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系统工程实施示例:医疗系统
系统工程实施示例:空间系统
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系统工程实施 : 矩阵示例
 
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系统类型
译者:火龙果Alice
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本文是系统基础知识领域(KA)的一部分。它提供了系统分类和系统类型的各种视角,从《什么是系统?》中给出的定义。

现代世界有无数种影响日常生活的系统。一些例子包括交通系统;太阳能系统;电话系统;杜威十进制分类法;武器系统;生态系统;空间系统;等。事实上,在当今社会,“系统”这个词的使用似乎是无止境的。

本文考虑了一些系统科学作者提出的不同的分类系统,试图从这些多次出现的情况中提取出一些一般原则。这些分类方案着眼于构成系统的元素的种类或其存在的原因。

系统分类

分类是“对有序类别的分类”(Dictionary.com 2011)。分类法是组织大量单个项目的有用方法,因此它们的相似性和差异性是显而易见的。不存在单一的标准系统分类法,尽管已经进行了几次尝试来产生有用的分类法,例如(Bertalanffy 1968)和(Miller 1986)。

Kenneth Boulding (Boulding 1956)是一般系统理论的奠基人之一,他提出了一个系统分类,并将其作为后来许多工作的起点。他将系统分为九种类型:

  1. 结构 (Bridges)
  2. 时钟工作 (Solar system)
  3. 控制 (Thermostat)
  4. 打开 (Biological cells)
  5. 低等生物(Plants)
  6. 动物 (Birds)
  7. 人 (Humans)
  8. 社会 (Families)
  9. 超凡的 (God)

这些方法还突出了这些分类的一些后续问题。Boulding意味着物理结构是封闭的和自然的,而社会结构是开放的。然而,桥梁只能通过考虑它对穿越它的交通的反应来理解,它必须经过一段时间的维持或修复(Hitchins 2007)。Boulding还将人类与动物区分开来,这并不适合更现代的思维方式。

Peter Checkland (Checkland 1999, 111) 将系统分为五类:自然系统、设计的物理系统、设计的抽象系统、人类活动系统和先验系统。前两个类是不言自明的。

  • 设计的抽象系统 ——这些系统不包含任何物理人工制作,而是由人类设计用于某种解释目的。
  • 人类活动系统 ——这些系统在无数人类活动的世界中是可以观察到的,这些人类活动或多或少是有意识地排列成一个整体,作为某种潜在目的或使命的结果。 一个极端是一个由挥舞锤子的人组成的系统。 另一个极端是国际政治体系。
  • 超越的系统 ——这些系统超出了上述四个系统类别,被认为是超越知识的系统。

Checkland 将这五个系统称为“宇宙系统图”。其他类似的系统类型分类可以在 (Aslaksen 1996)、(Blanchard 2005) 和 (Giachetti 2009) 中找到。

Magee和de Weck (Magee和de Weck 2004)提供了系统分类的全面综述,如(Maier和Rechtin 2009), (Paul 1998)和(Wasson 2006)。它们涵盖了一些对自然系统进行分类的方法,但它们对系统工程师的实践的主要重点和价值在于它们对人类设计或人造系统的分类方法。他们研究了许多可能的方法,包括:复杂程度、产生系统的经济分支、存在领域(物理或思想)、边界、起源、时间依赖、系统状态、人类参与/系统控制、人类需求、所有权和功能类型。最后,他们提出了一种功能分类方法,根据系统的过程(转换、运输、存储、交换或控制)和系统运行的实体(物质、能量、信息和价值)对系统进行分类。

工程系统的类型

下图是工程系统生命周期的潜在应用的总体背景图。

 

图 1 显示了可能成为生命周期焦点的利益系统 (SoI) 的四种一般情况。

  • 嵌入在一个或多个集成产品中 的以技术为中心的产品系统SoI,
  • 一个集成的多技术产品系统 SoI 直接用于帮助提供服务,
  • 支持多种服务系统的赋能服务系统SoI ,
  • SoI 为直接交付能力而创建和维持的服务系统 。

产品和产品系统

产品 一词 被定义为“通过劳动或努力生产的东西;或任何生产的东西”(牛津英语词典)。 在商业意义上,产品是由组织获得、拥有和维持并由企业使用的任何东西(硬件、软件、信息、人员等)。

