[論文レビュー] Complex Systems + Systems Engineering = Complex Systems Engineeri

Russ Abbott|ArXiv.org|Mar 30, 2006

Chaos, Complexity, and Education参考文献 11被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、システム工学が本質的に複雑なシステムの設計と管理を含むものであり、複雑系科学と伝統的なシステム工学の分野をつなぐものであると主張している。エンジニアリングされたシステムを自然の複雑系に類似した、相互作用するマルチスケールのシステムとしてとらえることで、著者は、複雑性科学の知見を活かしてシステム設計、分析、レジリエンスを向上させる統一的で概念的な枠組みを提唱する。

ABSTRACT

One may define a complex system as a system in which phenomena emerge as a consequence of multiscale interaction among the system's components and their environments. The field of Complex Systems is the study of such systems--usually naturally occurring, either bio-logical or social. Systems Engineering may be understood to include the conceptualising and building of systems that consist of a large number of concurrently operating and interacting components--usually including both human and non-human elements. It has become increasingly apparent that the kinds of systems that systems engineers build have many of the same multiscale characteristics as those of naturally occurring complex systems. In other words, systems engineering is the engineering of complex systems. This paper and the associated panel will explore some of the connections between the fields of complex systems and systems engineering.

研究の動機と目的

• 複雑系科学とシステム工学の間の概念的ブリッジを確立するため、共通のマルチスケール的で出現的な現象を特定すること。
• 大規模なエンジニアリングシステムに内在する複雑性を踏まえ、システム工学が本質的に複雑系の工学であると主張すること。
• 複雑系研究から得られる原則が、システム工学の実践をどのように情報提供し改善できるかを検討すること。
• システム工学を、複雑性理論を応用してシステムの頑健性と適応性を高めることのできる分野として位置づけること。
• 複雑系科学とシステム工学の融合を促進するため、システム工学研究会議でのパネルディスカッションを通じて、学際的対話を喚起すること。

提案手法

• 複雑系を、構成要素と環境との間のマルチスケール的相互作用によって出現現象を示すものとして定義すること。
• 人間的要因と技術的要因が多数同時に相互作用するシステムを設計・管理する分野として、システム工学を分析すること。
• 自然に存在する複雑系（例：生物学的または社会的システム）とエンジニアリングされたシステムとの類似性に着目し、共通する構造的および動的特性を強調すること。
• 概念的モデリングを用いて、エンジニアリングされたシステムを複雑系としてとらえ、フィードバック、適応、非線形的挙動の重要性を強調すること。
• システム工学が不確実性、出現現象、全体的挙動をよりよく扱えるよう、複雑性に裏付けられたアプローチを採用すべきであると提唱すること。
• 学際的協働を促進するため、ポジショニングペーパーとパネルディスカッションを提示すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンジニアリングされたシステムの構造的および動的特性は、自然に存在する複雑系とどのように一致するか？
• RQ2 複雑系科学からの知見は、エンジニアリングされたシステムの設計と管理をどのように改善できるか？
• RQ3 システム工学を複雑系の工学であると見なすことは、手法論と実務にどのような意味を持つのか？
• RQ4 大規模システムにおいて、マルチスケール的相互作用と出現的挙動を体系的にモデリングし制御する方法は何か？
• RQ5 複雑性理論をシステム工学プロセスに統合するために、どのような新しい枠組みやツールが必要か？

主な発見

• 人間的および技術的要因を有する大規模なエンジニアリングシステムを含め、エンジニアリングされたシステムは、自然に存在する複雑系と同様にマルチスケール的で出現的な挙動を示す。
• システム工学は本質的に複雑性を扱うものであり、複雑系理論を応用するのに自然な分野である。
• 複雑系とシステム工学の融合により、より頑健で、適応的で、レジリエントなシステム設計が可能になる。
• エンジニアリングされたシステムにおける出現現象は、複数スケールにわたる相互作用から生じるため、新たなモデリングおよび分析アプローチが不可欠である。
• システム設計手法の発展のため、複雑系研究者とシステムエンジニアの間の学際的協働が強く求められている。
• 本論文は、複雑性科学の応用分野としてシステム工学を位置づけ、システム開発の実務に変革をもたらす可能性を有している。