Design Science Research (DSR):
Una breve introducción
Dr. Alejandro Cataldo Universidad de Talca
[email protected]
Contenido Fundamentos de DSR Guía de DSR Ejemplos Conclusión y perspectivas
Contenido Fundamentos de DSR Guía de DSR Ejemplos Conclusión y perspectivas
Sistemas de información se preocupa del efectivo diseño, entrega, uso e impacto de las tecnologías de información en organizaciones y sociedad
Fuente: Gregor (2002) A Theory of Theories in Information Systems
Dos paradigmas contribuyen a la ciencia de SI
Ciencia Natural (del comportamiento)
Psicología Sociología Economía
Ciencia de SI
Ciencia Artificial (del diseño)
Ingeniería Management Otras (Medicina, arquitectura, etc)
El diseño es la principal distinción entre profesiones y ciencias. Las escuelas de ingeniería, negocios, educación y medicina están centralmente preocupadas por el proceso de diseño Herbert Simon (1996) The science of the artificial
“La mejor manera de predecir el futuro es diseñándolo” Buckminster Fuller
Diseño es un proceso
y un producto ■ Proceso ¨
¨
Secuencia de actividades que produce un producto innovador Dos tipos de procesos: Construir y Evaluar
■ Producto ¨
Artefacto creado para solucionar problemas noresueltos
El principio fundamental de DSR es que el conocimiento, comprensión de un problema y su solución, se adquieren en la aplicación y construcción de un artefacto
Fuente: Hevner et al. (2008) Design science in information systems research
Aprender construyendo – Construyendo artefactos
Fuente: Vaishnavi et al. (2013). Design Science Research in Information Systems
En DSR se diseña un artefacto TI para resolver un problema organizacional importante
Cuatro tipos de Artefactos ■ Constructos ¨
¨
Proveen el lenguaje en el cual problemas y soluciones son definidos y comunicados Vocabulario y símbolos
■ Modelos ¨
Representan el problema y solución y la conexión entre sus componentes
¨
Abstracciones y representaciones
■ Métodos ¨
Proveen guías sobre cómo resolver problemas y encontrar las soluciones
¨
Algoritmos y prácticas
■ Instanciaciones ¨
Muestran que constructos, modelos o métodos pueden ser implementados
¨
Sistemas prototipos e implementados
Algunos ejemplos de
artefactos reconocidos ■ Primer sistema experto ■ Modelo entidad-relación
Cómo distinguir un artefacto DSR ■ Sistemas rutinario de apoyo a las decisiones de un artefacto ■ Análisis de flujo de trabajo (Workflow) ■ Soft system engineering
Dos comentarios
sobre DSR en SI ■ Fundamentos ¨ ¨
DSR se adscribe en el paradigma del Pragmatismo Cercana a Investigación-acción (action-research)
■ Dos corrientes alternativas ¨ ¨
Hevner: Énfasis en la utilidad del artefacto Van Aken: Proceso de diseño participante (actionresearch)
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DSR es un proceso
de siete pasos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Relevancia del problema Diseño como artefacto Rigor de la investigación Diseño como un proceso de búsqueda Evaluación del diseño Contribuciones a la investigación Comunicación de la investigación
1. Relevancia del problema
La solución debe resolver un problema importante para la comunidad ■ Problema ¨
La diferencia entre un estado actual y el deseado de un sistema
■ Solución ¨
Proceso de búsqueda mediante acciones orientadas a reducir o eliminar tales diferencias
■ Comunidad ¨
Especialistas quienes planifican, administran, operan, diseñan, etc. tecnologías
2. Diseño como artefacto
DSR debe producir artefactos
viables y de interés ■ Duda sobre la factibilidad de realizarlo ■ Incerteza sobre la posibilidad que funcione ■ La tarea automatizada debe ser de interés para la comunidad TI
3. Rigor de la investigación
Métodos rigurosos para la construcción
y evaluación del artefacto ■ Rigor ¨
Analizado en función de la aplicabilidad y generalización del artefacto
■ Testeabilidad ¨
El artefacto debe ser probado entre sujetos que aseguren comparabilidad, entrenamiento, oportunidad y ejecución
■ Fundamentos ¨
El artefacto debería fundamentarse en teoría y conocimientos existentes
4. Diseño como un proceso de búsqueda
El diseño es inherentemente iterativo y
debe usar medios disponibles Medios: Conjunto de acciones y recursos disponibles para construir una solución
Generar alternativas de diseño
Fines: Metas y restricciones de la solución Leyes: Fuerzas nocontrolables existentes en el entorno
Probar alternativas contra Requerimientos Restricciones
5. Evaluación del diseño
Utilidad, calidad y eficacia
debe ser demostrada ■ Tipos de evaluación ¨
¨ ¨
Funcionalidad, rendimiento, usabilidad, calce organizacional, etc. Evaluación de estilo Soluciones deberían ser estéticamente agradables para el diseñador y el usuario
