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_________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 44 CAPÍTULO III INGENIERÍA DE SISTEMAS I CONCEPTOS Y METODOLOGÍA DE LA INGENIERÍA DE SISTEMAS Este tema nos introducirá en los conceptos importantes de la ingeniería de Sistemas. Al finalizar el tema el estudiante será capaz de entender el proceso ordenado para hacer realidad un sistema. Presentaremos la estructura de la Ingeniería de Sistemas y sus características. 3.1. INGENIERÍA La ingeniería se puede representar como: La aplicación de la ciencias (matemática, física, química, eléctrica, mecánica, metalurgia, etc .) para inventar, construir, perfeccionar y utilizar artefactos útiles y económicos al servicio de la humanidad. 3.2. FUNCIONAMIENTO DE LA INGENIERÍA La Ingeniería funciona mediante la aplicación de conocimiento codificado (clasificado) sobre clases, tipos de problemas. Dentro de la Ingeniería los éxitos son muy frecuentes (diseño e implementación de sistemas que funcionan), pero no espectaculares. La ingeniería hace más énfasis en el diseño de algo útil (razón de la tesis), normalmente este diseño y las actividades complementarias son rutinarias (pasos, metodologías, métodos = recetas) razón por la cual la ingeniería se puede enseñar. Se puede hablar de la evolución de una especialidad de la ingeniería cuando ocurre lo siguiente: Cualquier producto en un principio es realizado por un virtuoso (Artesanía). Si se produce para la venta ya con un procedimiento establecido (producción) preocupándose por el costo de los materiales, se hablará de una actividad comercial. A esto sumamos el conocimiento que nos brinda alguna ciencia, entonces estaremos hablando de ingeniería. 3.3. DEFINICION DE INGENIERIA DE SISTEMAS De forma general, la Ingeniería de Sistemas es “la aplicación efectiva de métodos científicos y de ingeniería para transformar una necesidad operativa en una configuración determinada _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 45 del sistema mediante un proceso de arriba-abajo iterativo (top-down) de establecimiento de requisitos, selección del concepto, análisis y asignación funcional síntesis, optimización del diseño, prueba y evaluación. Esta orientado al proceso y utiliza procedimientos de realimentación y control. 3.4. ENTORNO ACTUAL En general, la complejidad de los sistemas actuales va en aumento con la aparición de nuevas tecnologías en un entorno que cambia sin cesar; el tiempo que se tarda en transformar una necesidad identificada en el desarrollo, producción, utilización y apoyo de los sistemas están incrementando. Hay un conjunto de factores, como los señalados en la Fig. 1.1 que constituyen todo un reto en el entorno actual. Fig. 1.1. Entorno Actual Cuando nos fijamos en los aspectos económicos, nos encontramos con que normalmente existe una falta de visibilidad total o clara de los costes. Cuando se analizan las relaciones “causa-efecto”, nos encontramos con que una gran parte del coste del ciclo de vida proyectado para un determinado sistema es consecuencia de las decisiones tomadas durante las fases de planificación preliminar y diseño conceptual del sistema. Las decisiones correspondientes a los requisitos operativos (por ejemplo, el número y localización de los emplazamientos previstos), a las aplicaciones tecnológicas, a las políticas de mantenimiento y apoyo (dos escalones frente a tres de mantenimiento), asignación de actividades manuales y/o automatizadas, esquemas de empaquetado de equipo y software, técnicas de diagnóstico, selección de materiales, conceptos sobre el nivel de reparación, etc. Tienen un gran impac to sobre el coste total del ciclo de vida. Así, mientras se intentan reducir los costes iniciales de un proyecto, muchas de las decisiones del _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 46 diseño y la gestión que se toman en esta fase pueden tener efectos catastróficos a largo plazo. 