Формирование образовательных программ по системной инженерии Батоврин В.К. Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (ТУ) XX Всероссийская научно-методическая конференция Телематика'2013 Санкт-Петербург – 2013

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 План доклада Что такое системная инженерия? Зачем нужна типовая образовательная программа по системной инженерии? Типовой учебный план GRSE v.1.0 Подход к формированию образовательной программы 2

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013© Современное определение Системная инженерия – междисциплинарный подход, определяющий полный набор технических и управленческих усилий, необходимых для преобразования совокупности потребностей клиента, ожиданий и ограничений в решение и для поддержки этого решения на протяжении его жизни ПРИМЕЧАНИЕ: включает определение показателей назначения, интеграцию инженерно-технических специалистов в работу по установлению архитектуры, а также определение подходящих процессов ЖЦ, позволяющих сбалансировать экономические, функциональные и временные требования Системная инженерия – междисциплинарный подход и методика создания успешных систем ПРИМЕЧАНИЕ: под успешной понимается такая система, которая способна удовлетворить потребности и нужды клиентов, пользователей и других заинтересованных сторон Источник: ISO/IEC/IEEE 24765:2010 Systems and software engineering – Vocabulary 3 Источник: Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge, version 1.1 _April_2013

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Необходимость подготовки по СИ В последние годы происходит осознание необходимости подготовки в системной инженерии (СИ) студентов российских вузов ФГОС ВПО по направлению подготовки Информационные системы и технологии (квалификация «магистр») предусматривает, что дисциплина СИ входит в качестве обязательной в базовую (общепрофессиональную) часть профессионального цикла основной образовательной программы магистратуры В России реализуется около 30 образовательных программ по направлению В МФТИ и МИФИ начата реализация специальных образовательных программ по СИ, причем, в МИФИ эта программа реализуется, начиная с бакалавриата

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Потребность в образовательных программах по СИ Отечественный опыт подготовки системных инженеров, а также преподавания СИ и смежных с ней дисциплин только начал складываться Уровень зрелости требований к базовым знаниям, умениям и навыкам, которые должны быть сформированы у студентов в процессе подобной подготовки, можно охарактеризовать как начальный Актуальной является задача формирования типовых образовательных программ по СИ, пригодных к адаптации к условиям реализации образовательных программ подготовки бакалавров и магистров в российских вузах

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Опыт зарубежных коллег При реализации образовательных программах по системной инженерии, зарубежные университеты используют, главным образом, две модели: 1.Программа фокусируется на системных проблемах создания сложных инженерных объектов – теория и практика СИ становится в этом случае ядром всей образовательной программы, а ключевые разделы СИ рассматриваются в отдельных, специально организованных курсах 2.Программа фокусируется на проблемах инженерной деятельности в определённой предметной области (ИКТ, энергетика, транспорт и т.д.) – СИ в этом случае является курсом, поддерживающим основную образовательную программу

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Типовой учебный план по СИ В 2012 г. был опубликован Типовой учебный план по СИ для студентов вузов (Graduate Reference Curriculum for Systems Engineering – GRCSE, version 1.0) К подготовке документа было привлечено более 50 ведущих мировых экспертов по СИ из примерно 10 стран Проект, в частности, поддерживался: – Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) – Международным советом по системной инженерии (INCOSE) – Международной ассоциацией вычислительной техники (ACM) – Министерством обороны США

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Основные цели GRCSE Совершенствование существующих образовательных программ по системной инженерии с учетом точек зрения университетов, студентов, выпускников, работодателей, а также лиц, заинтересованных в создании и использовании систем Оказание помощи в разработке новых магистерских программ на основе руководящих принципов, касающихся содержания программ обучения, а также рекомендаций по применению этих руководящих принципов Обеспечение руководящей основы для обсуждения в стратегических консультативных советах, учреждаемых для оказания помощи университетам при разработке своих программ обучения Содействие росту вовлеченности в программы по СИ за счет увеличения привлекательности этих программ для потенциальных студентов и работодателей Оказание помощи преподавателям, занятым в сфере инженерного образования, в том, чтобы они могли на основе типового учебного плана в целом оценить перспективы СИ и важность получения знаний в этой области