■ Metodologías de evaluación ¨
Uso de metodologías disponibles y que calcen con los requerimientos y restricciones organizacionales
5. Evaluación del diseño
Cinco metodologías
de evaluación ■ Observacional ¨
Estudio de caso; estudio de campo
■ Analítica ¨
Análisis estático; Análisis arquitectónico; Optimización; Análisis dinámico
■ Experimental ¨
Experimento controlado; Simulación
■ Testeo ¨
Funcional (caja negra); Estructural (caja blanca)
■ Descriptiva ¨
Argumento informado; Escenarios
6. Contribuciones de la investigación
Tres tipos
de contribuciones ■ De diseño ¨
La contribución es el artefacto mismo, que extiende el conocimiento actual o lo usa innovadoramente
■ De fundamentos ¨
¨
Desarrollo de constructos, modelos, métodos e instanciaciones novedosos que extienden el conocimiento actual Técnicas de diseño de algoritmos
■ Metodológicas ¨ ¨
Contribuciones en nuevos métodos o métricas de evaluación TAM à Usabilidad
7. Comunicación de la investigación
Dos tipos
de audiencias ■ Tecnológica ¨ ¨
Detalle para poder reproducir y usar el artefacto Entender los procesos de construcción del artefacto (Repetibilidad)
■ Gerencial ¨ ¨
Detalle para evaluar si debería usar el artefacto Énfasis en la importancia del problema y la novedad de la solución
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Dos
ejemplos ■ Anonymous Mechanisms in Group Decision Support Systems Communication ¨
Gavish, B., and Gerdes, J. (1998)
■ Secure business process model specification through a UML 2.0 activity diagram profile ¨
Rodríguez, A., Fernández-Medina E., Trujillo J. and Piattini M. (2011)
Caso 1:
Anonymous Mechanisms in Group Decision Support Systems Communication
Gavish, B., and Gerdes, J. (1998)
Relevancia del problema
Anonimato en GDSS puede ser beneficioso ■ El estudio de GDSS es uno de los más visibles y exitosos en SI ■ El anonimato en GDSS ha sido ampliamente estudiado mediante ciencia del comportamiento ¨
Resultados muestran pros y contras del anonimato
■ La cantidad de estudios testifica la relevancia del anonimato en GDSS ¨
Individuos quieren tener un nivel satisfactorio y asegurado de anonimato
Diseño como artefacto
Dos tipos de artefactos ■ Artefactos ¨
Los procedimientos y protocolos de comunicaciones son los artefactos
■ Características ¨
¨ ¨
Diseño de una arquitectura que provee un nivel riguroso de anonimato Empleo de cinco mecanismos para asegurar anonimato Encriptación y Re-encriptación de mensajes; Remoción de información de remitente; Aleatorización de secuencia de mensajes; Introducción de mensajes artificiales
Rigor de la investigación
Basado en ciencia de la criptografía y redes ■ Áreas científicas con amplias evidencias de rigurosidad y formalidad de resultados ■ Autores proveen evidencias de pruebas de validez ¨
Fundamentadas en los métodos de las áreas mencionadas
Diseño como un proceso de búsqueda ■ Tres tipos de anonimato en GDSS ¨
Ambiental, de contenido y procedimental
■ Autores se focalizan en el Procedimental ¨
Altamente difícil de lograr porque protocolos de red incorporan información del remitente (dirección IP)
■ Diseños probados son discutidos ¨
Se provee información de costos y beneficios de los mecanismos diseñados
Evaluación del diseño
Dos actividades son informadas ■ Actividades ¨
¨
Métodos formales son probados para cada mecanismo propuesto Descripción completa de los costos y beneficios son discutidos
■ Pendiente ¨ ¨
Queda pendiente la instanciación Los autores no probaron su arquitectura en un prototipo o sistema real
Contribuciones a la investigación
Dos tipos de contribuciones ■ Mecanismos de anonimato propuestos como artefactos ■ Resultados de la evaluación mediante pruebas formales y análisis de costobeneficio
Comunicación de la investigación
■ Audiencia tecnológica ¨
Conceptos y pruebas relacionados a la criptografía y redes de comunicaciones
■ Audiencia gerencial ¨
Discusión de costos y beneficios
Caso:
Secure business process model specification through a UML 2.0 activity diagram profile
Rodríguez, A., Fernández-Medina E., Trujillo J. and Piattini M. (2011)
Relevancia del problema
UML carece de un artefacto similar ■ Estado actual ¨
Los lenguajes de representación de procesos de negocios se han vuelto un recurso fundamental
¨
UML y BPMN son los estándares de la industria
¨
Pero no consideran los requerimientos de seguridad
■ Conclusión ¨
Ninguna propuesta actual incorpora la perspectiva del analista de negocios en aspectos de seguridad
Diseño como artefacto
Cuatro tipo de artefactos ■ Artefactos ¨
Analisys classes; casos de uso; representación gráfica; y método de diseño (M-BPSec)
■ Características ¨
¨
¨ ¨
¨ ¨
Una extensión de UML para representar requerimientos de seguridad La extensión considera la perspectiva de negocio y no ser técnicamente específico
