系统工程：21世纪的系统方法论

　　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。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
第一篇 系统：系统科学与系统思维的前沿
第一章 系统哲学理念\t1
1．1 涌现的系统运动\t1
1．2 系统的本质\t2
1．3 因果关系和目的论\t3
1．4 涌现\t4
1．5 生命与热力学第二定律\t5
1．6 人类组织中的熵与功\t5
1．7 熵循环\t6
1．8 一般系统论和开放系统\t6
1．9 博尔丁的系统分类\t7
1．10 并行和同态\t7
1．11 开放系统的概念\t8
1．12 了解开放系统的行为\t9
1．13 格式塔（完形）和整体论\t10
1．13．1 不可分割性\t11
1．13．2 交互动力学\t11
1．14 稳定性和稳定状态\t12
1．15 系统论方法\t13
1．16 系统思维\t14
1．17 功能主义和有机体类比\t15
1．17．1 有机体类比\t15
1．17．2 机器的隐喻\t15
1．18 机械系统控制概念\t16
1．19 有机体控制概念\t16
1．20 基本感知、概念和知觉\t17
1．20．1 涌现和层次结构\t17
1．20．2 由自身是系统且相互作用的组分构成的系统\t18
1．20．3 整体系统的多样性\t18
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\t19
1．20．5 问题空间与解决方案空间\t20
1．20．6 演化的自适应系统\t21
1．20．7 自组织的临界性\t22
1．20．8 弱混沌\t22
1．20．9 系统特征\t23
本章练习\t24
第二章 系统科学前沿\t25
2．1 系统论与系统科学\t25
2．2 守恒定律与传输现象\t26
2．3 排队现象\t27
2．4 混沌现象\t28
2．4．1 鳞翅目形的洛伦兹图\t28
2．4．2 混沌的生成\t29
2．4．3 自相似性\t31
2．4．4 分形\t32
2．4．5 倍周期\t34
2．5 信息：守恒还是非守恒\t34
2．6 作为自然科学和社会科学的系统科学\t35
2．6．1 行为\t35
2．6．2 识别与分类\t36
2．6．3 公理知识\t36
2．6．4 世界模型与世界观\t36
2．6．5 解读\t36
2．6．6 信念系统\t36
2．6．7 本能与意象\t38
2．7 社会人类学和文化人类学\t40
2．8 社会资本\t41
2．9 社会基因型态\t42
2．10 复杂性管理\t42
2．10．1 涌现特性的聚合\t43
2．10．2 反混沌\t44
2．11 系统寿命周期与熵循环\t45
2．11．1 系统响应原则\t45
2．11．2 系统内聚原则\t46
2．11．3 适应性原则\t46
2．11．4 关联多样性原则\t46
2．11．5 多样性受限原则\t47
2．11．6 首选模式原则\t47
2．11．7 循环发展（熵循环）原则\t47
2．11．8 系统寿命周期：统一系统假设\t48
2．11．9 系统耐久性：系统衰退\t50
本章总结\t50
本章练习\t51
第三章 系统思维前沿\t53
3．1 系统思维的范围、局限和价值\t53
3．1．1 示意图\t53
3．1．2 因果关系和因果循环模型\t55
3．1．3 系统表面现象动态仿真\t56
3．1．4 动态交互系统仿真\t59
3．1．5 行为建模\t61
3．2 系统思维和科学方法\t61
3．3 系统表述和系统建模\t62
3．4 非线性系统思维\t65
本章总结\t67
本章练习\t68
第四章 系统工程的哲学理念\t69
4．1 系统工程为何重要\t69
4．2 系统工程的早期例子\t70
4．2．1 不列颠之战\t70
4．2．2 美国航空航天局（NASA）的“阿波罗”登月计划\t70
4．3 “系统”的研究对象\t71
4．4 “工程”的研究对象\t72
4．5 问题的求解、定解和消解\t73
