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特刊免费开放 | 新冠大流行下的系统弹性 | Systems Engineering

已有 650 次阅读 2021-2-23 14:28 |个人分类:热点研究|系统分类:论文交流

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全球的新冠大流行扰乱了很多系统行为,从而影响医疗、保健、互联网、供应链、制造业、服务业等领域,给社会、技术和经济都带来影响。因此,在构思、设计、使用和操作系统的过程中,需要考虑系统的弹性、适应性和灵活性,从而保证预期的效率和产出,将新冠大流行的影响降至最低。Systems Engineering特别整合了一期特刊,从已有的研究中汲取经验,应对新挑战。


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特刊链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1520-6858.Systems-Resilience 



1.On the Impacts of Power Outages during Hurricane Sandy—A Resilience‐Based Analysis

飓风桑迪期间停电的影响——基于弹性的分析

Devanandham Henry, Jose Emmanuel Ramirez‐Marquez


总被引次数:24


2012年10月,飓风桑迪袭击美国东海岸,让许多人流离失所,更造成了全美21个州的800多万用户停电,持续几日到数周。本文从供应和需求两方面,采用定量弹性的角度,用系统观分析此次停电事件。本文的研究重点是使中断的系统恢复的行动。采用通用弹性框架和弹性指标作为弹性分析的基础;基于此分析得出的观察、经验教训和建议有望改善未来因破坏性事件导致的大规模停电的恢复。


文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21338 


2.Resilience principles for engineered systems

工程系统的弹性原则

Scott Jackson, Timothy L. J. Ferris


总被引次数:69


作者从文献中时候收集了一组抽象原则、顶层原则和子原则,分析他们在应对各种威胁时,抗系统中断、保持系统运转和恢复系统的有效性。作者结合消防、航空、铁路和电力系统的具体案例,考虑物理、组织和程序系统,分析这些原则的有效性以及限制、冲突和漏洞。研究发现,一项原则不能完全适用于一个系统,必须与其他原则结合起来,以使系统具有弹性。不同领域的系统开发人员可以使用这些原则来创建具体的解决方案,在特定的系统建立特定的解决模型,并确定系统从不同威胁中恢复的程度。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21228 


3.Designing Resilient Systems‐of‐Systems: A Survey of Metrics, Methods, and Challenge

设计有弹性的SoSs:关于指标、方法和挑战的调研

Payuna Uday, Karen Marais


总被引次数:54


随着交通、电力和通信的SoSs(Systems‐of‐Systems)的复杂性和互连性的增长,为保证安全性和不间断提供服务,测量和提高这些关键SoSs的弹性至关重要。作者分析了量化弹性的不同方法以及设计弹性SoSs的挑战。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21325 


4.Resilience in Complex Systems: An Agent‐Based Approach

复杂系统中的弹性:基于Agent建模方法

Gloria Pumpuni‐Lenss, Timothy Blackburn, Andreas Garstenauer


总被引次数:17


本文展示了一项复杂系统在经历影响其性能的破坏性事件后的行为的研究。作者使用复杂适应系统(CAS)的方法概念化被影响的复杂网络系统,使用网络分析和基于Agent建模方法衡量系统的抗干扰能力和恢复能力,通过弹力指标量化系统弹力、评估策略的有效性。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21387 


5.Conceptualizing resilience in engineering systems: An analysis of the literature

概念化工程系统中的弹性:文献分析

Morten Wied, Josef Oehmen, Torgeir Welo


总被引次数:4


“弹性”一词起源于生态系统,目前工程系统研究中对弹性的定义尚不明确。作者分析了文献中251个对弹力的不同定义,通过区分不同系统、不利事件和系统反应,概括了弹性系统的形态,并为任何弹性工程系统研究必须回答的主要设计问题提供了答案。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21491 


6.Toward a methodology for the system integration of adaptive resilience in armor

装甲自适应弹力的系统集成方法研究

Joseph Cannon Ph.D., Eugene Paulo Ph.D.


总被引次数:1


本文介绍了一种新的基于自适应能力集成的系统工程方法——适应性弹性系统集成(MSIAR)的方法,该方法可在复杂操作环境下运行的技术系统中产生增强的弹性。本方法的实用性通过一种适应性弹性装甲系统的开发得到了证明,该系统被称为机械适应性装甲联动(MAAL),该系统的设计、开发和验证使用了MSIAR的方法。作者还对该方法的概念有效性进行了验证。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21467 