3.5. RELACIONES DE LA INGENIERÍA DE SISTEMAS CON OTRAS DISCIPLINAS DE INGENIERÍA Ingeniería Civil Matemáticas Física química Ingeniería mecánica Ingeniería Eléctrica Ingeniería Química Psicología Ingeniería industrial ciencias de la comunicación Informática Estadística Ciencias Investigación Sociales Operativa Ingeniería de sistemas 3.6. EL PROCESO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS El desarrollo de la Ingeniería de sistemas es relativamente nuevo. Este se originó en los años 60 y 70 en el desarrollo de grandes programas militares y espaciales. Hoy día, sin embargo, está aplicándose en varias industrias llegando a ser efectivamente un principio de integración de disciplinas y tecnologías distintas en un todo y complicado propósito. La Ingeniería es una forma de resolver problemas La IS es una función interdisciplinaria dedicada al diseño controlado, tal que todos los elementos son integrados para proporcionar un óptimo, para todo el sistema, como contraste de la integración de sub-elementos optimizados. Un Ingeniero de Sistemas es una persona capaz de realizar la integración del conocimiento desde diferentes disciplinas y viendo problemas con una “visión holística”, aplicando el “Enfoque de Sistemas”. Desde el momento en que un sistema complejo es creado no por una simple persona, si no por un grupo, además la Ingeniería de Sistemas está fuertemente ligada a la GESTION (conseguir algo organizadamente). _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 47 La IS es una rama de la tecnología de gestión e ingeniería dedicada a controlar el diseño de sistemas complejos hechos por el hombre (sistemas socio-técnicos). El proceso de Ingeniería de sistemas involucra una secuencia lógica de actividades técnicas y de toma de decisiones, identificando necesidades transformándolas en prescritos socio-técnicos (es decir aquellos que incluyen variables sociales y técnicas). La IS se ha popularizado como una disciplina que pone especial énfasis en la aplicación de nuevas técnicas, tales como la investigación operativa, modelado matemático y dinámica de sistemas. Estos utilizando modelos matemáticos que describen las interacciones entre los elementos del sistema. Al realizar el estudio del comportamiento, a través del MODELOS (físicos y matemáticos) la ingeniería de sistemas hace énfasis en el uso de modelos matemáticos. En general cualquier modelo no es más que la representación de la realidad y por consiguiente, no incluye todos los aspectos del problema. La IS es una forma de resolver problemas. La solución es un modelo del sistema, una serie de especificaciones para idear, diseñar e implementar. A veces la solución no siempre es la mejor. La METODOLOGÍA DE LA INGENIERÍA DE SISTEMAS se puede conceptuar utilizando una serie de “etapas” conocidas como el ciclo de vida básico del sistema. Donde cada etapa se caracteriza por una serie de actividades fundamentales que reciben el nombre de proceso básico de decisión. Las etapas representan la evolución del sistema desde su planeación inicial, hasta su implementación y retiro. La metodología de la IS requiere el uso de conceptos económicos, administrativos, sociales, técnicos. Entonces se puede decir que tiene naturaleza interdisciplinaria. Este aspecto lleva a un problema semántico que ha llevado a diferentes apreciaciones sobre la ingeniería de sistemas. • La IS es solo un grupo de conceptos y técnicas (incluye probabilidad y estadística, teoría de sistemas,teoría de optimización y algoritmos en general) • La IS es sinónimo de la teoría de la información, teoría de control o análisis de redes eléctricas. • La IS es sinónimo de diseño, planeación o administración de un sistema. _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 48 3.7. CARACTERISTICAS DE LA INGENIERIA DE SISTEMAS La ingeniería de sistemas tiene dos características importantes, éstas representan las tendencias. a) Tendencia a Cuantificar AL utilizar técnicas de descomposición, identificación de parámetros, simulación, programación matemática; se dice que ha hecho una contribución, pues hay una tendencia a cuantificar el valor de las alternativas, componentes y soluciones del problema. El uso de los modelos matemáticos obliga a comparar alternativas bajo un criterio o medida de valor común. La TGS es un método más para resolver