产品系统是一个 工程系统,其中生命周期的重点是开发产品并将其交付给收购方供内部或外部使用,以直接支持该收购方所需服务的交付。

产品系统生命周期语境将描述以技术为中心的 SoI 以及 SoI 需要与之交互的相关产品、人员和服务。 请注意,在其生命周期内与产品系统相关的人员(例如,操作员、维护人员、生产者等)位于产品 SoI 之外,因为他们不是作为产品的一部分交付的。 但是,要开发成功的产品,必须充分了解其人机界面和影响作为其背景的一部分。 产品环境还将定义将在其中部署的服务系统,以帮助为 收购企业提供必要的能力。

在产品生命周期中,这个更广泛的背景定义了 SoI 必须在其中运行的固定和商定的关系,以及必须在其中交付生命周期的环境影响。 这使产品开发人员可以自由地在该语境中做出解决方案选择,并确保这些选择适合而不破坏更广泛的语境。

产品生命周期可能需要建议对启用服务进行更改,例如人员招聘和培训,或其他基础设施升级。 实施这些变更的适当机制必须成为收购方和供应商之间协议的一部分,并融入产品生命周期。 产品生命周期也可能会建议在更广泛的背景下进行更改,这将增强产品的所有权或使用,但这些更改需要与它们相关的系统的相关所有者进行协商和同意,然后才能将它们添加到生命周期输出中.

有关与产品系统相关的系统理论的更详细讨论,请参见系统科学史以及第 4 部分的产品系统工程KA 中将 系统工程应用于服务系统的扩展。

服务和服务系统

服务可以 简单地定义为帮助或协助的行为,或一个或多个用户所需的任何结果,可以根据结果和服务质量 来定义,而无需详细说明其提供方式(例如,交通、通信、保护、数据处理等)。 服务是个人或组织为他人的利益所做的过程、表现或体验,例如定制西装; 按订单烹制晚餐; 驾驶豪华轿车; 进行法律辩护; 固定断骨; 上课; 或运行企业的信息技术基础设施和应用程序。 在所有情况下,服务都涉及知识和技能( 能力) 一个人或组织为了另一个人的利益而拥有的(Lusch 和 Vargo 2006),通常作为一项单独的、定制的工作来完成。 为了取得成功,服务需要来自客户和相关利益相关者的大量投入,通常被称为价值的共同创造(Sampson 2001)。 例如,除非客户告诉服务员客户希望牛排如何准备,否则如何定制牛排?

服务系统(词汇表)是由 组织创建和维护的工程系统 , 为企业内的客户提供成果。 服务系统语境包含与产品系统语境相同类型的系统元素,但允许更自由地创建或更改内容以提供所需的服务。

服务系统生命周期可能会改变现有产品和其他服务的部署和使用方式。 它还可能确定修改现有产品或创建新产品的需要,在这种情况下,它可能会启动相关的产品生命周期。 在大多数情况下,如果不与相关系统元素所有者进行协商,服务开发人员将无法完全自由地更改服务系统语境的所有方面。 特别是,人员和基础设施是服务环境的一部分,而对如何使用系统元素来提供预期结果的改变是服务生命周期范围的一部分。

上面对产品系统语境的描述可以看作是服务系统语境的一个特例,其中一个特定的产品由一个组织创建并集成到一个固定的服务系统中,并被一个与该组织直接相关的企业用来提供一种能力。 .

在一般服务系统环境中,没有必要将所有硬件或软件产品交付给服务提供商。 在某些情况下,某些硬件、软件或人为元素可能由不直接负责服务但为许多此类服务提供支持输出的第三方拥有。 在其他情况下,整个服务可能由与需要该服务的企业完全分离的组织提供。 也没有必要在服务交付之前定义和集成产品或支持服务的确切版本。 一些服务系统元素可以在更接近使用点的地方进行选择和集成。 为了允许服务系统的这种后期配置,它将包含一些发现方法,通过这些方法可以找到适当的可用元素, 以及一个整体服务管理元素,用于实施和指导服务系统的每个实例。 服务系统方法的使用为收购方提供了更大的自由度,让他们能够获得和支持所有资本设备、软件、人员等,以获得满足用户所需的能力。