4．6 系统工程：定义和描述\t74
4．7 系统工程的实际目标\t76
4．8 定解、求解或消解问题的策略\t77
4．9 自组织系统\t78
4．10 系统的系统：体系\t79
4．11 自底向上的集成\t81
4．12 完成系统工程“整体”\t81
本章总结\t83
本章练习\t85
第五章 系统模型\t86
5．1 开放系统\t86
5．2 简单的嵌套和递归模型\t88
5．3 社会基因型态――一个概念模型\t88
5．4 控制论模型\t89
5．5 系统架构模型\t90
5．6 比尔的适存系统模型\t92
5．7 开环控制模型\t94
5．8 五层系统模型\t95
5．8．1 第1层：产品/子系统工程\t95
5．8．2 第2层：项目系统工程\t97
5．8．3 系统工程的本质\t100
5．8．4 第4层：工业系统工程\t100
5．8．5 第5层：社会经济系统工程\t102
5．9 追求涌现――所有系统的通用参考模型\t103
5．9．1 涌现的根源及其能否有目的地“设计”\t103
5．9．2 通用参考模型的概念\t104
5．9．3 功能管理\t106
5．9．4 行为管理\t107
5．9．5 通用参考模型的形式模型\t109
5．10 列表形式的通用参考模型\t111
5．11 通用参考模型和系统论方法\t112
5．11．1 实例化分层通用参考模型\t114
5．11．2 通用参考模型是否能捕获到涌现\t116
5．11．3 通用参考模型比较\t117
本章总结\t117
本章练习\t118
案例A 日本的精益量化供应系统\t119
A．1 引言\t119
A．2 调查研究\t122
A．2．1 开放系统的观点\t122
A．2．2 市场拉动与生产推动\t125
A．2．3 持续改善和流水线\t127
A．2．4 企业联盟\t129
本案例总结\t130
第二篇 系统方法论
第六章 系统方法论综述\t132
6．1 系统方法论的定义\t132
6．2 系统方法论的社会潜力和经济潜力\t133
6．3 系统方法论：一个范式\t133
6．4 系统方法论的各个方面\t134
6．4．1 科学维度\t134
6．4．2 逻辑和认识论维度\t135
6．4．3 时间维度\t135
6．4．4 文化/政治/行为维度\t136
6．4．5 道德和伦理维度\t136
6．4．6 社会维度\t137
6．4．7 组织维度\t137
6．4．8 经济维度\t138
6．4．9 技术维度\t139
6．5 系统方法论：概念模型\t140
6．6 能否找到一个（更好的）系统方法论\t145
6．7 能否构建智能、自适应、演化的解决方案系统\t145
本章总结\t146
本章练习\t148
第七章 处理复杂的问题和难题\t149
7．1 问题的解决范式\t149
7．2 线性、复杂性、非线性和智能系统行为\t149
7．3 系统功能异常：领域影响因素\t150
7．4 软系统方法\t151
7．5 达成共识的方法\t152
7．5．1 头脑风暴法\t153
7．5．2 名义群体法\t153
7．5．3 创意记录法\t153
7．5．4 沃菲尔德的解释结构模型\t154
7．6 面向干预的切克兰德软系统方法论\t155
7．7 面向干预的希金斯严格软方法\t157
本章总结\t161
本章练习\t161
案例B 成功经验的干预\t162
B．1 背景情况\t162
B．2 使用严格软方法做离线非正式调查\t162
B．3 参与式干预――使用名义群体法和解释结构模型\t168
B．4 无人参与的严格软方法调查和人工干预两者比较\t175
本案例总结\t176
第八章 探索解决方案空间\t177
8．1 引言\t177
8．2 探索途径\t177
8．2．1 边界和有限状态\t177
8．2．2 环境、影响和相互作用\t178
8．2．3 结构和动力学\t179
8．2．4 资源需求\t179
本章总结\t181
本章练习\t181
第九章 聚焦解决方案系统的目的\t182
9．1 系统方法论第3步：解决方案系统的目的\t182
9．2 系统方法论第4步：开发运行使用构想\t184
