Design de Engenharia de Sistemas Baseados em Modelos e Análise de Trade-Off com Gráficos RDF ☆
Dentro da comunidade da Web Semântica, os frameworks de descrição de recursos (RDF) e os mecanismos de raciocínio lógico trabalham juntos para fornecer suporte semântico e raciocínio para aplicativos da Web. Este artigo explora o uso de gráficos RDF para a representação de gráficos de requisitos e especificações de propriedades de componentes de design. Mostramos que o problema do projeto de seleção de componentes e a análise de espaço comercial associada podem ser lançadas como uma análise de inferência de seqüência em gráficos RDF. Os procedimentos de inferência são fornecidos para avaliação de requisitos em termos de valores de atributo de componente, identificação de pares de interface de componentes compatíveis, seleção de componentes para atender aos requisitos de arquitetura do sistema e computação de custo, desempenho e confiabilidade do sistema. Nossa implementação de protótipo faz uso extensivo de Java e Python e enfoca a satisfação de requisitos e seleção de componentes para um problema de design de home theater.
Seleção e / ou revisão por pares sob responsabilidade do Georgia Institute of Technology.
INCOSE International SymposiumVolume 24, edição 1, versão do registro on-line: 31 de outubro de 2018.
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Análise de sistema.
A análise do sistema permite aos desenvolvedores realizar objetivamente avaliações quantitativas de sistemas para selecionar e / ou atualizar a arquitetura do sistema mais eficiente e gerar dados de engenharia derivados. Durante a engenharia, as avaliações devem ser realizadas sempre que escolhas técnicas ou decisões são tomadas para determinar a conformidade com os requisitos do sistema.
A análise do sistema fornece uma abordagem rigorosa para a tomada de decisões técnicas. Ele é usado para realizar estudos de trade-off, e inclui modelagem e simulação, análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de eficácia.
Princípios que regem a análise do sistema.
Uma das principais tarefas de um engenheiro de sistemas é avaliar os dados e artefatos de engenharia criados durante o processo de engenharia de sistemas (SE). As avaliações estão no centro da análise do sistema, fornecendo meios e técnicas.
definir critérios de avaliação com base nos requisitos do sistema; avaliar as propriedades de projeto de cada solução candidata em comparação com esses critérios; para marcar globalmente as soluções candidatas e para justificar as pontuações; e decidir sobre a (s) solução (s) apropriada (s).
O artigo Análise e Seleção entre Soluções Alternativas na área de conhecimento Aplicada aos Sistemas de Engenharia (KA) da Parte 2 descreve atividades relacionadas à seleção de possíveis soluções de sistema para um problema ou oportunidade identificada. Os seguintes princípios gerais de análise de sistemas são definidos:
A análise de sistemas baseia-se em critérios de avaliação baseados em uma descrição do sistema de problema ou oportunidade. Esses critérios basear-se-ão em torno de uma descrição ideal do sistema, o que pressupõe que um contexto do problema do sistema rígido possa ser definido. Os critérios devem considerar o comportamento e as propriedades do sistema necessários na solução completa, em todos os contextos e ambientes possíveis do sistema. Estes devem considerar problemas não funcionais, como segurança do sistema, segurança, etc. (consulte Engenharia de sistemas e Engenharia de especialidades para discussão adicional sobre a incorporação de elementos não funcionais). Essa descrição do sistema "ideal" pode ser suportada por descrições de sistemas suaves, de que critérios adicionais "soft" podem ser definidos. Por exemplo, uma preferência de partes interessadas em relação a determinados tipos de soluções, convenções sociais, políticas ou culturais relevantes a serem consideradas, etc. Os critérios de avaliação devem incluir, no mínimo, as restrições às escalas de custo e tempo aceitáveis para as partes interessadas. Os estudos de comércio fornecem um mecanismo para a realização de análises de soluções alternativas. Um estudo de comércio deve considerar um conjunto de critérios de avaliação, com consciência adequada das limitações e dependências entre os critérios individuais. Os estudos de comércio precisam lidar com critérios objetivos e subjetivos. Deve-se ter cuidado para avaliar a sensibilidade da avaliação geral a critérios específicos.
Estudos de trade-off.
No contexto da definição de um sistema, um estudo de trade-off consiste em comparar as características de cada elemento do sistema e de cada arquitetura do sistema candidato para determinar a solução que melhor equilibra globalmente os critérios de avaliação. As várias características analisadas são coletadas em análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de eficácia (NASA 2007).
As orientações sobre a realização de estudos de comércio para todos os tipos de contexto do sistema são caracterizadas nos princípios acima e descritas em mais detalhes no tópico Análise e Seleção entre Soluções Alternativas. De particular interesse para a análise SE são a eficácia técnica, o custo e a análise técnica de risco.
Análise de Eficácia.
A eficácia de uma solução de sistema de engenharia inclui várias características essenciais que geralmente são coletadas na seguinte lista de análises, incluindo (mas não limitado a): desempenho, usabilidade, confiabilidade, fabricação, manutenção ou suporte, ambiente, etc. Essas análises destacam o candidato soluções sob vários aspectos.
É essencial estabelecer uma classificação que limita o número de análises aos aspectos realmente significativos, como os principais parâmetros de desempenho. As principais dificuldades da análise de eficácia são classificar e selecionar o conjunto certo de aspectos de eficácia; por exemplo, se o produto for feito para um único uso, a manutenção não será um critério relevante.
Análise de custos.
