Системная инженерия: вызовы времени

По результатам конференции RuSEC2010

Акоев Марк Анатольевичmrcs@acm.org

Кафедра Программных средств и систем ФУО УрФУ

7 октября 2010 г

Всероссийский Научно - исследовательский институт

по эксплуатации атомных электростанций

23-24 сентября 2010 г.

Организаторы

Комитет Совета Федерации По

Промышленной Политике

Государственная Корпорация По Атомной Энергии

«РОСАТОМ»ОАО «ВНИИАЭС»

Некоммерческое Партнерство

«Инвэл» Русский Институт Системной Инженерии

Русское Отделение INCOSE

Материалы конференции

http://community.livejournal.com/incose_ru/18795.html

Что такое Systems Engineering?

Новое – хорошо забытое старое

Системный подход

Начало XX века

1940-1960

Hall A Methodology for Systems Engineering [1962]

Холл Системотехника 1975

INCOSE1990

1990-2020-1970-1980

Ф.Е.Темников

системная инженерия: это выгодно

• Системная инженерия -- это способ уменьшить затраты за счет исключения переделок (исправлений разных типов ошибок).

• Уменьшает коэффициент экспоненты убытков на масштабе, поэтому зависит от масштаба проекта.

Уменьшение стоимости для• Мелких проектов на 18% (при оптимальной доле

работ системной инженерии 5%) • Средних проектов на 38% (%20)• Крупных проектов на 63% (33%)• Очень крупных проектов на 92% (37%)

Главные идеи системной инженерии

• Общий междисциплинарный язык, позволяющий договориться участникам проекта

• Покупка информации, уменьшающей проектные риски.

• Исправление ошибок на как можно более ранней стадии, когда это относительно дешево – идея жизненного цикла.

Стандарты системной инженерии• Международные стандарты (базовый

стандарт -- ISO 15288 «Системная инженерия - процессы жизненного цикла систем»)

• Стандарты закупок Минобороны США, NATO, европейских военных

• Стандарты профессиональных организаций (IEEE).

• Используются в крупных проектах: военных, строительных (туннели, мосты), атомной энергетике (ITER)

Связь системной и программной инженерии

ISO 12207 => ISO 15288

Подход системной инженериик управлению жизненным циклом

Системная инженерия – это гармонизация подходов:• системного (назначение, границы и элементы

системы)• процессного (деятельность и акторы)• архитектурного (методы описания и их группировка)• жизненного цикла (4D-эволюция системы)• оценки зрелости процессов (стадии ЖЦ процесса)• оценки специальных свойств системы (процессные

выписки)

• Подход (approach) - способ сущностного описания. Практики зависят от сущностного описания.

ИдеяФункционирование

и развитие

Требования иархитектура

Рабочийпроект

Реализация

Сборка итестирование

Проверка и приёмка

Проверка и оценка

Деком

позиция и

специфицирование проекта

Инт

егра

ция

и

тест

иров

ание

про

екта

время

V-диаграмма

Моделеориентированность• Зачем нужна моделеориентированность:

– уточнение представления системы для разных целей– связь разных представлений о системе по клику мышки (или

составление «сводного отчета» по разным базам данных), за счет чего

• Это сверхвыгодно: по оценке NIST для больших проектов выигрыш до 30% от стоимости системы

• Моделеориентированность противопоставляется документоориентированности.

• Дело не в электронной форме документа, а в другом отношении к их содержанию (так, база данных – не документ, а документы для нее либо «первичка», либо «выписки»).

• Стандарты интеграции данных (прежде всего – ISO 15926).

