Система систем

Система систем — (англ. System of systems - SoS) совокупность систем, которые объединяют свои ресурсы и возможности для создания новой, более сложной системы, с целью получения суммарного результата большего/лучшего, чем получают отдельные системы, действуя индивидуально. В настоящее время системы систем являются важной исследовательской дисциплиной, для которой разрабатываются инструменты анализа и методы проектирования.[1]

Описание

Обычно предлагаемые описания (не обязательно определения) систем систем[2] приведены ниже в порядке их появления в литературе:

  1. Объединение систем в единую систему систем обеспечивает функциональную совместимость и синергизм систем командования, управления, компьютеров, связи и информации (C4I) и разведки, наблюдения и рекогносцировки (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance):[3] описание в области информационных технологий в вооруженных силах..
  2. Системы систем — это крупномасштабные параллельные и распределенные системы, компоненты которых сами являются сложными системами:[4] описание в области коммуникационных структур и информационных систем на предприятиях.
  3. Система системного образования предполагает интеграцию систем в систему систем, что в конечном итоге способствует развитию социальной инфраструктуры:[5] описание в области образования.
  4. 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.
  5. Современные системы, включающие проблемы системы систем, не являются монолитными, а имеют пять общих характеристик: операционную независимость отдельных систем, управленческую независимость систем, географическое распределение, действие по обстановке и эволюционное развитие:[7] описание в области эволюционного развития и сложных адаптивных систем в вооруженных силах.
  6. Проектирование системы систем предприятия на объединении традиционной деятельности по системному проектированию с функциями/деятельностью по стратегическому планированию и инвестиционному анализу:[8] описание в области информационных систем на предприятиях.
  7. Система систем как совокупность трансдоменных сетей гетерогенных систем, которые могут демонстрировать операционную и управленческую независимость, географическое распределение, а также незапланированное и эволюционное поведение, которое не было бы очевидным, если бы системы и их взаимодействия моделировались отдельно:[9] описание в области национальных транспортных систем, 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.

Введение понятия Cистема систем в дополнение к понятию Система обусловлено тем, что для систем систем не подходят традиционные методы системной инженерии[11].

Направления исследований в области системы систем

Подход к проектированию

Хотя отдельные системы, составляющие систему систем, могут сильно различаться и действовать независимо, их взаимодействие обычно раскрывает и обеспечивает важные развивающиеся свойства. Эти возникающие модели имеют эволюционирующую природу, которую заинтересованные стороны должны признать, проанализировать и понять. Подход систем системы не сфокусирован на каких-то определенных инструментах, методах или практиках; вместо этого он продвигает новый образ мышления для решения масштабных задач, где взаимодействие технологий, политики и экономики является основными движущими силами. Исследования в области систем систем связаны с изучением проектирования, сложности и системной инженерии при построении обычных систем, но сфокусированы на задаче проектирования системы систем.

Системы систем обычно демонстрируют поведение сложных систем, но не все сложные проблемы относятся к сфере систем систем. Системам систем присущи несколько характеристик, не все из которых проявляются:[12]

  • Эксплуатационная независимость элементов
  • Управленческая независимость элементов
  • Эволюционное развитие
  • Возникающее поведение
  • Географическое распределение элементов
  • Междисциплинарное исследование
  • Неоднородность систем
  • Сети систем

Первые пять признаков известны как критерии Майера[13] для выявления системы систем. Остальные три характеристики были предложены в результате изучения математических последствий моделирования и анализа систем систем доктором Дэниелом ДеЛаурентисом[14] и его коллегами из Университета Пердью.[15]

Согласование целей различных систем в составе системы систем может осуществляться на основе договоров/контрактов, в результате которых действия систем из разнонаправленных, конфликтных становятся сонаправленными и синхронно выполняемыми[16].

Исследования

Текущие исследования эффективных подходов к решению системных проблем включают в себя:

  • Создание эффективной системы отсчета
  • Создание универсального словаря[17]
  • Разработка эффективных методологий визуализации и коммуникации сложных систем[18]
  • Управление распределенными ресурсами[19]
  • Изучение проектирования архитектуры
    • Интероперабельность[20]
    • Политики распределения данных: определение политик, руководство по проектированию и проверка[21]
  • Формальный язык моделирования с интегрированной платформой инструментов[22]
  • Изучение различных методов моделирования, симуляции и анализа.
  • Изучение различных численных и визуальных инструментов для отражения взаимодействия системных требований, концепций и технологий.

Приложение

Системы систем, хотя по-прежнему исследуются преимущественно в оборонном секторе, также находят применение в таких областях, как национальный воздушный и автомобильный транспорт[23] и освоение космоса. Другие области, где его можно применять, включают здравоохранение, проектирование Интернета, интеграцию программного обеспечения, управление энергопотреблением[20] и энергосистемы.[24] 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 между широким кругом 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-Меллона.
  • 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 системного проектирования[25] для разработки формальной методологии системного проектирования для применения в проектах, связанных с обороной.

В другом примере, согласно исследованиям архитектуры исследовательских систем (en:Exploration Systems Architecture Study — ESAS), НАСА учредило Управление миссий исследовательских систем (ESMD), чтобы возглавить разработку новой исследовательской «системы систем» для достижения целей, намеченных президентом Дж. Бушем в 2004 году.