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Степень в области индустрии Степень в области инженерии Степень в области других систем Бакалавриат Опыт работы в инженерной сфере Программные системы Интернатура Подготовка к магистратуре Участие в проекте Отсутствие опыта Начальная подготовка Магистратура Основы СИ Сосредоточение на разделе СИ Тематический трек Прикладной трек Завершающий проект Учебная практика Заочн. обучение для занятых в сфере СИ GRCSEGRCSE Результаты освоения ОП Результаты освоения ОП Оценка результатов освоения ОП Практика в СИ (2-3- года) Практика в СИ (3-5 лет) Другая инженерная практика Практика в программной инженерии Отсутствие постмагистер. практики Опыт работы Подготовка у работодателя Другие тренинги Доп. образование Оценка результатов подготовки Результаты подготовки Образовательные траектории по GRCSE Источник: GRCSE version 1.0 – желательная траектория – нежелательная траектория

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Принципы формирования образовательной программы Образовательная программа (ОП) по СИ должна быть построена так, чтобы её выпускники, двигаясь по образовательной траектории, через 3-5 лет после окончания магистратуры достигли целей подготовки, определенных в ОП (валидация результатов освоения ОП) Результаты освоения ОП контролируются по окончании магистратуры (верификация результатов освоения ОП) Цели и результаты структурируются и увязываются между собой Архитектура учебного плана включает ядро и дополнение. В составе ядра выделяются базовая и прикладная части Результаты освоения дисциплин ядра должны соответствовать уровням – Знание, Понимание, Применение, Анализ - таксономии Блума Дополнение включает увязанные с ядром тематические разделы предметной области и специальную часть, например, итоговый проект Результаты освоения хотя бы одного из тематических разделов должны соответствовать уровню Синтез таксономии Блума Способы контроля результатов освоения устанавливаются разработчиком ОП 10

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Принципы формирования образовательной программы(2) Образовательная программа (ОП) по СИ должна быть построена так, чтобы в результате её успешного освоения выпускники: – демонстрировали способность к практической деятельности по созданию систем хотя в одном из прикладных разделов, таких как аэрокосмические, оборонные, финансовые, медицинские, транспортные, телекоммуникационные системы – умели практически использовать принципы системной инженерии применительно хотя к одному классу систем, например, системам с особыми требованиями по обеспечению безопасности, встроенным системам ит.п., или по отношению хотя бы к одному из ключевых показателей, например, безопасности, быстродействию, доступности по цене и т.п. 11

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Цели подготовки ЦельХарактеристика Подход ЖЦ Способность на протяжении полного ЖЦ или на его отдельных отрезках успешно анализировать, проектировать или реализовывать пригодные к производству и использованию, эффективные, пригодные к сопровождению, экономически приемлемые комплексные системные решения применительно к продукции, услугам, предприятиям, а также системе систем. Это требование может быть адаптировано к конкретному типу или классу систем с которыми придется иметь дело выпускнику или к конкретной предметной области, например, авиакосмической промышленности Работа в команде Способность успешно выполнять различные роли в мульти-дисциплинарных командах с различными формами членства, включая роль технического эксперта или роль руководителя на различных уровнях Профессионализм Демонстрация профессионализма и способности к профессиональному развитию на основе непрерывного обучения и активного участия в профессиональной деятельности. Содействие развитию своей области профессиональной деятельности. Ответственное и этичное поведение на основе понимания общественной пользы Коммуникабельность Умение успешно общаться (читать, писать, говорить, слушать и иллюстрировать) устно и письменно, а также с использованием вновь появляющихся способов и средств массовой информации, особенно во взаимодействии с заинтересованными сторонами и коллегами ОП должна быть построена так, чтобы через 3-5 лет после её освоения выпускник смог достигнуть указанных целей ВУЗ должен адаптировать указанные цели к особенностям своих образовательных программ с учетом нужд заинтересованных сторон 12