本章练习\t186
案例C 武器系统总体构想\t187
案例C之1：不列颠之战的指挥控制系统\t187
C．1．1 引言\t187
C．1．2 相互作用的系统\t188
C．1．3 让系统工作起来――作战系统工程\t189
C．1．4 战斗打响\t190
C．1．5 不列颠之战的仿真\t193
案例C之2 “闪电”――实现武器系统总体构想\t198
C．2．1 引言\t198
C．2．2 闪电式飞机\t198
C．2．3 优化设计\t200
C．2．4 干扰问题\t201
C．2．5 解决问题的数字数据链路\t202
C．2．6 试验\t203
本案例总结\t203
第十章 系统解决方案的架构/设计\t205
10．1 系统设计方法\t205
10．2 功能设计流程\t207
10．3 物理设计流程\t209
10．4 输出/结果\t212
本章总结\t212
本章练习\t213
第十一章 优化解决方案系统设计\t214
11．1 系统设计途径\t214
11．2 方法、工具和技术\t215
11．2．1 成本与能力\t215
11．2．2 整体优化\t215
11．2．3 灾难救援示例\t217
11．2．4 海军驱逐舰示例\t218
11．2．5 供应与物流系统的设计优化\t220
11．3 在特定背景下理解设计方案\t221
11．4 线性或非线性：这是问题所在\t222
11．5 验证与确认\t223
本章总结\t224
本章练习\t225
第十二章 解决方案系统的创建及检验\t226
12．1 引言\t226
12．2 需求规范\t227
12．3 表征不同类型的系统\t228
12．3．1 组织方面的考虑\t229
12．3．2 集成方面的考虑\t230
12．3．3 运行使用的系统工程――在运行中不断优化\t231
12．4 解决方案系统的组成部分\t232
本章总结\t233
本章练习\t234
第十三章 系统方法论――详细说明\t235
13．1 理想世界与现实世界\t235
13．2 系统方法论的产品\t235
13．3 系统方法论整体\t237
13．4 系统方法论是流程吗\t237
13．4．1 外循环与内循环设计\t237
13．4．2 外循环、内循环和系统工程\t239
13．5 系统方法论：分阶段描述各个步骤\t239
本章总结\t243
本章练习\t244
第十四章 系统方法论的实践应用\t246
14．1 按阶段划分的系统方法论\t246
14．2 面向人类活动系统的系统方法论\t247
14．3 作为工具的系统方法论\t248
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\t249
14．4．1 系统方法论的甘特图\t250
14．4．2 团队体系\t251
14．4．3 团队体系与内/外循环\t252
14．4．4 团队体系和系统体系\t252
本章总结\t255
本章练习\t255
案例D 构建国防能力架构\t257
D．1 系统方法论第1步：探索问题空间\t257
D．2 系统方法论第2步：探索解空间\t263
D．3 系统方法论第3步：聚焦解决方案系统目的\t263
D．3．1 根本宗旨和语义分析\t263
D．3．2 效能指标\t264
D．3．3 实现目标、克服威胁的策略\t264
D．3．4 非杀伤性武器\t265
D．3．5 将策略转换为功能\t266
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\t266
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\t268
D．5．1 系统方法论第5步/模板3：内部功能实例化\t268
D．5．2 系统方法论第5步/模板2：内部行为实例化\t269
D．5．3 系统方法论第5步/模板4：组装解决方案系统内部功能：最小化构形熵\t269
D．5．4 系统方法论第5步/模板5：划分解决方案系统的相互作用的子系统\t270
D．5．5 系统方法论第5步/模板6：开发解决方案系统内部构架\t270