В настоящее время реализуется 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 и реализуемые проекты уделяют особое внимание «проектированию, разработке и проектированию систем систем»:

  • T-AREA-SoS[26] (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 путем создания общесогласованной программы исследований систем систем (SoS) ЕС-США».
  • COMPASS[22] (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[27] (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[28] (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[29] (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[30] (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.

См. также

Примечания

  1. ↑ Popper, S., Bankes, S., Callaway, R., and DeLaurentis, D., System-of-Systems Symposium: Report on a Summer Conversation Архивировано 28 сентября 2011 года., July 21-22, 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington, VA.
  2. ↑ collected partly from: Источник. Дата обращения: 23 ноября 2023. Архивировано из оригинала 15 октября 2005 года. Jamshidi, M., «System-of-Systems Engineering — A Definition», IEEE SMC 2005, 10-12 Oct. 2005.
  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. Источник. Дата обращения: 23 ноября 2023. Архивировано из оригинала 3 сентября 2006 года.
  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 Архивировано 4 июня 2019 года.,» 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. ↑ Sage, A.P. (2001). "On the Systems Engineering and Management of Systems of Systems and Federations of Systems" (PDF). Information, Knowledge, Systems Management. 2 (4): 325—345. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июня 2019.
  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. ↑ DeLaurentis, D. «Understanding Transportation as a System of Systems Design Problem», 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, January 10-13, 2005. AIAA-2005-0123.

    DeLaurentis, D. A. (2004). "A System of Systems Perspective for Future Public Policy". Review of Policy Research. 21 (6): 829—837. doi:10.1111/j.1541-1338.2004.00111.x.
  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. ↑ [[Левенчук, Анатолий Игоревич|Левенчук А. И.]], Системы систем. Дата обращения: 24 ноября 2023. Архивировано 24 ноября 2023 года.
  12. ↑ [2] Архивная копия от 28 июня 2008 на Wayback Machine DeLaurentis, D., «Research Foundations», School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  13. ↑ Maier, M.W. (1998). "Architecting Principles for System of Systems". Systems Engineering. 1 (4): 267—284. doi:10.1002/(sici)1520-6858(1998)1:4<267::aid-sys3>3.0.co;2-d. Архивировано 27 апреля 2012. Дата обращения: 13 декабря 2012.
  14. ↑ DeLaurentis, D. «Understanding Transportation as a System of Systems Design Problem», 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, January 10-13, 2005. AIAA-2005-0123.
  15. ↑ [3] «Systems of Systems (SoS)», College of Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  16. ↑ В. Лапидус, Л. Касторская. Подход "Система систем".
  17. ↑ [4] DeLaurentis D., «System of Systems Definition and Vocabulary», School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, West Lafayette, IN, 2007.
  18. ↑ Jara, F. (1998, July 24). Visualization systems. Retrieved from web http://www.cs.uml.edu/~fjara/thesis/active/proposal/node6.html Архивировано 15 апреля 2012 года. on 16 Nov 2011
  19. ↑ Mosleh M., Ludlow P., Heydari B., «Distributed Resource Management in System of Systems: An Architecture Perspective», Systems Engineering, 2016
  20. ↑ 1 2 Curry, Edward. 2012. «System of Systems Information Interoperability Using a Linked Dataspace.» Архивная копия от 8 августа 2017 на Wayback Machine In IEEE 7th International Conference on System of Systems Engineering (SOSE 2012), 101—106.
  21. ↑ Gianni, D., (2015, Jan). Data Policy Definition and Verification for System of Systems Governance, in Modeling and Simulation Support for System of Systems Engineering
  22. ↑ 1 2 COMPASS Research Project. Дата обращения: 15 июля 2013. Архивировано из оригинала 21 сентября 2021 года.
  23. ↑ Parker, J. (2010) «Applying a system of systems approach for improved transportation». S.A.P.I.EN.S. 3 (2). Дата обращения: 23 ноября 2023. Архивировано 18 марта 2011 года.
  24. ↑ 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
  25. ↑ National Centers for System-of-Systems Engineering. Дата обращения: 23 ноября 2023. Архивировано 6 октября 2022 года.
  26. ↑ Trans-Atlantic Research and Education Agenda on Systems of Systems. Дата обращения: 22 июля 2013. Архивировано из оригинала 16 мая 2013 года.
  27. ↑ Designing for Adaptability and evolutioN in System of systemsEngineering
  28. ↑ Roadmaps for SoS Engineering
  29. ↑ Dynamic Management of Physically-coupled Systems Of Systems (DYMASOS). Дата обращения: 23 ноября 2023. Архивировано 23 ноября 2023 года.
  30. ↑ Architecture for Multi-criticality Agile Dependable Evolutionary Open System-of-Systems (AMADEOS). Дата обращения: 18 декабря 2015. Архивировано из оригинала 24 августа 2014 года.

Литература

  • 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. АИАА-2005-0123.
  • Дж. Лью, Д. Маврис, [5] Фонд изучения будущих транспортных систем посредством агентного моделирования }, в: Труды 24-го Международного конгресса авиационных наук (ICAS), Иокогама, Япония, август 2004 г. Сессия 8.1.
  • 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.

Ссылки