7.Engineered Resilience for Complex Systems as a Predictor for Cost Overruns

复杂系统的工程弹性作为成本超支的预测指标

Blake Roberts, Thomas Mazzuchi, Shahram Sarkani


总被引次数:6


不断增加的系统复杂性给系统工程和项目管理带来了非线性挑战。通过分析526个项目案例,本文提出:1)一个考虑复杂性、适应性和弹性后用于量化风险的新方法;2)识别领先指标降低成本超支的可能性;3)基于研究结果和系统启发,改善生命周期成本估算;4)应用工程弹性,解决复杂性、成本控制和负担增长的问题。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21339 


8.Product development resilience through set‐ased design

产品开发过程中的弹性

Stephen Rapp, Ratna Chinnam, Norbert Doerry, Alper Murat, Gary Witus


总被引次数:3


通常在系统产品开发过程中,外部因素或需求改变会迫使系统设计改变。这种不确定性会对项目结果产生不利影响,通常会增加开发时间和成本、生产成本,并可能损害系统性能。作者提出了一种开发方法,通过主动考虑外部因素变化的可能性和中期设计变化的影响,将影响降至最低。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21449 


9.Towards affordably adaptable and effective systems

可负担、适应性强、高效的系统

Robert Neches, Azad M. Madni


总被引次数:50


工程弹性系统的一个关键问题是冗长而昂贵的前期工程使项目经理认为不可接受。本文介绍了计算技术的进步如何以新颖的方式改变了系统开发过程,从而实现快速、高效和便宜的前期工程。反过来,这些系统开发过程使得快速开发、部署和运营可负担、适应性强、高效的系统成为可能。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21234 


10.Achieving resiliency in major defense programs through nonfunctional attributes

通过非功能性属性实现主要防御项目的弹性

James R. Enos


本研究提出了系统工程能力对弹性的应用,以理解系统工程师如何在设计过程中考虑弹性,并将弹性纳入系统。质量、稳健性和灵活性有助于理解弹性的组成部分,可修复性、可扩展性、灵活性、适应性和通用性为系统提供了实现弹性的方法。本文应用这个框架来研究B‐52轰炸机和F‐117隐形战斗机。这两个案例展示了非功能性属性如何使工程系统实现弹性,帮助更好地理解工程系统中的弹性概念。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21488 


11.Deriving Global Criticality Conditions from Local Dependencies Using Functional Dependency Network Analysis (FDNA)

利用功能依赖网络分析(FDNA)从局部依赖中获得全局临界条件

L. D. Servi, P. R. Garvey


为了确保对不良事件有更大的恢复力,有必要确定关键的节点和链接,如果没有这些节点和链接,可能会损害系统按需运作的能力。本文提供了一种新的近线性时间方法,从组成系统的元素之间的局部依赖关系中寻找全局关键节点和链接。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21394 


12.Evolution of systems engineering scholarship from 2000 to 2015, with particular emphasis on software

系统工程从2000年至2015年的演化

Sarah A. Sheard


总被引次数:1


本文比较了发表在Systems Engineering的文章,通过词典趋势分析找出共性。研究发现,人们对更大的系统,例如:经济学、环境模拟、SoS,质量属性以及建模、管理和技术成熟度更感兴趣。如今,人们对过程和需求的兴趣越来越少。这可以解释为,系统工程已经从最初深入探索的主题转向了新的领域。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21441 


13.Model‐ased architecture and programmatic optimization for satellite system‐of‐systems architectures

卫星SoS架构的基于模型的架构和程序优化

Michael LaSorda, John M. Borky, Ronald M. Sega


总被引次数:6


本文以一个卫星通信SoS为例,介绍了一种针对企业和SoS的架构优化新方法,其目标是增强单个系统采集程序、提高整个企业的运行效率。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21444 


14.Flexibility Due to Abstraction and Decomposition

抽象和分解带来的灵活性

David A. Broniatowski


总被引次数:7


灵活性是工程设计中的一个主要关注点。本文探讨了两个互补的方法来设计工程系统的灵活性。一种方法是基于系统分解,强调形式和功能之间一对一的映射,就像模块化设计一样。第二种方法将形式与功能解耦,实现了多到多的映射,就像在分层设计中一样。这两个方法不相互排斥,相反,它们可以产生协同效应。


文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21381 


15.The identification of knowledge gaps in the technologies of cyber‐physical systems with recommendations for closing these gaps

识别信息物理系统中的知识缺口并提出改进建议

Murray Sinclair, Carys Siemieniuch, Paul Palmer


总被引次数:3


本文的研究分析了72个信息物理系统(CPS)项目的可交付成果,所有项目都属于欧盟Framework Programme 7 和 Horizon 2020项目。分析产生了一个“知识地图” ,其中包含72个项目中作为节点标识的75个技术,通过互操作性链接连接起来。作者在这一地图上对每个节点进行筛选,结合项目的其他部分,就这些技术的发展的未来重点和筹资提出了大约48项建议,以协助在所有领域迅速采用CPS。虽然本文局限于欧盟的研究和创新结果,但这些建议也可以推广到世界其他地区。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21464 


