System systemów

System systemów – zbiór niezależnych systemów połączonych w jeden większy system, który tworzy unikalne możliwości. Niezależne systemy składowe współpracują, aby wytworzyć zbiorowe zachowanie, którego nie są w stanie samodzielnie wytworzyć[1].

Wokół tematu systemu systemów tworzy się coraz większe zainteresowanie. Obecnie systemy systemów to istotna dyscyplina badawcza, dla której ramy odniesienia, procesy myślowe, analiza ilościowa, narzędzia i metody projektowania są niekompletne[2]. Metoda definiowania, modelowania, analizowania i zarządzania systemami systemów jest częścią dziedziny inżynierii systemów.

Systemy systemów

Definicje/Opisy

Poniżej przedstawiono powszechnie proponowane opisy – niekoniecznie będące definicjami – Systemów Systemów, w kolejności ich pojawiania się w literaturze:

  1. Połączenie systemów we wspólny system systemów pozwala na interoperacyjność i osiągnięcie synergii systemów dowodzenia, kierowania, informatyki, łączności i informacji (C4I) oraz wywiadu, nadzoru i rozpoznania (ISR)[3]: opis w zakresie przewagi informacyjnej we współczesnym wojsku.
  2. Systemy systemów to wielkoskalowe współbieżne i rozproszone systemy, których elementy składowe same w sobie są systemami złożonymi[4]: opis z zakresu struktur komunikacyjnych i systemów informatycznych w przedsiębiorstwie prywatnym.
  3. Edukacja w zakresie Systemów Systemów polega na integracji systemów w Systemy Systemów, które ostatecznie przyczyniają się do ewolucji infrastruktury społecznej[5]: opis z zakresu kształcenia inżynierów na temat znaczenia systemów i ich integracji.
  4. Integracja Systemów Systemów to sposób na dążenie do rozwoju, integracji, interoperacyjności i optymalizacji systemów w celu zwiększenia wydajności w przyszłych scenariuszach pola walki[6]: opis w dziedzinie informacyjno-intensywnej integracji systemów w wojsku.
  5. Współczesne systemy składające się na systemy systemów nie są jednakowe, lecz mają pięć wspólnych cech: niezależność operacyjną poszczególnych systemów, niezależność zarządczą systemów, rozmieszczenie geograficzne, zachowania emergentne i rozwój ewolucyjny[7]: opis z zakresu ewolucyjnego pozyskiwanie złożonych systemów adaptacyjnych w wojsku.
  6. Inżynieria Systemów Systemów w przedsiębiorstwie skupia się na łączeniu tradycyjnych działań z zakresu inżynierii systemów z działalnością przedsiębiorstw w zakresie planowania strategicznego i analizy inwestycji[8]: opis w zakresie systemów intensywnie wykorzystujących informacje w przedsiębiorstwie prywatnym.
  7. Systemy Systemów to zbiory interdyscyplinarnych sieci heterogenicznych systemów, które mogą wykazywać operacyjną i zarządczą niezależność, rozkład geograficzny oraz pojawiające się i ewolucyjne zachowania, które nie byłyby widoczne, gdyby systemy i ich interakcje były modelowane oddzielnie[9]: opis z zakresu Krajowego Systemu Transportowego, Zintegrowanej Eksploracji Wojskowej i Kosmicznej.

Podsumowując, wszystkie te opisy sugerują, że potrzebny jest kompletny zestaw ram dla inżynierii Systemów Systemów, aby ułatwić radzenie sobie z problemami dotyczącymi Systemów Systemów. W szczególności jest to potrzebne, aby pomóc decydentom w określeniu, czy: infrastruktura, polityka i technologia, jako powiązane elementy całości spełniają zakładane cele, czy nie[10].

Konieczność wypracowania sposobów radzenia sobie z zagadnieniami Systemów Systemów jest istotna nie tylko ze względu na rosnącą złożoność rzeczywistości i idących za tym wyzwań, ale także dlatego, że takie problemy wymagają dużych inwestycji finansowych i zasobowych o wielopokoleniowych konsekwencjach.

