[論文レビュー] System- and Software-level Architecting Harmonization Practices for Systems-of-Systems -- An exploratory case study on a long-running large-scale scientific instrument

Héctor Cadavid, Vasilios Andrikopoulos+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 29, 2021

Systems Engineering Methodologies and Applications参考文献 50被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、オランダ電波天文台（ASTRON）の長期間にわたる大型科学機器、LOFARおよびLOFAR2.0電波望遠鏡を対象とした探索的事例研究を通じて、システムおよびソフトウェアレベルのアーキテクチャ統合手法を同定し、特徴づけた。その結果、初期段階でのソフトウェアアーキテクトの関与、要件の明確な翻訳、標準化されたインターフェース仕様書（ICDs）の整備、ソフトウェアの柔軟性への過剰な依存の回避が、統合コストの低減とSoSシステム品質の向上に不可欠であることが明らかになった。

ABSTRACT

The problems caused by the gap between system- and software-level architecting practices, especially in the context of Systems of Systems where the two disciplines inexorably meet, is a well known issue with a disappointingly low amount of works in the literature dedicated to it. At the same time, organizations working on Systems of Systems have been developing solutions for closing this gap for many years now. This work aims to extract such knowledge from practitioners by studying the case of a large-scale scientific instrument, a geographically distributed radio telescope to be more specific, developed as a sequence of projects during the last two decades. As the means for collecting data for this study we combine online interviews with a virtual focus group of practitioners from the organization responsible for building the instrument. Through this process, we identify persisting problems and the best practices that have been developed to deal with them, together with the perceived benefits and drawbacks of applying the latter in practice. Some of our major findings include the need to avoid over-reliance on the flexibility of software to compensate for incomplete requirements, hidden assumptions, as well as late involvement of system architecting, and to facilitate the cooperation between the involved disciplines through dedicated architecting roles and the adoption of unifying practices and standards.

研究の動機と目的

• 大規模科学機器に特化したシステムの集合（SoS）における、システム工学（SE）とソフトウェア工学（SWE）のアーキテクチャ手法の間にある継続的なギャップを解消すること。
• 実世界の長期間にわたるSoSプロジェクト（LOFARおよびLOFAR2.0）における実務家たちが、分野横断的不整合を是正するために開発・適用した統合手法を調査すること。
• これらの手法のベストプラクティス、認識された利点および欠点を同定し、将来のSoSアーキテクチャプロセスの改善に資すること。
• 複雑で分散型のSoSプロジェクトにおける統合の改善、コスト低減、システム品質の向上に向けた実務的知見を提供すること。

提案手法

• オランダ電波天文台（ASTRON）における探索的事例研究を実施。LOFARおよびLOFAR2.0プロジェクトに焦点を当て、合計20年以上にわたる開発経験を有する。
• 電波望遠鏡のアーキテクチャ設計および開発に従事する実務家を対象に、オンラインインタビューおよびバーチャルフォーカスグループを通じてデータ収集を実施。
• 実務家たちの経験を分析し、システムおよびソフトウェアレベルのアーキテクチャにおいて繰り返し発生する問題、ベストプラクティス、認識されたトレードオフを抽出。
• インタビュートランスクリプトおよびフォーカスグループ議論の主題分析を通じて、主要な統合手法を同定。
• 文書化されたプロジェクト資産および標準との照合と繰り返しフィードバックを通じて、研究結果の妥当性を検証。
• インタビューおよびフォーカスグループからの定性的データと、インターフェース制御書（ICDs）およびシステム要件の分析を組み合わせた混合手法を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模SoSにおいて、システム工学とソフトウェア工学のアーキテクチャ手法の不整合が引き起こす、継続的なシステムおよびソフトウェアレベルのアーキテクチャ課題は何か？
• RQ2 長期間にわたる科学機器プロジェクトにおいて、実務家たちはこれらの課題を是正するためにどのような統合手法を開発・適用したか？
• RQ3 実務においてこれらの統合手法を適用することによる認識された利点と欠点は何か？
• RQ4 ソフトウェアアーキテクトの早期関与および標準化されたインターフェース仕様書（ICDs）は、システム統合および開発コストにどのように影響を与えるか？
• RQ5 進化中の通信標準およびマイコンベースのデジタルツイン技術は、SoSアーキテクチャにおいて、早期統合およびインターフェース統一をどの程度支援するか？

主な発見

• 要件が不完全または曖昧な状態であるのを補うためにソフトウェアの柔軟性に過剰に依存することは、開発コストの増加と統合課題の深刻化を招く。
• システム要件は十分に詳細でなければならないが、ソフトウェア設計の柔軟性を制限しないよう、詳細度に注意を払ったバランスの取れた定義が不可欠である。
• ハードウェア設計段階でのソフトウェアアーキテクトの早期関与は、ハードウェア・ソフトウェア統合の品質を著しく向上させ、後続のソフトウェア適合のコストを低減する。
• 制御およびモニタリングポイントを含む、標準化され一貫性のあるインターフェース制御書（ICDs）は、分散型コンポーネント間の統合性と相互運用性を高める。
• 科学的要件をシステム要件およびソフトウェア要件に翻訳する専門家が明確に存在することは、分野横断的整合性を維持する上で極めて重要である。
• 進化中の通信標準およびマイコンベースのデジタルツイン技術は、インターフェースの統一と、SoS開発における早期テストおよび統合を可能にする可能性を示している。