Uma análise de custos considera os custos do ciclo de vida completo. Uma linha de base de custo pode ser adaptada de acordo com o projeto e o sistema. O custo do ciclo de vida global (LCC), ou o custo de propriedade total (TOC), podem incluir itens de mão-de-obra e itens não laborais exemplares, como os indicados na Tabela 1.
Os métodos para determinar o custo são descritos no tópico Planejamento.
Análise de Riscos Técnicos.
Toda análise de risco em relação a cada domínio é baseada em três fatores:
Análise de ameaças potenciais ou eventos indesejáveis e sua probabilidade de ocorrência. Análise das consequências dessas ameaças ou eventos indesejáveis e sua classificação em escala de gravidade. Mitigação para reduzir as probabilidades de ameaças e / ou os níveis de efeito prejudicial para valores aceitáveis.
Os riscos técnicos aparecem quando o sistema não pode satisfazer os requisitos do sistema por mais tempo. As causas residem nos requisitos e / ou na própria solução. Eles são expressos sob a forma de eficácia insuficiente e podem ter múltiplas causas: avaliação incorreta das capacidades tecnológicas; superestimação da maturidade técnica de um elemento do sistema; falha de peças; separação; ruptura, obsolescência de equipamentos, peças ou software, fraqueza do fornecedor (peças não conformes, atraso no fornecimento, etc.), fatores humanos (treinamento insuficiente, ajustes incorretos, manipulação de erros, procedimentos inadequados, malícia), etc.
Os riscos técnicos não devem ser confundidos com os riscos do projeto, mesmo que o método para gerenciá-los seja o mesmo. Embora os riscos técnicos possam levar a riscos do projeto, os riscos técnicos abordam o próprio sistema, e não o processo para seu desenvolvimento. (Consulte Gestão de Riscos para mais detalhes.)
Processo de abordagem.
Objetivo e Princípios da Abordagem.
O processo de análise do sistema é usado para: (1) fornecer uma base rigorosa para tomada de decisão técnica, resolução de conflitos de requisitos e avaliação de soluções físicas alternativas (elementos do sistema e arquiteturas físicas); (2) determinar o progresso na satisfação dos requisitos do sistema e dos requisitos derivados; (3) apoiar o gerenciamento de riscos; e (4) garantir que as decisões sejam tomadas somente depois de avaliar o custo, o cronograma, o desempenho e os efeitos de risco na engenharia ou na reengenharia de um sistema (ANSI / EIA 1998). Este processo também é chamado de processo de análise de decisão pela NASA (2007, 1-360) e é usado para ajudar a avaliar questões técnicas, alternativas e suas incertezas para apoiar a tomada de decisões. (Consulte Gerenciamento de Decisão para obter mais detalhes.)
A análise do sistema suporta outros processos de definição do sistema:
A definição dos requisitos das partes interessadas e os processos de definição dos requisitos do sistema usam a análise do sistema para resolver problemas relacionados a conflitos entre o conjunto de requisitos; em particular, relacionadas aos custos, riscos técnicos e eficácia (desempenhos, condições operacionais e restrições). Os requisitos do sistema sujeitos a riscos elevados, ou aqueles que exigem arquiteturas diferentes, são discutidos. Os processos de desenvolvimento de modelos de arquitetura lógica e desenvolvimento de modelos de arquitetura física usam-na para avaliar características ou propriedades de projeto de arquiteturas lógicas e físicas candidatas, fornecendo argumentos para selecionar o mais eficiente em termos de custos, riscos técnicos e eficácia (por exemplo, performances, confiabilidade , fatores humanos, etc.).
Como qualquer processo de definição do sistema, o processo de análise do sistema é iterativo. Cada operação é realizada várias vezes; cada passo melhora a precisão da análise.
Atividades do Processo.
Principais atividades e tarefas realizadas dentro desse processo incluem.
Planejando os estudos de trade-off: determine o número de soluções candidatas a analisar, os métodos e procedimentos a serem utilizados, os resultados esperados (exemplos de objetos a serem selecionados: arquitetura / cenário comportamental, arquitetura física, elemento do sistema, etc.) e os itens de justificação. Agende as análises de acordo com a disponibilidade de modelos, dados de engenharia (requisitos do sistema, propriedades de projeto), pessoal qualificado e procedimentos. Definir o modelo de critérios de seleção: Selecione os critérios de avaliação de requisitos não funcionais (desempenhos, condições operacionais, restrições, etc.) e / ou de propriedades de projeto. Classifique e ordene os critérios de avaliação. Estabeleça uma escala de comparação para cada critério de avaliação e pesa todos os critérios de avaliação de acordo com seu nível de importância relativa com os outros. Identifique soluções candidatas, modelos relacionados e dados. Avalie soluções candidatas usando métodos ou procedimentos previamente definidos: Execute análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de efetividade colocando cada solução candidata em cada escala de comparação de critérios de avaliação. Marque cada solução candidata como uma pontuação de avaliação. Fornecer resultados ao processo de chamada: critérios de avaliação, escalas de comparação, pontuação das soluções, seleção de avaliação e possivelmente recomendações e argumentos relacionados.
Artefatos e elementos de Ontologia.
Este processo pode criar vários artefatos, como.
Um modelo de critérios de seleção (lista, escalas, pesagem) Relatórios de custos, riscos e análise de eficácia Relatórios de justificação.
Este processo lida com os elementos da ontologia da Tabela 2 na análise do sistema.
Identificador; nome; descrição; peso relativo; peso escalar.
Identificador; nome; descrição; valor.