D．5．6 系统方法论第5步/模板7：形成解决方案系统概要\t271
D．6 系统方法论第5步：设计解决方案系统， 第2部分――功能/物理设计\t272
本案例中途练习\t272
D．7 系统方法论第5步/模板11：确定可选的选项\t273
D．7．1 可运输陆战单元设计构想\t274
D．7．2 无人飞行器/遥控飞行器和武器\t276
D．7．3 集群和阵形控制\t278
D．7．4 变色龙战车陆战单元――内部设计构想\t278
D．7．5 短程起降运输机/作战总指挥部/后勤保障\t279
D．8 系统方法论第5步/模板12：对可选的解决方案系统内的每个相互作用的子系统重做
第2步至第5步/模板7\t280
D．9 指挥和控制\t281
D．9．1 分形的C2\t282
D．10 设计部分小结\t282
D．11 系统方法论第6步/模板1：单独实例化蓝方解决方案的有机动态模型\t283
D．12 系统方法论第6步/模板1和系统方法论第6步/模板2：实例化蓝方陆上机动力量2010及其
红方对手\t283
本案例总结\t285
本案例结论\t285
第三篇 系统方法论与系统工程
第十五章 系统工程真正的含义\t287
15．1 从“相似”中辨识系统工程\t287
15．2 区分系统工程与系统的工程\t288
15．2．1 人是系统的一部分还是人工产品的使用者\t289
15．2．2 线性与非线性\t289
15．2．3 自顶向下与自底向上\t289
15．3 系统工程的应用种类\t290
15．3．1 全新的首次出现的系统\t290
15．3．2 演化的系统\t291
15．3．3 可运行使用的系统\t292
15．3．4 批量制造/供应系统\t292
15．4 系统工程“策略”\t292
15．4．1 瀑布方式\t293
15．4．2 螺旋方式\t295
15．4．3 并发方式\t296
15．4．4 混沌方式\t296
15．5 功能管理、计划管理和项目管理\t297
15．6 关于系统工程的“微型考古学”\t299
15．6．1 麦克弗森的系统设计框架\t299
15．6．2 麦克弗森的复杂系统设计层次\t301
15．6．3 项目管理中的麦克弗森系统工程组织\t301
15．7 系统工程分析与管理支撑环境\t302
15．8 系统架构\t304
15．8．1 系统架构的影响\t304
15．8．2 系统架构的优缺点\t304
15．8．3 架构类比\t307
15．8．4 系统的包含和封装视角\t308
15．9 目的性系统架构\t310
15．10 分层架构\t312
15．10．1 开放系统互连的国际标准\t312
15．10．2 指挥控制架构\t313
15．10．3 企业组织架构\t314
15．11 人类活动系统\t314
15．11．1 为什么研究人类活动系统\t314
15．11．2 人机分离\t315
15．11．3 自组织人类活动系统\t316
15．11．4 训练\t317
15．12 社会系统\t318
本章总结\t322
本章练习\t323
第十六章 系统创建：目标牵引，涌现为先\t324
16．1 源于人类和机器的目标牵引\t324
16．2 在功能到物理结构映射中维持跨功能连接\t326
16．3 对流程视图的强调\t328
16．4 设计、集成和测试\t330
本章总结\t331
本章练习\t331
案例E 警务指挥控制系统\t332
E．1 问题空间\t332
E．1．1 社会工程――不负责任的自由化？\t332
E．1．2 政治正确：新的世俗宗教\t334
E．1．3 治安中的政治――严厉打击犯罪，严厉打击犯罪根源\t336
E．2 解决方案空间\t337
E．2．1 民主下的治安\t337
E．2．2 治安的变化\t338
E．2．3 鹰派、鸽派、自由主义者和恐怖分子\t338
E．2．4 社会分裂，对犯罪的恐惧及被动式螺旋\t339
E．2．5 逐步下降的稳定性水平\t340
E．2．6 恐怖主义问题\t341
E．3 可行解决方案的构想\t342
E．3．1 主动式治安：传动和响应需求\t342
