Published January 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Toward Conceptual Analysis of Cyber-Physical Systems Projects Focusing on the Composition of Legacy Systems

Creators

  • 1. Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais
  • 2. National Institute for Space Research
  • 3. University of Florence

Description

The increase in connectivity and the continued need to evolve existing systems impose on system engineers the reality of dealing with System of Systems (SoS) concept in practice. The composition of legacy systems presents significant challenges, especially when a Cyber-Physical System (CPS) is involved. Due to the complexity of the interactions between CPS computational solutions and the physical environment, added to the operational independence of CPS as constituent system, emergent behaviors might unpredictably emerge when the CPS and other system run to collaborate being difficult to control. The purpose of this article is to present the Discovery and Requirement Canvas method and its contributions on highlighting emergent behavior. Introduced in the context of EMBED-SoSE approach, the method supports the process of designing a CPSoS in the early phases of a project, when the stakeholders' needs, constraints, and alternatives must be analyzed in terms of the integration possibilities of existing constituent systems. An experimental study conducted with 22 senior professionals from the software and aerospace industries validates the practicability of the method Discovery & Requirement Canvas demonstrating its efficacy. The results of the experiment are compared using descriptive and inferential statistics. In addition, the method was applied to a real-world case study in the field of monitoring natural disasters.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تفرض الزيادة في الاتصال والحاجة المستمرة لتطوير الأنظمة الحالية على مهندسي الأنظمة واقع التعامل مع مفهوم نظام الأنظمة (SoS) في الممارسة العملية. يمثل تكوين الأنظمة القديمة تحديات كبيرة، خاصة عندما يتعلق الأمر بالنظام الفيزيائي السيبراني (CPS). نظرًا لتعقيد التفاعلات بين الحلول الحاسوبية لنظام حماية الطفل والبيئة المادية، بالإضافة إلى الاستقلال التشغيلي لنظام حماية الطفل كنظام تأسيسي، قد تظهر السلوكيات الناشئة بشكل غير متوقع عندما يكون من الصعب التحكم في نظام حماية الطفل والنظام الآخر للتعاون. الغرض من هذه المقالة هو تقديم طريقة مخطط الاكتشاف والمتطلبات ومساهماتها في تسليط الضوء على السلوك الناشئ. تدعم هذه الطريقة، التي تم تقديمها في سياق نهج EMBED - SOSE، عملية تصميم CPSoS في المراحل المبكرة من المشروع، عندما يجب تحليل احتياجات أصحاب المصلحة والقيود والبدائل من حيث إمكانيات تكامل الأنظمة التأسيسية الحالية. أثبتت دراسة تجريبية أجريت مع 22 من كبار المهنيين من صناعات البرمجيات والفضاء جدوى طريقة ديسكفري ومتطلبات كانفاس مما يدل على فعاليتها. تتم مقارنة نتائج التجربة باستخدام الإحصائيات الوصفية والاستنتاجية. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق الطريقة على دراسة حالة واقعية في مجال رصد الكوارث الطبيعية.

Translated Description (French)

L'augmentation de la connectivité et le besoin continu de faire évoluer les systèmes existants imposent aux ingénieurs système la réalité de traiter le concept de système de systèmes (SoS) dans la pratique. La composition des systèmes existants présente des défis importants, en particulier lorsqu'un système cyber-physique (CPS) est impliqué. En raison de la complexité des interactions entre les solutions de calcul CPS et l'environnement physique, ajoutée à l'indépendance opérationnelle de CPS en tant que système constitutif, des comportements émergents pourraient émerger de manière imprévisible lorsque le CPS et d'autres systèmes s'exécutent pour collaborer étant difficiles à contrôler. Le but de cet article est de présenter la méthode Discovery and Requirement Canvas et ses contributions sur la mise en évidence des comportements émergents. Introduite dans le contexte de l'approche EMBED-SoSE, la méthode soutient le processus de conception d'un CPSoS dans les premières phases d'un projet, lorsque les besoins, les contraintes et les alternatives des parties prenantes doivent être analysés en termes de possibilités d'intégration des systèmes constitutifs existants. Une étude expérimentale menée auprès de 22 professionnels seniors des industries du logiciel et de l'aérospatiale valide la faisabilité de la méthode Discovery & Requirement Canvas démontrant son efficacité. Les résultats de l'expérience sont comparés à l'aide de statistiques descriptives et inférentielles. En outre, la méthode a été appliquée à une étude de cas réelle dans le domaine de la surveillance des catastrophes naturelles.