Структурированные данные – основа для моделеориентированного подхода

Бумага

Электронные образы документов

Файлы приложений

Структурированные данные

Подшивка и поиск

Отслеживание и мониторинг

Процесс создания и

использования

УправлениеИнформациейЖизненного

цикла

Бо

ль

ше

сло

жн

ост

ь ф

ор

м и

ст

ои

мо

сть

пер

ехо

да

от

бум

аги

Больше сложность процессов и бизнес-выгоды

Программы 3D

WordExcelAutoCAD

TIFFPDF

Модель данных

Контент-менеджмент

ISO 15926XML

Схема предложена компанией INVESYS

Проблемы системной инженерии

RuSEC, Москва, 23-24 сентября 2010

Анатолий Левенчукпрезидент TechInvestLab.ru

президент Русского отделения INCOSEailev@asmp.msk.su

Version 0.3 (27-августа-2010)

Русский взгляд

Проблемы из текущего Видения СИ 2020 от INCOSE

Пять областей внимания:1.Глобальная среда системной инженерии2.Системы и их природа3.Практики системной инженерии4.Модели и моделе-ориентированная системная инженерия5.Образование по системной инженерии

Применим принцип «исправлять как можно раньше в жизненном цикле» :

Нужно обновлять!16

INCOSE-TP-2004-004-02, V2.03, сентябрь 2007http://incose.org/ProductsPubs/pdf/SEVision2020_20071003_v2_03.pdf

Dr. Asmus PandikowINCOSE Board of Directors

Member Board Co-ChairRegion III Representative

September 24, 2010

INCOSE / RuSEC 2010

18

Systems Engineer

Stakeholders

Management

Engineers

Programm/Projectmanagement

QuailityManagement

Темы конференции

• Кто использует методы системной инженерии в России?

• Образование

• Моделеориентированные методы системной инженерии

• Информационный обмен на этапах ЖЦ

• Онтологии. Пример безопасность.

RuSEC 2010: рецепт Конференции

20

Кто использует методы системной инженерии в России?

• Атомная промышленность

• Судостроение

• Энергетика

Образование

• Поддержка Минатома в:– переводе и издании учебников, руководств;– учебных курсов.

• Виктор Константинович Батоврин (МИРЭА, МИФИ и ГУ ВЭШ)

Подготовка по системной инженерии в условиях

глобализации

В.К. БатовринЗав. кафедрой информационных систем МИРЭА

Проблемы системной инженерииМеждународная конференция в России

«RuSEC 2010»

Для информации• Батоврин Виктор

Константинович,зав. кафедрой информационных систем Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) – МИРЭА

• Chartered Engineers, Engineering Council UK

• Член INCOSE• тел. (495)-434-94-45• E-mail: batovrin@mirea.ru

10.04.23 24

Рекомендации INCOSE

• INCOSE в документе SE VISION 2020 выделяет четыре важнейших аспекта подготовки по СИ: – Включение СИ в учебные планы– Влияние методологии СИ на индустриальное сообщество – Использование инновационных подходов при проведении

занятий по СИ– Усиление взаимодействия между высшей школой,

профессиональным сообществом, интересующимся СИ и лицами с многосторонними, междисциплинарными интересами

10.04.23 25

Проблема самоприменения

Почему не работают методы, стандарты и практики?

ИНСТРУМЕНТЫ = ПО

Моделеориентированные методы системной инженерии

Почему необходим метод

Копирайт © 2010 César González-Pérez 30

задача

решение

НечеткоеФункционально ориентированноеОписание «чёрного ящика»

КонкретноеОбязательно структурированноеОписание «стеклянного ящика»

это и есть метод

Что я понимаю под «методом»?

Копирайт © 2010 César González-Pérez 31

Что мне делать?

Что является объектом действия?

ЯзыкиЯзыки

ПериодыПериоды

Кто должен это делать?

Когда это происходит?

Как я это выражаю?