problemas. b) Tendencias a resolver problemas de gran escala La IS ha tenido éxito en aplicaciones a sistemas complejos tales como urbanismo, desarrollo económico y otros. Se considera problemas de gran escala porque son problemas que constan de muchos componentes y altamente interconectado, frecuentemente difíciles Con estas características y otras es posible hallar oposición a la IS, y es conveniente tomar en cuenta estas consideraciones. • Especialista : una sola persona es capaz de conocer todo • Pragmático: La experiencia es lo que mas pesa y no hay manera de dejar lo que se ha venido haciendo. • Escéptico: Los problemas son complejos, solucionarlos es difícil, entonces la IS es un mito y sin futuro práctico. • Determinista: No se puede tener control sobre los problemas, entonces la IS e sun juego de adivinanzas, puesto que se trabaja sobre supos iciones. 3.8. IMPLEMENTACION DE LA INGENIERÍA DE SISTEMAS _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 49 La implementación de la IS requiere de gran esfuerzo. También es importante formular lo que tienen que realizar el IS, pues es: • un asesor que hace sugerencias al que tiene la responsabilidad de implementar el sistema diseñado y creado. • Debe convencer que las ideas que se sugieren se tomen en cuenta. 3.9. ROLES DEL INGENIERO DE SISTEMAS Los roles del Ingeniero de Sistemas son: • Identificador de necesidades y realizador de sistemas Ser el enlace entre las necesidades del cliente y la idea de sistema • Arquitecto y jefe del diseño conceptual Ser la persona líder con una visión del concepto de sistema y crear el enlace entre los requerimientos del cliente, los requerimientos del sistema y la configuración del sistema • Integrador Para ver los puntos enteros y cómo cada parte está contribuyendo a la ejecución y factibilidad del sistema como un todo. Por otro lado el ingeniero de sistemas debe coordinar los esfuerzos de varias disciplinas y profesionales involucrados, de tal manera que el resultado es un óptimo total para el sistema. • Analista y procesador de datos. Para coleccionar datos desde varias fuentes y analizarlos como base para la toma de decisiones. • Resolvedor de problemas y tomador de decisiones El proceso de la ingeniería de sistemas involucra diversas tareas de decisiones y resolución de conflictos en diferentes puntos de unión. Estos conflictos son inicialmente profesionales y después personales, y reflejan diferentes puntos de vista, interés, e inclinaciones en la creación del sistema. • Gestionador y administrador _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 50 En adición a ser un líder técnico, el ingeniero de sistemas debe ser un gestionador y administrador. El debe trabajar con la gente, organizar el trabajo, motivarlos, comunicarse con ellos y dialogar sobre sus necesidades. 3.9.1. CONOCIMIENTOS PRÁCTICOS DEL INGENIERO DE SISTEMAS El ingeniero de sistemas trata de implementar la filosofía general de sistemas utilizando técnicas cuantitativas para satisfacer un objetivo bien definido y formulado en cooperación con el cliente. Estas técnicas y herramientas dependen del tipo de aplicación específica, pero normalmente se tiende a considerar: Computadoras Modelos matemáticos Algoritmos 3.9.2. INGENIERO IDEAL DE SISTEMAS • No está comprometido con los dispositivos que constituyen un sistema sino con el sistema en general. • Razonamiento, imaginación, análisis y síntesis. • Creatividad • Facilidad de las relaciones humanas y experiencia • Conocimiento de los temas de probabilidad y estadística, lenguaje, economía, psicología. 