Jak rozpoznać Systemy Systemów

Podczas gdy poszczególne systemy tworzące System Systemów mogą być bardzo różne i działać niezależnie, ich interakcje ujawniają i tworzą nowe (emergentne) właściwości. Te wyłaniające się cechy mają ogromne znaczenie i skutki, które muszą być rozpoznane, przeanalizowane i zrozumiane. Podejście systemowe nie proponuje konkretnych narzędzi, metod lub praktyk; zamiast tego promuje nowy sposób myślenia w rozwiązywaniu wielkich wyzwań, w którym interakcje między technologią, polityką i ekonomią są głównymi czynnikami napędzającymi. Zagadnienie systemu systemów jest związane z zagadnieniami projektowania inżynierskiego, złożoności i inżynierii systemów, ale także wysuwa na pierwszy plan dodatkowe wyzwanie projektowe.

Systemy Systemów zazwyczaj wykazują zachowania złożonych systemów, ale nie wszystkie złożone problemy zalicza się do kategorii Systemów Systemów. Istnieje list cech i problemów charakterystycznych dla Systemów Systemów, które pozwalają je zidentyfikować[11]:

  • Części składowe są niezależne pod względem operacyjnym
  • Części składowe są niezależne pod względem operacyjnym zarządczym
  • Całość rozwija się ewolucyjnie w czasie
  • Wykazuje zachowania pojawiające się jako efekt współzależności systemów – zachowania emergentne
  • Części składowe są rozproszone geograficznie
  • Części składowe pochodzą z różnych dziedzin – Interdyscyplinarność
  • Części składowe są heterogeniczne
  • Części składowe łączą się w sieci

Pierwsze pięć cech jest znanych jako kryteria Maiera[12] służące do identyfikacji problemów za kategorii Systemów Systemów. Pozostałe trzy cechy zostały zaproponowane na podstawie badania matematycznych implikacji modelowania i analizowania wyzwań systemowych przez dr Daniela DeLaurentisa[9] i jego współpracowników z Purdue University[13].

Jak odróżnić System od Systemu Systemów

Ważnym aspektem związanym z zagadnieniem Systemu systemów jest umiejętność odróżnienia go od Systemu. INCOSE zdefiniowało 6 kryteriów które pozwolą na łatwe rozróżnienie[1].

System System Systemów
Ma jasno określoną grupę interesariuszy Ma złożoną (wielopoziomową) strukturę interesariuszy, czasem ze sprzecznymi interesami
Ma jasno określony cel Ma wiele, możliwie sprzecznych, celów
Ma jasno określoną strukturę zarządzania i odpowiedzialności Ma złożoną strukturę zarządzania, często z rozmytymi odpowiedzialnościami
Ma jasno określony priorytety operacyjne, z określoną strukturą „eskalowania” problemów Ma wiele, różnych priorytetów operacyjnych, bez jasnej metody rozwiązywania konfliktów i „eskalowania” ich
Ma jeden cykl życia Ma tyle cykli życia ile elementów składowych, które zazwyczaj powstają asynchronicznie
Ma jasno określoną własność – jest jeden właściciel systemu Ma rozproszoną własność pomiędzy właścicieli poszczególnych systemów składowych

Rodzaje Systemów Systemów

Kierowane Systemy Systemów (Directed)

Kierowane Systemy Systemów są budowane i zarządzane w celu spełnienia określonych celów. Są zarządzane centralnie aby zapewnić osiągnięcie celów. Chociaż systemy składowe zachowują zdolność do niezależnego działania, akceptują, że ich normalny tryb działania jest podporządkowany celom centralnym. Przykłady można znaleźć w miejskich systemach transportowych. Chociaż należące do różnych właścicieli, elementy składowe współpracują ze sobą w celu świadczenia usług. Aby zapewnić spójność, systemy składowe muszą akceptować znaczną ilość regulacji i standardów.

Uznane Systemy Systemów (Acknowledged)

Uznane Systemy Systemów mają wspólne cele uznawane przez systemy składowe, wyznaczonego menedżera i wspólne zasoby. Systemy składowe zachowują niezależną własność, cele, finansowanie i strategie rozwoju. W przeciwieństwie do Kierowanych Systemów Systemów, zmiany opierają się na uzgodnionej współpracy. Przykładem takiego Systemu Systemów jest kontrola ruchu lotniczego. Systemy dostarczające usługi transportu lotniczego oraz niezbędną infrastrukturę na całym świecie, wszystkie uznają wspólne cele, współpracują w zakresie najlepszych praktyk, przestrzegając regulaminów i protokołów.