Люди Продукты

Практики

ISO 15288: «Что делать»25 обязательных процессов системной инженерии

Обеспечения проектов

– управление описанием жизненного цикла

– управление инфраструктурой

– управление портфелем проектов (программой)

– управление персоналом

– управление качеством Техническиесбор требованийанализ требований архитектурный дизайн изготовление интеграция проверка (Verification) переход к эксплуатации приёмка (Validation) эксплуатация обслуживание вывод из эксплуатации

Проектныеуправление проектами

планирование проекта управление выполнением и контроль проекта

поддержка проектов управление решениями управление рисками управление конфигурацией управление информацией измерения

КонтрактацииЗакупкаПоставка

обеспечивают

Типы компонентов (ISO 24744)

Копирайт © 2010 César González-Pérez 33

Виды единиц работыВиды дел, практик, способов …

Виды рабочих продуктовВиды документов, моделей, устройств…

Виды акторовВиды команд, инструментов, ролей …

Виды периодовВиды стадий, временнЫе циклы, контрольные точки…

Что я должен делать?

К чему я должен приложить это

делание?

Кто должен это делать?

Когда это происходит?

Обеспечение трассировки модели (продукта)

Копирайт © 2010 César González-Pérez 34

Модель сценариев

применения

Создать модель сценариев

применения

CСоздать модель классов

R

Валидировать модели

M

Трассировка модели (продукта)

Копирайт © 2010 César González-Pérez 35

Модель сценариев

применения

Создать модель

сценариев применения

CСоздать модель классов

R

Валидировать модели

M

Спецификация требований

E

R

Трассировка модели (продукта)

Копирайт © 2010 César González-Pérez 36

Модель сценариев

применения

Создать модель

сценариев применения

CСоздать модель классов

R

Валидировать модели

M

Модель классов

C

Реализация ISO 24744

планируется

Инструменты для управления методами

Копирайт © 2010 César González-Pérez 38

Альтернатива ISO 24744 – SPEM

Есть реализация EPF_Composer

Интеграционное моделирование

• Известная азиатская басня: “Слепой и слон”

• Разработчики сложных продуктов формализовали подход к решению данной проблемы– Подход Захмана, и т.д.– C4ISR, DoDAF, MoDAF, и т.д.

47(Browning, 2009), P19

Роль архитектурного подхода

ЧАСТЬ III:ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЛЯ АДАПТИВНОСТИ (DFA) И

ЦЕННОСТЬ НА ПРОТЯЖЕНИИ

ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА (LCV)

48

Стилизованное представление функции ценности на протяжении ЖЦ

Time

Value

Lifecycle ValueProvided by System

(Next System)

Systemdelivered

Need identified

Next Systemdelivered

System unsatisfactory

Value Desired by Stakeholders

Lifecycle value lost due to lead time

Value loss partially offset by upgrades

Lifecycle value lost due to lack of adaptability

Source: (Browning & Honour, 2008), P17 49

Disposal

Delivery

SystemSystem dtVLCVПоставка

Списание

СистемыСистемы

Ценность системы на протяжении жизненного цикла

Система поставлена

Выявлена потребность

Системане устраивает

Следующая система поставлена

Время

(Следующая система)

Ценность

Желательная для заинтересованных сторон ценность

Потеря ценности из-за недостатка адаптивности

Потеря ценности из-за задержки поставки

Потеря ценности частично компенсируется обновлениями

Выявление требований

Пример от развилки до модели

Информационный обмен на этапах ЖЦ

Договориться о терминологии

Из чего состоит организация?Что существенно в организации?

По материалам компании FutureModels

Управление данными жизненного цикла систем по

стандарту ISO 15926Мэттью Вест

http://www.matthew-west.org.uk

http://www.informationjunction.co.uk

Содержание

• Что такое ISO 15926?

• Мир в 4-мерном (4D) представлении

• Системы и элементы систем

• Классы

• Требования

• Каталоги продукции

• Выводы

61

What is ISO 15926?