16.Anticipatory development processes for reducing total ownership costs and schedules

减少总体拥有成本和进度的开发流程

Barry Boehm, Pooyan Behnamghader


本文总结了三种流程框架和工具,为提高系统和软件的可维护性和全生命周期的成本效益提供了更多的预期方法。这三种框架分别为:机会树(Opportunity Tree)、通过分析丰富的数据了解软件质量(SQUAAD)和软件/系统维护准备框架(SMRF)。


文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21490 


17.A method of identifying and analyzing irrational system behavior in a system of systems

在一个由多个系统组成的系统中识别和分析不合理系统行为的方法

Douglas L. Van Bossuyt, Bryan M. O'Halloran, Ryan M. Arlitt


总被引次数:3


SoI故障有时是因为SoS系统中一个意想不到的关联系统的故障。本文介绍了一种在设计SoI时使用的方法,并以自动驾驶系统为例阐释了该方法。该方法有助于在系统架构的SoI概念功能建模阶段分析来自现有SoS成员的意外行为。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21520 


18.Guiding the behavior of sociotechnical systems: The role of agent‐ased modeling

指导社会技术系统:基于Agent建模的作用

Babak Heydari, Michael J. Pennock


总被引次数:3


许多社会技术系统的性能和成功取决于社会和技术部分相互作用和共同进化的方式。这种动态互动正日益成为共享经济平台和重要基础设施等许多新兴系统的设计和治理的重要组成部分。本文提出了一种基于Agent的方法来支持社会技术系统的设计和治理,并指出基于Agent的建模和模拟再上一些修正建议,可以成为一种强有力的方法。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21325 


19.Addressing schedule disruptions in business processes of advanced logistics systems

解决先进物流系统业务流程中的计划中断问题

Heimir Thorisson, Marwan Alsultan, Daniel Hendrickson, Thomas L. Polmateer, James H. Lambert


总被引次数:3


大型物流系统在计划、成本、环境影响、可靠性和其他因素的不确定性下运行,考虑紧急情况和未来的条件对系统运行至关重要,需要考虑市场、技术、环境和组织因素。此外,成功的业务流程分析需要明确地叙述和评估潜在破坏性风险的来源。本文中,作者通过对相关业务流程的建模,建立了一个评估物流系统中已知风险来源对计划破坏的可能性的框架,并以一个集装箱港口的调度过程为例,对该框架进行了论证。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21471 


20.Sociotechnical System Safety: Hierarchical Control versus Mindfulness

社会技术系统安全:分级控制和专注力

Gavan Lintern, Peter N. Kugler


总被引次数:5


不同文献中,组织流程的分级控制和组织专注力都被认为有提高大型社会技术系统安全性的潜力。本文评估了文献中的论据论点,并评估两种方式是否必不相容或可能互补。分析显示,分级控制的论点缺乏一致性,而组织关注力是分级控制中所缺少的,两者相互补充则可能解决安全性挑战。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21396 


21.Model‐ased systems engineering: Motivation, current status, and research opportunities

基于模型的系统工程:动机、现状和研究机会

Azad M. Madni, Michael Sievers


总被引次数:45


随着系统规模和复杂性的持续增长,系统工程学界已经转向基于模型的系统工程(MBSE)来管理复杂性、维护一致性、并确保系统开发过程中的可追溯性。本文讨论了MBSE产生的动机,以及它现在的成熟度,介绍了系统建模方法以及本体和元模型在MBSE中的作用,以基于模型的V&V为例展示了MBSE的使用。文章最后讨论了MBSE广泛应用所面临的挑战,并为充分实现MBSE的潜力提供了有前景的研究方向。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21438 


22.Building the tower without climbing it: Progress in engineering systems

系统工程的进步

David A. Broniatowski


总被引次数:6


工程系统(ES)运动设定了一项研究议程,改变了系统工程领域。通过关注复杂的社会技术系统,ES运动极大地扩大了系统工程师可以解决的问题的范围,吸引了年轻的学者进入该领域。ES成功地将学术社区的注意力集中在“ilities”而非传统的系统生命周期属性、社会技术复杂性和系统架构等概念上。在本文中,作者回顾了该领域的一些学者所取得的进展,概述了未来工作的方向,并指出了系统工程未来进步所面临的挑战。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21426 


23.Textual analysis of defects in engineering documentation via systematic decision execution

通过系统的决策执行对工程文档中的缺陷进行文本分析

Gregory C. Smoots Sr


本文关注在系统开发时,需求工程作为系统工程的预备点和关键基础,发挥着重要角色。本文在INCOSE决策管理流程的基础上提出了一个结构化的决策框架,该框架可以在系统生命周期的早期改善决策。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21442 


