A systematic cross-industry review, analysis and synthesis towards a reference framework for risk, resilience and safety in Autonomous Marine Systems domain

Hollming, Eero

A systematic cross-industry review, analysis and synthesis towards a reference framework for risk, resilience and safety in Autonomous Marine Systems domain

Files

master_Hollming_Eero_2017.pdf (8.97 MB)

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Hollming, Eero

Date

2017-12-13

Major/Subject

Operations and Service Management

Mcode

SCI3049

Degree programme

Master’s Programme in Industrial Engineering and Management

Language

en

Pages

156 + 22

Abstract

Advances in science and technology drive inevitably towards a future of cyber-human-hybrid behavioral ultra-large-scale apparatuses and related world-cognitions in entire future societies, inclusive future transport realms. The requisite caliber whole-systems-responses to the emerging rigorous engineering and operations of risk-averse, safety-assured, dependable ultra-large-scale behavioral apparatuses have gained increasing interest among professionals who work with the disciplined approaches and requisite response- envelope-level-shifts for the emerging paradigm-shift. Earlier research has identified a broad range of challenges in responding to and within the ultra-large-scale future cyber-socio-technical apparatuses. Such approaches add the emerging body of knowledge and viable practical interventions, but seem to co-evolve relatively scattered as per the requisite caliber societal vs. industry conversations on the rigorous engineered infusions of the PESTEL-embedded wholes-systems apparatuses and related operational future world- cognitions. Thus, the efforts enable new opportunities for increasing advances of synthetic-cognition- intensive future cyber-human-hybrid apparatuses, but still at the nascent state need requisite response- envelope-level-shifts. Relatively few studies have yet examined the emerging gap in complex paradigm-shifting co-evolution into cyber-autonomy-intensive future, and requisite rigorously engineered infusions of large-scale safety- assured, cross-layer-dependable-dependent ultra-large-scale behavioral cyber-socio-technical apparatuses and related world-cognitions therein/thereto, with a systematic analysis towards the requisite caliber response-envelope level-shifts from PESTEL-wide societal vs. industry control-coordination to granular focal/micro-meso-macro-layers-spanning responses perspective. This thesis addresses the gap in current knowledge by studying what the systemic-shifting landscape is, what the challenges and response- opportunities therein/thereto are, and what levels of viable/feasible/affordable industry-realm-agnostic abstraction frames would be needed, and were appropriate, for elaborating with actionable co-evolutionary dialogues with the early-phase assured-dependability-driven completeness of the societally whole-systems- embedded rigorous engineered infusions of such large-scale assured-dependable behavioral apparatuses and related operational-responses world-cognitions. This thesis consists of a broad literature review, and an empirical units-of-analysis-traversal-driven study of multiple transport realms. Based on the elicited and inferred systemic-shifting landscape, the challenges thereof for such infusions, and inferred research-advance-view on advancing with safety- and dependability- assured complex cyber-socio-technical apparatuses infusions, from the converging lenses of the literature review, multiple scale-, scope- and realm-agnostic abstractions were inferred as a coherent multiply- entangled spiral-iterative frames. Thereon, with the focal-to-systemic traversals of the empirical study’s eclectic fuller-understanding-seeking discovery-explorations on viably transferable insights on the requisite Advances in science and technology drive inevitably towards a future of cyber-human-hybrid behavioral ultra-large-scale apparatuses and related world-cognitions in entire future societies, inclusive future transport realms. The requisite caliber whole-systems-responses to the emerging rigorous engineering and operations of risk-averse, safety-assured, dependable ultra-large-scale behavioral apparatuses have gained increasing interest among professionals who work with the disciplined approaches and requisite response- envelope-level-shifts for the emerging paradigm-shift. Earlier research has identified a broad range of challenges in responding to and within the ultra-large-scale future cyber-socio-technical apparatuses. Such approaches add the emerging body of