Системноинженерное мышление

Заседание Русского отделения INCOSE2014

Практики системного проектирования

• Их множество (см. обзор в первой главе книги М.Левина «Технология поддержки решений для модульных систем»: http://www.mslevin.iitp.ru/Levin-bk-Nov2013-071.pdf)

• У всех один «недостаток»: хорошему инженеру эти методы помогают, плохому инженеру они помочь не могут.

• Наиболее известны ТРИЗ и DSM (практикуются во многих центрах разработки). Но есть огромное число методов, практикующихся в рамках одной-двух лабораторий (реже – центров разработки).

• На сегодня наиболее активно развиваются компьютерные методы не только «проверочных архитектурных расчётов», но и методы оптимизации (выбора оптимальной архитектуры).

2

Системное движение

• Множество изводов системного подхода• Первое поколение: кибернетика и системная динамика.

Принципиальные схемы• «Второе поколение»: ISO 42010, увязка компонентной и

модульной архитектур• Производственные системы• мягкие системы (Чекланд), социотехнические системы (в

том числе обеспечивающие системы), системы систем

Системная инженерия: с системным мышлением в голове. Но какие варианты системного мышления?!

3

Стандарты

• V-диаграмма: определение против воплощения (основная интуиция системной инженерии)

• OMG Essence – деятельность• ISO 42010 – описание системы• ISO 81346 – воплощение системы

• ISO 15926 – как совмещать разные объекты (экстенсионализм)

4

Альфы инженерного проекта

5

Определение и воплощение системы

• ISO 42010 (обобщение)– Требования (функция)– Архитектура (функция+конструкция)– Неархитектурная часть проекта (конструкция)– Обоснования (для ilities)

• ISO 81346– Компоненты (элементы функции)– Модули (элементы конструкции)– Размещения (места в окружении)

6

Воплощение системы: деятель и объекты

7

На основе рис.3в ISO 81346-1

Множество разбиений воплощения (отношения «часть-целое»)

8

Множественность обозначений

9

ISO 81346: системы определяются через отношение «часть-целое», системы определяются иерархическими именами (набор справочных обозначений), которые всегда могут быть дополнены справа и слева (выше и ниже по холархии)

Henrik Balslev about Reference Designation Set

Сколько «базовых структур» в системе?

• ISO 15926 – две основных: функциональные объекты, физические объекты. Остальные могут вводиться по потребности.

• ISO 81346 – «по меньшей мере» три (функция, продукт, место)

• Garlan et. al – три стиля (компоненты, модули, размещения, и разные варианты структур внутри стиля)

• СМД-методология – «по меньшей мере» пять (процессы, элементы и связи, внешние функции, морфология, материал) -- http://www.mmk-documentum.ru/glossary/6

• …

10

Базовые структуры определения системы

• =Компоненты• -Модули• +Места

• Огромное число вариантов представления каждого.• Это только базовые, есть огромное число других!• В чистом виде не бывают, распространены гибридные

стили.

11

Примеры компонентных описаний

12

Компоненты (и соединения)• = (префикс для обозначения в ISO 81346)• Взаимодействующая с другими часть системы. • Интерес: «как оно работает» (runtime, operation,

функционирование)• Не интерфейсы, а «порты» связей с другими элементами.

Компоненты взаимодействуют друг с другом не непосредственно, а только через связи-соединения.

• Чаще всего компоненты и соединения выражаются «схемой».

• Важная практика: мультифизическое моделирование (по схеме проводятся расчёты «режимов» и характеристик отдельных компонентов – используются солверы, иногда поставленные под контроль оптимизатора).

13

Примеры модульных описаний

14

FR160B PCB 2-Layer USB Portable Power Module -- - Green (3.5 x 2.6 x 1.5cm)

Model FR160BQuantity 1Color GreenMaterial PCB

Features

Input: 5V/800mA; Output: 5V/1A; LED lightening; With protection board on COB; Output current limited protection

Application Great for DIY project

Other ON (Press button) / OFF (Automatically)

Packing List 1 x Module

Модули

• - (префикс для обозначения в ISO 81346)• Элемент конструкции, продукт, сборочная единица.• Интерес: что нужно разрабатывать и изготавливать (время

разработки и изготовления, но не работы системы).• Что от чего зависит (отношение «зависит») в плане

разработки.• Имеет интерфейс, у которого есть «видимость»

(доступность). Зависимый элемент имеет слот с таким интерфейсом.