3.10. CICLO BASICO DE UN SISTEMA Para que un sistema sea útil debe satisfacer una necesidad. El ciclo básico de un sistema comienza con la identificación de una necesidad y termina cuando el sistema se hace obsoleto. Existen tres periodos: Planeación, adquisición y uso (ver Fig. 1.3) Fig.1.3. Ciclo de vida de un sistema Cualquier sistema real tiene un ciclo de vida: Ejemplo: Edificio 30 años Avión 5 a 10 años Barcos de 20 a 30 años PERIODO DE PLANEACION PERIODO DE ADQUISICIÓN PERIODO DE USO _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 51 La IS abarca el ciclo de vida completo del sistema, pero tiende a enfatizar en el periodo de planeación y la etapa de diseño del periodo de adquisición. Por otro lado cada etapa del ciclo completo de un sistema se implementa utilizando el proceso básico de decisión. Ver Fig. 1.4 Información CICLO DE OPTIMIZACIÓN Fig. 1.4. PROCESO BÁSICO DE DECISION EJEMPLOS 1) Sistema Siembra Ciclo de vida • Selección de Semilla • Selección de la tierra • Sembrado • Control de plagas y riegos. • Cosecha • Consumo 2) Sistema de Producción de muebles Ciclo de vida • Diseño • Selección del material • Producción • Venta 3) Sistema de Edición de un Libro Ciclo de vida • Preparar un libro. Formulación del modelo Síntesis alternativa Análisis y prueba Evaluación Decisión _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 52 • Editar • Imprimir • Publicar • Distribuir • Vender • Usar (leer) 3.11. LA MATRIZ DE ACTIVIDADES A menudo se considera a la matriz de actividades como un método de sistemas, que permite integrar conocimientos. Permite analizar, bajo determinada secuencia lógica, problemas complejos, es por esto que se considera algunas veces el análisis de sistemas. Pasos Fases Definición del problema Medición del Sistema Análisis de datos Modelado de sistemas Síntesis de sistemas Toma de decisiones Planeación de programa Planeación de proyecto Desarrollo del sistema Producción y construcción Distribución y puesta en servicio Operación o consumo Retiro La primera dimensión lo constituye el tiempo (ciclo de vida TIEMPO), que se denomina FASES algo más específico de los periodos. El método de solución del problema (proceso básico de decisión, LOGICA) que se denomina PASOS. Cada elemento de la matriz representa una actividad y esta definido en forma única por la intersección de una fase de un proyecto y un paso de solución Integrando ambos aspectos en un todo se puede llegar a establecer una visión MATRICIAL, donde las etapas constituyen las fases del ciclo de vida de un sistema y el proceso básico de decisión se divide en PASOS. _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 53 La Ingeniería de Sistemas significa aplicar los conocimientosde la Ingeniería en el paso de la medición de la etapa de planeación. Tomando en cuenta además las distintas disciplinas (tercera dimensión) que intervienen en este proceso se puede llegar a lo que se considera como la metodología de la de la ingeniería de sistemas. 3.11.1. CONSIDERACIONES PARA LA MATRIZ Para cada paso deben intervenir un grupo de profesionales, pero no necesariamente pueden intervenir todos en cada fase, eso depende del problema. Para cualquier fase una casilla específica puede estar vacía. FASES • Planeación del Programa. La planeación del programa que parte del grupo multidisciplinario, debe determinar el sistema de actividades y proyectos que se encuentran involucrados al interior del programa, se debe establecer la coherencia de actividades y proyectos para lo cual se debe conformar una base de datos que tiene la característica de incluir datos e información • Planeación del Proyecto. En la planeación del proyecto, el equipo multidisciplinario debe concentrar todos los esfuerzos en un proyecto seleccionado o específico. Esto significa que para un proyecto espec ífico debemos recolectar datos e información ya no genéricos sino puntuales y en consecuencia nuestra base de datos adquiere un carácter especializado • Desarrollo del Sistema. Parte del hecho de haber formulado la decisión de implementar el proyecto. El objetivo de esta fase es el de establecer un plan de decisión que permita realizar el proyecto. En esta fase en general se debe tratar solo con componentes y no con alternativas particulares o específicas. Debemos realizar las especificaciones del proyecto y establecer la lista o el sistema de materiales o recursos que serán necesarios para realizar el proyecto • Producción o Consumo. En esta fase se procede a implementar el proyecto en sí, el cual comprende ya sea la producción de un artículo o la construcción de una obra o maquinaria _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 54 • Distribución o puesta en