Identificador; nome; descrição; montante; tipo (desenvolvimento, produção, utilização, manutenção, eliminação); intervalo de confiança; período de referência; técnica de estimativa.
Identificador; descrição do nome; status.
Verificar a correção da análise do sistema.
Os principais itens a serem verificados dentro da análise do sistema para obter argumentos validados são.
Relevância dos modelos e dados no contexto do uso do sistema, Relevância dos critérios de avaliação relacionados ao contexto de uso do sistema, Reprodutibilidade de resultados de simulação e de cálculos, Escala de precisão de comparações, Confirmação de estimativas e Sensibilidade das pontuações das soluções relacionadas aos pesos dos critérios de avaliação.
Veja Ring, Eisner e Maier (2018) para uma perspectiva adicional.
Métodos e técnicas de modelagem.
Uso geral de modelos: vários tipos de modelos podem ser usados no contexto da análise do sistema: os modelos físicos são modelos em escala que permitem a simulação de fenômenos físicos. Eles são específicos para cada disciplina; As ferramentas associadas incluem maquetes, tabelas de vibração, bancos de teste, protótipos, câmara de descompressão, túneis de vento, etc. Os modelos de representação são usados principalmente para simular o comportamento de um sistema. Por exemplo, diagramas de blocos de fluxo funcional aprimorados (eFFBDs), diagramas de estados, diagramas de máquinas de estados (baseados em linguagem de modelagem de sistemas (SysML)), etc. Os modelos analíticos são usados principalmente para estabelecer valores de estimativas. Podemos considerar os modelos determinísticos e os modelos probabilísticos (também conhecidos como modelos estocásticos) para serem de natureza analítica. Modelos analíticos usam equações ou diagramas para se aproximar do funcionamento real do sistema. Eles podem ser muito simples (adição) a incrivelmente complicado (distribuição probabilística com várias variáveis). Use os modelos certos dependendo do progresso do projeto No início do projeto, os primeiros estudos usam ferramentas simples, permitindo aproximações aproximadas que têm a vantagem de não exigir muito tempo e esforço. Essas aproximações são muitas vezes suficientes para eliminar soluções de candidatos não realistas ou extrovertidos. Progressivamente com o progresso do projeto, é necessário melhorar a precisão dos dados para comparar as soluções candidatas ainda concorrentes. O trabalho é mais complicado se o nível de inovação for alto. Um engenheiro de sistemas sozinho não pode modelar um sistema complexo; ele deve ser apoiado por pessoas habilitadas de diferentes disciplinas envolvidas. Especialização especializada: quando os valores dos critérios de avaliação não podem ser dados de forma objetiva ou precisa, ou porque o aspecto subjetivo é dominante, podemos pedir aos especialistas especialistas. As estimativas procedem em quatro etapas: selecione os entrevistados para coletar a opinião de pessoas qualificadas para o campo considerado. Elaborar um questionário; um questionário preciso permite uma análise fácil, mas um questionário que está muito fechado corre o risco de negação de pontos significativos. Entreviste um número limitado de especialistas com o questionário, incluindo uma discussão aprofundada para obter opiniões precisas. Analise os dados com várias pessoas diferentes e compare suas impressões até chegar um acordo sobre uma classificação de critérios de avaliação e / ou soluções candidatas.
Os modelos analíticos frequentemente utilizados no contexto da análise do sistema estão resumidos na Tabela 3.
Os modelos que contêm estatísticas estão incluídos nesta categoria. O princípio consiste em estabelecer um modelo baseado em uma quantidade significativa de dados e número de resultados de projetos anteriores; eles podem se candidatar apenas a elementos / componentes do sistema cuja tecnologia já existe. Modelos por analogia também usam projetos anteriores. O elemento do sistema em estudo é comparado com um elemento de sistema já existente com características conhecidas (custo, confiabilidade, etc.). Então, essas características são ajustadas com base na experiência dos especialistas. As curvas de aprendizagem permitem prever a evolução de uma característica ou de uma tecnologia. Um exemplo de evolução: "Cada vez que o número de unidades produzidas é multiplicado por dois, o custo desta unidade é reduzido com uma determinada porcentagem, geralmente constante".
Considerações práticas.
As principais armadilhas e boas práticas relacionadas à análise do sistema são descritas nas próximas duas seções.
Algumas das principais dificuldades encontradas no planejamento e na análise do sistema são fornecidas na Tabela 4.
Práticas comprovadas.
Algumas das práticas comprovadas retiradas das referências são fornecidas na Tabela 5.
Referências.
Trabalhos citados.
ANSI / EIA. 1998. Processos para engenharia de um sistema. Filadélfia, PA, EUA: American National Standards Institute (ANSI) / Electronic Industries Association (EIA), ANSI / EIA-632-1998.
NASA. 2007. Manual de Engenharia de Sistemas. Washington, D. C .: Administração Nacional de Aeronáutica e do Espaço (NASA), NASA / SP-2007-6105.
Ring, J, H. Eisner e M. Maier. 2018. "Questões-chave da engenharia de sistemas, Parte 3: provando seu projeto". INCOSE Insight 13 (2).
Referências primárias.
ANSI / EIA. 1998. Processos para engenharia de um sistema. Filadélfia, PA, EUA: American National Standards Institute (ANSI) / Electronic Industries Association (EIA), ANSI / EIA 632-1998.
Blanchard, B. S., e W. J. Fabrycky. 2018. Engenharia e Análise de Sistemas, 5ª ed. Série Internacional Prentice-Hall em Engenharia Industrial e de Sistemas. Englewood Cliffs, NJ, EUA: Prentice-Hall.