• Важная практика: Dependency Structure Matrix (DSM).• Модуль может присутствовать во многих компонентах.

15

Размещения

• + (префикс для обозначения в ISO 81346)• Место установки в системном окружении

(здании, комнате, отсеке, серверной стойке) • Место транспортировки (например, в каком

ящике), место хранения (например, на позиция складского хранения)

• Где будет производиться или проектироваться

• …16

Гибридные описания• Чистых видов описания не бывает: смесь самых разных в одном

тексте, таблице, диаграмме, схеме, чертеже.• Онтологов мало, поэтому не ждите какого-то формализма там,

где его нет.• Терминология не устоялась, поэтому ожидайте встретить самую

разную (модулем могут назвать компоненту, а компоненту элементом, слот техпозицией и т.д.).

17

Определение системы

18

Функция:

требования со стороны

использующей (над)системы

Архитектура(совмещение

функциональной и физической

декомпозиции)

Конструкция:

рабочий проект (изготавливаемые

части) целевой системы

Описывается «чёрный ящик» (реверс-инжиниринг системы использования)

Описывается «прозрачный ящик» с детальностью, достаточной для изготовления

Описываются основные принципы структуры «прозрачного ящика», который выполнит роль «чёрного ящика»

Фокусирование (сужение пространства решений)

Архитектурное проектирование/конструирование

«Просто» проектирование/конструирование

Совмещение логической и физической архитектур по версии ISO 81346-1

Figure 7

19

«Логическая архитектура» (функциональная декомпозиция, структура компонент) итеративно совмещается с «физической архитектурой» (продуктная декомпозиция, структура модулей)

V-диаграмма сущностей инженерного решения

20

Подальфы определения системы

приёмка

проверка

проверка

Определения и описания: альфы и рабочие продукты(обобщение ISO 42010)

21

Подальфы технологии (задаются стандартами)Подальфы определения системы:

требования, архитектура, рабочка. Рабочие продукты для них:

• Описания требований, тематические группы описаний требований, модели требований

• Архитектурные описания, тематические архитектурные группы описаний, архитектурные модели

• Рабочие описания, тематические группы рабочих описаний, рабочие модели

view viewpoint

definition realization

Из SysML Cookbook(проект создания телескопа)

http://mbse.gfse.de/documents/SE2PracticesAndGuidelines.pdf

22

AADLIn November 2004, the Society of Automotive Engineers (SAE) released the aerospace standard AS5506, named the Architecture Analysis & Design Language (AADL). The AADL is a modeling language that supports early and repeated analyses of a system’s architecture with respect to performance-critical properties through an extendable notation, a tool framework, and precisely defined semantics.

https://wiki.sei.cmu.edu/aadl/index.php/Main_Page

Версия 2.1 стандарта опубликована в сентябре 2012г.

23

Зависящие от инструмента методологии (например, RLFP)

24

Как RFLP выглядит

25

Конвергенция системной, программной и инженерии систем управления

• Киберфизические системы – их число стремительно приближается к 100%, это главный тренд для всех рынков.

• Три разные дисциплины, три разные терминологии, три разные традиции:– Системная инженерия– Программная инженерия (в части embedded systems)

• Сегодня: нет общего образования, нет общих инструментов, нет общих стандартов. Но по факту идёт конвергенция.

• Суть дела: модели системы и её окружения становятся частью самой системы. Проблемы:– В абстрациях этих всех дисциплин время обычно потеряно, нужны новые

абстракции. В том числе – как работать с изменяющимися во времени моделями (behavioral semantics).

– Нужно понимать, как объединить модели всех этих разных дисциплин (сами они уже давно моделецентричны) – это невероятно трудно.

26http://www.infoq.com/presentations/Model-Based-Design-Janos-Sztipanovits

27

Спасибо за вниманиеАнатолий Левенчук,http://ailev.ruailev@asmp.msk.suПрезидент Русского отделения INCOSEЧлен исполкома Русского отделения SEMAT

Виктор Агроскинvic5784@gmail.comЧлен экспертной группы ISO TC184/SC4/WG3 (Industrial data / Oil, Gas, Process and

Power)

TechInvestLab.ru+7 (495) 748-53-88Член POSCCaesar Association