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Sistema de sistemas

El término sistema de sistemas se refiere a un conjunto de sistemas orientados a tareas o dedicados que combinan sus recursos y capacidades para crear un sistema nuevo y más com...

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El término sistema de sistemas se refiere a un conjunto de sistemas orientados a tareas o dedicados que combinan sus recursos y capacidades para crear un sistema nuevo y más complejo que ofrece mayor funcionalidad y rendimiento que la simple suma de los sistemas constituyentes. Actualmente, los sistemas de sistemas constituyen 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 son incompletos. [ 1 ] se refiere a la ingeniería de sistemas de sistemas .

Descripción general

A continuación se describen, en orden de aparición en la literatura, las descripciones comúnmente propuestas —no necesariamente definiciones— de sistemas de sistemas, [ 2 ] :

  1. La vinculación de sistemas en un sistema conjunto de sistemas permite la interoperabilidad y la sinergia de los sistemas de mando, control, informática, comunicaciones e información (C4I) y de inteligencia, vigilancia y reconocimiento (ISR): [ 3 ] descripción en el campo de la superioridad de la información en el ámbito militar moderno .
  2. 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 .
  3. 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 .
  4. La integración de sistemas es un método para buscar el desarrollo, la integración, la interoperabilidad y la optimización de sistemas para mejorar el rendimiento en futuros escenarios de campo de batalla: [ 6 ] descripción en el campo de la integración de sistemas intensivos en información en el ámbito militar .
  5. 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 de gestión de los sistemas, distribución geográfica, comportamiento emergente y desarrollo evolutivo: [ 7 ] descripción en el campo de la adquisición evolutiva de sistemas adaptativos complejos en el ámbito militar .
  6. 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 .
  7. Los problemas de sistemas de sistemas son una colección de redes transdominio de sistemas heterogéneos que probablemente exhiban independencia operativa y de gestión, distribución geográfica y comportamientos emergentes y evolutivos que no serían evidentes si los sistemas y sus interacciones se modelan por separado: [ 9 ] descripción en el campo del Sistema Nacional de Transporte, Exploración Militar Integrada y Espacial .

En conjunto, todas estas descripciones sugieren que se necesita un marco completo de ingeniería de sistemas para mejorar el apoyo a la toma de decisiones en problemas de sistemas de sistemas. Específicamente, se necesita un marco eficaz de ingeniería de sistemas para ayudar a los responsables de la toma de decisiones a determinar si las consideraciones relacionadas de infraestructura, políticas y/o tecnología, como un todo interrelacionado, son buenas, malas o neutrales a lo largo del tiempo. [ 10 ] La necesidad de resolver problemas de sistemas de sistemas es urgente no solo por la creciente complejidad de los desafíos actuales, sino también porque dichos problemas requieren grandes inversiones monetarias y de recursos con consecuencias multigeneracionales.

Temas de sistemas 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 revelar y generar importantes propiedades emergentes. Estos patrones emergentes tienen una naturaleza evolutiva que las partes interesadas deben reconocer, analizar y comprender. El enfoque de sistemas 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 de relieve el desafío adicional del diseño .

Los sistemas de sistemas suelen exhibir comportamientos de sistemas complejos, pero no todos los problemas complejos entran en el ámbito de los sistemas de sistemas. Los problemas de sistemas de sistemas presentan varias combinaciones de rasgos inherentes, no todos presentes en cada problema de este tipo: [ 11 ] [ 12 ]

  • Independencia operativa de los elementos
  • Independencia gerencial de los elementos
  • Desarrollo evolutivo
  • Comportamiento emergente
  • Distribución geográfica de los elementos
  • Estudio interdisciplinario
  • Heterogeneidad de los sistemas
  • Redes de sistemas

Los primeros cinco rasgos se conocen como los criterios de Maier [ 13 ] para identificar los desafíos de los sistemas de sistemas. Los tres rasgos restantes fueron propuestos a partir del estudio de las implicaciones matemáticas del modelado y análisis de los desafíos de los sistemas de sistemas por el Dr. Daniel DeLaurentis [ 14 ] y sus co-investigadores en la Universidad de Purdue . [ 15 ]

Investigación

Las investigaciones actuales sobre enfoques eficaces para los problemas de sistemas de sistemas incluyen:

  • Establecimiento de un marco de referencia eficaz
  • Elaboración de un léxico unificador [ 16 ]
  • Desarrollar metodologías eficaces para visualizar y comunicar sistemas complejos [ 17 ]
  • Gestión de recursos distribuidos [ 18 ]
  • Estudio del diseño arquitectónico
    • Interoperabilidad [ 19 ]
    • Políticas de distribución de datos: definición de políticas, guía de diseño y verificación [ 20 ]
  • Lenguaje de modelado formal con plataforma de herramientas integradas [ 21 ]
  • Estudio de diversas técnicas de modelado, simulación y análisis.
  • Estudio de diversas herramientas numéricas y visuales para capturar la interacción de los requisitos del sistema, los conceptos y las tecnologías.