NASA. 2007. Manual de Engenharia de Sistemas. Washington, DC, EUA: Administração Nacional de Aeronáutica e do Espaço (NASA), NASA / SP-2007-6105.
Referências adicionais.
Ring, J, H. Eisner e M. Maier. 2018. "Questões-chave da engenharia de sistemas, Parte 3: provando seu projeto". INCOSE Insight. 13 (2).
Discussão do SEBoK.
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Análise de sistema.
A análise do sistema permite aos desenvolvedores realizar objetivamente avaliações quantitativas de sistemas para selecionar e / ou atualizar a arquitetura do sistema mais eficiente e gerar dados de engenharia derivados. Durante a engenharia, as avaliações devem ser realizadas sempre que escolhas técnicas ou decisões são tomadas para determinar a conformidade com os requisitos do sistema.
A análise do sistema fornece uma abordagem rigorosa para a tomada de decisões técnicas. Ele é usado para realizar estudos de trade-off, e inclui modelagem e simulação, análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de eficácia.
Princípios que regem a análise do sistema.
Uma das principais tarefas de um engenheiro de sistemas é avaliar os dados e artefatos de engenharia criados durante o processo de engenharia de sistemas (SE). As avaliações estão no centro da análise do sistema, fornecendo meios e técnicas.
definir critérios de avaliação com base nos requisitos do sistema; avaliar as propriedades de projeto de cada solução candidata em comparação com esses critérios; para marcar globalmente as soluções candidatas e para justificar as pontuações; e decidir sobre a (s) solução (s) apropriada (s).
O artigo Análise e Seleção entre Soluções Alternativas na área de conhecimento Aplicada aos Sistemas de Engenharia (KA) da Parte 2 descreve atividades relacionadas à seleção de possíveis soluções de sistema para um problema ou oportunidade identificada. Os seguintes princípios gerais de análise de sistemas são definidos:
A análise de sistemas baseia-se em critérios de avaliação baseados em uma descrição do sistema de problema ou oportunidade. Esses critérios basear-se-ão em torno de uma descrição ideal do sistema, o que pressupõe que um contexto do problema do sistema rígido possa ser definido. Os critérios devem considerar o comportamento e as propriedades do sistema necessários na solução completa, em todos os contextos e ambientes possíveis do sistema. Estes devem considerar problemas não funcionais, como segurança do sistema, segurança, etc. (consulte Engenharia de sistemas e Engenharia de especialidades para discussão adicional sobre a incorporação de elementos não funcionais). Essa descrição do sistema "ideal" pode ser suportada por descrições de sistemas suaves, de que critérios adicionais "soft" podem ser definidos. Por exemplo, uma preferência de partes interessadas em relação a determinados tipos de soluções, convenções sociais, políticas ou culturais relevantes a serem consideradas, etc. Os critérios de avaliação devem incluir, no mínimo, as restrições às escalas de custo e tempo aceitáveis para as partes interessadas. Os estudos de comércio fornecem um mecanismo para a realização de análises de soluções alternativas. Um estudo de comércio deve considerar um conjunto de critérios de avaliação, com consciência adequada das limitações e dependências entre os critérios individuais. Os estudos de comércio precisam lidar com critérios objetivos e subjetivos. Deve-se ter cuidado para avaliar a sensibilidade da avaliação geral a critérios específicos.
Estudos de trade-off.
No contexto da definição de um sistema, um estudo de trade-off consiste em comparar as características de cada elemento do sistema e de cada arquitetura do sistema candidato para determinar a solução que melhor equilibra globalmente os critérios de avaliação. As várias características analisadas são coletadas em análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de eficácia (NASA 2007).
As orientações sobre a realização de estudos de comércio para todos os tipos de contexto do sistema são caracterizadas nos princípios acima e descritas em mais detalhes no tópico Análise e Seleção entre Soluções Alternativas. De particular interesse para a análise SE são a eficácia técnica, o custo e a análise técnica de risco.
Análise de Eficácia.
A eficácia de uma solução de sistema de engenharia inclui várias características essenciais que geralmente são coletadas na seguinte lista de análises, incluindo (mas não limitado a): desempenho, usabilidade, confiabilidade, fabricação, manutenção ou suporte, ambiente, etc. Essas análises destacam o candidato soluções sob vários aspectos.
É essencial estabelecer uma classificação que limita o número de análises aos aspectos realmente significativos, como os principais parâmetros de desempenho. As principais dificuldades da análise de eficácia são classificar e selecionar o conjunto certo de aspectos de eficácia; por exemplo, se o produto for feito para um único uso, a manutenção não será um critério relevante.
Análise de custos.
Uma análise de custos considera os custos do ciclo de vida completo. Uma linha de base de custo pode ser adaptada de acordo com o projeto e o sistema. O custo do ciclo de vida global (LCC), ou o custo de propriedade total (TOC), podem incluir itens de mão-de-obra e itens não laborais exemplares, como os indicados na Tabela 1.
Os métodos para determinar o custo são descritos no tópico Planejamento.
Análise de Riscos Técnicos.
Toda análise de risco em relação a cada domínio é baseada em três fatores:
Análise de ameaças potenciais ou eventos indesejáveis e sua probabilidade de ocorrência. Análise das consequências dessas ameaças ou eventos indesejáveis e sua classificação em escala de gravidade. Mitigação para reduzir as probabilidades de ameaças e / ou os níveis de efeito prejudicial para valores aceitáveis.