• Серия стандартов по интеграции и обмену информацией в течение всего жизненного цикла крупных объектов – напр., АЭС, НПЗ, морских буровых платформ

• Включает:– Модель данных с семантикой на основе 4D-онтологии– Справочные данные– Методы реализации

• Я сосредоточусь на модели данных

62

3D

время

прос

тран

ство

Объект протяжён во времени

Наряду с настоящим, существуют и прошлое, и

будущее

1. Индивиды расположены как во времени, так и в пространстве , и имеют как темпоральные, так и пространственные части.

2. Если два индивида занимают одинаковую пространственно-временную область, они представляют собой одно и то же (экстенсионализм).

время

прос

тран

ство

Настоящее(все, что существует)

Объект движется во времени

1. Физические объекты не имеют темпоральных (временнЫх ) частей.

2. Возможно совмещение разных физических объектов (отсутствие экстенсионализма).

4D + экстенсионализм

63

Возможные миры

Прошлое Будущее

Реализованный

Возможный

Возможный

Желаемый

Время

Про

стра

нств

о

64

Онтологические допущения• Индивиды существуют в пространстве-времени и могут занимать

область, простирающуюся как в пространстве, так и во времени.• Индивиды идентифицируются занимаемой ими пространственно-

временной областью, т.е., если два индивида занимают одинаковую пространственно-временную область, то это один и от же индивид.

• Наряду с миром, в котором мы живем, существуют и другие возможные миры, и мы можем говорить не только о том, что фактически осуществилось, но и о том, что возможно, ссылаясь при этом на тот мир, где эта возможность реализуется.

• Классы – это объекты, не существующие в пространстве-времени, и состоящие из своих членов.

• Классы идентифицируются своими членами, т.е., если два класса состоят из одинаковых членов, то это один и тот же класс.

• Отношение – это совокупность объектов, играющих в этом отношении определенные роли. Отношение определяется «сигнатурой» - набором ролей.

65

Отношение целого и части

A

B

время

C

D

E

F

1. Ничто не может быть (нетривиальной) частью самого себя.

2. Если B является частью A, то A не является частью B (асимметрия).

3. Если B является частью A , а C – частью B, то C является частью A (транзитивность).

4. Если A имеет части (т.е. не является атомарным – в исходном, а не в физическом смысле), то A имеет как минимум две непересекающиеся части (напр., B и D на рис. 11‑1)

5. Если у E существует часть, не являющаяся также частью A, то E не является частью A.

6. При суммировании пересекающихся частей, например, D and F – области пересечения засчитываются только один раз.

7. Если какая-то часть целого F является частью целого D, то D и F пересекаются.

8. Существуют варианты мереологии (науки о частях и целом), в которых пространственно–временные области являются (тривиальными) частями самих себя. Я буду придерживаться более повседневного представления о том, что такое часть.

66

прос

тран

ство

Индивиды и состояния

состояние

период времени

индивид

время

прос

тран

ство

событие

67

Среда интеграции моделей:•Системной динамики,•Расчетных моделей (мультифизика)•Имитационных моделей

На основе онтологических описаний

Проект Simantics

http://www.simantics.org/Экосистема Simantics

ДемонстрацииДокументация

Продукт открытый

Онтологии. Пример безопасность.

О н т ол о г и я безо п а сн о ст и и за щ и т ы в си ст ем н о й и н ж ен ер и и

А л е к с а н д р ов Ф ед о р О л е гов и ч , к .ф .м .н ., з а м е с т и т е л ь д и р е к то р а п о р а з в и т и ю Ф Ц Я Р Б

П о с то л е н к о И р и н а Ге н н а д ь е в н а , з а м е с т и т е л ь н ач а л ь н и к а о тд е л а п р о е к тов Ф Ц Я Р Б

.