marcha. En esta fase se deben hacer llegar a los usuarios el producto elaborado o se pone en servicio la obra o maquinaria construida • Consumo u Operación. Esta es la fase más importante o principal de un proyecto y consiste en el consumo de lo elaborado, o bien en la puesta en operación de la maquinaria u obra construida • Retiro. Que coincide con la puesta en servicio y operación de un nuevo producto u obra o maquinaria en reemplazo del anterior PASOS • Definición del Problema. En primer lugar se debe plantear las necesidades que se requiere cubrir en cada una de las fases y en base a las mismas considerando el conjunto de disciplinas involucradas de las mismas se procede a la definición del problema • Medición del problema. Se debe establecer los objetivos de la fase en consideración del conjunto de disciplinas involucradas en el o los problemas planteados. Estos objetivos deben ser claros y precisos, los objetivos pueden surgir del análisis de sistemas que se realiza por algún cliente específico, o bien si se trata de una organización o institución, surgirá de las metas de la misma. Los objetivos pueden ser de la más diversa índole, sin embargo tres son los tipos más importantes: A) Objetivos netamente económicos, B) objetivos basados en la distribución del ingreso, C) los objetivos sociales. Los objetivos económicos son aquellos que se concretizan normalmente a través de lograr el mayor rendimiento en una inversión, de lograr la minimización de los costos de producción o lograr los máximos beneficios. Los objetivos económicos tienen la característica de ser cuantitativos y por lo tanto susceptibles a modelación. Los objetivos de distribución e ingresos tienen la característica de ser conflictivos es decir que tratan de promover el bienestar de un grupo a expensas de otro grupo. Estos objetivos también tienen las características de ser cuantitativos. Finalmente los objetivos sociales, como su nombre lo indica están dirigidos hacia el sistema de la sociedad involucrada en proyectos, son difíciles de cuantificar y normalmente involucran salud, educación, vivienda. Estos objetivos al ser difíciles de _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 55 cuantificar y poseer un alto grado de subjetividad provocan el uso de índices para su cuantificación. En general los objetivos varían de acuerdo al proyecto y de acuerdo al problema. En la medición del problema también se deben identificar las variables que intervienen en la fase de coordinación realizado en un principio en un inventario de variables. • Análisis de Datos. En el análisis de datos se realiza el procesamiento de la información reunida durante la medición de sistemas. Dicho procesamiento se realiza con una computadora. Su objetivo es descubrir las relaciones entre las variable con ayuda del reconocimiento de patrones y evaluación estadística de parámetros. • Modelado de sistemas. El grupo de análisis de sistemas procede a ejecutar el paso de modelado del sistema cuando en el paso anterior han llegado a determinar las relaciones importantes entre variables. El objetivo del modelado es el establecimiento de modelos que expliquen relaciones entre variable. Este es el paso más importante en cualquier fase, ya que los resultados del análisis nunca podrán ser mejores que el modelo que se emplee para el mismo. El modelo cambia de acuerdo con la etapa. • Síntesis de sistemas. En cada fase se especifica la mejor solución de acuerdo a criterios de evaluación. En sistemas complejos debe simularse el comportamiento de soluciones alternativas empleando modelos. Cuando la modelación es costosa utilice el criterio para descartar, sin recurrir a la simulación de diversas alternativas. Concentrar el esfuerzo en alternativas promisorias. No gastar más de lo que se piensa obtener como beneficio. Divida las alternativas en clase. Determine las clases más promisorias, luego explore soluciones dentro de dicha alternativa. • Toma de Decisiones. Para concluir con este paso, es importante establecer si entre todas las medidas de efectividad existe o no compatibilidad, es decir si se mide o no en la misma escala. Si todas