otro ejemplo, de acuerdo con el Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración , la NASA estableció la organización Dirección de Misiones de Sistemas de Exploración (ESMD) para liderar el desarrollo de un nuevo "sistema de sistemas" de exploración para lograr los objetivos delineados por el presidente GW Bush en 2004. Visión para la exploración espacial.
Actualmente se encuentran en curso una serie de proyectos de investigación y acciones de apoyo, patrocinados por la Comisión Europea . Estos tienen como objetivo el Objetivo Estratégico IST-2011.3.3 en el Programa de Trabajo de TIC del 7PM (Nuevos paradigmas para sistemas integrados, monitoreo y control hacia la ingeniería de sistemas complejos). Este objetivo tiene un enfoque específico en el "diseño, desarrollo e ingeniería de System-of-Systems". Estos proyectos incluyen:
- T-AREA-SoS [25] (Agenda transatlántica de investigación y educación sobre sistemas de sistemas), cuyo objetivo es "aumentar la competitividad europea y mejorar el impacto social del desarrollo y la gestión de grandes sistemas complejos en una gama de sectores mediante la creación de una agenda de investigación de sistemas de sistemas (SoS) de común acuerdo entre la UE y los EE. UU. ".
- COMPASS [21] (Modelado integral para sistemas avanzados de sistemas), con el objetivo de proporcionar una base semántica y un marco de herramientas abierto para permitir que SoS complejos se diseñen con éxito y de manera rentable, utilizando métodos y herramientas que promuevan la construcción y el análisis temprano de modelos. .
- DANSE [26] (Designing for Adaptability and evolutioN in System of Systems Engineering), que tiene como objetivo desarrollar "una nueva metodología para soportar modelos evolutivos, adaptativos e iterativos del ciclo de vida del Sistema de Sistemas basados en una semántica formal para las interoperaciones de SoS y apoyado por novedosas herramientas de análisis, simulación y optimización ".
- ROAD2SOS [27] (Hojas de ruta para la ingeniería de sistemas de sistemas), con el objetivo de desarrollar "hojas de ruta de investigación e ingeniería estratégicas en Ingeniería de sistemas de sistemas y estudios de casos relacionados".
- DYMASOS [28] (Gestión dinámica de sistemas de sistemas acoplados físicamente), con el objetivo de desarrollar enfoques teóricos y herramientas de ingeniería para la gestión dinámica de SoS basados en casos de uso industrial.
- AMADEOS [29] (Arquitectura para sistemas de sistemas abiertos evolutivos ágiles confiables y multicriticidad) con el objetivo de llevar la conciencia del tiempo y la evolución en el diseño de sistemas de sistemas (SoS) con un posible comportamiento emergente, para establecer un modelo conceptual sólido , un marco arquitectónico genérico y una metodología de diseño.
Ver también
- Herencia
- Biblioteca de software
- Programación orientada a objetos
- Ingeniería de sistemas basada en modelos
- Ingeniería de sistemas empresariales
- Sistema adaptativo complejo
- Arquitectura de sistemas
- Arquitectura de proceso
- Arquitectura de software
- Arquitectura empresarial
- Sistemas de gran escala
- Marco de arquitectura del Departamento de Defensa
- Nueva cibernética
Referencias
- ^ Popper, S., Bankes, S., Callaway, R. y DeLaurentis, D., Simposio de sistema de sistemas: Informe sobre una conversación de verano , 21-22 de julio de 2004, Instituto Potomac de Estudios de Política, Arlington, VIRGINIA.
- ^ recopilado en parte de: [1] Archivado 2005-10-15 en Wayback Machine Jamshidi, M., "System-of-Systems Engineering - A Definition", IEEE SMC 2005, 10-12 de octubre de 2005.
- ^ Manthorpe Jr., WH, "El sistema de sistemas conjunto emergente: un desafío de ingeniería de sistemas y una oportunidad para APL", Johns Hopkins APL Technical Digest, vol. 17, núm. 3 (1996), págs. 305-310. [2]
- ^ Kotov, V. "Sistemas de sistemas como estructuras de comunicación", Hewlett Packard Computer Systems Laboratorio de papel HPL-97-124, (1997), págs. 1-15. [3]
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- ^ Centros nacionales de ingeniería de sistemas de sistemas
- ^ Agenda transatlántica de investigación y educación sobre sistemas de sistemas
- ^ Diseño para adaptabilidad y evolución en sistemas de ingeniería de sistemas
- ^ Hojas de ruta para ingeniería de SoS
- ^ Gestión dinámica de sistemas de sistemas acoplados físicamente (DYMASOS)
- ^ Arquitectura para sistemas de sistemas abiertos evolutivos fiables ágiles de multicriticidad (AMADEOS)
Otras lecturas
- Yaneer Bar-Yam y col. (2004) " Las características y comportamientos emergentes de los sistemas de sistemas " en: NECSI: Proyecto de sistemas físicos, biológicos y sociales complejos , 7 de enero de 2004.
- Kenneth E. Boulding (1954) "Teoría de sistemas generales - El esqueleto de la ciencia", Management Science , vol. 2, núm. 3, ABI / INFORM Global, págs. 197–208.
- Crossley, WA, System-of-Systems:, Introducción del área exclusiva de las escuelas de ingeniería de Purdue University.
- Mittal, S., Martin, JLR (2013) Sistema Netcentric de Ingeniería de Sistemas con Proceso Unificado DEVS , CRC Press, Boca Raton, FL
- DeLaurentis, D. "Comprensión del transporte como un problema de diseño de sistemas de sistemas", 43ª Reunión de ciencias aeroespaciales de la AIAA, Reno, Nevada, 10 al 13 de enero de 2005. AIAA-2005-0123.
- J. Lewe, D. Mavris, [12] Foundation for Study of Future Transportation Systems Through Agent-Based Simulation }, en: Actas del 24º Congreso Internacional de Ciencias Aeronáuticas ( ICAS ), Yokohama, Japón, agosto de 2004. Sesión 8.1.
- Maier, MW (1998). "Principios de arquitectura para sistemas de sistemas" . Ingeniería de sistemas . 1 (4): 267–284. doi : 10.1002 / (sici) 1520-6858 (1998) 1: 4 <267 :: aid-sys3> 3.0.co; 2-d . Consultado el 13 de diciembre de 2012 .
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- D. Luzeaux & JR Ruault, "Systems of Systems", ISTE Ltd y John Wiley & Sons Inc, 2010
- D. Luzeaux, JR Ruault & JL Wippler, "Sistemas complejos y sistemas de ingeniería de sistemas", ISTE Ltd y John Wiley & Sons Inc, 2011
- Popper, S., Bankes, S., Callaway, R. y DeLaurentis, D. (2004) System-of-Systems Symposium: Report on a Summer Conversation , 21-22 de julio de 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington , VA.
enlaces externos
- Sistema de sistemas - video IBM
- "Un blog de Smarter Planet - Internet de las cosas y el sistema de sistemas" . IBM.
- Conferencia Internacional IEEE sobre Ingeniería de Sistemas de Sistemas (SoSE)
- Centro de Excelencia en Ingeniería de Sistemas de Sistemas
- Sistema de sistemas, Guía de ingeniería de sistemas (USD AT&L, agosto de 2008)
- Revista Internacional de Ingeniería de Sistemas de Sistemas (IJSSE)