01 / 导读
导读
引用
Buede, D. M., & Miller, W. D. (2024). The Engineering Design of Systems: Models and Methods (4th ed.). Wiley.
章节概要
全书分三部分，共15章，约464页，后附术语表、参考文献和历史文献目录。各章末有习题，出版社还提到正文中嵌入了案例研究。
第一部分：Introduction, Overview, and Basic Knowledge（导论、概览与基础知识）
第1章：Introduction to Systems Engineering（系统工程导论）
首先把系统定义为为实现利益相关者目标而组织起来的硬件、软件、人员、设施和规程，并讨论体系之体系（system of systems），本章将其分为认可型、协作型、指令型和虚拟型。随后各节概述系统工程的实施途径（包括瀑布模型、螺旋模型、面向对象设计、可组合性工程和敏捷系统工程）、建模途径（UML、DoDAF、SysML）、体系结构的概念、需求、系统生命周期、设计与集成过程以及系统的类型。
第2章：Overview of the Systems Engineering Design Process（系统工程设计过程概览）
概述系统工程的设计过程，位于第二部分的详细论述之前。
第3章：Modeling and SysML Modeling（建模与SysML建模）
讲授建模以及SysML建模语言；出版社指出，本版同时涉及SysML 1.0和SysML 2.0。
第4–5章：Discrete Mathematics: Sets, Relations, and Functions；Graphs and Directed Graphs (Digraphs)（离散数学：集合、关系与函数；图与有向图）
置于设计章节之前的两章数学背景。第一章讲集合、关系和函数；第二章讲图与有向图。
第二部分：Design and Integration（设计与集成）
第6章：Requirements and Defining the Design Problem（需求与设计问题的界定）
第二部分以需求和设计问题的界定开篇；出版社把利益相关者需求列入涉及的主题。
第7–9章：Functional Architecture Development；Physical Architecture Development；Allocated Architecture Development（功能架构、物理架构与分配架构的开发）
方法的核心。先开发功能架构，再开发物理架构，然后把两者结合为分配架构。出版社还把逻辑架构开发列入主题。
第10章：Interface Design（接口设计）
讨论体系结构各要素之间接口的设计。
第11章：Integration and Qualification（集成与鉴定）
涉及把系统组装起来并证明其满足需求；出版社的介绍把这一步同验证与确认联系在一起，包括对体系之体系的验证与确认。
第12章：A Complete Exercise of the Systems Engineering Process（系统工程过程的完整演练）
一个从头到尾走完整个过程的演练，从运行概念一直到集成与鉴定。
第三部分：Supplemental Topics（补充专题）
第13章：The Value of Systems Engineering（系统工程的价值）
探讨系统工程这一学科的价值。
第14章：Decision Analysis for Design Trades（设计权衡的决策分析）
把决策分析用于设计权衡；出版社把设计权衡的决策分析列入主题。
第15章：The Science and Analysis of Systems（系统的科学与分析）
以系统的科学与分析收尾；出版社把系统工程的科学基础列入主题，并称本版新增了关于该领域新趋势的一节。
核心概念
第一部分
- 体系之体系（system of systems）：由各自独立管理的系统组成的集合，共同提供其中任何一个系统都无法单独提供的能力，分认可型、协作型、指令型和虚拟型。
- 系统工程的实施途径：瀑布模型、螺旋模型、面向对象设计、可组合性工程和敏捷系统工程。
- 建模语言：UML、DoDAF和SysML，用来记录设计。
- 集合、关系、函数与图：用于使体系结构形式化的数学工具。
第二部分
- 需求与设计问题：设计过程的起点。
- 功能、物理与分配架构：第7–9章依次建立的三个相互关联的视角。
- 接口设计、集成与鉴定：各部分如何连接并证明可以工作。
第三部分
- 设计权衡的决策分析：对备选方案进行结构化比较。
- 系统工程的价值：对这一学科的价值作出说明。
评析
优点
- 一套方法从需求贯穿到鉴定。 第二部分用连续六章讲述同一个设计过程，随后第12章给出完整演练，使读者按顺序并在同一个例子上看到各个步骤。
- 包含数学背景。 第4、5章在设计章节之前讲解集合、关系、函数和图，读者无需另找这部分内容。
- 紧跟以软件为中心的实践。 第四版增加了基于模型的系统工程、数字工程、数字线程、人工智能、SysML 1.0与2.0、数字孪生和GENESYS软件，并新增中间向外工程、逆向工程和敏捷系统工程等小节。
- 练习材料。 每章末有习题，出版社还列出了面向学生和教师的配套网站。
局限
- 不适合作第一本书。 第一部分用五章从定义讲到SysML和离散数学，随后的设计方法自始至终以模型为基础；初学系统工程的读者可能更适合先读一本较平易的导论。
- 与特定工具绑定。 新版新增的内容围绕SysML和GENESYS组织，使用其他工具的读者需要自行转换。
- 主题取舍。 目录中没有专门讲可靠性、保障性或成本分析的章节，而书单中的其他教材对这些领域有所论述。
在课程中的定位
Buede和Miller给出了从需求到鉴定的、基于模型的设计过程论述。Dym、Little和Orwin的 Engineering Design: A Project-Based Introduction 与Holt的 Systems Engineering Demystified 都是入门读物，前者以项目为主线，后者写给初学者并围绕SysML展开；两者都可以先于Buede和Miller阅读。Kossiakoff等人的 Systems Engineering Principles and Practice 与Blanchard和Fabrycky的 Systems Engineering and Analysis 是按生命周期组织的教材，后者提供决策与经济模型以及可靠性和保障性分析。
Crawley、Cameron和Selva的 System Architecture 是一本研究生教材，讨论早期架构决策与权衡空间探索；它与第7–9章和第14章有重叠，适合想把架构当作决策问题深入研究的读者作为配套读物。
如何使用本书
出版社称本书适合作为系统工程设计、系统架构和系统集成等本科与研究生课程的主教材，也可供从业的系统架构师、系统工程师、工业工程师、工程管理人员和系统集成人员参考。
实用的阅读安排：
- 核心： 第1、2章，然后依次读第6–12章。第12章可与前面各章对照阅读，把它当作各步骤如何配合的范例。
- 基础： 开始建模之前先读第3章；当架构章节中的符号需要补充时再读第4–5章，熟悉集合与图的读者可以略读。
- 补充： 需要比较设计备选方案时读第14章，第13、15章用于拓宽背景。
第6–11章的习题最好围绕自己选定的一个系统来做，使每个架构步骤产出的模型可以在下一步中继续使用。