Ingeniería de sistemas , técnica de utilizar conocimientos de diversas ramas de la ingeniería y la ciencia para introducir innovaciones tecnológicas en las etapas de planificación y desarrollo de un sistema.
La ingeniería de sistemas no es tanto una rama de la ingeniería como una técnica para aplicar el conocimiento de otras ramas de la ingeniería y disciplinas de la ciencia en una combinación efectiva para resolver un problema de ingeniería multifacético. Está relacionada con la investigación de operaciones, pero se diferencia de ella en que es más una función de planificación y diseño, que a menudo implica innovación técnica. Probablemente el aspecto más importante de la ingeniería de sistemas es su aplicación al desarrollo de nuevas posibilidades tecnológicas con el objetivo específico de ponerlas en práctica tan rápidamente como lo permitan las consideraciones económicas y técnicas. En este sentido puede verse como la partera del desarrollo tecnológico.
La palabra "sistemas" se utiliza con frecuencia también en otras combinaciones, especialmente cuando los elementos del avance tecnológico no son tan importantes. El análisis de sistemas es un ejemplo. La teoría de sistemas, o algunas veces la ciencia de sistemas, se aplica con frecuencia al análisis de sistemas físicos dinámicos. Un ejemplo sería una red eléctrica compleja con uno o más bucles de retroalimentación, en la que los efectos de un proceso vuelven a provocar cambios en la fuente del proceso.
En el desarrollo de las diversas disciplinas de la ingeniería en los siglos XIX y XX, fue inevitable una superposición considerable entre los diferentes campos; por ejemplo, la ingeniería química y la ingeniería mecánica estaban relacionadas con la transferencia de calor y el flujo de fluidos. Una mayor proliferación de especializaciones, como en las muchas ramas de la ingeniería eléctrica y electrónica, como la teoría de las comunicaciones, la cibernética y la teoría de la computación, llevó a una mayor superposición. La ingeniería de sistemas puede verse como un último paso lógico en el proceso. Los ingenieros de sistemas con frecuencia tienen experiencia en electrónica o comunicaciones y hacen un uso extensivo de las computadoras y la tecnología de las comunicaciones. Sin embargo, la ingeniería de sistemas no debe confundirse con estos otros campos. Fundamentalmente un punto de vista o un método de ataque,no debe identificarse con ningún área sustantiva en particular. Por su naturaleza y por la naturaleza de los problemas que ataca, es interdisciplinario, un procedimiento para unir técnicas y cuerpos de conocimiento separados para lograr un objetivo prescrito de manera eficaz.
En general, es probable que un enfoque de ingeniería de sistemas difiera de un enfoque de diseño convencional al exhibir una mayor generalidad en su marco lógico básico y una mayor preocupación por los objetivos fundamentales a alcanzar. Por lo tanto, en cada etapa, es probable que el ingeniero de sistemas pregunte por qué y cómo, en lugar de simplemente cómo.
Además de la ingeniería de sistemas, es importante definir los propios sistemas. Los sistemas de los que se ocupa un ingeniero de sistemas son, ante todo, artificiales. En segundo lugar, son grandes y complejos; sus componentes interactúan de manera tan extensa que es probable que un cambio en una parte afecte a muchas otras. A menos que exista tal interacción, el ingeniero de sistemas tiene poco que hacer, al menos a nivel de sistemas; puede recurrir inmediatamente a los componentes mismos. Otra característica importante de los sistemas es que sus entradas son normalmente estocásticas; es decir, las entradas son esencialmente funciones de tiempo aleatorias, aunque pueden presentar regularidades estadísticas. Por lo tanto, no se puede prever exactamente a qué estará expuesto el sistema en funcionamiento real,y su desempeño debe evaluarse como un promedio estadístico de las respuestas a una variedad de posibles entradas. Un cálculo basado en una única función de entrada definida con precisión no es suficiente.
Los sistemas también pueden variar según la cantidad de juicio humano que entra en su funcionamiento. Existen, por supuesto, sistemas como circuitos eléctricos, equipos de producción automatizados o robots que pueden operar de una manera completamente determinada. En el otro extremo, están los sistemas de gestión y control, tanto para fines comerciales como militares, en los que las máquinas, en cierto sentido, hacen la mayor parte del trabajo pero con supervisión humana y toma de decisiones en puntos críticos. Claramente, estos sistemas mixtos hombre-máquina ofrecen la mayor variedad de posibilidades y problemas para el ingeniero de sistemas. Los aspectos de tales sistemas se tratan en el artículo de ingeniería de factores humanos.
El desarrollo de la ingeniería de sistemas
Modelo matematico
El enfoque de sistemas proviene de varias fuentes. En un sentido amplio, puede considerarse como una simple extensión de la metodología científica estándar. Es un procedimiento común en la ciencia (y en otros lugares) enumerar todos los factores que pueden afectar una situación dada y seleccionar de la lista completa aquellos que parecen críticos. El modelado matemático, quizás la herramienta más básica en la ingeniería de sistemas, es una técnica que se encuentra en cualquier rama de la ciencia que se ha vuelto suficientemente cuantitativa. Así, en este sentido amplio, el enfoque de sistemas es simplemente el heredero de una tradición que tiene generaciones, si no siglos, de antigüedad.
