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业务和任务分析
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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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系统工程的探索
译者:火龙果Alice
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探索式方法式方法为一个成熟的职业提供了一种传递其积累智慧的方式。这使得从业者和其他对如何做事情感兴趣的人能够从过去发现的行之有效的方法中获得见解,并应用所学到的经验教训。启发法通常采用自然语言中的简短表达形式。这些可以是令人难忘的短语,概括了经验法则、捷径或“智者之言”,给出了职业行为的一般指导原则或规则、建议,或在特定情况下如何行动的指导原则。普通的启发法并不能总结所有需要了解的知识,但它们可以作为学习更多知识的有用切入点。本文概述了一般的启发式方法,以及一些专门支持系统工程实践的方法。

概览

探索式方法在工程学的历史上一直扮演着重要的角色,并影响着它的发展,尤其是在科学发展到可以帮助工程师之前。系统工程仍然处于一个阶段,许多正在构建的系统都没有足够可靠的科学基础,这引发了人们对探索式方法的重新兴趣,以填补这一空白。当系统工程的实践被扩展到为固有的复杂、无界、非结构化或“邪恶的”问题提供解决方案时,这一点尤其正确(Churchman 1967)。

使用探索式方法并不能保证在所有情况下都能成功,但如果明确了探索式方法的已知适用性,它的效用就能最大化。在最好的情况下,探索式方法可以作为决策制定、价值判断和评估的辅助手段。

探索式方法在以下几个方面都很有用:

  • 减少做出正确决定或选择所需的思考(或计算)量
  • 帮助找到问题的可接受解决方案
  • 确定解决复杂问题时要关注的最重要因素
  • 通过借鉴最佳实践来提高决策质量
  • 避免重复可避免的错误
  • 作为一个切入点,更广泛地了解已发现有效的方法

历史背景

工程学最初是在改造古代世界的过程中获得的一系列技能,主要是通过建筑、城市、基础设施和战争机器。从那时起,人类就试图将“如何做”的知识编入法典。这样做可以让每一代都从前辈那里学习,使更复杂的结构能够以更大的信心构建,同时避免重复的现实世界的失败。公元前1世纪,维特鲁威提出了工程学的目标,并提出了一套经久不衰的原则:力量、效用和美丽。他提供了许多他们在当时工程领域应用的例子。

维特鲁威的著作在中世纪被重新发现,形成了建筑和工程这两个孪生职业的基础。早期的教堂建造者将他们的知识概括为少量的经验法则,例如:“保持低重心”,“把80%的质量放在柱子上”,以及“观察交叉构件的横截面和跨度之间的经验比例”。设计是保守的,有很大的边界,边界的边界在很大程度上是未知的。由此产生了许多优秀的结构,其中许多一直延续到今天。当设计边际被超出时,例如为了建造更高更令人印象深刻的建筑,就会付出高昂的代价,屋顶、塔甚至整栋建筑都会倒塌。从这些失败中,新的经验法则出现了。这些都发生在材料强度或建筑牢固地基背后的科学被理解之前。直到最近,计算机模拟才揭示了动力效应对某些失效的影响,例如风切变对高层结构的影响。

从那时起,工程科学和应用科学共同发展:科学提供了预测和解释工程构件性能的能力,以更大的保证,而工程开发新的和更复杂的系统,需要新的科学解释和驱动研究议程。在现代,复杂的适应性系统正在被建立,这挑战了传统的工程科学,建设者转向社会和行为科学,管理科学,越来越多的系统科学,以处理一些新的形式的复杂性所涉及的,并相应地指导专业。

现代化的利益关系

探索式方法法应用于系统工程领域的新兴趣源于Rechtin和Maier(2009)的开创性工作。他们的书仍然是这类知识最好的单一宝库。他们的动机是为系统架构师这一新兴角色提供指导,系统架构师是负责协调工程工作,为复杂问题设计解决方案并监督其实现的人员或团队。Rechtin和Maier观察到,在许多情况下,应用“经验法则”比尝试进行详细分析更好,特别是当涉及的变量数量、利益相关者之间的互动的复杂性、系统解决方案的内部动力以及负责实现它们的组织。

在2008年全球金融危机期间担任英格兰银行行长的默文·金(Mervyn King, 2016)也提出了一个支持更广泛使用探索式方法的论点。回顾过去,他说“大致正确总比完全错误要好”:那些遵守旧银行家的规则,保持资本资产相当于贷款账面70%的银行存活了下来,而那些依赖复杂(且有缺陷的)衍生品数学模型的银行则失败了。

Simon (1957) 进一步支持探索式方法方法的当代使用,他创造了“满足”一词,表示人们寻求解决方案,或接受选择或判断,对于他们的目的来说“足够好”,无论是否它们可以通过精确分析进一步优化。 他指出,一些探索式方法方法是科学地从实验或对现实世界数据的系统收集和分析中得出的,而另一些则是基于现实世界观察或经验的经验法则。

多年来,Gigerenzer 和他的同事(例如,Gigerenzer 和 Selten (2001))进一步发展了这一想法,他们对探索式方法方法进行了研究,这些探索式方法方法有助于在可预测性有限的领域做出快速决策,当概率论不再有帮助。 他们开发了一系列他们称之为“快速和节俭”的普遍适用规则,这些规则在医学诊断和性能科学等领域优于更传统的分析(Raab 和 Gigerenzer 2015)。 迄今为止,很少有人探索式方法到系统工程的应用。