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Результаты освоения образовательной программы Результаты Основные элементы Характеристика Концепции СИ 1. Основа 2. Сосредоточение 3. Детализация Результаты изучения концепций СИ задают широту и глубину знаний, необходимых инженеру для эффективного выполнения своих профессиональных обязанностей Роль СИ 1. Предмет. область 2. Специализация 3. Междисцип. связь 4. ПО в системах Результаты изучения роли СИ формируют способность к эффективному участию в коллективной работе междисциплинарной команды создателей системы Практика СИ 1. Увязывание требований 2. Оценка проблем/решений 3. Реализм Существует ряд практик СИ (этапы работ, процессы, действия, методы), применяемые при разработке систем, начиная от замысла и заканчивая утилизацией. Результаты изучения практик СИ обеспечивают условия, необходимые для достижения успеха в создании надежных систем Профессионализм 1. Профессиональное развитие 2. Работа в команде 2. Этика Современные системы сложны и требуют от инженера способности к эффективной и профессиональной работе в составе команды с применением соответствующих новейших технологий. Результаты изучения профессиональных основ СИ обеспечивают условия, необходимые для реализации успешной профессиональной карьеры Для достижения целей подготовки ОП по СИ, реализуемая ВУЗом, должна обеспечивать достижение результатов в 4-х областях 13

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Концепции В категории концепции СИ выделяются 3 результата: – ОСНОВА – достижение намеченного уровня таксономии Блума по каждому из разделов, содержащихся в базовой части типового учебного плана по СИ – СОСРЕДОТОЧЕНИЕ – достижение намеченного уровня таксономии Блума по каждому из разделов, содержащихся в одной из прикладных частей типового учебного плана согласно отдельным направлениям магистерской подготовки или с учетом интересов студента – ДЕТАЛИЗАЦИЯ - достижение уровня Синтез таксономии Блума хотя бы для одного из ключевых разделов учебного плана (базовой или прикладной части) 14 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Роль В категории роль СИ выделяется 4 результата: – ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ – демонстрация возможности исполнять роль СИ в одной из предметных областей, таких как оборонительные системы, авиакосмическая промышленность, финансы, медицина, транспорт или телекоммуникации – СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ – возможность применения принципов СИ для достижения специальных целей, например, безопасности, конфиденциальности, экономичности, надежности систем – МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ СВЯЗЬ – понимание взаимосвязи СИ с другими дисциплинами, такими как управление проектами, управление персоналом, другими инженерными дисциплинами и способность ясно обосновать важность этих дисциплин для СИ – ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В СИСТЕМАХ – демонстрация понимания и оценка уровня в области программной инженерии, необходимого для успешной разработки системной продукции и услуг, а также систем предприятия как сейчас, так и в будущем 15 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Практика В категории практика СИ выделяется 3 результата: – УВЯЗЫВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ – овладение поддающимися количественной оценке навыками по увязыванию между собой конфликтующих требований и по нахождению приемлемого компромисса при наличии ограничений по затратам, времени, знанию, риску, а также со стороны существующих систем и организаций – ОЦЕНКА ПРОБЛЕМ/РЕШЕНИЙ – овладение поддающимися количественной оценке навыками по оценке альтернативных стратегий системных решений, включая оценку соответствия предложенных решений и выявленных проблем, а также выявление значимых критериев, позволяющих убедиться в том, что решения выбраны с учетом целостного представления о системе – РЕАЛИЗМ - способность понять и оценить проблемы применения СИ в реальных задачах на протяжении всего ЖЦ системы 16 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Профессионализм В категории профессионализм в СИ выделяется 3 результата: – ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ– способность учиться и осваивать новые модели, приемы, способы и технологии по мере их возникновения и осознание необходимости постоянного профессионального развития – КОМАНДНАЯ РАБОТА – готовность к эффективному исполнению своей роли в междисциплинарной команде, практическая способность к устному и письменному общению, способность к руководству в одной из сфер из областей разработки систем, например, управление проектом, анализ требований, архитектура, проектно-конструкторская деятельность, обеспечение качества с демонстрацией своих лидерских возможностей в составе команды – ЭТИКА - демонстрация знания профессиональной этики и способность к применению профессиональной этики при принятии решений и в практической деятельности по разработке систем 17 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Связь целей и результатов 18 Цели Результаты 1. Подход ЖЦ2. Работа в команде3. Профессионализм4. Коммуникабельность Концепции СИ ОсноваСильнаяСлабая СосредоточениеСильнаяСлабая ДетализацияСильнаяСлабая Роль СИ Предметная область СильнаяСлабая Сильная Специальные разделыСильнаяСлабая Сильная Междисц. связьСлабаяСильнаяСлабая ПО в системахСлабаяСильная Практика СИ Увязывание требований СильнаяСлабаяСильная Оценка проблем/решений СильнаяСлабаяСильная РеализмСильная Слабая Профессионализм в СИ Профессиональное развитие Слабая Командная работа СлабаяСильнаяСлабаяСильная ЭтикаСильнаяСлабая Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Архитектура учебного плана 19 Широта охвата Степень детализации НЕОБХОДИМЫЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗНАНИЯ (УМЕНИЯ) Курс1 Курс 2 БАЗОВАЯ ЧАСТЬ Курс1 Курс 2 Курс 3 ПРИКЛАДНАЯ ЧАСТЬ Курс1 Курс 3 Курс 4 ТЕМАТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ, КОНТЕКСТ, ПРИЛОЖЕНИЕ, СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ДОВОДКА Курс 1 – охватывает знание базовой и прикладной части, а также тематического или специализированного раздела Курс 2 – объединяет знания базовой и прикладной части Курс 3 – объединяет знания прикладной части, тематического или специализированного раздела Курс 4 – сфокусирован на знании, выходящем за пределы тематического или специализированного раздела. Может, но не обязательно, базироваться на знаниях базовой и прикладной части ЯДРО ДОПОЛНЕНИЕ Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Уровни освоения по Блуму 20 Таксономия Блума Базовая часть учебного плана Раздел 1 Раздел 2 Раздел N.. Специальная часть учебного плана Структура учебного плана По усмотрению разработчиков Хотя один из разделов Один из разделов Вся базовая часть Управление разработкой систем (SEM) Разработка и проектирование систем (SDD) Прикладная часть учебного плана Тематическая часть учебного плана