Aplicaciones

Los sistemas de sistemas, aunque todavía se investigan predominantemente en el sector de la defensa, también se están aplicando en campos como el transporte aéreo y terrestre nacional [ 22 ] y la exploración espacial . Otros campos donde se pueden aplicar incluyen la atención médica , el diseño de Internet , la integración de software y la gestión de la energía [ 19 ] y los sistemas de energía. [ 23 ] Las interpretaciones socioecológicas de la resiliencia, donde diferentes niveles de nuestro mundo (por ejemplo, el sistema terrestre, el sistema político) se interpretan como sistemas interconectados o anidados, adoptan un enfoque de sistemas de sistemas. Una aplicación en los negocios se puede encontrar para la resiliencia de la cadena de suministro .

instituciones educativas e industria

La colaboración entre una amplia gama de organizaciones está impulsando el desarrollo de una clase de problemas de sistemas de sistemas y una metodología para el modelado y análisis de dichos problemas. Existen proyectos en curso en numerosas entidades comerciales, instituciones de investigación, programas académicos y agencias gubernamentales.

Los principales actores involucrados en el desarrollo de este concepto son:

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, según el Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración , la NASA creó la organización Dirección de Misiones de Sistemas de Exploración (ESMD, por sus siglas en inglés) para liderar el desarrollo de un nuevo "sistema de sistemas" de exploración con el fin de lograr los objetivos descritos por el presidente GW Bush en la Visión para la Exploración Espacial de 2004.

En el marco del Séptimo Programa Marco se llevaron a cabo varios proyectos de investigación y acciones de apoyo, patrocinados por la Comisión Europea . Estos proyectos se centraron en el Objetivo Estratégico IST-2011.3.3 del Programa de Trabajo TIC del FP7 (Nuevos paradigmas para sistemas embebidos, monitorización y control hacia la ingeniería de sistemas complejos). Este objetivo se centró específicamente en el «diseño, desarrollo e ingeniería de sistemas de sistemas». Entre estos proyectos se incluyeron:

  • T-AREA-SoS [ 25 ] (Agenda Transatlántica de Investigación y Educación sobre Sistemas de Sistemas), que tiene como objetivo "aumentar la competitividad europea y mejorar el impacto social del desarrollo y la gestión de grandes sistemas complejos en una variedad de sectores mediante la creación de una agenda de investigación sobre Sistemas de Sistemas (SoS) acordada comúnmente entre la UE y EE. UU."
  • COMPASS [ 21 ] (Comprehensive Modelling for Advanced Systems of Systems), cuyo objetivo es proporcionar una base semántica y un marco de herramientas abiertas para permitir que los SoS complejos se diseñen con éxito y de forma 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 respaldar modelos de ciclo de vida de sistemas de sistemas evolutivos, adaptativos e iterativos basados ​​en una semántica formal para interoperaciones de SoS y respaldados por herramientas novedosas para análisis, simulación y optimización".
  • ROAD2SOS [ 27 ] (Hojas de ruta para la ingeniería de sistemas de sistemas), que tiene como objetivo desarrollar "hojas de ruta estratégicas de investigación e ingeniería 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 basada en casos de uso industrial.
  • AMADEOS [ 29 ] (Arquitectura para sistemas de sistemas abiertos, evolutivos, ágiles y confiables multicriticidad) tiene como objetivo incorporar la conciencia del tiempo y la evolución en el diseño de sistemas de sistemas (SoS) con posible comportamiento emergente, para establecer un modelo conceptual sólido, un marco arquitectónico genérico y una metodología de diseño.