Complemento UMLSec Seguridad a nivel del diseñador y analista
Tres condiciones para la extensión Claridad, potencial importancia, e independencia técnica
Rigor de la investigación
Uso de herramientas validadas ■ Enfoque de ingeniería de software basado en MDE (Ingeniería dirigidas por modelos) ¨
Todo es un modelo
■ Uso de BPSec como punto de partida para el desarrollo de la extensión ¨
Amplio detalle de extensiones existentes (BPSec) en anexos
■ Uso de Mecanismos de extensión livianas (lightweight extension mecanism) para definir la extensión BPSec
Diseño como un proceso de búsqueda
■ Tres perspectivas de seguridad ¨
Personas, stakeholder y ambiental
■ Autores se focalizan en las personas y organizaciones ¨ ¨
Uso de de cinco requerimientos de taxonomía conocida Control acceso, detección de ataque, no-repudio, integridad, privacidad
■ Diseños probados son discutidos ¨
Validez de relación y especificación gráfica
Evaluación del diseño
Dos tipos de evaluaciones ■ Analítica ¨ ¨
¨ ¨
Uso de ejemplo clásico como herramienta pedagógica Admisión de paciente en clínica
Método M-BPSec es probado Aplicación de método de tres estados
■ Instanciación ¨ ¨
Estudio de caso Pago de energía eléctrica en cooperativa rural
Contribuciones a la investigación
Dos tipos de contribuciones ■ Nuevos artefactos para representar requerimientos de seguridad en modelamiento de procesos ■ Resultados de la evaluación mediante descripción de caso típico y de instanciación
Comunicación de la investigación
■ Audiencia tecnológica ¨
Conceptos y pruebas relacionados UML y BPSec
■ Audiencia gerencial ¨
¨
Discusión de usos de artefactos en forma simple a través de caso ilustrativo e instanciación Faltaría un mayor detalle de análisis de costobeneficio
Sintetizando… Directrices para saber
si NO ha DSR ■ Utilidad y rigor ¨
¨
Si el nuevo artefacto no calza adecuadamente con el mundo real, no es útil Si el artefacto no resuelve un problema real, no tiene utilidad
■ Evaluación ¨
Si la utilidad no es demostrada, no es una contribución
■ Comunicación ¨
Si las implicancias para la investigación y la práctica del problema, el artefacto y su utilidad no son presentados claramente, entonces no es DSR
Contenido Fundamentos e historia Guía de RD Ejemplos Conclusión y perspectivas
DSR puede jugar un rol clave a la investigación en SI ■ Dos paradigmas complementarios ¨ ¨
Ciencia del comportamiento: qué es verdad Ciencia del diseño: Qué es efectivo (útil)
■ La ciencia del diseño crea artefactos ¨ ¨
Constructos, modelos, métodos o instanciaciones En la construcción del artefacto aprendemos – Experimento real
Tres limitaciones y peligros de DSR ■ Sobre-énfasis en los artefactos ¨
Fallar en mantener una adecuada base teórica que resulte en artefactos bien diseñados pero no generalizables
■ Altamente perecible ¨
Los avances tecnológicos pueden invalidar los artefactos diseñados, incluso antes que sean implementados
■ Dificultad de evaluación ¨
Métodos rigurosos de evaluación son extremadamente difíciles de aplicar
DSR es una oportunidad de investigación en Chile ■ El caso presentado muestra que en Chile se hace DSR ■ No es claro que hallamos identificado el uso de DSR ■ Existen más oportunidades de publicar con DSR pero no las hemos reconocido
La meta de la ciencia del comportamiento es la verdad; la de la ciencia del diseño es la utilidad
Fuente: Hevner et al. (2008) Design science in information systems research
Design Science Research (DSR):
Una breve introducción
Dr. Alejandro Cataldo Universidad de Talca
[email protected]
Dos disciplinas contribuyen con el objetivo de la ciencia SI
Ciencia del comportamiento
Desarrollo y justificación de teorías que explican o predicen un fenómeno
Ciencia del diseño
Construcción de artefactos innovadores que cambian el fenómeno
Objetivo de la ciencia de SI
Cuatro naturalezas de artefactos ■ Basados en tecnologías ¨
Conceptualizaciones y representaciones de sistemas; Prácticas; Capacidades técnicas; Interfaces
■ Basados en organizaciones ¨
Estructuras; Relaciones; Sistemas sociales
■ Basados en personas ¨
Entrenamientos; Construcción de consensos
■ Combinación de ellos
La investigación en SI busca comprender y adquirir conocimiento que permita el desarrollo e implementación de soluciones tecnologicas a problemas aun no resueltos e importantes
Fuente: Hevner et al. (2008) Design science in information systems research
DSR es una familia de enfoques para investigar los problemas reales, usando investigación de participantes en vez de la perspectiva del investigador, y proponer una solución
Fuente: Van Aken (2012).A Design Science Approach to Evidence - Based Management