Os riscos técnicos aparecem quando o sistema não pode satisfazer os requisitos do sistema por mais tempo. As causas residem nos requisitos e / ou na própria solução. Eles são expressos sob a forma de eficácia insuficiente e podem ter múltiplas causas: avaliação incorreta das capacidades tecnológicas; superestimação da maturidade técnica de um elemento do sistema; falha de peças; separação; ruptura, obsolescência de equipamentos, peças ou software, fraqueza do fornecedor (peças não conformes, atraso no fornecimento, etc.), fatores humanos (treinamento insuficiente, ajustes incorretos, manipulação de erros, procedimentos inadequados, malícia), etc.
Os riscos técnicos não devem ser confundidos com os riscos do projeto, mesmo que o método para gerenciá-los seja o mesmo. Embora os riscos técnicos possam levar a riscos do projeto, os riscos técnicos abordam o próprio sistema, e não o processo para seu desenvolvimento. (Consulte Gestão de Riscos para mais detalhes.)
Processo de abordagem.
Objetivo e Princípios da Abordagem.
O processo de análise do sistema é usado para: (1) fornecer uma base rigorosa para tomada de decisão técnica, resolução de conflitos de requisitos e avaliação de soluções físicas alternativas (elementos do sistema e arquiteturas físicas); (2) determinar o progresso na satisfação dos requisitos do sistema e dos requisitos derivados; (3) apoiar o gerenciamento de riscos; e (4) garantir que as decisões sejam tomadas somente depois de avaliar o custo, o cronograma, o desempenho e os efeitos de risco na engenharia ou na reengenharia de um sistema (ANSI / EIA 1998). Este processo também é chamado de processo de análise de decisão pela NASA (2007, 1-360) e é usado para ajudar a avaliar questões técnicas, alternativas e suas incertezas para apoiar a tomada de decisões. (Consulte Gerenciamento de Decisão para obter mais detalhes.)
A análise do sistema suporta outros processos de definição do sistema:
A definição dos requisitos das partes interessadas e os processos de definição dos requisitos do sistema usam a análise do sistema para resolver problemas relacionados a conflitos entre o conjunto de requisitos; em particular, relacionadas aos custos, riscos técnicos e eficácia (desempenhos, condições operacionais e restrições). Os requisitos do sistema sujeitos a riscos elevados, ou aqueles que exigem arquiteturas diferentes, são discutidos. Os processos de desenvolvimento de modelos de arquitetura lógica e desenvolvimento de modelos de arquitetura física usam-na para avaliar características ou propriedades de projeto de arquiteturas lógicas e físicas candidatas, fornecendo argumentos para selecionar o mais eficiente em termos de custos, riscos técnicos e eficácia (por exemplo, performances, confiabilidade , fatores humanos, etc.).
Como qualquer processo de definição do sistema, o processo de análise do sistema é iterativo. Cada operação é realizada várias vezes; cada passo melhora a precisão da análise.
Atividades do Processo.
Principais atividades e tarefas realizadas dentro desse processo incluem.
Planejando os estudos de trade-off: determine o número de soluções candidatas a analisar, os métodos e procedimentos a serem utilizados, os resultados esperados (exemplos de objetos a serem selecionados: arquitetura / cenário comportamental, arquitetura física, elemento do sistema, etc.) e os itens de justificação. Agende as análises de acordo com a disponibilidade de modelos, dados de engenharia (requisitos do sistema, propriedades de projeto), pessoal qualificado e procedimentos. Definir o modelo de critérios de seleção: Selecione os critérios de avaliação de requisitos não funcionais (desempenhos, condições operacionais, restrições, etc.) e / ou de propriedades de projeto. Classifique e ordene os critérios de avaliação. Estabeleça uma escala de comparação para cada critério de avaliação e pesa todos os critérios de avaliação de acordo com seu nível de importância relativa com os outros. Identifique soluções candidatas, modelos relacionados e dados. Avalie soluções candidatas usando métodos ou procedimentos previamente definidos: Execute análise de custos, análise de riscos técnicos e análise de efetividade colocando cada solução candidata em cada escala de comparação de critérios de avaliação. Marque cada solução candidata como uma pontuação de avaliação. Fornecer resultados ao processo de chamada: critérios de avaliação, escalas de comparação, pontuação das soluções, seleção de avaliação e possivelmente recomendações e argumentos relacionados.
Artefatos e elementos de Ontologia.
Este processo pode criar vários artefatos, como.
Um modelo de critérios de seleção (lista, escalas, pesagem) Relatórios de custos, riscos e análise de eficácia Relatórios de justificação.
Este processo lida com os elementos da ontologia da Tabela 2 na análise do sistema.
Identificador; nome; descrição; peso relativo; peso escalar.
Identificador; nome; descrição; valor.
Identificador; nome; descrição; montante; tipo (desenvolvimento, produção, utilização, manutenção, eliminação); intervalo de confiança; período de referência; técnica de estimativa.
Identificador; descrição do nome; status.
Verificar a correção da análise do sistema.
Os principais itens a serem verificados dentro da análise do sistema para obter argumentos validados são.
Relevância dos modelos e dados no contexto do uso do sistema, Relevância dos critérios de avaliação relacionados ao contexto de uso do sistema, Reprodutibilidade de resultados de simulação e de cálculos, Escala de precisão de comparações, Confirmação de estimativas e Sensibilidade das pontuações das soluções relacionadas aos pesos dos critérios de avaliação.
Veja Ring, Eisner e Maier (2018) para uma perspectiva adicional.
Métodos e técnicas de modelagem.
