29、达尔文项目：学术与工业的双重成功

达尔文项目：学术与工业的双重成功

1. 项目成果概述

达尔文项目无疑是学术与工业领域的双重成功典范。研究团队发表了超过 50 篇学术论文，其中 5 篇荣获最佳论文奖。团队开发的一系列成功方法，已融入飞利浦医疗保健磁共振成像（Philips Healthcare MRI）的工作流程。研究成果的转化不仅局限于项目的工业合作伙伴，还拓展到飞利浦的其他业务部门，甚至欧洲的一些高科技公司。此外，ISO/IEC CD1 42010 标准“系统和软件工程 - 架构描述”也引用了该项目的研究成果。

2. 项目活动与知识管理

2.1 知识传播与整合

• 知识传播 ：各项目合作伙伴负责撰写和发表出版物，并对这些出版物进行跟踪，以提供出版物概述。达尔文项目的出版流程确保所有出版物在提交给会议、研讨会或期刊之前，都经过了飞利浦机密性和知识产权相关的审查。
• 知识整合 ：该活动旨在确保项目成果得到妥善存储，以供后续使用。在项目的最后一年，开始对需要存档的内容进行盘点，主要存储技术报告、演示文稿和工具，以便将成果应用于与其他工业合作伙伴的项目中。

2.2 论文与书籍撰写

• 论文撰写 ：这是博士研究人员的任务，每位研究人员的目标是撰写一篇用于博士答辩的论文。
• 书籍撰写 ：由嵌入式系统研究所（ESI）和博士研究人员共同完成，旨在向学术和工业界展示项目成果。论文和书籍的撰写工作均在项目的最后一年进行。

3. 工业影响与经验教训

3.1 研究面临的挑战

在工业实验室项目中，研究人员面临以下四个挑战：
1. 发表与应用的困境 ：研究成果的发表能力与实际应用之间存在矛盾。
2. 领域参与程度 ：研究人员需要在多大程度上参与领域研究，以及是否需要进行适当的调整以促进研究成功。
3. 研究与服务的抉择 ：面临是专注于研究还是提供服务的两难选择。
4. 结果预估需求 ：需要让从业者对预期结果进行估算。

3.2 影响研究与转移的因素

研究人员的参与度和可用的工作解决方案对技术转移至关重要。

3.3 项目活动的经验教训

为未来的工业实验室项目总结出以下五条经验教训：
1. 问题诊断深度 ：问题诊断需要对问题进行深入定义。现在会花费更多时间进行问题分析，并组建更灵活的项目团队。
2. 从业者持续可用性 ：工业从业者的持续可用性很重要。若出现一段时间的不可用情况，结束后应进行深入讨论，而非简单更新亮点内容，讨论应聚焦于工业背景的细节和影响。
3. 系统工程课程提前 ：系统工程课程应在项目早期开设，最好在项目的第一年结束时。
4. 博士研究人员指导 ：在工业实验室项目中工作的博士研究人员应由大学导师进行主要指导，因此大学导师应参与各种项目会议。
5. 技术用户设想 ：设想新技术的用户有助于确定采用该技术的基本要求，这一设想应在项目早期阶段进行，特别是在问题诊断和跨学科研究活动中。

4. 研究可演化性的挑战与技术愿景

4.1 研究挑战

研究可演化性面临诸多困难。一方面，缺乏对可演化性的客观、直接测量方法；另一方面，可演化性不仅是系统的属性，还依赖于业务、流程和组织等方面。此外，研究需要孤立地考虑可演化性，而在实际设计系统时，架构师需要在众多理想的系统属性中进行平衡。