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Пример использования таксономии Блума для оценки результатов освоения ОП Уровень таксономии ДисциплинаРезультаты успешного изучения курсаСпособ оценки Знание СИ3. Введение в испытания Студент способен привести основные определения и пояснить цели верификации и валидации Тестирование с выбором одного верного ответа Понимание СИ3. Введение в испытания Студент знает 4 основных понятия, характеризующих процессы верификации и валидации: оценка (экспертиза), демонстрация, анализ и тестирование Краткий ответ на вопрос экз. билета Применение СИ3. Введение в испытания Студент способен подготовить план верификации и валидации, включая: определение и обоснование стратегии V&V Идентификацию действий по V&V на протяжении ЖЦ описание среды описание организации Курсовой проект: разработка программы испытаний Анализ СИ3-1. Введение в формальные методы Студент имеет углубленные познания в области моделе- ориентированной СИ, включая: метод моделирования доказательства (дедуктивного анализа) (proof model approach) метод проверки моделей (model checking approach) Курсовой проект: разработка моделе- ориентированной спецификации Синтез СИ3-2. Введение в тестирование Студент должен обладать углубленными познаниями в области технологий тестирования, включая: функциональное и структурное тестирование (тестирование «черного» и «белого» ящика) инструменты и среда тестирования Экзамен в форме эссе 21

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Принципы формирования ядра ОП При формировании ядра ОП за основу следует взять Руководство к своду знаний по системной инженерии (Systems Engineering Body of Knowledge – SEBoK, В SEBoK включено более 100 тем, объединенных в 7 разделах: – Часть 1 – Введение – Часть 2 – Системы – Часть 3 – СИ и менеджмент – Часть 4 – Применения СИ – Часть 5 – Практика СИ в организации – Часть 6 – Связь СИ с другими дисциплинами – Часть 7 – Практические примеры В ядре ОП должны быть отражены области знаний, соответствующие разделам SEBoK со второго по шестой 22