Translated Description (Spanish)

El aumento de la conectividad y la continua necesidad de evolucionar los sistemas existentes imponen a los ingenieros de sistemas la realidad de tratar con el concepto de Sistema de Sistemas (SoS) en la práctica. La composición de los sistemas heredados presenta desafíos significativos, especialmente cuando se trata de un sistema ciberfísico (CPS). Debido a la complejidad de las interacciones entre las soluciones computacionales de CPS y el entorno físico, sumada a la independencia operativa de CPS como sistema constituyente, los comportamientos emergentes podrían surgir de manera impredecible cuando CPS y otros sistemas se ejecutan para colaborar, siendo difíciles de controlar. El propósito de este artículo es presentar el método Discovery and Requirement Canvas y sus contribuciones para resaltar el comportamiento emergente. Introducido en el contexto del enfoque EMBED-SoSE, el método respalda el proceso de diseño de un CPSoS en las primeras fases de un proyecto, cuando las necesidades, limitaciones y alternativas de las partes interesadas deben analizarse en términos de las posibilidades de integración de los sistemas constituyentes existentes. Un estudio experimental realizado con 22 profesionales sénior de las industrias de software y aeroespacial valida la viabilidad del método Discovery & Requirement Canvas demostrando su eficacia. Los resultados del experimento se comparan utilizando estadísticas descriptivas e inferenciales. Además, el método se aplicó a un estudio de caso del mundo real en el campo del monitoreo de desastres naturales.

Files

10146263.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d4f8ee6a137b74fa84887f9e4c5f63e6
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نحو التحليل المفاهيمي لمشاريع الأنظمة الفيزيائية السيبرانية التي تركز على تكوين الأنظمة القديمة
Translated title (French)
Vers une analyse conceptuelle des projets de systèmes cyber-physiques axés sur la composition des systèmes hérités
Translated title (Spanish)
Hacia el análisis conceptual de proyectos de sistemas ciberfísicos centrados en la composición de sistemas heredados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379805008
DOI
10.1109/access.2023.3284039

Is supplement to
https://openalex.org/W3089335139 (Other)
https://openalex.org/W295680712 (Other)
https://openalex.org/W2904890372 (Other)
https://openalex.org/W2756692340 (Other)
https://openalex.org/W2423757594 (Other)
https://openalex.org/W2416859637 (Other)
https://openalex.org/W2142316787 (Other)
https://openalex.org/W2045677525 (Other)
https://openalex.org/W2012880617 (Other)
https://openalex.org/W1974379742 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1250242392
  • https://openalex.org/W1488202922
  • https://openalex.org/W1535762816
  • https://openalex.org/W1535900002
  • https://openalex.org/W1589635379
  • https://openalex.org/W1607519102
  • https://openalex.org/W1948110109
  • https://openalex.org/W1975550448
  • https://openalex.org/W1982956535
  • https://openalex.org/W1994991585
  • https://openalex.org/W2013099975
  • https://openalex.org/W2035370986
  • https://openalex.org/W2054150826
  • https://openalex.org/W2058107586
  • https://openalex.org/W2065882022
  • https://openalex.org/W2075262418
  • https://openalex.org/W2089520845
  • https://openalex.org/W2118594262
  • https://openalex.org/W2120688237
  • https://openalex.org/W2124957697
  • https://openalex.org/W2128780139
  • https://openalex.org/W2134317169
  • https://openalex.org/W2140039722
  • https://openalex.org/W2149780162
  • https://openalex.org/W2164777277
  • https://openalex.org/W2168502198
  • https://openalex.org/W2169239645
  • https://openalex.org/W2208324707
  • https://openalex.org/W2474226984
  • https://openalex.org/W2536417959
  • https://openalex.org/W2561199392
  • https://openalex.org/W2564008331
  • https://openalex.org/W2566090345
  • https://openalex.org/W2599618040
  • https://openalex.org/W2623138532
  • https://openalex.org/W279724836
  • https://openalex.org/W2888757899
  • https://openalex.org/W2892028389
  • https://openalex.org/W2922722781
  • https://openalex.org/W2947175559
  • https://openalex.org/W2954515186
  • https://openalex.org/W2972816394
  • https://openalex.org/W3023855078
  • https://openalex.org/W3026302109
  • https://openalex.org/W3037506392
  • https://openalex.org/W3095737939
  • https://openalex.org/W3109678509
  • https://openalex.org/W3128624307
  • https://openalex.org/W4210491315
  • https://openalex.org/W4226391781
  • https://openalex.org/W4239389894
  • https://openalex.org/W4242852639
  • https://openalex.org/W4291213652
  • https://openalex.org/W4297774861
  • https://openalex.org/W587941652