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SEBoK 简介
系统工程导论
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第二部分:系统工程基础
系统基础
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第三部分:系统工程与管理
系统工程 STEM 概述
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业务和任务分析
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服务系统工程
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Systems_of_Systems(SOS)
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系统工程和环境工程
系统工程和工业工程
系统工程与地理空间/大地测量工程
系统工程和项目管理
系统工程和软件工程
系统工程与质量属性
第七部分:系统工程实施实例
系统工程实施示例:信息系统
系统工程实施示例:防御系统
系统工程实施示例:交通系统
系统工程实施示例:医疗系统
系统工程实施示例:空间系统
系统工程实施示例:管理系统
系统工程实施 : 矩阵示例
 

 
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系统工程原理
译者:火龙果Alice
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每一门领域都有一套基本原则,这些原则是它的基本特征。领域知识和实践来源于其原则。例如,物理学的一个原理是光速是恒定的。这个具体的原理已经在实践中被验证了无数次,并被广泛接受为宇宙是如何运作的。一个共同的经济原则是“每一个选择都有机会成本”。另一个是供给原则,它指出“供给的商品的数量随着市场价格的上涨而上升,随着价格的下跌而下降”(Ehrbar 2007)。一般来说,领域没有一套权威性的完整的原则。不同的作者在他们确定和解释的原则中强调一个领域的不同方面。随着领域的成熟,新的原则会出现,旧的原则可能会改变。例如,爱因斯坦的相对论揭示了牛顿物理学的基本原理并非绝对正确。然而,大多数时候,它们仍然是非常宝贵的。

介绍

系统工程的存在是为了开发满足需求的解决方案。这是系统工程师完成工作的动力。但是系统工程师如何完成这个巨大的挑战呢?为了解决这个问题,存在一组系统工程过程,并且最近出现了一组系统工程原则来阐明指导系统工程过程的基本概念。INCOSE系统工程原则行动小组(SEPAT)回顾了文献中确定的系统原则和系统工程原则的各种来源。这篇文章调查了这项工作,并在此基础上确定了一组系统工程原则。

系统原理和系统工程原理在重要方面有所不同(Watson 2018a)。系统原则处理所有类型系统的行为和属性,着眼于系统的科学基础,并通过一般系统原则集的专门实例在系统上下文中描述这个基础。SE原则是针对系统实现、使用和退役方法的系统原则的特殊化和上下文化的实例化。SE原则建立在对所有类型的系统(Rousseau, 2018a)和所有类型的人类活动系统(Senge 1990, Calvo-Amodio & Rousseau 2019)普遍适用的系统原则之上。因此,系统原则指导SE过程的定义和应用——一个强大的系统工程师必须同时掌握系统原则和SE原则。

SE是一个新兴的领域,但是很多人已经提出了它的基本原则,部分是通过构建系统原则提出的。也许因为它的新兴,在社区中对于哪些SE原则是最核心的,甚至哪些原则是有效的,还没有达成共识。然而,研究一些提出的SE原则是有价值的,因为它们提供了对该领域中一些最优秀的人才认为是该领域的基础的见解。在审查各种已发表的原则时,出现了一套适用于有效原则的标准。一个原则:

  • 超越特定的生命周期模型或阶段
  • 超越系统类型
  • 超越系统语境
  • 传达关于 SE 的世界观
  • 不是“如何”声明
  • 得到文献支持或被社会广泛接受; ie 已在多个组织和多种系统类型的实践中证明是成功的
  • 重点突出,简洁,措辞清晰

因此,系统类型、系统开发和运行的环境或生命周期阶段并不能狭义地定义系统工程原则。 系统工程原理超越了这些系统特征,形成了该领域的世界观。 原则不是体现在过程中的“如何做”陈述,而是为应用系统工程过程的决策提供指导。 原则应该有文献支持的强有力的参考基础,或在实践中被广泛接受(记住,这种成功必须超越上述系统特征),或两者兼而有之。 在结构良好的原则陈述中,原则重点突出、简洁明了。

