Systemarkitektur: centrala beslut i komplexa system

Tillhandahålls av MIT Professional Education

Vår värld bygger på allt mer komplexa system. Från bilar till kraftverk förväntar vi oss i allt högre grad omedelbar anslutning, maskininlärning av produktdata och teknikinfusion, som allt driver upp komplexiteten hos moderna system. Dessa system – som finns i industrier som sträcker sig från flyg- och bilindustrin, från högteknologi till hälsovård och vidare – förlitar sig på yrkesverksamma som har en djup förståelse för både komponenterna i systemet och deras beteenden på systemnivå, både önskvärda och oönskade.

Arkitektur och systemteknik: modeller och metoder för att hantera komplexa system

• Nytt fyra-rätters onlinecertifikatprogram börjar 12 september.

  Registrera idag!

  
  
  

Tänk på Twitter. Följ en ström av avbrott under VM 2010, där toppaktivitet kraschade dess infrastruktur, Twitter omarbetade hela sin monolitiska kodbas. Idag behandlar den rutinmässigt cirka 5 700 tweets per sekund och har hanterat en topp på 143 199 tweets per sekund (den 3 augusti 2013, under sändningen av ett populärt TV-program i Japan).

Det är bara ett exempel på de ökande kraven användare ställer på dessa system. Dessa krav går utöver spänningar och skalbarhet. För att produkter ska ta marknadsandelar ber vi system att förnya sig på befintliga erbjudanden, införliva nya teknologier och adressera flera marknader. För att företag ska kunna konkurrera med snäva marginaler, ber vi att systemen utformas för att optimera tillverkningskostnaderna och levereras genom leveranskedjor i flera nivåer.

Min erfarenhet är att en betydande del av ett systems prestanda bestäms av en relativt liten uppsättning beslut – arkitektoniska beslut. För ingenjörer, programledare och företagsägare gör sådana beslut stor skillnad.

Jag är glad att kunna meddela att MIT lanserar ett nytt fyra-rätters professionellt certifikatprogram för att utforska dessa arkitektoniska beslut tillsammans med branschledare. Programmet endast online, Arkitektur och systemteknik : Modeller och metoder för att hantera komplexa system, börjar 12 september 2016.

Varje byggt system har en arkitektur

Produkter som mobiltelefonprogramvara, bilar och halvledarkapitalutrustning definieras av några viktiga arkitektoniska beslut som fattas tidigt i programmets livscykel. Dessa tidiga beslut driver nedströmsbeslut. I den verkliga designen av komplexa system har ingenjörer ofta inte full kunskap om dessa systems eventuella omfattning innan de fattar beslut som kan ha stor inverkan – från att skapa flaskhalsar som begränsar prestanda, till att begränsa potentiella tillverkningsplatser, till minska eftermarknadens intäktsandel.

Till exempel arbetade MIT med NASA om arkitekturen för nästa generations kommunikationssatelliter. NASA driver för närvarande tre uppsättningar reläsatelliter, var och en lika stor som en skolbuss, för att förmedla statliga data från vetenskap och militära rymduppdrag. NASA-tjänstemän ansåg att en arkitektonisk förändring behövdes för att minska kostnaderna, som idag är två till tre gånger högre än för kommersiellt drivna satelliter. MIT arbetade med NASA under en treårsperiod för att identifiera de arkitektoniska besluten – såsom närvaron eller frånvaron av datalagring ombord, valet av omloppsbana, antalet satelliter per omloppsplan och teknikutveckling för inter-satellitlänkar —och analyserade miljontals kombinationer av beslut för att identifiera toppkandidaterna för nya arkitekturer.

Trots osäkerheten kring omfattningen är min erfarenhet att om du lägger tid i förväg på arkitektoniska beslut – oavsett om du sekvenserar de beslut som ska fattas baserat enbart på ditt teams erfarenhet eller sekvenserar dem mer explicit med hjälp av beslutsmodeller för att uppskatta känslighet – kan ge en betydande avkastning på investering.

Med andra ord kan bra arkitektoniska beslut skapa konkurrensfördelar på svåra marknader, men dåliga beslut kan hämma stora utvecklingsprogram på vägen.

Modeller och metoder

När vi lanserar det nya programmet för arkitektur och systemteknik är vi glada över att utforska sådana beslut tillsammans med branschledare. Vi har samlat några av de största organisationerna som är involverade i komplexa system – inklusive GE, Boeing, Raytheon, GM, NASA och Caterpillar, bland andra – för att prata om tillståndet i praktiken idag.

En av de trender vi är mest intresserade av att utforska är förflyttningen bort från pappersbaserad design som ofta kallas modellbaserad systemteknik (MBSE). Den stora idén bakom MBSE är att digitalisera designprocessen.

Trots stora förbättringar av mjukvara, från programvara för produktlivscykelhantering (PLM) som Siemens Team Center eller PTC:s Windchill, till simuleringsprogram som simulering av stora luftflöden eller mogna strukturkoder, är mycket av designprocessen fortfarande baserad på pappersdokument. Dessa dokument bär på ett arv av långa omarbetningscykler och är ofta bovarna i kvalitetsfrågor. Visionen för MBSE är att kombinera stora modeller till där teamet arbetar på en central modell med fokus på samtidighet.

Systemingenjörer som arbetar med dessa komplexa system måste verkligen vara de som förstår var marginalen är, förstår systemets prestanda och sedan förespråkar hela systemet, förklarar Greg Hyslop, Boeings CTO och senior vice president för Boeing Engineering Test och Teknikgruppen.

Vi kommer att diskutera löftet om MBSE för att fatta beslut om systemarkitektur, och vi kommer att utforska fellägen och hanteringsproblem som ligger till grund för det. Revolutionen med datorstödd design (CAD) tog decennier att mogna – vårt förhållningssätt till MBSE är att ta en ordentlig titt på utmaningarna och att främja en diskussion om implementeringen som är grundad på erfarenheten från ett konsortium av företag.

Att fatta bättre arkitektoniska beslut

Vilka arkitektoniska beslut fattade Twitters ingenjörer i sitt sökande efter skalbarhet efter VM 2010? De beslutade att vinsterna från deras ursprungliga, monolitiska kodbas hade förbrukats - vid den tiden var det en av världens största Ruby on Rails-installationer. Så de återuppfann sin arkitektur som en Java Virtual Machine-installation, modulariserade dess funktionalitet och lade mer vikt vid samtidighet. Det kan låta som moderskap och äppelpaj, men arkitektoniska förändringar som dessa kräver ett visst mått av mod - vi föredrar att göra dem från en position av analys och styrka snarare än som en chansning.

Följ med oss ​​och utforska dessa frågor mer på djupet i MIT:s nya Arkitektur och systemteknik yrkescertifikatprogram, som börjar 12 september.

Bruce G. Cameron är fakultetschef för MIT:s nya professionella certifikatprogram, Architecture and Systems Engineering: Models and Methods to Manage Complex Systems. Han är chef för MIT:s System Architecture Lab, föreläsare i ingenjörsledning i MIT:s befintliga systemdesign- och ledningsmaster- och distansprogram, och en av grundarna av Technology Strategy Partners, ett boutiquekonsultföretag. Hans forskningsintressen vid MIT inkluderar teknikstrategi, systemarkitektur och hantering av produktplattformar.

Dölj