实际应用

使用探索式方法的经验表明它们应该是令人难忘的,并且在非正式的措辞时可能是最有效的。 最好的例子不仅仅是文字表达; 它们应该引起读者的共鸣并提出额外的含义,鼓励他们更多地了解为什么以及何时使用它们。

这里有一个潜在的问题:如果你没有经历过探索式方法适用的情况,它对你来说可能意义不大,内在价值很可能会丢失; 但如果您已经有相关经验,您可能会发现这一点很明显。 因此,探索式方法方法的使用与我们的学习方式有关。 在一个经验至关重要的世界里,但在工作中学习的机会数量受到系统工程师一生从事的大型项目数量的限制,因此必须加快学习过程。 作为终身学习的一部分,如果与其他知识来源相关联并且在职业生涯的正确时间点可以访问,那么探索式方法可以在这里提供帮助。

探索式方法存储库本身也可以作为知识库,特别是如果添加了其他媒体(例如视频剪辑或培训材料,甚至是交互式媒体)来鼓励讨论和反馈。 这样的存储库还可能链接到其他已建立的知识源或公司网站。 它可以被组织起来以反映公认的实践领域或在带有元数据标记的数据库中以允许灵活检索。 Maier 和 Rechtin (2009) 建议存储库也可以充当“阅览室”,允许用户在相关主题之间自由移动,就好像他们在图书馆或书店中追随他们的好奇心一样。 这样的存储库还可以允许用户组装一组对他们最有意义的探索式方法方法,这些探索式方法方法与他们的个人兴趣或专业活动领域相关。

Beasley 等人 (2014) 证明了探索式方法算法的进一步可能用途,他们在一项调查中使用了一个选择来揭示系统工程的关键方面是如何在他们的组织内得到解决的。 他们要求员工根据探索式方法方法对业务的重要性以及在实践中是否得到遵守来标记探索式方法方法。 对答案的分析使人们能够关注需要改进的领域。

从广义上讲,现在对探索式方法方法的兴趣主要集中在它们在两个主要方面的使用:首先,以一种可访问的形式封装工程知识,这种形式的实践被广泛接受并且基础科学被理解; 其次,克服更多分析方法的局限性,在这些方法中,科学的用途仍然有限。 在任何一种情况下,一套好的探索式方法方法都需要积极维护,以反映实践的演变以及我们对什么是最有效的不断发展的理解。 精心策划的探索式方法集合使从业者能够保留和代表系统工程专业社区积累的实践智慧。

本文以一些适用于早期阶段的简单示例结束,并附有一些评论,以暗示它们的隐藏含义以及它们可能导致的方向。

  • 不要假设问题的原始陈述一定是最好的,甚至是正确的。 许多探索式方法都重复了同一点,例如:“隐藏的假设可能是最具破坏性的”,以及“客户可能知道他想要什么,但不知道他需要什么。” 所有这一切都必须以机智和尊重用户的方式处理,但经验表明,未能及早达成相互理解是失败的根本原因,在做这些工作的过程中建立的牢固关系可以在解决更困难的问题时得到回报以后可能出现的问题。
  • 在项目的早期阶段,未知问题比已知问题更大。 有时所要求的内容是模糊的,系统工程的整个背景很难知道,尤其是在高度不确定的领域。 开始的问题可能不是“这有什么要求?”而更多的是“这里发生了什么?”。(Kay and King 2020)揭开第二个问题背后的含义可能需要从系统思维中汲取的方法——寻找例如,根本原因——并且可以将项目带入意想不到的领域。同样,同理心和直觉等软技能可能比传统工程更重要。
  • 尽可能在构建之前建模。 这种探索式方法方法将人们引向模型的一般使用和限制的更深层次问题,作为系统工程在承诺构建它之前尝试预测理想和不理想的紧急系统属性的一种方式。 一个相关的探索式方法声明“当你在现实世界中测试一个系统模型时,你验证的是模型而不是系统”,系统科学的一个定理指出“系统的唯一完整模型是系统本身。” 一种探索式方法方法导致另一种探索式方法方法,导致对系统如何在高度不确定的超连接 IT 系统世界中构建的思考,人们可能会假设“系统在其环境中的唯一完整模型是其环境中的系统”,这导致使用进化生命周期、原型的快速部署、敏捷生命周期等。
  • 大多数严重的错误都是在早期犯下的。 这种探索式方法总结了刚才所说的大部分内容。 只是为了表明现在人们相信的东西可能已经有一段时间了,这里引用柏拉图的一句话:“开始是工作中最重要的部分。” (柏拉图公元前 375 年)。

最后,一个关于探索式方法——它们来自哪里以及它们的用途——取自幸运饼干并提供了一个总结:“这项工作会告诉你如何去做。” (Wilczek 2015)这里提出的严肃观点——除了表明民间智慧可以发挥作用之外——是关于如何进行系统工程的最重要的教训最终来自于系统工程师社区的集体经验,因为他们从事他们的职业。 甚至用于支持探索式方法的科学也必须在实际情况中证明自己。

 


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