文献目前包含几篇关于系统原理的好文章。 这些原则为系统的运作提供了基础,并试图将科学公理、定律和原则组合成一组系统原则。 系统原理文献中的主要主题包括系统治理、系统理论公理和系统病理学,重点是复杂系统和系统系统。 复杂系统治理提供了一组九个元系统功能“提供复杂系统的控制、通信、协调和集成”。 这些功能为理解复杂系统的功能以及如何管理其获取(即治理)提供了基础(Keating 等人,2017a)。 这些元系统功能也扩展到系统工程系统(Keating et al. 2017b)。

系统论的进步产生了一组统一的命题,这些命题被表述为七个公理,“系统论中的所有其他命题都可以从这些公理中导出”。 这七个公理映射到 30 条科学定律和原则(Adams 等人,2014 年)。 这些公理侧重于系统的科学基础。 对这些公理的进一步研究提供了一个整合结构,以及与基本科学定律和原理的略微不同的映射(Whitney et al. 2015)。 这项工作提供了系统理论的强大整合和进步,重点关注系统科学基础背后的原理。

系统科学方法还包含系统理论,导致系统理论和系统思维的 10 个概念(Sillitto 2014)。 这 10 个概念侧重于提供系统特征定义的系统原理。 系统科学的进一步发展产生了 12 条系统科学原则的清单,这些原则也关注系统的特征(Mobus & Kalton 2015)。 卢梭正式推导出系统的三个原则的陈述和推导(Rousseau 2018a)。 此外,系统学和系统原理类型学的架构提供了从系统哲学到系统实践的科学原理的良好分类(Rousseau 2018b)。 这项工作导致了一个理解系统科学原理的框架(Rousseau 2018c)。

其他早期工作包括系统展示的一组七项系统科学原理(Hitchins 1992)。 组织原则也被定义为处理如何在组织内成功工作的 11 条原则(Senge 1990)。 系统 思维原理描述了一组 20 条系统思维原理,这些原理是从各种来源捕获和整合的。

系统病理学是另一种有趣的方法来理解“限制系统性能或降低系统可行性(持续存在)的情况,因此它们降低了系统满足性能预期的可能性”。 这些病理学定义了用于理解系统的诊断,这些系统源自一组 45 条系统定律和原则(Katina 等人,2016 年)。

INCOSE 编制了一份早期的原则清单。 这些原则由 8 条原则和 61 条子原则组成(Defoe 1993)。 这些原则在实践中是系统开发成功的重要考虑因素,并最终成为 SE 过程的基础。 这些原则反映了 SE 的总体运作方式。 在这项工作之后,编译了几个早期版本的 SE 原则,从而形成了第一批记录的 SE 过程集之一。 Project Performance International (Halligan, 2019) 有一套 SE 原则,遵循 Defoe 设定的模型,提供 SE 实践中的考虑因素,重点关注生命周期阶段的特定方面。

韩国系统工程委员会提供了一篇关于 SE 原则的 8 篇著作的调查文章,涵盖从笛福的原则到 2004 年(Han 2004)的时间,包括 PPI 原则的早期版本。 这 8 部作品展示了系统工程原理从以实践为中心到更以超越为中心的原理的演变。 1997 年,INCOSE 系统工程原理工作组(不再活跃)在笛福几年的讨论过程中产生了一套 8 条原理。 这些原则是过程基础、建模指南和 SE 关注的早期世界观的混合体。 电气工程师学会 (IEE 2000),现在是工程技术学会 (IET) 的一部分, 产生了一套 12 条原则,这些原则也为不再存在的系统工程过程提供了一些基础。 劳伦斯伯克利国家实验室 (LNBL 2001) 提出了一套系统工程原理,这些原理体现了 INCOSE SE 过程所捕捉到的概念。 在英格兰,国防工程集团 (DEG 2002) 制作了一份 SE 手册,其中包含一套简短的原则,指导他们的流程并捕获系统原则的某些方面。 据报道,爱荷华州立大学制作了一本 SE 学生手册,其中包含作为原则的 SE 启发式短语的简短列表。 KCOSE 论文还引用了南加州大学 (USC) 的一门课程中关于 SE 原理的讲座(Jackson,2003 年)。