4.2 技术愿景

在达尔文项目中，开发了一个研究可演化性的技术愿景，该愿景包含四个相互强化和依赖的元素，以下对这些元素进行单独讨论：
|元素|要点|
|----|----|
|挖掘现有实现|应用领域知识与挖掘知识同样重要。研究新的挖掘方法时，研究人员可能需要自己成为相关领域的专家。此外，仅呈现挖掘结论是不够的，还需提供推理过程，可通过链接原始数据和可视化等机制进行沟通。|
|参考架构|可演化性始于对系统的了解，组织内对系统的理解应共享。参考架构有助于促进组织内的共享理解，捕获和维护相关信息，提高组织对变化的适应性。为创建构成架构的视图，开发了一些有效的方法。|
|机制、模式和指南|可视化和建模对可演化性有益，它能促进所有利益相关者之间的沟通并获得早期反馈。在多个方面的可视化和建模经验表明，两者都不可或缺。例如，在建模患者通信系统时，直观的可视化对于利益相关者理解模型并提供反馈至关重要。|
|经济决策|进行与可演化性相关的经济决策时，需要整体视角。短期或局部的改进可能会被长期、全局的可演化性下降所抵消。系统工程师需要在各种系统属性之间进行平衡，从业者需要一种易于解释和比较的可演化性度量方法，可通过定量成本效益分析来实现。|

以下是达尔文技术愿景的 mermaid 流程图：

graph LR;
    A[挖掘现有实现] --> B[参考架构];
    A --> C[机制、模式、指南];
    A --> D[经济决策];
    B --> C;
    B --> D;
    C --> D;

5. 项目总结与展望

达尔文项目取得了显著的成功，开发了许多与可演化性相关的方法，其对工业的影响广泛。然而，可演化性的研究工作尚未结束，需要进一步的研究来加深对可演化性的理解，并将这些理解融入现有的工业流程和方法中，以提高系统工程的实践水平。希望项目中描述的方法能为嵌入式系统的可演化性提供有益的见解。

达尔文项目：学术与工业的双重成功

6. 合作研究的优势与挑战

6.1 合作带来的优势

达尔文项目是嵌入式系统研究所及其学术和工业合作伙伴的合作研究项目。学术伙伴为项目带来了先进的研究方法和专业知识，工业伙伴飞利浦医疗保健磁共振成像提供了系统工程经验和嵌入式系统实践经验。嵌入式系统研究所则凭借其在系统架构和建模方面的专业知识，以及连接学术与工业世界的“工业即实验室”研究范式，为项目做出了贡献。

各方在合作中均获得了显著的益处：
- 学术伙伴 ：能够接触到从业者和工业知识库，了解工业问题及其紧迫性，观察系统在缺乏深入科学理解情况下的演变过程。并且在问题分析和方法开发阶段就能获得反馈，而非在成果发表之后。
- 工业伙伴 ：得益于项目对系统整体和全局优化的长期关注，能够了解技术进步及其在实践中的应用，还能从其他伙伴的客观观点和询问中受益。
- 嵌入式系统研究所 ：加深了对系统架构和建模实践的理解，并将项目的见解和成果融入到为未来架构师提供专业培训的能力发展计划中。

6.2 合作面临的挑战及应对

合作带来利益的同时，也伴随着挑战。为避免合作中的陷阱，总结了以下应对措施：
|挑战类型|应对措施|
|----|----|
|研究人员面临的困境|明确发表研究成果与成果应用的平衡，合理确定研究人员在领域中的参与程度，权衡研究与服务的侧重，让从业者对预期结果进行估算。|
|影响研究与转移的因素|确保研究人员的高度参与，保证有可用的工作解决方案以促进技术转移。|
|项目活动的经验教训|按照前文提到的五条经验教训，如深入进行问题诊断、保证工业从业者的持续可用性、提前开设系统工程课程、加强大学导师对博士研究人员的指导以及在项目早期设想技术用户等，来开展项目活动。|

7. 各技术愿景元素的具体实践与成果

7.1 挖掘现有实现的实践

在挖掘现有实现方面，以达尔文项目中的一位研究人员为例，他为了研究新的挖掘方法，主动获取了部分领域知识，从而摆脱了对领域专家稀缺资源的依赖，能够高效地探索新挖掘方法的巨大参数空间。在呈现挖掘结果时，除了结论，还通过链接原始数据和可视化等方式提供推理过程，例如在第 3 - 5 部分有相关示例。