Kolaboracyjne Systemy Systemów (Collaborative)

Kolaboracyjne Systemy Systemów składają się z systemów składowych, które dobrowolnie decydują się na uczestnictwo dla spełnienia wspólnych celów. Te cele mogą ewoluować w oparciu o współpracę systemów składowych. Przykładem jest sieć elektryczna. Autonomiczne systemy składowe produkują, przesyłają i dystrybuują energię elektryczną do konsumentów. W przeciwieństwie do Uznanego Systemu Systemów, Kolaboracyjny System Systemów nie ma nadrzędnego organu zarządzającego. Systemy składowe stosują się do przyjętych standardów i przepisów, ale ich sposób rozwoju i role odrywane w Systemie Systemów mogą ewoluować.

Wirtualne Systemy Systemów (Virtual)

Wirtualne Systemy Systemów nie posiadają centralnego organu władzy ani wyraźnego, wspólnego celu akceptowanego przez wszystkich. Wirtualny System Systemów może wykazywać emergentne zachowanie występujące w dużej skali, ale opiera się na standardowych formatach lub protokołach. Przykładem jest Internet. Internet Engineering Task Force (IEFT) publikuje uzgodnione standardy i protokoły, które stanowią aktualne formaty i protokoły, które niezależni usługodawcy mogą wykorzystać do nowych usług lub produktów. Nie ma żadnego odgórnego, centralnego kierownictwa ani nadzoru. Również nie ma żadnego celu wspólnego dla wszystkich stron.

Badania

Aktualne badania nad efektywnym podejściem do problemów Systemów Systemów obejmują:

  • Ustanowienie efektywnego układu odniesienia
  • Tworzenie ujednoliconego zestawu pojęć od opisu zagadnienia[14]
  • Opracowanie skutecznych metod wizualizacji i komunikacji złożonych systemów[15]
  • Zarządzanie zasobami rozproszonymi[16]
  • Studium projektowania architektury
    • Interoperacyjność[17]
    • Zasady dystrybucji danych: definicja zasad, wytyczne projektowe i weryfikacja[18]
  • Formalny język modelowania ze zintegrowaną platformą narzędziową[19]
  • Badanie różnych technik modelowania, symulacji i analizy
  • Badanie różnych narzędzi numerycznych i wizualnych do opisywania interakcji wymagań systemowych, koncepcji i technologii

Zastosowanie/Występowanie

Systemy systemów, choć nadal najczęściej spotykane i rozwijane w sektorze obronnym, znajdują również zastosowanie w takich dziedzinach, jak krajowy i międzynarodowy transport lotniczy i samochodowy[20] oraz przemysł kosmiczny. Inne dziedziny, w których można go zastosować, to opieka zdrowotna, projektowanie systemów komunikacyjnych (np. Internet czy sieć 5G), Internet rzeczy, integracja oprogramowania oraz zarządzanie energią[17] i systemy zasilania[21].