一些早期形式的 SE 原则也包含在复杂系统开发的教科书中(Adamsen II 2000)。 这组原则假设了一个分层系统表示(复杂系统已被证明是比层次结构更多的网络)并包括关于 SE 过程的陈述。 最后,系统架构书籍还包括一些早期的 SE 启发式方法(Maier 和 Rechtin 2002)。 这些启发式解读为关于系统工程实践某些方面的说法。

KCOSE 技术委员会审查了这 8 个来源,并投票将这些来源中的 8 条原则作为一套 SE 原则,从而形成了符合上述标准的早期形式的超越原则。 这些资源都显示了 SE 原则的早期演变阶段,因为人们查看了正式和非正式(即课程笔记和学生手册)资源以试图理解 SE 原则。 在 INCOSE 系统工程手册等著作中对 SE 过程的定义实现了这些早期关于 SE 原则的著作的一些目标,并巩固了该领域的大量工作。 最近,人们认识到需要更多超越 SE 原则,作为应用流程的指南,这是 SEPAT 当前工作的重点。

在过去的几年里,SEPAT 对一系列 SE 原则有了全新的认识(Watson et al. 2019)。 它的工作基于 NASA 系统工程研究联盟的 SE 假设、原则和假设。 该联盟遵循路德维希·玻尔兹曼的方法来定义他关于气体分配定律的假设。 玻尔兹曼的工作是如何描述复杂系统相互作用的早期例子。 假设是在没有证据的情况下被假定为真实、真实或必要的东西(Webster 1988)。 这导致了一系列基于 SE 的假设和假设的阐述,这些假设和假设被扩展为一组提议的 SE 原则。 基本的 SE 假设和假设在 4 年内成熟(Watson et al. 2014; Watson et al. 2015; Watson & Farrington 2016)。 随着假设的成熟,SE 原则也随之成熟,为 SE 的应用提供了更多细节,并证明了假设成为原则(Watson et al. 2018; Watson 2018b)。 SEPAT 制定了 15 条原则,其中一些通过子原则进行了扩展,如 (Watson et al. 2019) 中所述。 这些原则是:

  1. 应用中的 SE 特定于利益相关者的需求、解决方案空间、生成的系统解决方案和整个系统生命周期的语境。
  2. SE 有一个整体的系统视图,包括系统元素和它们之间的交互、支持系统和系统环境。
  3. SE 影响并受内部和外部资源以及政治、经济、社会、技术、环境和法律因素的影响。
  4. 必须正确理解政策和法律,以免过度约束或约束系统实施。
  5. 真实的物理系统是系统的完美模型。
  6. SE 的重点是对系统的交互、敏感性和行为、利益相关者的需求及其运营环境的逐步深入理解。
  7. 利益相关者的需求可能会发生变化,并且必须在系统生命周期中加以考虑。
  8. SE 解决利益相关者的需求,同时考虑预算、进度和技术需求,以及其他期望和限制。
  9. SE 决策是在考虑风险的不确定性下做出的。
  10. 决策质量取决于决策过程中存在的系统、使能系统和互操作系统的知识。
  11. SE 跨越整个系统生命周期。
  12. 复杂的系统是由复杂的组织设计的。
  13. SE 以有效的方式整合工程领域。
  14. SE 负责管理组织内的领域交互。
  15. SE 基于一套中等范围的理论。

SEAT 最近对 SE 原则的阐述详细阐述了笛福早先提出的观点,并强调了当前 SE 实践的其他方面,但两组之间并没有不一致的地方。 诸如 Defoe 和 SEBAT 提出的 SE 原则是领域独立的; 即,它们的应用与正在构建的系统类型无关,无论是用于运输、医疗保健、通信、金融还是任何其他业务或技术领域。 当它们被应用时,这些原则可以采取更专业的形式,和/或可以由其他特定于语境的原则来补充。 事实上,诸如此类的一般 SE 原则已成功应用于几乎所有领域。

 


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