系统工程：21世纪的系统方法论
体系工程与装备论证系列丛书 总 序 1990年，我国著名科学家和系统工程创始人钱学森先生发表了《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》一文。他认为，复杂系统组分数量众多，使得系统的整体行...
本书译自英国著名系统工程专家戴瑞克? 希金斯的著作，作者在书中提出一种新的综合系统方法论，期望这个方法论能够在原则上处理所有的系统问题和难题，并得到能解决问题的解。本书从对系统的复杂性认识出发，针对从很小的尺度直到非常大的尺度和范围，研究处理和解决系统问题的理论方法。同时给出大量的案例研究，涉及作战指挥、装备体系、企业组织、生产管理、治安维和、气候能源等涉及自然环境和人类自身多个领域多个层面的系统工程问题，既描述相关系统难题在过去是如何产生的，又描述在未来如何更加有效地解决这些问题。本书可作为系统工程专业和管理科学与工程等相关专业研究生和高年级本科生的课程教材，也可作为航天、航空、船舶、交通运输、社会经济和军事等领域复杂社会系统和技术系统相应管理人员、技术人员综合分析求解 系统问题的参考书。
戴瑞克?希金斯长期以来一直是系统工程的先驱者，他有着大量的经验，早在英国皇家空军服役22年，直到退休。随后他在公共领域和保密领域获得了大量各种各样的职位，包括担任北约空军指挥控制系统(ACCS)的英国方面技术负责人，以及在英国的两个好的系统工程公司中担任市场部主任、业务开发部主任和技术部主任。他于1988年成为大学老师和学者，开始学术研究。 希金斯先生是国际系统工程学会(INCOSE)英国分会的首任会长，同时也是英国电子工程师学会(IEE)系统工程专业委员会的首任主席，他还曾经担任英国国防咨询委员会的委员。他目前的研究涉及系统工程的广泛领域包括系统思维、系统需求开发、社会心理学和人类学、指挥控制系统设计，以及普适的系统工程。
戴瑞克?希金斯长期以来一直是系统工程的先驱者，他有着大量的经验，最早在英国皇家空军服役22年，直到退休。随后他在公共领域和保密领域获得了大量各种各样的职位，包括担任北约空军指挥控制系统(ACCS)的英国方面技术负责人，以及在英国的两个好的系统工程公司中担任市场部主任、业务开发部主任和技术部主任。他于1988年成为大学老师和学者，开始学术研究。希金斯先生是国际系统工程学会(INCOSE)英国分会的首任会长，同时也是英国电子工程师学会(IEE)系统工程专业委员会的首任主席，他还曾经担任英国国防咨询委员会的委员。他目前的研究涉及系统工程的广泛领域包括系统思维、系统需求开发、社会心理学和人类学、指挥控制系统设计，以及普适的系统工程。
朱一凡，国防科技大学教授，中国军事科学学会军事装备分会副秘书长、中国仿真学会理事、中国仿真学会离散系统仿真专业委员会副主任委员、《系统仿真学报》编委、海军级人才培养1258工程带教专家。
目 录
及时篇 系统：系统科学与系统思维的前沿
及时章 系统哲学理念 1
1.1 涌现的系统运动 1
1.2 系统的本质 2
1.3 因果关系和目的论 3
1.4 涌现 4
1.5 生命与热力学第二定律 5
1.6 人类组织中的熵与功 5
1.7 熵循环 6
1.8 一般系统论和开放系统 6
1.9 博尔丁的系统分类 7
1.10 并行和同态 7
1.11 开放系统的概念 8
1.12 了解开放系统的行为 9
1.13 格式塔(完形)和整体论 10
1.13.1 不可分割性 11
1.13.2 交互动力学 11
1.14 稳定性和稳定状态 12
1.15 系统论方法 13
1.16 系统思维 14
1.17 功能主义和有机体类比 15
1.17.1 有机体类比 15
1.17.2 机器的隐喻 15
1.18 机械系统控制概念 16
1.19 有机体控制概念 16
1.20 基本感知、概念和知觉 17
1.20.1 涌现和层次结构 17
1.20.2 由自身是系统且相互作用的组分构成的系统 18
1.20.3 整体系统的多样性 18
1.20.4 具有所需涌现特性的开放系统的潜在综合方法：系统工程 19
1.20.5 问题空间与解决方案空间 20
1.20.6 演化的自适应系统 21
1.20.7 自组织的临界性 22
1.20.8 弱混沌 22
1.20.9 系统特征 23
本章练习 24
第二章 系统科学前沿 25
2.1 系统论与系统科学 25
2.2 守恒定律与传输现象 26
2.3 排队现象 27
2.4 混沌现象 28
2.4.1 鳞翅目形的洛伦兹图 28
2.4.2 混沌的生成 29
2.4.3 自相似性 31
2.4.4 分形 32
2.4.5 倍周期 34