tienen la misma escala para la toma de decisiones es posible conformar una sola función objetiva que aglutina el efecto de las distintas medidas de modo que utilizando alguna de las técnicas de optimización se pueda seleccionar la acción adecuada. Nota. El conocimiento de la metodología desde la definición del problema en la primera fase hasta la toma de decisiones en la última fase, no es suficiente para resolver los problemas de _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 56 la vida real, para esto se requiere de conocimientos específicos de una o varias ramas de la ciencia o la técnica que se complementa con la metodología del enfoque de sistemas Cada fase requiere de la concreción de todos los pasos a su vez cada paso requiere el empleo de ciertas metodologías para su concreción al margen de conocimientos de distintas disciplinas. EJERCICIO DE APLICACIÓN PROYECTO AGRÍCOLA Fases: Planeación del programa Ver la viabilidad de usar un determinado terreno para producir • Definición del problema o Objetivo. Aprovechar el potencial agrícola para el beneficio de los campesinos • Medición del problema. Determinación de variables trascendentes, periodos de lluvia, fuentes de riego, temperatura del terreno, dimensión del terreno, etc. • Análisis de Datos. Estudio de precipitación fluvial, estudio de suelo ( Hacer división del terreno), Humedad, promedio de temperatura (max, min), Constitución de las fuentes, capacidad de las fuentes,máquinas y planes • Modelaje. Se depura una relación con las variables que se constituyen en el sistema. Producto terreno Zi = Zonas Pc= Producto • Síntesis. Obtenemos la relación costo/beneficio (x1, x2, x3,…,xi), determinamos sus valores de efectividad (Xi) • Toma de decisiones. Escoger el Xi, a varias pruebas se les asigna una variante. Z1 P1 Z2 P2 Z3 P3 P4 Z4 _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 57 Pasos Fases Definición del problema Medición del Sistema Análisis de datos Modelado de sistemas Síntesis de sistemas Toma de decisiones Planeación de programa: Ver la viabilidad de usar un determinado terreno para producir Objetivo: Aprovechar el potencial agrícola de la región para beneficio de los campesinos Determinación de variables trascendentes, periodos de lluvia, fuentes de riego, temperatura del terreno, dimensión del terreno, etc. Estudio de la precipitación pluvial, estudio del suelo, (hacer division del terreno), humedad, promedio de temperatura (max,min), constitución de las fuentes capacidad de las fuentes, máquinas y planes Se depura una relación con las variables que se constituyen en el sistema Producto ßà terreno Obtenemos la relación costo/benefici o (X1,X2,…,Xj), determinamos sus valores de efectividad (Xj) Escoger el Xi, a varias pruebas se les asigna una variante. Planeación de proyecto Desarrollo del sistema Producción y construcción Distribución y puesta en servicio Operación o consumo Retiro: de una máquina En una unidad de producción Retiro de una unidad de producción X o una máquina Y Objetivo: Evitar que el costo de mantenimiento y operación aumente Variables: Costo de operación (CO) Costo de mantenimiento (CM) Costo de Adquisición (CA) Costo de Reventa (CR) - Sacar promedios de CO, CM - Agregar datos de CO, CM - Relacionar CO, CM, CA, y CR - Como esta la maquinaria nueva (MN) Modelo de Reemplazo: Costo medio=(CA- CM-CR)t (t=1,2,3,..,n) se debe encontrar un punto de optimización, cuando CM disminuye ese es el punto optimo. Cm es el menor que el de CR. Para el periodo donde CM-CR (costo de mantenimient o menos costo de reventa), es menor al CA (costo de adquisición) MATRIZ DE ACTIVIDADES _________________________________________________________________________ Lic. Katya Perez M. Ing. Carla Escobar O. 58 EJERCICIOS 1. Explique desde su punto de vista que es la Ingeniería de Sistemas 2. Explique con un ejemplo el ciclo de vida de un sistema. 3. Plantear un proyecto ecológico en todos sus pasos para la fase de operación o consumo, en la matriz de actividades 4. Cuales son las disciplinas con las cuales se relaciona la Ingeniería de Sistemas
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