Systems Engineering and Analysis（系统工程与分析）

引用

Blanchard, B. S., & Fabrycky, W. J. (2010). Systems Engineering and Analysis (5th ed.). Pearson.

章节概要

第五版被作者称为“三十周年纪念版”，共五个部分19章，另有由八个附录组成的第六部分，篇幅近800页。序言说明了本书的两项关注：一是人造系统的工程，追踪系统从需求识别直到报废的整个形成过程；二是系统分析，即对已有系统的改进。分析模型和方法嵌入系统工程过程之中，而这一过程是贯穿全书的主题。每章都以“小结与延伸”（Summary and Extensions）一节和一组问题与习题结束；据序言统计，书中有300多幅插图、约450道习题和200多条参考文献。

第一部分 第1–2章：系统科学与工程；使系统得以形成

第1章定义系统及其要素，对系统进行分类，并把系统工程放在科学、系统科学和技术的背景中，最后讨论“向系统时代的过渡”。第2章介绍工程系统、系统生命周期工程、系统工程过程、设计考虑因素、综合、分析与评价，以及系统工程在组织中如何实施。

第二部分 第3–6章：概念系统设计；初步系统设计；详细设计与开发；系统测试、评价与确认

逐步讲解设计过程。四章中篇幅最长的第3章涵盖问题定义与需求识别、先期系统规划与架构、可行性分析、使用要求、维修与保障方案、技术性能度量、功能分析与分配、权衡、系统规范和概念设计评审。第4章借助规范、设计准则、设计工具和权衡研究，把这些内容向下延伸到子系统。第5章讨论详细设计：系统要素的集成、设计数据、工程模型、样机、设计评审和设计更改。第6章讨论系统测试与评价的类别、规划和准备、数据收集与反馈。

第三部分 第7–9章：决策中的备选方案与模型；经济评价模型；设计与运行中的优化

分析工具从这里开始。第7章讨论决策评价理论、多准则、决策评价展示，以及风险和不确定性下的决策。第8章是一份简明的工程经济学：利息公式、等值、单一和多个备选方案的评价，以及盈亏平衡分析（包括风险下的分析）。第9章讨论经典优化（无约束和有约束）、多准则优化和线性规划。

第三部分 第10–11章：排队论与分析；控制概念与方法

第10章介绍排队系统、排队的蒙特卡罗分析，以及单通道、多通道、非指数服务和有限总体模型。第11章讨论控制概念：统计过程控制与控制图、最优策略控制、用 CPM 和 PERT 进行项目控制，以及全面质量控制。

第四部分 第12–14章：可靠性设计；维修性设计；可用性设计（人因工程）

第四部分转向序言所说的对系统成功运行和用户满意最为重要的设计特性。各章大体遵循同一模式：定义、度量、该特性在系统生命周期中的位置、分析方法，以及测试、评价或验证。第13章增加了可用度和效能度量；第14章增加了人员与培训要求。

第四部分 第15–17章：后勤与保障性设计；可生产性、可处置性与可持续性设计；经济可承受性设计（寿命周期费用）

第15章讨论后勤与系统保障，包括体系（system-of-systems）环境和保障性分析。第16章介绍可生产性、可处置性和可持续性及其度量，以及寿命周期价值—费用图。全书最长的第17章介绍寿命周期费用分析：整个生命周期中的费用、通用的费用估算过程、资金流建模和经济优化，以及该方法的应用与益处。

第五部分 第18–19章：系统工程的规划与组织；项目管理、控制与评价

篇幅较短的管理部分。第18章讨论项目规划、系统工程管理计划（SEMP）以及系统工程的组织。第19章讨论组织目标、外包与供应商选择、项目领导、评价与反馈，以及风险管理。

第六部分：附录A–H

带有示例的功能流程框图、设计评审与管理评审检查单、概率论与蒙特卡罗分析、统计表、利息系数表、有限排队表、按主题编排的参考书目，以及网站清单。

核心概念

第一、二部分：生命周期与设计过程

• 使系统得以形成：从需求识别出发，经过要求、功能分析与分配、设计综合与评价、确认、使用与保障，直到报废的整个序列。
• 生命周期工程：从设计伊始就考虑系统的整个寿命，包括保障和退役。
• 功能分析与分配：描述系统必须做什么，并把这些功能分配给子系统和部件。
• 技术性能度量：用来跟踪设计是否满足要求的定量指标。
• 设计评审：在概念、初步和详细阶段进行的正式评审。