М еж д у н а р од н а я Ко н ф ер ен ц и я в Ро сси и « R u S E C 2 0 1 0 »« П р о бл ем ы С и стем н о й И н ж ен ер и и »

М о ск в а , 2 3 – 2 4 с ен тя б р я 2 0 1 0 год а

Н а м ер ен и я и за д ач и о б суж д ен и я

П р е д с т а в и т ь п р а к т и ч е с к и й о п ы т А т о м н о й о т р а с л и в о бе с п е ч е н и и я д е р н о й и р а д и а ц и о н н о й бе з о п а с н о с т и д л я о б с у ж д е н и я п р о бл е м с и с т е м н о й и н ж е н е р и и

П р о и з в е с т и п о с т а н о в к у т р е б о в а н и й к о н т о л о ги и б е з о п а с н о с т и в п о д х о д е с и с т е м н о й и н ж е н е р и и бе з о п а с н о с т и т е х н о л о ги ч е с ко го р а з в и т и я

О п и с а т ь с о в р е м е н н у ю п р а к т и к у п р о е к т и р о в а н и я б е з о п а с н о с т и – ко н т у р ы п р о е к т и р о в а н и я бе з о п а с н о с т и Я Р Б

В в е с т и к е й с - т е х н и ко -э ко н о м и ч е с к у ю м о д е л ь с и с т е м ы о б р а щ е н и я с ОЯ Т (о т р а б о т а в ш е е я д е р н о е т о п л и в о ) д л я д и с к у с с и й п о о н т о л о ги и бе з о п а с н о с т и , п о с т а н о в к и ц е л е й , в ы д е л е н и я п р о бл е м в с и с т е м н о й и н ж е н е р и и бе з о п а с н о с т и и п р е д м е т н о й о бл а с т и Я Р Б

Типы ценных активов

Ценные активы

Организации ОбъектыОкружающая

средаСлужбы

Заинтересованные стороны

ценность

Система

Должна защищать

Объекты коммерческой собственности

Объекты личной собственности

Объекты государственной

собственности

Несанкционированный ущерб

Может случиться дляИмеет интерес в

Физические объекты

Нематериальные объекты

Собственник

Подрядчик

Люди

Отдельные люди

Роли, играемые отдельными людьми

Пользователь

Поставщик

Биосфера

Атмосфера

Литосфера

Гидросфера

Электромагнитный спектр

Живые объекты

Неодушевленные объекты

Объекты частной

собственности

Космос

Отдельные организации

Роли, исполняемые организацией

Генподрядчик

Приобретение

Разработка

Производство

Типы ущерба

может случиться для

ненамеренный( случайный)

ущерб

Намеренный (злоумышл.) ущерб

Санкционированный ущерб

Несанкционированный ущерб

ущербЦенные активы

Ущерборганизациям

Ущерб собственности

Ущерб службам

Отказ в обслуживании

Несанкционированное пользование (воровство)

Коррупция

Разрушение

Повреждения

Коррупция

Воровство или пиратство

Несанкционированный доступ

Несанкционированное раскрытие

Ущерб окружающей среде

Разрушение

Повреждения

Банкротство

Потеря репутации

Невозможность использования

Отрицание трансакции

Аварийная потеря службы

Прямой ущерб

Косвенный ущерб

Ущерблюдям

Смерть

Увечье

Болезнь

Похищение детей

Коррупция (взятка или вымогательство)

Финансовые затруднения

Потерянная выгода

Потеря рыночной доли

.,

Например, причиненный варжеским силам системами оружия

Безопасность

Защищенность и живучесть

Потеря анонимности, идентичности или прайвеси

Потеря ценности

Заражение

Потеря работы

Юридические последствия

-

Лишние затраты

Потеря обученного персонала

Потеря доверия

ИнвалидностьЗагрязнение

Смерть, увечье или болезни диких животных

Русское отделение INCOSE

• Сайт http://incose.ru/• Очные встречи вторую и четвертую среду

месяца в Москве (для иногородних организуется видеотрансляция).

• Материалы заседаний: http://community.livejournal.com/incose_ru32 заседания (доступен архив 15 видеозаписей)

• Участвуют только члены INCOSE (вступить стоит $105 вот тут: http://incose.org).

Вопросы