Доклад А.Левенчука "Системноинженерное мышление" на 89 заседании Русского отделения INCOSE, 12 марта 2014г.

1. Системноинженерное мышление
Заседание Русского отделения INCOSE
2014

2. 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

3. 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

4. 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

5. Альфы инженерного проекта
5

6. 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

7. Воплощение системы: деятель и объекты
7
На основе рис.3
в ISO 81346-1

8. Множество разбиений воплощения
(отношения «часть-целое»)
8

9. 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

10. 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

11. 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

12. Примеры компонентных описаний
12

13. 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

14. Примеры модульных описаний
14
FR160B PCB 2-Layer
USB Portable Power
Module -- - Green (3.5
x 2.6 x 1.5cm)
Model FR160B
Quantity 1
Color Green
Material 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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)

20. V-диаграмма сущностей инженерного решения
20
Подальфы
определения
системы
проверка
проверка

21. 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

22. Из SysML Cookbook
(проект создания телескопа)
http://mbse.gfse.de/documents/SE2PracticesAndGuidelines.pdf
22

23. AADL
In 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

24. Зависящие от инструмента
методологии (например, RLFP)
24

25. Как RFLP выглядит
25

26. 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. 27
Спасибо за внимание
Анатолий Левенчук,
http://ailev.ru
ailev@asmp.msk.su
Президент Русского отделения INCOSE
Член исполкома Русского отделения SEMAT
Виктор Агроскин
vic5784@gmail.com
Член экспертной группы ISO TC184/SC4/WG3 (Industrial data / Oil, Gas, Process and
Power)
TechInvestLab.ru
+7 (495) 748-53-88
Член POSCCaesar Association