Uso geral de modelos: vários tipos de modelos podem ser usados no contexto da análise do sistema: os modelos físicos são modelos em escala que permitem a simulação de fenômenos físicos. Eles são específicos para cada disciplina; As ferramentas associadas incluem maquetes, tabelas de vibração, bancos de teste, protótipos, câmara de descompressão, túneis de vento, etc. Os modelos de representação são usados principalmente para simular o comportamento de um sistema. Por exemplo, diagramas de blocos de fluxo funcional aprimorados (eFFBDs), diagramas de estados, diagramas de máquinas de estados (baseados em linguagem de modelagem de sistemas (SysML)), etc. Os modelos analíticos são usados principalmente para estabelecer valores de estimativas. Podemos considerar os modelos determinísticos e os modelos probabilísticos (também conhecidos como modelos estocásticos) para serem de natureza analítica. Modelos analíticos usam equações ou diagramas para se aproximar do funcionamento real do sistema. Eles podem ser muito simples (adição) a incrivelmente complicado (distribuição probabilística com várias variáveis). Use os modelos certos dependendo do progresso do projeto No início do projeto, os primeiros estudos usam ferramentas simples, permitindo aproximações aproximadas que têm a vantagem de não exigir muito tempo e esforço. Essas aproximações são muitas vezes suficientes para eliminar soluções de candidatos não realistas ou extrovertidos. Progressivamente com o progresso do projeto, é necessário melhorar a precisão dos dados para comparar as soluções candidatas ainda concorrentes. O trabalho é mais complicado se o nível de inovação for alto. Um engenheiro de sistemas sozinho não pode modelar um sistema complexo; ele deve ser apoiado por pessoas habilitadas de diferentes disciplinas envolvidas. Especialização especializada: quando os valores dos critérios de avaliação não podem ser dados de forma objetiva ou precisa, ou porque o aspecto subjetivo é dominante, podemos pedir aos especialistas especialistas. As estimativas procedem em quatro etapas: selecione os entrevistados para coletar a opinião de pessoas qualificadas para o campo considerado. Elaborar um questionário; um questionário preciso permite uma análise fácil, mas um questionário que está muito fechado corre o risco de negação de pontos significativos. Entreviste um número limitado de especialistas com o questionário, incluindo uma discussão aprofundada para obter opiniões precisas. Analise os dados com várias pessoas diferentes e compare suas impressões até chegar um acordo sobre uma classificação de critérios de avaliação e / ou soluções candidatas.
Os modelos analíticos frequentemente utilizados no contexto da análise do sistema estão resumidos na Tabela 3.
Os modelos que contêm estatísticas estão incluídos nesta categoria. O princípio consiste em estabelecer um modelo baseado em uma quantidade significativa de dados e número de resultados de projetos anteriores; eles podem se candidatar apenas a elementos / componentes do sistema cuja tecnologia já existe. Modelos por analogia também usam projetos anteriores. O elemento do sistema em estudo é comparado com um elemento de sistema já existente com características conhecidas (custo, confiabilidade, etc.). Então, essas características são ajustadas com base na experiência dos especialistas. As curvas de aprendizagem permitem prever a evolução de uma característica ou de uma tecnologia. Um exemplo de evolução: "Cada vez que o número de unidades produzidas é multiplicado por dois, o custo desta unidade é reduzido com uma determinada porcentagem, geralmente constante".
Considerações práticas.
As principais armadilhas e boas práticas relacionadas à análise do sistema são descritas nas próximas duas seções.
Some of the key pitfalls encountered in planning and performing system analysis are provided in Table 4.
Proven Practices.
Some proven practices gathered from the references are provided in Table 5.
Referências.
Works Cited.
ANSI/EIA. 1998. Processes for Engineering a System . Philadelphia, PA, USA: American National Standards Institute (ANSI)/Electronic Industries Association (EIA), ANSI/EIA-632-1998.
NASA. 2007. Systems Engineering Handbook . Washington, D. C.: National Aeronautics and Space Administration (NASA), NASA/SP-2007-6105.
Ring, J, H. Eisner, and M. Maier. 2018. "Key Issues of Systems Engineering, Part 3: Proving Your Design." INCOSE Insight 13(2).
Primary References.
ANSI/EIA. 1998. Processes for Engineering a System . Philadelphia, PA, USA: American National Standards Institute (ANSI)/Electronic Industries Association (EIA), ANSI/EIA 632-1998.
Blanchard, B. S., and W. J. Fabrycky. 2018. Systems Engineering and Analysis, 5th ed. Prentice-Hall International Series in Industrial and Systems Engineering. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice-Hall.
NASA. 2007. Systems Engineering Handbook . Washington, D. C., USA: National Aeronautics and Space Administration (NASA), NASA/SP-2007-6105.
Referências adicionais.
Ring, J, H. Eisner, and M. Maier. 2018. "Key Issues of Systems Engineering, Part 3: Proving Your Design." INCOSE Insight. 13(2).
SEBoK Discussion.
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System Analysis.
System analysis allows developers to objectively carry out quantitative assessments of systems in order to select and/or update the most efficient system architecture and to generate derived engineering data. During engineering, assessments should be performed every time technical choices or decisions are made to determine compliance with system requirements.
System analysis provides a rigorous approach to technical decision-making. It is used to perform trade-off studies, and includes modeling and simulation, cost analysis, technical risks analysis, and effectiveness analysis.
Principles Governing System Analysis.