2.5 信息：守恒还是非守恒 34
2.6 作为自然科学和社会科学的系统科学 35
2.6.1 行为 35
2.6.2 识别与分类 36
2.6.3 公理知识 36
2.6.4 世界模型与世界观 36
2.6.5 解读 36
2.6.6 信念系统 36
2.6.7 本能与意象 38
2.7 社会人类学和文化人类学 40
2.8 社会资本 41
2.9 社会基因型态 42
2.10 复杂性管理 42
2.10.1 涌现特性的聚合 43
2.10.2 反混沌 44
2.11 系统寿命周期与熵循环 45
2.11.1 系统响应原则 45
2.11.2 系统内聚原则 46
2.11.3 适应性原则 46
2.11.4 关联多样性原则 46
2.11.5 多样性受限原则 47
2.11.6 模式原则 47
2.11.7 循环发展(熵循环)原则 47
2.11.8 系统寿命周期：统一系统假设 48
2.11.9 系统耐久性：系统衰退 50
本章总结 50
本章练习 51
第三章 系统思维前沿 53
3.1 系统思维的范围、局限和价值 53
3.1.1 示意图 53
3.1.2 因果关系和因果循环模型 55
3.1.3 系统表面现象动态仿真 56
3.1.4 动态交互系统仿真 59
3.1.5 行为建模 61
3.2 系统思维和科学方法 61
3.3 系统表述和系统建模 62
3.4 非线性系统思维 65
本章总结 67
本章练习 68
第四章 系统工程的哲学理念 69
4.1 系统工程为何重要 69
4.2 系统工程的早期例子 70
4.2.1 不列颠之战 70
4.2.2 美国航空航天局(NASA)的“阿波罗”登月计划 70
4.3 “系统”的研究对象 71
4.4 “工程”的研究对象 72
4.5 问题的求解、定解和消解 73
4.6 系统工程：定义和描述 74
4.7 系统工程的实际目标 76
4.8 定解、求解或消解问题的策略 77
4.9 自组织系统 78
4.10 系统的系统：体系 79
4.11 自底向上的集成 81
4.12 完成系统工程“整体” 81
本章总结 83
本章练习 85
第五章 系统模型 86
5.1 开放系统 86
5.2 简单的嵌套和递归模型 88
5.3 社会基因型态——一个概念模型 88
5.4 控制论模型 89
5.5 系统架构模型 90
5.6 比尔的适存系统模型 92
5.7 开环控制模型 94
5.8 五层系统模型 95
5.8.1 第1层：产品/子系统工程 95
5.8.2 第2层：项目系统工程 97
5.8.3 系统工程的本质 100
5.8.4 第4层：工业系统工程 100
5.8.5 第5层：社会经济系统工程 102
5.9 追求涌现——所有系统的通用参考模型 103
5.9.1 涌现的根源及其能否有目的地“设计” 103
5.9.2 通用参考模型的概念 104
5.9.3 功能管理 106
5.9.4 行为管理 107
5.9.5 通用参考模型的形式模型 109
5.10 列表形式的通用参考模型 111
5.11 通用参考模型和系统论方法 112
5.11.1 实例化分层通用参考模型 114
5.11.2 通用参考模型是否能捕获到涌现 116
5.11.3 通用参考模型比较 117
本章总结 117
本章练习 118
案例A 日本的精益量化供应系统 119
A.1 引言 119
A.2 调查研究 122
A.2.1 开放系统的观点 122
A.2.2 市场拉动与生产推动 125
A.2.3 持续改善和流水线 127
A.2.4 企业联盟 129
本案例总结 130
第二篇 系统方法论
第六章 系统方法论综述 132
6.1 系统方法论的定义 132
6.2 系统方法论的社会潜力和经济潜力 133
6.3 系统方法论：一个范式 133
6.4 系统方法论的各个方面 134
6.4.1 科学维度 134
6.4.2 逻辑和认识论维度 135
6.4.3 时间维度 135
6.4.4 文化/政治/行为维度 136
6.4.5 道德和伦理维度 136
6.4.6 社会维度 137
6.4.7 组织维度 137
6.4.8 经济维度 138
6.4.9 技术维度 139
6.5 系统方法论：概念模型 140
6.6 能否找到一个(更好的)系统方法论 145
6.7 能否构建智能、自适应、演化的解决方案系统 145
本章总结 146
本章练习 148
第七章 处理复杂的问题和难题 149
7.1 问题的解决范式 149
7.2 线性、复杂性、非线性和智能系统行为 149
7.3 系统功能异常：领域影响因素 150
7.4 软系统方法 151