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Основные дидактические единицы Разделы SEBoKОсновные дидактические единицы Системы Основные системные представления, Наука о системах, Системное мышление, Моделирование систем, Системный подход в инженерном деле СИ и менеджмент Модели ЖЦ, Описание концепции, Описание систем, Реализация систем, Развертывание и применение систем, Управление инженерной деятельностью, Управление ЖЦ продукции и услуг, Стандарты СИ Применения СИ Разработка продукции, Разработка услуг, Разработка систем предприятия, Система систем Практика СИ в организации Обеспечение нужд бизнеса и предприятия, Обеспечение нужд производственных коллективов, Обеспечение нужд работников Связь СИ с другими дисциплинами СИ и программная инженерия, СИ и управление проектами, СИ и организация производства, СИ и закупки/поставки, СИ и специальная инженерная деятельность 23 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Связь результатов освоения ОП с основными дидактическими единицами Результаты ОП Области знаний в ядре ОП КонцепцииРольПрактикаПрофессионализм Основы Сосредото- чение Специализация Предметная область Спец. разделы Междисцли- нарная связь ПО в системах Увязка требований Оценка пробл/решений Реализм Проф. развитие Командная Работа Этика Системы Основы системССССРСЛ СР СЛ Наука о системахССССРСЛ СР СЛ Системное мышлениеССССР СЛСР СЛ Моделирование системСССОС СР ОС СРСЛ Сист. подход в инженерном делеССССРСЛСРСЛОС СРСЛ СИ и менеджмент Модели ЖЦСССОС СЛСРОС СЛ Описание концепцииССССР СЛОС СЛ Описание системССССРСЛСР ОССЛ СР Реализация системСССОС СЛСРОС СЛСРСЛ Развертывание и применение системССССРОССР ОС СЛСР Управление инженерной деятельностьюССССР СЛСР СЛОССР Управление ЖЦ продукции и услугССССРСЛ СРОССРСЛСР Стандарты СИСССОС СЛ СРОССРСЛ ОС 24 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Связь результатов освоения ОП с основными дидактическими единицами (2) Результаты ОП Области знаний в ядре ОП КонцепцииРольПрактикаПрофессионализм Основы Сосредото- чение Специализация Предметная область Спец. разделы Междисцли- нарная связь ПО в системах Увязка требований Оценка пробл/решений Реализм Проф. развитие Командная Работа Этика Применения СИ Разработка продукцииССССР СЛ Разработка услугССССР СЛ Разработка систем предприятияССССР СЛ Система системССССР СЛ Практика СИ в организации Обеспечение нужд бизнеса и предприятия ССССЛ СРСЛ ОС СР Обеспечение нужд производственных коллективов СССОССЛ СРОССРОС Обеспечение нужд работниковСССОССЛ СРОССРОС Связь СИ с другими дисциплинами СИ и программная инженерияССССРОС СР СЛ СИ и управление проектамиССССРСЛОССЛСР СЛОССЛ СИ и организация производстваССССРОС СЛСР СЛ СИ и закупки/поставкиССССРОС СЛ СРСЛ СР СИ и спец. инженерная деятельностьССССРОС СЛСР СЛ 25 Источник: GRCSE version 1.0

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Курсы для ОП Популярность курсов для ОП подготовки СИ Введение в системную инженерию (Introduction to SE)56% Моделирование систем (Modeling and Simulation)53% Управление проектами (Project Management)38% Архитектура систем и системное проектирование (Systems Architecture and Design) 38% Системная интеграция (Systems Integration)34% Системный анализ (Systems Analysis)25% Системный менеджмент (Systems Management)25% Анализ требований к системам (Systems Requirements Analysis)25% Анализ риска и принятие решений (Risk and Decision Analysis)25% Теория вероятностей и математическая статистика (Probability and Statistical Analysis) 19% 26 Источник: GRCSE version 1.0 Результаты получены на основе анализа 33 ОП, которые реализовывались в 2010 г. в Австралии, Бразилии, Канаде, Кипре, Сингапуре, США, Тайване, Финляндии, Франции и Японии

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! ВОПРОСЫ?

В.К. Батоврин Формирование ОП по СИ_Телематика_2013 Для информации Батоврин Виктор Константинович Зав. кафедрой информационных систем Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики – МГТУ МИРЭА Тел. (495)