Entre los proyectos europeos en curso que utilizan un enfoque de sistema de sistemas se incluyen:

  • Arctic PASSION [ 30 ] (Sistema de sistemas de observación panártico: Implementación de observaciones para las necesidades de la sociedad; julio  de 2021 - junio  de 2025) es un proyecto de investigación de Horizonte 2020 cuya principal motivación es la creación conjunta e implementación de un sistema de observación ártico coherente e integrado: el Sistema de sistemas de observación panártico (pan-AOSS). El proyecto busca superar las deficiencias del sistema de observación actual mediante el perfeccionamiento de su operatividad, la mejora y la ampliación del monitoreo científico y comunitario panártico, y la integración con el conocimiento indígena y local.
  • COLOSSUS [ 31 ] (Exploración colaborativa de sistemas de sistemas para productos, servicios y modelos de negocio de aviación; febrero  de 2023 - enero  de 2026) es un proyecto de investigación de Horizonte Europa para el desarrollo de una metodología de diseño de sistemas de sistemas que, por primera vez, permitirá la optimización combinada de aeronaves, operaciones y modelos de negocio. El proyecto tiene como objetivo establecer un marco digital colaborativo transformador (TDC) que permita a la aviación europea llevar a cabo investigación, desarrollo tecnológico e innovación. El marco TDC apoyará la simulación, el análisis, la optimización y la evaluación de productos y servicios complejos en escenarios reales.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Popper, S., Bankes, S., Callaway, R., y DeLaurentis, D., Simposio sobre sistemas de sistemas: Informe de una conversación de verano Archivado el 28 de septiembre de 2011 en Wayback Machine , 21-22 de julio de 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington, VA.
  2. ↑ recopilado parcialmente de:Archivado el 15 de octubre de 2005 en Wayback Machine Jamshidi, M., "Ingeniería de sistemas de sistemas: una definición", IEEE SMC 2005, 10-12 de octubre de 2005.
  3. ↑ Manthorpe Jr., WH, "El sistema conjunto emergente de sistemas: un desafío y una oportunidad de ingeniería de sistemas para APL", Johns Hopkins APL Technical Digest, vol. 17, n.° 3 (1996), págs. 305–310.Archivado el 3 de septiembre de 2006 en Wayback Machine.
  4. ↑ Kotov, V. "Sistemas de sistemas como estructuras comunicantes", Documento HPL-97-124 del Laboratorio de Sistemas Informáticos de Hewlett Packard, (1997), págs. 1–15.
  5. ↑ Luskasik, SJ " Sistemas, sistemas de sistemas y la educación de ingenieros Archivado el 4 de junio de 2019 en Wayback Machine ", Inteligencia artificial para el diseño, análisis y fabricación de ingeniería, vol. 12, n.º 1 (1998), págs. 55-60.
  6. ↑ Pei, RS, "Integración de sistemas de sistemas (SoSI) : una forma inteligente de adquirir sistemas C4I2WS del ejército", Actas de la Conferencia de Simulación por Computadora de Verano, (2000), págs. 574-579.
  7. ↑ Sage, AP; Cuppan, CD (2001). "Sobre la ingeniería de sistemas y la gestión de sistemas de sistemas y federaciones de sistemas" (PDF) . Information, Knowledge, Systems Management . 2 (4): 325– 345. doi : 10.3233/IKS-2001-00045 . S2CID 7609190. Archivado del original (PDF) el 4 de junio de 2019. 
  8. ↑ Carlock, PG y RE Fenton. "Sistemas empresariales de sistemas (SoS) para organizaciones con uso intensivo de información", Ingeniería de sistemas, vol. 4, n.º 4 (2001), págs. 242-261.
  9. ↑ DeLaurentis, D. "Comprender el transporte como un problema de diseño de sistemas de sistemas", 43.ª Reunión de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA, Reno, Nevada, 10-13 de enero de 2005. AIAA-2005-0123.DeLaurentis, DA; Callaway, RK (2004). "Una perspectiva de sistema de sistemas para futuras políticas públicas". Review of Policy Research . 21 (6): 829– 837. doi : 10.1111/j.1541-1338.2004.00111.x .
  10. ↑ Delaurentis, Dan; Callaway, Robert K. "CAB" (2004). "Una perspectiva de sistema de sistemas para las decisiones de política pública" . Review of Policy Research . 21 (6): 829– 837. doi : 10.1111/j.1541-1338.2004.00111.x .
  11. ↑DeLaurentis, D., "Fundamentos de la investigación", Escuela de Aeronáutica y Astronáutica, Universidad de Purdue, West Lafayette, IN, 2007.
  12. ↑ Boardman, John, DiMario, Michael, Sauser, Brian, Verma, Dinesh, "Características e interoperabilidad de sistemas de sistemas en el mando y control conjunto", Defense Acquisition University , 25-26 de julio de 2006Archivado el 19 de julio de 2011 en Wayback Machine.
  13. ↑ 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 . Recuperado el 13 de diciembre de 2012 .
  14. ↑ DeLaurentis, D. "Comprender el transporte como un problema de diseño de sistemas de sistemas", 43.ª Reunión de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA, Reno, Nevada, 10-13 de enero de 2005. AIAA-2005-0123.
  15. ↑"Sistemas de Sistemas (SoS)", Facultad de Ingeniería, Universidad de Purdue, West Lafayette, IN, 2007.
  16. ↑DeLaurentis D., "Definición y vocabulario de sistemas de sistemas", Escuela de Aeronáutica y Astronáutica, Universidad de Purdue, West Lafayette, IN, 2007.
  17. ↑ Jara, F. (1998, 24 de julio). Sistemas de visualización. Recuperado de la web http://www.cs.uml.edu/~fjara/thesis/active/proposal/node6.html Archivado el 15 de abril de 2012 en Wayback Machine el 16 de noviembre de 2011.
  18. ↑ Mosleh M., Ludlow P., Heydari B., "Gestión de recursos distribuidos en sistemas de sistemas: una perspectiva arquitectónica" , Ingeniería de sistemas, 2016
  19. 1 2 Curry, Edward. 2012. "Interoperabilidad de información de sistemas de sistemas mediante un espacio de datos enlazado". En IEEE 7th International Conference on System of Systems Engineering (SOSE 2012), 101–106.
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  21. 1 2 "Proyecto de investigación COMPASS" . Archivado del original el 21/09/2021 . Recuperado el 15/07/2013 .
  22. ↑ Parker, J. (2010) "Aplicación de un enfoque de sistema de sistemas para mejorar el transporte". SAPIEN.S. 3 (2)
  23. ↑ Kremers, E., Viejo, P., Barambones, O., Durana, J., (2010). Un enfoque de modelado de sistemas complejos para la simulación descentralizada de microrredes eléctricas. Actas de la 15.ª Conferencia Internacional IEEE sobre Ingeniería de Sistemas Informáticos Complejos (ICECCS), 2010. https://doi.org/10.1109/ICECCS.2010.1
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  25. ↑ "Agenda transatlántica de investigación y educación sobre sistemas de sistemas" . Archivado del original el 16 de mayo de 2013. Consultado el 22 de julio de 2013 .
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  30. ↑ Sistema de sistemas de observación panártico: Implementación de observaciones para necesidades sociales (Arctic PASSION) ; Referencia CORDIS:
  31. ↑ Sistema Colaborativo de Exploración de Sistemas de Productos, Servicios y Modelos de Negocio de Aviación (COLOSSUS) ; Referencia CORDIS:

