Systems Engineering Demystified（系统工程解惑）

引用

Holt, J. (2023). Systems Engineering Demystified (2nd ed.). Packt Publishing.

章节概要

第2版共13章，分为四部分，印刷版约530页。贯穿全书的思想是基于模型的系统工程（MBSE）：以系统建模语言（SysML）作为表示法，第3–8章每章都以名为"Defining the Framework"的一节结束，把该章的概念加入一组模型视图中。几乎每一章都以小结、自我评估任务和参考文献收尾。据Packt介绍，本版涵盖了MBSE的新方法及其借助"Trinity"方法的部署，并以一节新内容作结，介绍基于作者三十年从业经验的有效方法。

第1章：系统工程导论

第一部分"系统工程导论"从系统工程的简史、定义以及为什么需要系统工程谈起。Packt把其动机概括为"三大祸害"：复杂性、含糊的沟通和缺乏理解。

第2章：基于模型的系统工程

介绍MBSE及其演变，以及建模在实践中意味着什么。书中区分了两种语言：作为模型"口语"的SysML，以及作为领域专用语言、确定模型术语含义的本体。

第3章：系统与接口

第二部分"系统工程概念"从定义系统和描述系统之间的接口开始，并以第一个"Defining the Framework"小节结束。

第4章：生命周期

介绍生命周期和生命周期模型，即系统所经历的阶段以及这些阶段的不同安排方式。

第5章：系统工程过程

讨论过程的基础和概念、过程建模，以及用过程模型来表示标准，使组织能够说明自己如何符合这些标准。

第6章：需要与需求

第三部分"系统工程技术"从需要与需求开始，讲如何用不同的SysML图将其可视化，以及它们在生命周期和过程中的位置。

第7章：设计建模

定义设计和架构设计，并把设计建模与最佳实践过程联系起来。

第8章：验证与确认建模

定义测试概念，说明如何构建用于验证与确认的模型视图，同样与最佳实践过程相联系。

第9章：方法论

概述方法论，并具体介绍SAFe和OOSEM两种方法，讨论方法论与MBSE的关系。

第10章：系统工程管理

概览各项管理过程：项目策划、决策管理、项目评估与控制、风险管理、信息管理、配置管理、测量和质量保证。

第11章：部署MBSE

第四部分"后续步骤"介绍在组织中部署MBSE的Trinity方法：定义MBSE能力和成熟度、同时把握两者的一种技术，以及制定MBSE战略。

第12章：建模的艺术

讨论MBSE的哲学：模型与建模行为之间的区别、实用的建模策略，以及如何让模型值得信赖。

第13章：最佳实践

最后介绍重要的标准、重要的指南以及与系统工程相关的组织。

核心概念

第一部分（第1–2章）

• 三大祸害：复杂性、含糊的沟通和缺乏理解，即系统工程要解决的问题。
• 基于模型的系统工程：通过一个连贯的模型而不是一份份分散的文档来开展系统工程。
• SysML：全书使用的通用可视化建模语言。
• 本体：一组明确定义的领域概念及其关系，使模型元素具有一致的含义。

第二部分（第3–5章）

• 接口：系统及其组成部分相互作用的连接。
• 生命周期模型：系统所经历阶段的安排方式。
• 过程建模：把过程（包括标准中的过程）表示为模型。
• 框架：逐章构建、用于组织系统模型的一组视图。

第三部分（第6–10章）

• 需要与需求：利益相关者需要什么，以及如何针对系统加以表述。
• 架构设计：系统解决方案的顶层结构。
• 验证与确认：检查系统是否被正确地构建，以及它是否是正确的系统。
• 方法论：明确规定的工作方式，例如SAFe和OOSEM。
• 管理过程：策划、决策、风险、配置、测量和质量。

第四部分（第11–13章）

• Trinity方法：通过评估能力与成熟度并制定战略来部署MBSE。
• 模型与建模：成果物与产生它的活动之间的区别。

评析

优点

• 一个模型贯穿全书。 由于第3–8章每章都以扩展同一个框架作结，读者可以看到需要、设计、验证和过程如何在一个模型中组合在一起，而不是作为互不相干的主题。
• 适合自学。 Packt称本书充满讲解、实例和自测题，目录也证实几乎每章末尾都有自我评估任务和参考文献。
• 不止于表示法的实用范围。 关于方法论、管理过程、在组织中部署MBSE以及建模艺术的章节，回答了新手在工作中会遇到的问题，而不只是如何画图。
• 有经验做后盾。 据出版社介绍，本版新增了一节，介绍基于作者三十年系统工程经验的有效方法。

局限

• 特定的路径。 本书通过MBSE、SysML以及作者自己的框架（如Trinity）来讲授系统工程。想要对系统生命周期作不拘泥于某种方法的全面综述，或需要定量分析的读者，需要另找教材。
• 定量分析很少。 目录中没有关于权衡分析、可靠性或成本建模的章节，而这些正是以生命周期为主线的系统工程教材会详细讨论的主题。
• 不依赖工具，但表示法繁重。 目录中没有提到任何建模工具。要跟上第二、三部分，读者必须熟练掌握SysML图，这对没有软件或建模经验的人来说可能是个门槛。

在课程中的定位

在这门系统工程课程中，Holt是最平缓的入门书，也是最侧重建模的一本。Kossiakoff等人的 Systems Engineering Principles and Practice 和Blanchard与Fabrycky的 Systems Engineering and Analysis 是以生命周期为主线的教材：它们跟随系统从需要分析经过开发、生产直到运行，Blanchard与Fabrycky还提供比较备选方案的定量工具。可以先读Holt，掌握词汇并养成建模习惯，再读其中一本，学习完整的生命周期学科。

Buede与Miller的 The Engineering Design of Systems 是深入MBSE本身的自然下一步，更深入地讨论需求、功能架构与物理架构以及鉴定。Crawley、Cameron与Selva的 System Architecture 是研究生层次的教材，讨论Holt第7章所引入的架构决策。Dym等人的 Engineering Design: A Project-Based Introduction 是一本以项目为基础的设计方法论与问题求解入门书，对尚未接触过工程设计的学生来说，可与Holt搭配阅读。

如何使用本书

本书面向需要了解复杂系统如何被规定、设计、验证和管理的新手，Packt把它介绍为把现代MBSE技术应用到读者自己的系统和项目中的途径。本书不要求系统工程方面的正式基础，但有工程或软件项目经验会更容易理解书中的例子。

实用的学习计划：

• 核心： 按顺序学习第1–8章。第2章介绍全书所用的建模方法，第3–8章一步步构建框架。
• 面向组织中的实践者： 第9–11章，讲方法论、管理过程和MBSE部署。
• 用于反思： 第12–13章，最好在有一定建模实践之后再读。

完成自我评估任务，并在阅读过程中为自己熟悉的系统（例如工作中的产品或学生项目）构建框架视图。为本体中的术语编一份词汇表。利用各章参考文献进一步了解标准和SysML。