One of the major tasks of a systems engineer is to evaluate the engineering data and artifacts created during the systems engineering (SE) process. The evaluations are at the center of system analysis, providing means and techniques.
to define assessment criteria based on system requirements; to assess design properties of each candidate solution in comparison to these criteria; to score globally the candidate solutions and to justify the scores; and to decide on the appropriate solution(s).
The Analysis and Selection between Alternative Solutions article in the Systems Approach Applied to Engineered Systems knowledge area (KA) of Part 2 describes activities related to selecting between possible system solutions to an identified problem or opportunity. The following general principles of systems analysis are defined:
Systems analysis is based on assessment criteria based upon a problem or opportunity system description. These criteria will be based around an ideal system description, which assumes a hard system problem context can be defined. Criteria must consider required system behavior and properties of the complete solution, in all possible wider system contexts and environments. These must consider non-functional issues such as system safety, security, etc. (Please see Systems Engineering and Specialty Engineering for additional discussion on incorporating non-functional elements.) This "ideal" system description may be supported by soft system descriptions, from which additional “soft” criteria may be defined. For example, a stakeholder preference for or against certain kinds of solutions, relevant social, political or cultural conventions to be considered, etc. The assessment criteria should include, at a minimum, the constraints on cost and time scales acceptable to stakeholders. Trade studies provide a mechanism for conducting analysis of alternative solutions. A trade study should consider a set of assessment criteria, with appropriate awareness of the limitations and dependencies between individual criteria. Trade studies need to deal with both objective and subjective criteria. Care must be taken to assess the sensitivity of the overall assessment to particular criteria.
Trade-off studies.
In the context of the definition of a system, a trade-off study consists of comparing the characteristics of each system element and of each candidate system architecture to determine the solution that best globally balances the assessment criteria. The various characteristics analyzed are gathered in cost analysis, technical risks analysis, and effectiveness analysis (NASA 2007).
Guidance on the conduct of trade studies for all types of system context are characterized in the above principles and described in more details in the Analysis and Selection between Alternative Solutions topic. Of particular interest to SE analysis are technical effectiveness, cost, and technical risk analysis.
Effectiveness Analysis.
The effectiveness of an engineered system solution includes several essential characteristics that are generally gathered in the following list of analyses, including (but not limited to): performance, usability, dependability, manufacturing, maintenance or support, environment, etc. These analyses highlight candidate solutions under various aspects.
It is essential to establish a classification that limits the number of analyses to the really significant aspects, such as key performance parameters. The main difficulties of effectiveness analysis are to sort and select the right set of effectiveness aspects; for example, if the product is made for a single use, maintainability will not be a relevant criterion.
Cost Analysis.
A cost analysis considers the full life cycle costs. A cost baseline can be adapted according to the project and the system. The global life cycle cost (LCC), or total ownership cost (TOC), may include examplar labor and non-labor cost items such as those indicated in Table 1.
Methods for determining cost are described in the Planning topic.
Technical Risks Analysis.
Every risk analysis concerning every domain is based on three factors:
Analysis of potential threats or undesired events and their probability of occurrence. Analysis of the consequences of these threats or undesired events and their classification on a scale of gravity. Mitigation to reduce the probabilities of threats and/or the levels of harmful effect to acceptable values.
The technical risks appear when the system cannot satisfy the system requirements any longer. The causes reside in the requirements and/or in the solution itself. They are expressed in the form of insufficient effectiveness and can have multiple causes: incorrect assessment of the technological capabilities; over-estimation of the technical maturity of a system element; failure of parts; breakdowns; breakage, obsolescence of equipment, parts, or software, weakness from the supplier (non-compliant parts, delay for supply, etc.), human factors (insufficient training, wrong tunings, error handling, unsuited procedures, malice), etc.
Technical risks are not to be confused with project risks, even if the method to manage them is the same. Although technical risks may lead to project risks, technical risks address the system itself, not the process for its development. (See Risk Management for more details.)
Process Approach.
Purpose and Principles of the Approach.
The system analysis process is used to: (1) provide a rigorous basis for technical decision making, resolution of requirement conflicts, and assessment of alternative physical solutions (system elements and physical architectures); (2) determine progress in satisfying system requirements and derived requirements; (3) support risk management; and (4) ensure that decisions are made only after evaluating the cost, schedule, performance, and risk effects on the engineering or re-engineering of a system (ANSI/EIA 1998). This process is also called the decision analysis process by NASA (2007, 1-360) and is used to help evaluate technical issues, alternatives, and their uncertainties to support decision-making. (See Decision Management for more details.)
System analysis supports other system definition processes:
Stakeholder requirements definition and system requirements definition processes use system analysis to solve issues relating to conflicts among the set of requirements; in particular, those related to costs, technical risks, and effectiveness (performances, operational conditions, and constraints). System requirements subject to high risks, or those which would require different architectures, are discussed. The Logical Architecture Model Development and Physical Architecture Model Development processes use it to assess characteristics or design properties of candidate logical and physical architectures, providing arguments for selecting the most efficient one in terms of costs, technical risks, and effectiveness (e. g., performances, dependability, human factors, etc.).
Like any system definition process, the system analysis process is iterative. Each operation is carried out several times; each step improves the precision of analysis.
Activities of the Process.
Major activities and tasks performed within this process include.