Lecturas adicionales

  • Yaneer Bar-Yam et al. (2004) " Las características y los 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 general de sistemas: el esqueleto de la ciencia", Management Science , vol. 2, n.º 3, ABI/INFORM Global, págs.  197-208.
  • Crossley, WA, Sistema de sistemas: Introducción al área distintiva de las Escuelas de Ingeniería de la Universidad de Purdue.
  • Mittal, S., Martin, JLR (2013) Ingeniería de sistemas de sistemas centrada en la red con el proceso unificado DEVS , CRC Press, Boca Raton, FL
  • DeLaurentis, D. "Comprender el transporte como un problema de diseño de sistemas de sistemas", 43.ª Reunión de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA, Reno, Nevada, 10-13 de enero de 2005. AIAA-2005-0123.
  • J. Lewe, D. Mavris,Fundación para el estudio de futuros sistemas de transporte mediante simulación basada en agentes }, 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 . Recuperado el 13 de diciembre de 2012 .
  • Held, JM, Modelado de sistemas de sistemas , Tesis doctoral, Universidad de Sídney, 2008
  • D. Luzeaux y JR Ruault, "Sistemas de sistemas", ISTE Ltd y John Wiley & Sons Inc, 2010
  • D. Luzeaux, JR Ruault y JL Wippler, "Sistemas complejos e ingeniería de sistemas de sistemas", ISTE Ltd y John Wiley & Sons Inc, 2011
  • Popper, S., Bankes, S., Callaway, R., y DeLaurentis, D. (2004) Simposio sobre sistemas de sistemas: Informe de una conversación de verano , 21-22 de julio de 2004, Potomac Institute for Policy Studies, Arlington, VA.
  • Sistema de sistemas - vídeo de IBM
  • Blog "Un planeta más inteligente: Internet de las cosas y sistemas de sistemas" . IBM. Octubre de 2015.
  • 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)