knowledge and viable practical interventions, but seem to co-evolve relatively scattered as per the requisite caliber societal vs. industry conversations on the rigorous engineered infusions of the PESTEL-embedded wholes-systems apparatuses and related operational future world- cognitions. Thus, the efforts enable new opportunities for increasing advances of synthetic-cognition- intensive future cyber-human-hybrid apparatuses, but still at the nascent state need requisite response- envelope-level-shifts. Relatively few studies have yet examined the emerging gap in complex paradigm-shifting co-evolution into cyber-autonomy-intensive future, and requisite rigorously engineered infusions of large-scale safety- assured, cross-layer-dependable-dependent ultra-large-scale behavioral cyber-socio-technical apparatuses and related world-cognitions therein/thereto, with a systematic analysis towards the requisite caliber response-envelope level-shifts from PESTEL-wide societal vs. industry control-coordination to granular focal/micro-meso-macro-layers-spanning responses perspective. This thesis addresses the gap in current knowledge by studying what the systemic-shifting landscape is, what the challenges and response- opportunities therein/thereto are, and what levels of viable/feasible/affordable industry-realm-agnostic abstraction frames would be needed, and were appropriate, for elaborating with actionable co-evolutionary dialogues with the early-phase assured-dependability-driven completeness of the societally whole-systems- embedded rigorous engineered infusions of such large-scale assured-dependable behavioral apparatuses and related operational-responses world-cognitions. This thesis consists of a broad literature review, and an empirical units-of-analysis-traversal-driven study of multiple transport realms. Based on the elicited and inferred systemic-shifting landscape, the challenges thereof for such infusions, and inferred research-advance-view on advancing with safety- and dependability- assured complex cyber-socio-technical apparatuses infusions, from the converging lenses of the literature review, multiple scale-, scope- and realm-agnostic abstractions were inferred as a coherent multiply- entangled spiral-iterative frames. Thereon, with the focal-to-systemic traversals of the empirical study’s eclectic fuller-understanding-seeking discovery-explorations on viably transferable insights on the requisite rigorous engineered infusions in a target realm, the study inferred systemic-unfolding/folding propositions applicable and relevant to such requisite caliber full-spectrum response-envelope-level-shifts both into target realm, and as possibly wider in generalized level of systemic responses-driven interventions on the whole-systems-driven safety-assured, cross-layer-dependable-dependent rigorous engineered infusions of and within the future behavioral apparatuses. The findings of this thesis indicate that the future cross-layer-dependable-dependent cyber-human-hybrid behavioral cyber-socio-technical apparatuses and related world-cognitions need to be addressed with a whole-systems-driven assured behavioral-completeness-driven societal vs. industry level control/coordination, and related granular trade-spaces-driven traversals, to deliver a viable/feasible/affordable whole-systems co-evolution towards future transport systems. As a result, a new frameset is suggested to explain how the rigorous engineered infusions as societal vs. industry-realm interplay may be co-evolved with requisite caliber of established and emerging ultra-large-scale cyber-socio- technical apparatuses engineering conversations. The thesis emphasizes a broad conceptualization of the terms engineering and engineered infusion, which scope is of crucial importance to the entire adopted research perspective and outcomes thereof. The thesis elaborates with a range of pristine and genuine concepts and with a rather novel and rare overall research perspective thereon, and advances the existing theoretical understanding and provides a novel perspective to advancing the emerging systemic-wicked societal vs. industry dialogues from PESTEL-wide levels to full-spectrum traversals of cross-discipline granular levels. Furthermore, new directions are opened up for future research. For practitioners, this thesis suggests guidelines for supporting rigorous engineered infusion of future behavioral apparatuses effectively especially with the early phases of envisioning, capturing, and addressing the wholes-systems-completeness from societal vs. industry dialogues to granular detailed traversals levels.

