[论文解读] The United Nations Sustainable Development Goals in Systems Engineering: Eliciting sustainability requirements

Ian Brooks|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2020

Systems Engineering Methodologies and Applications参考文献 8被引用 10

一句话总结

本文提出SDGARE，一种设计科学方法，将联合国可持续发展目标（SDGs）作为明确输入，以增强软件需求工程中的可持续性。该方法在航空航天和医疗保健情境中经过两次DSRM循环应用，通过识别出超出常规业务流程的六个额外目标，提升了SDG覆盖范围，证明其能够系统性地将可持续性嵌入软件密集型系统中。

ABSTRACT

This paper discusses a PhD research project testing the hypothesis that using the United Nations Sustainable Development Goals(SDG) as explicit inputs to drive the Software Requirements Engineering process will result in requirements with improved sustainability benefits. The research has adopted the Design Science Research Method (DSRM) [21] to test a process named SDG Assessment for Requirements Elicitation (SDGARE). Three DSRM cycles are being used to test the hypothesis in safety-critical, highprecision, software-intensive systems in aerospace and healthcare. Initial results from the first two DSRM cycles support the hypothesis. However, these cycles are in a plan-driven (waterfall) development context and future research agenda would be a similar application in an Agile development context.

研究动机与目标

• 为解决在软件需求工程中系统性嵌入可持续性的缺口，利用全球公认的联合国可持续发展目标（SDGs）作为基础。
• 探究SDGs是否可作为有效且结构化的输入，用于获取软件密集型系统中的可持续性相关需求。
• 开发并验证一种可重复、可扩展的方法，将SDGs整合进现实工业环境中的需求工程流程。
• 通过确保可持续性效益从开发初期即被明确规划与指定，提升软件系统的可持续性影响。

提出的方法

• 采用设计科学研究方法（DSRM）在三个迭代周期中设计、开发并评估SDG需求获取评估（SDGARE）流程。
• 使用OntoREM方法作为基于知识的支撑框架，实现SDG目标与系统需求之间的结构化映射。
• 在第二轮周期中采用类似德尔菲法的专家小组流程，以提升跨利益相关者领域SDG影响识别的可扩展性与客观性。
• 并行开展需求获取：一项采用常规业务流程（BAU）方法，另一项采用SDGARE方法，随后比较SDG覆盖范围与质量。
• 构建SDGs的本体模型，以支持语义增强与软件工程应用中的形式化表达。
• 通过工业利益相关者的接受度以及BAU与SDGARE流程在SDG覆盖方面的对比，评估该方法的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 RQ1：联合国SDGs是否适合作为可持续软件密集型系统工程的需求？
• RQ2 RQ2：SDGs能否被语义增强并表示为通用的本体模型？
• RQ3 RQ3：可采用哪些合适的需求工程（RE）方法，基于联合国SDGs开发可持续的软件需求规格？
• RQ4 RQ4：在具有代表性且足够充分的案例研究中，联合国SDGs是否能提升软件密集型系统需求规格的可持续性效益？
• RQ5 RQ5：可采用并推广哪些指标，以评估在批判性评估SDGs在开发可持续软件密集型需求规格中作用时的影响？

主要发现

• 在AIRBUS ALM案例研究中，SDGARE流程识别出覆盖10个SDGs的需求，而常规业务流程（BAU）仅覆盖4个。
• SDGARE流程成功将可持续性覆盖范围扩展至合规性驱动需求之外，表明其在提升可持续性成果方面的潜力。
• 初始版本的SDGARE高度依赖专家判断，难以扩展，凸显了对结构化促进方法的需求。
• 第二轮周期中采用的德尔菲式方法提升了可扩展性与专家可互换性，使SDG影响识别更具广泛性与一致性。
• 尽管SDGs已被全球采纳，但其本身并非天然具备良好的技术需求形式，需经过大量解释与情境化处理。
• 该方法在计划驱动（瀑布式）开发中表现出可行性与价值；建议未来在敏捷环境中的进一步验证。