Al buscar fuentes más recientes y más específicas para el enfoque de sistemas, por otro lado, hay dos en particular que se destacan. Primero está el campo general de las comunicaciones, particularmente la telefonía comercial, donde la ingeniería de sistemas apareció por primera vez como una disciplina explícita por derecho propio. Se pueden encontrar rastros del enfoque de sistemas en la ingeniería telefónica al menos desde principios de siglo, y las ideas de sistemas eran bastante comunes en telefonía en los años veinte y treinta. Cuando Bell Telephone Laboratories, el brazo de investigación de American Telephone & Telegraph Company, se incorporó oficialmente en 1925, sus dos principales divisiones de ingeniería se llamaron respectivamente Desarrollo de Aparatos y Desarrollo de Sistemas. Sin embargo, una doctrina formal completa del papel de la ingeniería de sistemas,Surgió por primera vez en los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial como parte de un esfuerzo por redefinir la política y la estructura de la investigación y el desarrollo. Esta doctrina situó el esfuerzo de ingeniería en un nivel de paridad lógica con los esfuerzos de investigación y desarrollo y lo hizo de un tamaño real casi comparable, al menos con la investigación. El ingeniero de sistemas tenía una multitud de funciones, con especial énfasis en la utilización eficaz de los avances científicos y técnicos en la planificación de nuevos sistemas de comunicaciones. Este conjunto particular de ideas, por supuesto, reflejaba las necesidades especiales de la telefonía. Sin embargo, como ejemplo y punto de partida, tuvo un amplio efecto. Parece ser una de las razones por las que un tema tan esotérico como la ingeniería de sistemas avanzó tan rápidamente como lo hizo. (Para una discusión detallada de los aspectos de investigación y desarrollo de la ingeniería de sistemas,ver el artículo investigación y desarrollo.)
Investigación de operaciones e ingeniería de sistemas
Una segunda fuente importante para la ingeniería de sistemas es la investigación de operaciones, que se originó de manera reconocible en Gran Bretaña durante la Segunda Guerra Mundial e inicialmente se preocupó por el mejor empleo del equipo militar. Los ejemplos típicos incluían determinar el mejor empleo de un número determinado de bombarderos, la mejor forma de organizar los convoyes contra un ataque submarino y la mejor forma de utilizar interceptores contra un bombardeo. La investigación operativa fue eficaz en tales casos y ha prosperado desde entonces tanto en contextos civiles como militares.
Existe una clara distinción entre investigación de operaciones e ingeniería de sistemas. Debido a que la investigación de operaciones se preocupa por el mejor empleo de los equipos existentes, no surgen incertidumbres tecnológicas. La ingeniería de sistemas, por otro lado, normalmente se ocupa de la planificación de nuevos equipos y estas incertidumbres pueden ser importantes. En la práctica, sin embargo, la ingeniería de sistemas y la investigación de operaciones tienen mucho en común. En particular, comparten muchas de las mismas técnicas analíticas. Esto se debe en gran parte al hecho de que es probable que un ingeniero de sistemas evalúe la eficacia de un diseño tentativo mediante los mismos métodos que utilizaría un especialista en investigación de operaciones con el hardware real.
Otra razón para la superposición es el hecho de que la distinción entre equipos nuevos y existentes no está del todo clara. La novedad en el equipamiento es un asunto relativo. Si el nuevo equipo se basa suficientemente en las técnicas de diseño existentes y parece involucrar pocas incertidumbres técnicas suficientes, el problema pierde importancia. La cuestión es de grado y, hasta cierto punto, de juicio.
La mayor parte del carácter actual de la ingeniería de sistemas se deriva históricamente de principios de la década de 1950. Hubo algunos eventos dignos de mención en los años inmediatamente posteriores a la Segunda Guerra Mundial, incluida, por ejemplo, la introducción de la programación lineal en 1947 y la fundación de varias organizaciones para el desarrollo continuo del campo a fines de la década de 1940. En general, sin embargo, este fue un período de consolidación de avances anteriores. Así, en el campo de las comunicaciones los principales sistemas fueron algunos sistemas de transmisión de larga distancia que se habían iniciado antes de la guerra y habían sido interrumpidos por actividades bélicas.
En la década de 1950, el ritmo de crecimiento se aceleró apreciablemente. El primer libro de texto general sobre ingeniería de sistemas apareció en 1957 y fue seguido por una serie de otros trabajos que trataron aplicaciones industriales y militares. Estas publicaciones demostraron ser suficientes para establecer la ingeniería de sistemas como una disciplina académica aceptada, y sus cursos se imparten ahora en muchas universidades de los países desarrollados del mundo. Existen sociedades y revistas profesionales en Francia, India, Japón, Alemania, Reino Unido y Estados Unidos.