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ a b INCOSE, INCOSE Systems of Systems Primer, 2018.
  2. ↑ Popper, S., Bankes, S., Callaway, R., and DeLaurentis, D., System-of-Systems Symposium: Report on a Summer Conversation, July 21–22, 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington, VA.
  3. ↑ Manthorpe Jr., W.H., „The Emerging Joint System-of-Systems: A Systems Engineering Challenge and Opportunity for APL,” Johns Hopkins APL Technical Digest, Vol. 17, No. 3 (1996), pp. 305–310.
  4. ↑ Kotov, V. „Systems-of-Systems as Communicating Structures,” Hewlett Packard Computer Systems Laboratory Paper HPL-97-124, (1997), pp. 1–15.
  5. ↑ Luskasik, S.J. „Systems, Systems-of-Systems, and the Education of Engineers”, Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis, and Manufacturing, Vol. 12, No. 1 (1998), pp. 55-60.
  6. ↑ Pei, R.S., „Systems-of-Systems Integration (SoSI) – A Smart Way of Acquiring Army C4I2WS Systems,” Proceedings of the Summer Computer Simulation Conference, (2000), pp. 574-579.
  7. ↑ A.P. Sage, C.D. Cuppan, On the Systems Engineering and Management of Systems of Systems and Federations of Systems, „Information, Knowledge, Systems Management”, 2 (4), 2001, s. 325-345.
  8. ↑ Carlock, P.G., and R.E. Fenton. „System-of-Systems (SoS) Enterprise Systems for Information-Intensive Organizations,” Systems Engineering, Vol. 4, No. 4 (2001), pp. 242-261.
  9. ↑ a b Daniel DeLaurentis, Understanding Transportation as a System of Systems Design Problem, „43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada”, 2005, DOI: 10.2514/6.2005-123.
  10. ↑ [1] DeLaurentis, D., Callaway, R.K., „A System-of-Systems Perspective for Public Policy Decisions,” Review of Public Policy Research, Vol. 21, Issue 6, Nov. 2004, pp. 829-837.
  11. ↑ [2] DeLaurentis, D., „Research Foundations,” School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  12. ↑ M.W. (1998). Maier, Architecting Principles for System of Systems, „Systems Engineering. 1 (4): 267–284”, 1998, DOI: 10.1002/(sici)1520-6858(1998)1:4 [dostęp 2012-12-13].
  13. ↑ [3] „Systems of Systems (SoS),” College of Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  14. ↑ [4] DeLaurentis D., „System of Systems Definition and Vocabulary,” School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  15. ↑ Jara, F. (1998, July 24). Visualization systems. Retrieved from web http://www.cs.uml.edu/~fjara/thesis/active/proposal/node6.html on 16 Nov 2011.
  16. ↑ Mosleh M., Ludlow P., Heydari B., „Distributed Resource Management in System of Systems: An Architecture Perspective”, Systems Engineering, 2016.
  17. ↑ a b Curry, Edward. 2012. „System of Systems Information Interoperability Using a Linked Dataspace.” In IEEE 7th International Conference on System of Systems Engineering (SOSE 2012), 101–106.
  18. ↑ Gianni, D. (2015, Jan). Data Policy Definition and Verification for System of Systems Governance, in Modeling and Simulation Support for System of Systems Engineering.
  19. ↑ http://www.compass-research.eu/.
  20. ↑ Parker, J. (2010) „Applying a system of systems approach for improved transportation”. S.A.P.I.EN.S. 3 (2).
  21. ↑ Kremers, E., Viejo, P., Barambones, O., Durana, J., (2010). A Complex Systems Modelling Approach for Decentralised Simulation of Electrical Microgrids. Proceedings of the 15th IEEE International Conference on Engineering of Complex Computer Systems (ICECCS), 2010. https://doi.org/10.1109/ICECCS.2010.1.

Bibliografia

  • Yaneer Bar-Yam i in. (2004), „Charakterystyka i pojawiające się zachowania systemów systemów” w: NECSI: Complex Physical, Biological and Social Systems Project, 7 stycznia 2004.
  • Kenneth E. Boulding (1954), „Ogólna teoria systemów – szkielet nauki”, „Nauka o zarządzaniu”, tom. 2, nr 3, ABI/INFORM Global, s. 197-208.
  • Crossley, WA, System-of-Systems: Wprowadzenie obszaru podpisu Purdue University Schools of Engineering.
  • Mittal, S., Martin, JLR (2013), Netcentric System of Systems Engineering with DEVS Unified Process, CRC Press, Boca Raton, FL.
  • Daniel DeLaurentis, Understanding Transportation as a System of Systems Design Problem, „43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada”, 2005, DOI: 10.2514/6.2005-123.
  • J. Lewe, D. Mavris, Foundation for Study of Future Transportation Systems Through Agent-Based Simulation, w: Proceedings of 24th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS), Jokohama, Japonia, sierpień 2004. Sesja 8.1.
  • Held, JM, Modelowanie systemów systemów, praca doktorska, University of Sydney, 2008.
  • D. Luzeaux i JR Ruault, „Systemy systemów”, ISTE Ltd i John Wiley & Sons Inc, 2010.
  • D. Luzeaux, JR Ruault i JL Wippler, „Złożone systemy i systemy inżynierii systemów”, ISTE Ltd i John Wiley & Sons Inc, 2011.
  • Popper, S., Bankes, S., Callaway, R. i DeLaurentis, D. (2004), Sympozjum System-of-Systems: Report on a Summer Conversation, 21–22 lipca 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington, Wirginia.

Linki zewnętrzne