多年来,服务一直是 系统工程(SE) 语言的一部分,既可以作为描述以产品为中心的生命周期的语境的方式,也可以描述将产品所有权和运营“外包”给他人的商业安排。 最近使用术语 服务系统通常与软件可配置和信息密集型系统相关联,即

...服务的独特特征——即服务,尤其是新兴服务,是信息驱动的、以客户为中心的、面向电子的和以生产力为中心的。(田和伯格 2003, 13)

与服务系统相关的系统理论的更详细讨论可以在 系统科学史中找到,以及在第 4 部分的服务系统工程KA 中 扩展系统工程在服务系统中的应用。

企业和企业系统

产品、服务或企业环境可以定义为系统元素的层次结构,并附加定义哪些元素是 SoI 解决方案的一部分,这些元素形成相关的问题环境,并影响与该环境相关的任何生命周期。

系统的系统 (SoS) 或系统联盟 (FoS) 的附加概念 用于某些语境。 根据上面图 1 中的一般描述,这将适用于 SoI 中的元素具有独立生命周期关系的任何生命周期语境。 这个概念可以应用于上述任何生命周期语境,尽管它与服务和企业语境特别相关。

重要的是要理解术语 SoS 是对适用于所有系统的系统层次结构的一般概念的补充。 Maier 详细研究了 System of Systems 的含义,并使用了一种强调系统元素独立性质的表征方法(Maier 1998, 268)。 Maier 描述了系统元素如何运作的独立性(例如,SoI 中的元素也有自己的单独任务或属于另一个 SoI)以及元素如何开发或维持(例如,使元素可用、修改或配置)由与负责 SoI 其余部分的组织不同的组织)。

能够在多个工程系统之间共享元素以及能够通过组合现有工程系统快速创建问题的解决方案具有优势。 随着实现独立系统集成的技术变得越来越普遍,这种 SoS 方法成为许多 SE 生命周期的共同方面。

无论工程系统环境中的系统元素与 SoI 生命周期有任何程度的独立性,这都会进一步增加复杂性; 具体来说,通过限制生成的工程系统如何被改变或控制。 这一复杂性维度影响 系统方法的管理和控制方面。

系统科学开发的不同系统分组分类法的更详细讨论可以在第 4 部分系统工程应用中找到,我们处理 SoS 复杂性的方法的扩展可以在第 4 部分的系统KA 中找到。

应用工程系统语境

从上面对产品和服务语境的讨论中,应该清楚的是,它们需要类似的系统理解才能成功,它们之间的区别更多的是生命周期选择的范围和进行更改的权限,而不是什么类型的系统他们是。

这些语境在这里作为系统工程方法的概括呈现。 所有实际项目都可能同时具有产品和服务系统维度。 在工程系统的一般视图中,总是有一个企业系统直接对服务系统语境感兴趣,并且直接拥有和操作任何产品系统并启用服务或根据需要访问它们。 该企业系统可能明确参与启动和管理工程系统生命周期,也可能隐含在问题情况的共享所有权中。 任何工程系统语境都可能具有上述 SoS 独立性的各个方面。 这可能是更广泛系统或环境中语境的一部分,也可能与 SoI 中元素的选择有关。

一个真正的 SE 生命周期通常将这些一般语境的不同方面组合成一个独特的问题和解决方案语境以及相关的收购方和供应商商业关系。 这些必须由该生命周期确定为其 SE 活动的一部分。 第 2 部分给出了这些不同生命周期语境的更多细节,第 4 部分扩展了它们在 SE 实践中的应用。

Ring (1998) 给出了上述一般描述的一个很好的例子,他将整体环境定义为问题抑制系统,描述了一个企业将探索其当前需求的循环,使用这些循环来识别一个或多个生命周期周期干预和相关组织,然后实施和交付这些生命周期,并将其输出整合到 PSS 中; 然后,企业可以审查环境中的结果并重新开始循环。

这种通用系统方法在第 2 部分中进行了描述,并用作确定基础知识领域的重点。 SEBoK 其余部分中描述的 SE 当前实践酌情参考了这些基础。


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