E．3．2 恐怖主义使局面发生改变\t343
E．3．3 阻止与预防犯罪型治安的成本效益\t343
E．3．4 招募积极主动的警察\t344
E．3．5 缔造和平、维护和平和建设和平：治安的1、2、3级\t344
E．4 治安行动构想\t345
E．4．1 治安模式\t345
E．4．2 情报主导的主动式治安\t346
E．5 设计解决方案系统\t347
本案例总结和结论\t348
案例F 战斗机航空电子系统设计\t350
F．1 问题空间\t350
F．2 既定的解决方案\t350
F．3 设计解决方案系统\t351
F．3．1 美中不足\t351
F．3．2 战斗机空中交战――迷失的作战构想\t352
F．3．3 政府的不情愿\t354
F．3．4 系统构想――三角测量的鬼影\t354
F．3．5 系统构想――标枪式导引\t355
本案例结论\t355
第十七章 体系：工程原理和实践经验\t357
17．1 体系的创建、开发和演化\t357
17．2 系统工程解决体系问题的局限性\t358
17．3 体系工程的策略\t359
17．3．1 “竿顶旋盘”\t359
17．3．2 持续再设计\t359
17．4 体系的架构\t360
17．4．1 体系的流水线架构\t360
17．4．2 体系的互补型架构\t362
17．5 体系――统一的整体，还是分离的集合\t363
17．6 管理体系中的变化\t365
17．7 体系工程\t367
本章总结\t367
本章练习\t368
案例G 21世纪的国防采购\t370
G．1 问题空间\t370
G．1．1 在预测需求方面存在的困难\t370
G．1．2 技术前沿――过去靠国防，现在靠商业\t371
G．1．3 官僚主义正在削弱国防技术前沿\t372
G．1．4 安全保密\t373
G．2 概念化的可行解决方案\t374
G．3 作战运用构想\t376
G．4 系统设计\t378
本案例总结\t379
第十八章 系统工程：智能系统\t380
18．1 引言\t380
18．2 什么是智能系统\t381
18．3 智能的定义\t381
18．3．1 智能的类型\t381
18．3．2 智能和生存\t382
18．3．3 预测未来\t383
18．4 关于决策\t384
18．5 学习型组织/智能型企业的特征\t385
18．6 智能型企业面临的状况条件\t386
18．6．1 做出智能的选择――智能型企业模型\t388
18．6．2 创新决策模型\t389
18．7 学习行为和智能行为\t390
18．8 让企业保持智能化\t391
本章总结\t392
本章练习\t393
案例H 全球变暖、气候变化和能源\t394
H．1 能源、需求、资源和储备\t394
H．2 全球变暖和气候变化\t394
H．3 可能的选项\t395
H．3．1 控制温室气体水平的增长\t395
H．3．2 改善气候变化影响的措施\t396
H．4 合理的和不合理的可替代能源\t397
H．4．1 水力发电\t397
H．4．2 风力发电\t397
H．4．3 潮汐发电\t397
H．4．4 海浪发电\t398
H．4．5 月球引力发电\t398
H．4．6 生物燃料和太阳能发电\t398
H．4．7 可替代能源的总结\t399
H．5 核能\t399
H．6 未来的不妙前景\t399
H．6．1 戴森球\t400
H．6．2 核冬天\t400
H．6．3 火山活动对气候的影响\t401
H．6．4 工业污染\t401
H．7 主动控制气候的案例\t401
H．7．1 “做得太少太迟”的风险\t402
H．8 可行解决方案构想\t403
H．8．1 充分认识问题\t403
H．8．2 太阳常数的调节\t403
H．8．3 L1点粒子云的构想\t404
H．8．4 L1点粒子云的运用构想\t405
H．8．5 L1点遮阳板的构想\t405
H．8．6 遮阳板的建造\t405
H．8．7 L1点遮阳板的使用构想\t407
H．8．8 相对的时间尺度\t407
H．8．9 风险\t408
H．9 本案例评论\t408
参考文献\t410