Comunicaciones y electrónica
El desarrollo de la ingeniería de sistemas después de 1950 se debió, en gran parte, al impacto de grandes avances en campos adyacentes, en particular comunicaciones y electrónica. Un sistema de control automático es un buen ejemplo. Un sistema de control tiene la característica principal de que los componentes interactúan extensamente y que el sistema en su conjunto tiene ciertas propiedades , por ejemplo, estabilidad, que no se puede decir que se adhieran a ningún componente individual. Así, los sistemas de control proporcionaron ejemplos prácticos de libros de texto para la ingeniería de sistemas.
El desarrollo de la teoría de la información como punto de partida básico para la ingeniería de comunicaciones, en los años inmediatamente posteriores a la Segunda Guerra Mundial, también influyó en la configuración de la evolución de la ingeniería de sistemas. Se encontró que los diversos subsistemas en muchos sistemas completos se mantenían unidos por lo que eran, en efecto, canales de comunicación. Así, las ideas de transferencia de información de una parte del sistema a otra resultaron útiles para comprender el funcionamiento de la estructura como un todo.
Ingeniería informática y de sistemas
La ingeniería de sistemas también se benefició del advenimiento de las computadoras y el posterior desarrollo de potentes lenguajes de programación de alto nivel, que afectaron al campo de dos formas principales. En primer lugar, proporcionaron nuevas herramientas para analizar sistemas complejos mediante cálculos extensos o simulación directa. En segundo lugar, podrían utilizarse para digerir grandes cantidades de datos o como componentes reales de sistemas complejos, especialmente aquellos relacionados en gran medida con la transmisión de información. Esto abrió la posibilidad de procesar información así como simplemente transmitirla en dichos sistemas (ver también procesamiento de información).
El impacto de los problemas de las armas militares en la ingeniería de sistemas comenzó poco después de la Segunda Guerra Mundial. Una fecha histórica fue 1945, cuando se inició el desarrollo de Nike Ajax, un sistema de misiles de defensa aérea estadounidense.
En 1945, la propulsión de cohetes disponible parecía apenas suficiente para darle al misil un alcance táctico satisfactorio. Se descubrió que el alcance alcanzable dependía de varios parámetros, como el peso y el tamaño de la ojiva, la finura del diseño aerodinámico del misil, el grado de maniobrabilidad proporcionado por el sistema de control y la forma de la trayectoria y la velocidad promedio a lo largo del mismo. Por lo tanto, se montó un esfuerzo efectivo de ingeniería de sistemas en el que se exploraron una variedad de combinaciones de las propiedades del misil, con el objetivo de lograr el mejor equilibrio entre el alcance y otras características tácticas.
Las preguntas de control y retroalimentación también fueron aspectos importantes del problema general de los sistemas. De hecho, todo el sistema era un circuito de retroalimentación gigantesco porque el misil estaba controlado por órdenes enviadas desde una computadora de tierra, y la entrada de la computadora incluía información sobre lo que el radar de seguimiento observó que estaba haciendo el misil. Por lo tanto, hubo un circuito de retroalimentación cerrado desde el misil a la computadora y nuevamente al misil. También había circuitos de retroalimentación subsidiarios como el del piloto automático que controlaba la actitud del misil, y la respuesta dinámica del sistema se vio aún más afectada por la necesidad de procesar las señales del radar para eliminar la "fluctuación" del radar. El análisis de sistemas dinámicos tan elaborados que involucran rutas de retroalimentación entrelazadas se ha convertido en una parte especial importante del área de sistemas generales.
En las décadas de 1950 y 1960, la ingeniería de sistemas también creció en otras direcciones, en gran parte como resultado de proyectos de sistemas de armas asociados con la Guerra Fría. Por tanto, el estudio Ajax se centró en la dinámica de un solo misil aislado. Por otro lado, los sistemas de defensa que surgieron en la década de 1950 involucraron la operación coordinada de una gran cantidad de misiles, cañones, interceptores e instalaciones de radar diseminados en un área considerable. Todos estos se mantuvieron unidos por una gran computadora digital, que se convirtió así en el elemento central del sistema. El sistema SAGE (entorno terrestre semiautomático) en los Estados Unidos es un buen ejemplo.
Durante los mismos años, el enfoque de sistemas también se identificó cada vez más con las funciones de gestión. Así, la frase “ingeniería de sistemas y dirección técnica” se utilizó para describir el papel de un ingeniero de sistemas responsable tanto de la planificación inicial de un proyecto como de su gestión posterior. Se desarrollaron las denominadas técnicas de planificación, programación y presupuestación (PPB) para proporcionar combinaciones similares de ingeniería de sistemas y gestión financiera.
En campos no militares, la ingeniería de sistemas se ha desarrollado en líneas similares aunque más modestas. Era probable que las primeras aplicaciones hicieran hincapié en los sistemas de control de retroalimentación en instalaciones de producción automatizadas a gran escala, como laminadores de acero y refinerías de petróleo. Las aplicaciones posteriores hicieron hincapié en los sistemas de control e información de gestión basados en computadora, algo similares a los que se habían desarrollado anteriormente para la defensa aérea. En años más recientes, el enfoque de sistemas se ha aplicado ocasionalmente a empresas civiles mucho más grandes, como la planificación de nuevas ciudades.