Tieteen ja teknologian nopea kehitys johtaa vääjäämättömästi kohti tulevaisuuden tekoälykkyyspohjaisten ja ihmisten yhdessä muodostamiin laajoihin autonomisesti käyttäytyviin järjestelmiin ja operatiiviseen yhteiskunnan toimintaan – ml. liikennejärjestelmien, myös merenkulun tuleva kehitys. Tarvittavat kertaluokan kehittämismenettelyt ao. turvallisuus- ja luotettavuus-intensiivisten järjestelmien kokonaisvaltaiseen suunnitteluun, toteuttamiseen, käyttöönottoon ja operatiiviseen toimintaan liittyen ovat kasvavan tutkimuskiinnostuksen alueita tahoilla, jotka pyrkivät kehittämään ratkaisuja erittäin laajojen kyber-sosio-teknisten järjestelmien mukanaan tuomiin uusiin haasteisiin liittyen. Aiempi tutkimus on laajasti tunnistanut ja tuottaa uusia lähestymistapoja, tietoa ja käytäntöjä, mutta on toistaiseksi paradigmamuutoksen varhaisessa vaiheessa kovin hajanaisesti kokonaiskehittämisen tasolla integroitunut tuottamaan systeemisesti vahvasti suunniteltuja kokonaisuuksien kehittymisintegraatioita tarvittavan kertaluokan yhteiskunnallisen ja teollisen kehittämisen tasolla ao. paradigmamuutoksen haasteisiin vastaamiseksi. Toistaiseksi jokseenkin vähäinen määrä tutkimuksia on käsitellyt ao. paradigmamuutoksen mukana kehittyvää kuilua ja siihen tarvittavien kertaluokkatasolla edistyneempien kehittämismenettelyjen ja toimintaratkaisujen aikaansaamista tutkimustasolla, jossa huomioidaan systemaattisen analyysin avulla yhteiskunnallisen ja teollisen kontrollin ja koordinaation dialogin tasoilta lähtien tarvittavien yksityiskohtien tasoille kattavasti ulottuva ao. laajoihin autonomiseen käyttäytymiseen pohjautuvien kyber-sosio-teknisten yhteiskunnallisten toimintojen kertaluokkatasolla edistyneempien menettelyjen systemaattisen kehittämisen ja toteutuksen haasteet, mahdollisuudet ja potentiaaliset menettelyt. Tämä tutkimus tarjoaa uutta tietoa tutkimalla ao. kehittyvää paradigmamuutosta, sen myötä tulevia haasteita ja mahdollisuuksia niihin vastaamiseksi sekä tutkimalla poikkitoimialaisesti perustuvalla analyysillä, millaisilla ja mille tasoille suunnatuilla abstraktiopohjaisilla kehittämismenettelyillä voisi olla mahdollisuuksia menestyä em. yhteiskunnallisen ja teollisen dialogin tasolta kohdistetuille kehittämisen alueille uusien kertaluokkaa edistyneempien teollisen kehittämisen ja toiminnan menettelyjen aikaansaamisessa. Tutkimus koostuu laajasta taustan kirjallisuuskatsauksesta systemaattisen ja laaja-alaisen kokonaiskuvan muodostamiseksi ao. paradigmamuutoksesta sekä sen haasteista ja mahdollisuuksista ao. kertaluokkaa edistyneempien menettelyjen aikaansaamiseksi turvallisten ja luotettavien autonomisten kokonaisjärjestelmien tasolla. Tämän pohjalta tutkimuksessa luodaan joukko abstraktiokehyksiä, joiden avulla pyritään analysoimaan systemaattisesti edistyen eri liikennejärjestelmien piiristä tunnistettavia ao. toimintaympäristöön liittyviä seikkoja sekä niihin sidoksissa olevia kehittämisen näkökohtia, joilla on merkitystä tutkimuksessa tuotetun synteesin suhteen. Ao. tutkimusosissa käydään systemaattisesti vuoroin fokusoiden ja vuoroin temaattisesti laajentaen tarkoituksellisia kohteita, joista tunnistetaan keskeisiä piirteitä synteesissä muodostettavan kokonaisnäkemyksen tasoille. Tutkimus tuottaa joukon toisiinsa liittyviä abstraktio-kehyksiä, joiden avulla tarkastelun kohteena olevilla toimialoilla voidaan tuottaa systemaattisella tavalla turvallisia, luotettavia tulevaisuuden autonomiseen käyttäytymiseen pohjautuvia laajoja yhteiskunnallisia järjestelmäkokonaisuusia sekä niihin liittyen uudistuvaa yhteiskunnan eri tasoilla tarvittavilla tasoille kehittyvää toimintaa. Tutkimus osoittaa, että tulevaisuuden autonomisia laaja-alaisia yhteiskunnallisia järjestelmiä pitää kehittää menettelyillä, jotka kattavat yhteiskunnan ja teollisen dialogin tasoilta yksityiskohtaisille kohdealueille kattavat spiraalimaisesti kehittyvät käytännöt, jotka perustuvat laajasti jo muualla ao. kertaluokan haasteisiin vastaamiseksi tarvittaviin olemassa oleviin ja kehitettäviin teollisiin ja yhteiskunnallisiin käytäntöihin. Tutkimuksessa käytetään keskeisistä systeemien kehittämiseen liittyvistä termeistä ja käsitteistä merkittävästi perinteisiä rajoitteellisempia tulkintoja laajempaa näkökulmaa, joka kattaa – yhtäältä tarvittavalla tavalla poikkitieteellisesti ja -toimialaisesti sekä toisaalta kaikki elinkaarivaiheet huomioiden – ao. kertaluokan menettelyt tulevan paradigma-muutoksen myötä kehitettävien uusien yhteiskunnallisten kokonaistoimintojen elinkaarien suhteen. Tutkimus syventää nykyistä teoreettista ymmärrystä sekä tarjoaa uuden näkökulman kehittyvien autonomiseen käyttäytymiseen perustuvien laaja-alaisten yhteiskunnallisten systemaattiseen ja kokonaisvaltaiseen kehittämiseen ja ao. toimintaan. Lisäksi tutkimus avaa uusia suuntia tulevalle tutkimukselle. Työ tarjoaa myös käytännön ohjeita ao. abstraktio-kehysten yhteiskunnallisen ja teollisen kontrolli-koordinaatio-dialogin tasoilta eri kohdealueille kattavaan systemaattiseen kehittämiseen etenkin ao. kertaluokan hankkeiden alkuvaiheessa.

Supervisor

Holmström, Jan

Thesis advisor

Holmström, Jan

Keywords

future transport systems, cyber-socio-technical systems, synthetic cognition, engineering systems, engineered infusions, systems thinking

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201712187910

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI

Show all metadata

A systematic cross-industry review, analysis and synthesis towards a reference framework for risk, resilience and safety in Autonomous Marine Systems domain

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Authors

Date

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

Pages

Series

Abstract

Description

Supervisor

Thesis advisor

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

Collections