7.5 达成共识的方法 152
7.5.1 头脑风暴法 153
7.5.2 名义群体法 153
7.5.3 创意记录法 153
7.5.4 沃菲尔德的解释结构模型 154
7.6 面向干预的切克兰德软系统方法论 155
7.7 面向干预的希金斯严格软方法 157
本章总结 161
本章练习 161
案例B 成功经验的干预 162
B.1 背景情况 162
B.2 使用严格软方法做离线非正式调查 162
B.3 参与式干预——使用名义群体法和解释结构模型 168
B.4 无人参与的严格软方法调查和人工干预两者比较 175
本案例总结 176
第八章 探索解决方案空间 177
8.1 引言 177
8.2 探索途径 177
8.2.1 边界和有限状态 177
8.2.2 环境、影响和相互作用 178
8.2.3 结构和动力学 179
8.2.4 资源需求 179
本章总结 181
本章练习 181
第九章 聚焦解决方案系统的目的 182
9.1 系统方法论第3步：解决方案系统的目的 182
9.2 系统方法论第4步：开发运行使用构想 184
本章练习 186
案例C 武器系统总体构想 187
案例C之1：不列颠之战的指挥控制系统 187
C.1.1 引言 187
C.1.2 相互作用的系统 188
C.1.3 让系统工作起来——作战系统工程 189
C.1.4 战斗打响 190
C.1.5 不列颠之战的仿真 193
案例C之2 “闪电”——实现武器系统总体构想 198
C.2.1 引言 198
C.2.2 闪电式飞机 198
C.2.3 优化设计 200
C.2.4 干扰问题 201
C.2.5 解决问题的数字数据链路 202
C.2.6 试验 203
本案例总结 203
第十章 系统解决方案的架构/设计 205
10.1 系统设计方法 205
10.2 功能设计流程 207
10.3 物理设计流程 209
10.4 输出/结果 212
本章总结 212
本章练习 213
第十一章 优化解决方案系统设计 214
11.1 系统设计途径 214
11.2 方法、工具和技术 215
11.2.1 成本与能力 215
11.2.2 整体优化 215
11.2.3 灾难救援示例 217
11.2.4 海军驱逐舰示例 218
11.2.5 供应与物流系统的设计优化 220
11.3 在特定背景下理解设计方案 221
11.4 线性或非线性：这是问题所在 222
11.5 验证与确认 223
本章总结 224
本章练习 225
第十二章 解决方案系统的创建及检验 226
12.1 引言 226
12.2 需求规范 227
12.3 表征不同类型的系统 228
12.3.1 组织方面的考虑 229
12.3.2 集成方面的考虑 230
12.3.3 运行使用的系统工程——在运行中不断优化 231
12.4 解决方案系统的组成部分 232
本章总结 233
本章练习 234
第十三章 系统方法论——详细说明 235
13.1 理想世界与现实世界 235
13.2 系统方法论的产品 235
13.3 系统方法论整体 237
13.4 系统方法论是流程吗 237
13.4.1 外循环与内循环设计 237
13.4.2 外循环、内循环和系统工程 239
13.5 系统方法论：分阶段描述各个步骤 239
本章总结 243
本章练习 244
第十四章 系统方法论的实践应用 246
14.1 按阶段划分的系统方法论 246
14.2 面向人类活动系统的系统方法论 247
14.3 作为工具的系统方法论 248
14.4 系统方法论应用的组织管理和系统工程应用的组织管理 249
14.4.1 系统方法论的甘特图 250
14.4.2 团队体系 251
14.4.3 团队体系与内/外循环 252
14.4.4 团队体系和系统体系 252
本章总结 255
本章练习 255
案例D 构建国防能力架构 257
D.1 系统方法论第1步：探索问题空间 257
D.2 系统方法论第2步：探索解空间 263
D.3 系统方法论第3步：聚焦解决方案系统目的 263
D.3.1 根本宗旨和语义分析 263
D.3.2 效能指标 264
D.3.3 实现目标、克服威胁的策略 264
D.3.4 非杀伤性武器 265
D.3.5 将策略转换为功能 266
D.4 系统方法论第4步：开发解决方案系统的高层作战行动构想 266
D.5 系统方法论第5步：设计解决方案系统， 第1部分——功能设计 268
D.5.1 系统方法论第5步/模板3：内部功能实例化 268
D.5.2 系统方法论第5步/模板2：内部行为实例