24. A systems perspective on contact centers and customer service reliability modeling

呼叫中心和客服可靠性建模的系统视角

Rodrigo Andrade, Somayeh Moazeni, Jose Emmanuel Ramirez‐Marquez


呼叫中心和客服作为客户和组织之间的接口,在服务型企业中扮演着至关重要的角色。本文用系统视角和系统思维方式来研究呼叫中心,提出了一种整合了系统工程概念的呼叫中心运营管理系统,并以一家大型保险公司的数据为例,以控制图说明系统设计的应用、其可靠性和绩效控制。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21526 


25.Architecting systems‐of‐systems and their constituents: A case study applying Industry 4.0 in the construction domain

架构SoS及其组成部分:工业4.0在建筑领域应用的案例研究

Jakob Axelsson, Joakim Fröberg, Peter Eriksson


被引次数:6


本文探讨了工业4.0标准如何在SoS环境下使用,以使组成系统(CS)更加灵活、具有适应性,并评估了其在制造业之外的有效性。本研究基于建筑领域的一个案例,为其开发了通用的SoS构架。文末还提出了其他工业4.0的扩展可能。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21516 


26. Agent‐ased simulation framework and consensus algorithm for observing systems with adaptive modularity

基于Agent的模拟框架和共识算法构建具有自适应模块的观测系统

Ximo Gallud, Daniel Selva


被引次数:1


在本文中,作者提出了一个基于Agent的模拟框架,帮助系统工程师评估通过临时联盟的方式“在运行期间改变系统模块性 ”是否有意义。该框架将分散耦合约束的基于共识的捆绑算法扩展到多自动驾驶车辆的单任务分配,并引入了联盟形成的约束,这样智能体就可以根据与这些行动相关的收益和成本来创建或分裂联盟。作者对该框架进行了详细的描述,并通过一个案例进行了论证。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21433 


27.Applying autonomy to distributed satellite systems: Trends, challenges, and future prospects

将自主性应用于分布式卫星系统:趋势、挑战和未来前景

Carles Araguz, Elisenda Bou‐Balust, Eduard Alarcón


总被引次数:9


本文关注分布式卫星系统(DSS)系统层面自主性的动机,并证明了系统质量赋能需要自主性,探索了DSS自主任务规划与调度(MPS)的设计。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21428 


28.Systems‐ heoretic security requirements modeling for cyber‐physical systems

信息物理系统中系统理论的安全需求建模

Bryan T. Carter, Georgios Bakirtzis, Carl R. Elks, Cody H. Fleming


总被引次数:1


由于在信息物理系统(CPS)中完全保护每个组件、网络和部件是不可能的,所以有必要了解到系统的预期服务或任务,以便可以减轻漏洞的影响,至少系统可以以部分降级的方式执行其任务——换句话说,一种任务感知的安全措施。因此,创建一个结合了系统架构信息、允许行为和任务的模型可以极大地帮助安全分析。本文展示了一种使用系统建模语言创建此类模型的技术。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21504 


29.Multilevel Probabilistic Morphological Analysis for Facilitating Modeling and Simulation of Notional Scenarios

多层概率形态分析促进建模和场景模拟

Alexia P. Payan, Dimitri N. Mavris


尽管计算能力有了进步,但基于模拟的复杂问题实验仍然很耗时。为了在不牺牲精度的情况下减少计算量,通常要设计一组相关的场景。这样做需要将问题分解成相关参数,并分析这些参数的一致性。为了解决这一问题,作者提出了一种多层概率形态分析的方法,创新地使用了多层次的方法和引入了概率交叉一致性评估。作者将此方法用于国土关键资产保护检测系统的结构设计的问题研究中。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21334 


30.Towards a Design Pattern for Adaptive Systems Inspired by the Neocortex

受到新大脑皮质启发的适应性系统的设计模式

Brian J. Phillips, Mark Blackburn 


本文讨论了来源于新大脑皮质内观察到的物理结构的设计模式——大脑新皮质自适应系统模式(NASP),可以为构建自适应系统提供系统工程指导。

文章链接:

https://doi.org/10.1002/sys.21347 



期刊简介


2019 IF: 1.000

2019 JCR: 41/48 (Engineering, Industrial); 68/83 (Operations Research & Management Science)


Systems Engineering是国际系统工程委员会(INCOSE)的会刊,是系统工程、产品和服务管理、工程进程等多学科信息的主要来源。


期刊关键词

系统工程、系统管理、进程、系统、系统集成、系统架构、系统建模、集成过程和产品开发、系统仿真、系统生命周期


点击链接进入特刊阅读。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)1520-6858.Systems-Resilience 


*文献信息由Wiley China直接翻译,如有错漏,敬请指正。



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