Planning the trade-off studies: Determine the number of candidate solutions to analyze, the methods and procedures to be used, the expected results (examples of objects to be selected: behavioral architecture/scenario, physical architecture, system element, etc.), and the justification items. Schedule the analyses according to the availability of models, engineering data (system requirements, design properties), skilled personnel, and procedures. Define the selection criteria model: Select the assessment criteria from non-functional requirements (performances, operational conditions, constraints, etc.), and/or from design properties. Sort and order the assessment criteria. Establish a scale of comparison for each assessment criterion, and weigh every assessment criterion according to its level of relative importance with the others. Identify candidate solutions, related models, and data. Assess candidate solutions using previously defined methods or procedures: Carry out costs analysis, technical risks analysis, and effectiveness analysis placing every candidate solution on every assessment criterion comparison scale. Score every candidate solution as an assessment score. Provide results to the calling process: assessment criteria, comparison scales, solutions’ scores, assessment selection, and possibly recommendations and related arguments.
Artifacts and Ontology Elements.
This process may create several artifacts, such as.
A selection criteria model (list, scales, weighing) Costs, risks, and effectiveness analysis reports Justification reports.
This process handles the ontology elements of Table 2 within system analysis.
Identifier; name; description; relative weight; scalar weight.
Identifier; name; description; valor.
Identifier; name; description; amount; type (development, production, utilization, maintenance, disposal); confidence interval; period of reference; estimation technique.
Identifier; name description; status.
Checking Correctness of System Analysis.
The main items to be checked within system analysis in order to get validated arguments are.
Relevance of the models and data in the context of use of the system, Relevance of assessment criteria related to the context of use of the system, Reproducibility of simulation results and of calculations, Precision level of comparisons' scales, Confidence of estimates, and Sensitivity of solutions' scores related to assessment criteria weights.
See Ring, Eisner, and Maier (2018) for additional perspective.
Methods and Modeling Techniques.
General usage of models : Various types of models can be used in the context of system analysis: Physical models are scale models allowing simulation of physical phenomena. They are specific to each discipline; associated tools include mock-ups, vibration tables, test benches, prototypes, decompression chamber, wind tunnels, etc. Representation models are mainly used to simulate the behavior of a system. For example, enhanced functional flow block diagrams (eFFBDs), statecharts, state machine diagrams (based in systems modeling language (SysML)), etc. Analytical models are mainly used to establish values of estimates. We can consider the deterministic models and probabilistic models (also known as stochastic models) to be analytical in nature. Analytical models use equations or diagrams to approach the real operation of the system. They can be very simple (addition) to incredibly complicated (probabilistic distribution with several variables). Use right models depending on the project progress At the beginning of the project, first studies use simple tools, allowing rough approximations which have the advantage of not requiring too much time and effort. These approximations are often sufficient to eliminate unrealistic or outgoing candidate solutions. Progressively with the progress of the project it is necessary to improve precision of data to compare the candidate solutions still competing. The work is more complicated if the level of innovation is high. A systems engineer alone cannot model a complex system; he has to be supported by skilled people from different disciplines involved. Specialist expertise : When the values of assessment criteria cannot be given in an objective or precise way, or because the subjective aspect is dominating, we can ask specialists for expertise. The estimates proceed in four steps: Select interviewees to collect the opinion of qualified people for the considered field. Draft a questionnaire; a precise questionnaire allows an easy analysis, but a questionnaire that is too closed risks the neglection of significant points. Interview a limited number of specialists with the questionnaire, including an in-depth discussion to get precise opinions. Analyze the data with several different people and compare their impressions until an agreement on a classification of assessment criteria and/or candidate solutions is reached.
Often used analytical models in the context of system analysis are summarized in Table 3.
Models containing statistics are included in this category. The principle consists in establishing a model based on a significant amount of data and number of results from former projects; they can apply only to system elements/components whose technology already exists. Models by analogy also use former projects. The system element being studied is compared to an already existing system element with known characteristics (cost, reliability, etc.). Then these characteristics are adjusted based on the specialists' expertise. Learning curves allow foreseeing the evolution of a characteristic or a technology. One example of evolution: "Each time the number of produced units is multiplied by two, the cost of this unit is reduced with a certain percentage, generally constant."
Considerações práticas.
Key pitfalls and good practices related to system analysis are described in the next two sections.
Some of the key pitfalls encountered in planning and performing system analysis are provided in Table 4.
Proven Practices.
Some proven practices gathered from the references are provided in Table 5.
Referências.
Works Cited.
ANSI/EIA. 1998. Processes for Engineering a System . Philadelphia, PA, USA: American National Standards Institute (ANSI)/Electronic Industries Association (EIA), ANSI/EIA-632-1998.
NASA. 2007. Systems Engineering Handbook . Washington, D. C.: National Aeronautics and Space Administration (NASA), NASA/SP-2007-6105.
Ring, J, H. Eisner, and M. Maier. 2018. "Key Issues of Systems Engineering, Part 3: Proving Your Design." INCOSE Insight 13(2).
Primary References.
ANSI/EIA. 1998. Processes for Engineering a System . Philadelphia, PA, USA: American National Standards Institute (ANSI)/Electronic Industries Association (EIA), ANSI/EIA 632-1998.
Blanchard, B. S., and W. J. Fabrycky. 2018. Systems Engineering and Analysis, 5th ed. Prentice-Hall International Series in Industrial and Systems Engineering. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice-Hall.
NASA. 2007. Systems Engineering Handbook . Washington, D. C., USA: National Aeronautics and Space Administration (NASA), NASA/SP-2007-6105.
Referências adicionais.
Ring, J, H. Eisner, and M. Maier. 2018. "Key Issues of Systems Engineering, Part 3: Proving Your Design." INCOSE Insight. 13(2).
SEBoK Discussion.
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