第三部分：系统分析

• 决策评价：在多准则以及风险和不确定性条件下比较备选方案。
• 经济等值：比较发生在不同时间的费用与收益。
• 优化与排队模型：用于设计和运行决策的数学模型。
• 统计过程控制与项目控制：控制图、CPM 和 PERT。

第四、五部分：面向使用可行性的设计与管理

• 可靠性、维修性与可用度：衡量系统工作得多可靠、恢复得多容易的指标。
• 保障性与后勤：把系统及其保障一起设计。
• 寿命周期费用：估算拥有系统的总费用，以便就经济可承受性作出设计决策。
• 系统工程管理计划（SEMP）：组织项目中系统工程工作的计划。

评析

优点

• 完整的生命周期视角。 全书结构从需求一直追踪到报废，第四部分为可靠性、维修性、人因工程、保障性、可生产性、可处置性、可持续性和寿命周期费用各设专章。
• 定量深度。 第三部分和第17章提供了决策分析、工程经济、优化、排队、控制图和寿命周期费用模型等数学模型，并附有使用它们所需的概率表、利息表和排队表。
• 习题丰富。 约450道习题、各章统一的“小结与延伸”，以及按系统工程过程编排的200多条参考文献，使本书既可用于自学，也便于课程设计。
• 作者经验丰富。 序言指出，许多例子来自作者数十年的工业和研究经验，本书也借鉴了作者在运筹学、工程经济和后勤方面的其他教材。

局限

• 部分内容过时。 本书出版于2010年，其目录没有提及基于模型的系统工程或 SysML；所用的建模工具是功能流程框图和解析模型。有关设计工具的小节需要用当前实践加以补充。
• 厚重冗长。 近800页的篇幅和大量数学内容超出一门课的容量；第三部分的分析章节借鉴了作者关于运筹学和工程经济的其他著作，本身就相当于一门不小的课程。
• 管理部分较简略。 包括风险管理在内的系统工程管理只在书末占两章，主要关心项目管理的读者需要另找资料。
• 案例是示意性的。 序言说明，书中的案例应用是对现实应用的假设性或抽象化示例，而不是实际项目的有据可查的历史。

在课程中的定位

在这门系统工程课程中，Blanchard 与 Fabrycky 提供了生命周期与分析的主干。Kossiakoff 等人的 Systems Engineering Principles and Practice 覆盖同样的生命周期，但更强调系统工程师在管理接口、风险和权衡方面的作用；课程可以以其中一本为主教材，另一本提供另一种视角。Jon Holt 的 Systems Engineering Demystified 是以 SysML 基于模型的系统工程为中心的入门书，补充了 Blanchard 与 Fabrycky 目录中没有涉及的基于模型的方法。

Buede 与 Miller 的 The Engineering Design of Systems 以基于模型的方式讨论需求以及功能和物理架构，Crawley、Cameron 与 Selva 的 System Architecture 是关于早期架构决策的研究生教材；两者都对 Blanchard 第3章所述的概念设计阶段作了更深入的探讨。Dym 等人的 Engineering Design: A Project-Based Introduction 是工程设计方法论的入门课程用书，可以在本书之前阅读。

如何使用本书

出版社把本书定位于高年级本科生和研究生一、二年级学生，序言也面向一线专业人员。读者需要概率统计基础（附录C复习了要点），以及能应付优化一章的微积分；第8章自己讲授了书中用到的工程经济学。

一个学期的实用安排：

• 核心： 第1–6章，即生命周期与设计过程；结合附录A练习功能分析。
• 按需选择分析内容： 关于决策的第7章和关于经济评价的第8章用途广泛；如果运筹学课程已经讲过，第9–11章（优化、排队、控制）可以略过。
• 面向使用可行性的设计： 根据课程重点从第四部分选两三章，并纳入以第8章为基础的寿命周期费用一章（第17章）。
• 管理： 第18–19章，最好配合一个编写简单 SEMP 的团队项目。

评审项目设计时可使用附录B的检查单，并借助各章末的“小结与延伸”寻找延伸阅读。为使书中方法与时俱进，可搭配一本关于基于模型的系统工程的资料一起阅读。