7.2 参考架构的应用

参考架构在提高可演化性方面发挥了重要作用。它帮助组织内共享对系统的理解，捕获和维护相关信息，增强了组织对变化的适应能力。例如，在飞利浦医疗保健磁共振成像中，为创建构成架构的视图，开发了一些有效的方法，相关视图在第 2 部分有讨论。

7.3 机制、模式和指南的效果

可视化和建模在多个方面的应用证明了其对可演化性的益处。以下是一些具体方面的实践：
|方面|实践情况|
|----|----|
|工作流|在第 6 和 10 部分的工作流可视化和建模中，促进了利益相关者之间的沟通和早期反馈。|
|受控系统和控制要求|在第 11 部分对受控系统和控制要求的可视化和建模，有助于更好地理解和设计系统。|
|数据和控制流|第 12 部分的数据和控制流可视化和建模，提高了系统的可理解性和可维护性。|

7.4 经济决策的考量

在进行与可演化性相关的经济决策时，需要从整体视角出发。例如，在第 16 部分讨论了在嵌入式系统演化中平衡质量和上市时间的问题。为了便于从业者进行决策，需要一种易于解释和比较的可演化性度量方法，如第 15 部分通过定量成本效益分析来实现。

8. 项目成果的广泛传播与应用

达尔文项目的成果不仅在学术领域取得了显著成就，还在工业界得到了广泛的传播和应用：
- 学术成果 ：发表了超过 50 篇学术论文，其中 5 篇获得了最佳论文奖。以下是部分年份的部分论文示例：
|年份|论文标题|
|----|----|
|2006|Ciraci S, van den Broek P. Evolvability as a quality attribute of software architectures. In: Proceedings of the international ERCIM workshop on software evolution, Lille, France, pp 29–32, 2006|
|2007|van Beek DA, Hofland AT, Reniers MA, Rooda JE, Schiffelers RRH. Co-simulation of Chi and Simulink models. In: Proceedings of EUROSIM, pp 9–13, 2007|
|2008|van Beek DA, Reniers MA, Rooda JE, Schiffelers RRH. Concrete syntax and semantics of the compositional interchange format for hybrid systems. In: Proceedings of International Federation of Automatic Control (IFAC), Coex, South Korea, 2008|
|2009|van Beek TJ, Tomiyama T. Integrating conventional systems views with function - behaviour - state modelling. In: Proceedings of the 19th CIRP design conference, Cranfield University Press, Cranfield, pp 65–72, 2009|
|2010|van Beek TJ, Erden MS, Tomiyama T. Modular design of mechatronic systems with function modeling. Mechatron J. doi:10.1016/j.mechatronics.2010.02.002, 2010|

• 工业应用 ：研究团队开发的一些成功方法已成为飞利浦医疗保健磁共振成像工作方式的一部分，并且成果的转移不仅局限于该项目的工业合作伙伴，还扩展到飞利浦的其他业务部门，甚至欧洲的一些高科技公司。此外，ISO/IEC CD1 42010 标准“系统和软件工程 - 架构描述”也参考了达尔文项目的成果。

9. 总结与未来方向

达尔文项目无疑是一个成功的典范，无论是在学术还是工业领域都取得了丰硕的成果。通过合作研究，各方发挥了自身的优势，共同开发了许多与可演化性相关的方法。在研究可演化性的过程中，虽然面临诸多挑战，但通过技术愿景的四个元素（挖掘现有实现、参考架构、机制模式和指南、经济决策）的实践，取得了显著的进展。

然而，可演化性的研究仍然任重道远。未来需要进一步的研究来加深对可演化性的理解，特别是如何将这些理解更好地融入现有的工业流程和方法中，以提高系统工程的实践水平。同时，希望项目中所描述的方法能够为嵌入式系统的可演化性提供有价值的参考，推动相关领域的发展。

以下是总结项目整体流程的 mermaid 流程图：

graph LR;
    A[合作研究启动] --> B[研究可演化性面临挑战];
    B --> C[制定技术愿景];
    C --> D[各元素实践与成果];
    D --> E[成果传播与应用];
    E --> F[总结与未来研究方向];