01 / 導讀
導讀
引用
Buede, D. M., & Miller, W. D. (2024). The Engineering Design of Systems: Models and Methods (4th ed.). Wiley.
章節概要
全書分三部分，共15章，約464頁，後附術語表、參考文獻和歷史文獻目錄。各章末有習題，出版社還提到正文中嵌入了案例研究。
第一部分：Introduction, Overview, and Basic Knowledge（導論、概覽與基礎知識）
第1章：Introduction to Systems Engineering（系統工程導論）
首先把系統定義為為實現利益相關者目標而組織起來的硬體、軟體、人員、設施和規程，並討論體系之體系（system of systems），本章將其分為認可型、協作型、指令型和虛擬型。隨後各節概述系統工程的實施途徑（包括瀑布模型、螺旋模型、物件導向設計、可組合性工程和敏捷系統工程）、建模途徑（UML、DoDAF、SysML）、體系結構的概念、需求、系統生命週期、設計與整合過程以及系統的型別。
第2章：Overview of the Systems Engineering Design Process（系統工程設計過程概覽）
概述系統工程的設計過程，位於第二部分的詳細論述之前。
第3章：Modeling and SysML Modeling（建模與SysML建模）
講授建模以及SysML建模語言；出版社指出，本版同時涉及SysML 1.0和SysML 2.0。
第4–5章：Discrete Mathematics: Sets, Relations, and Functions；Graphs and Directed Graphs (Digraphs)（離散數學：集合、關係與函式；圖與有向圖）
置於設計章節之前的兩章數學背景。第一章講集合、關係和函式；第二章講圖與有向圖。
第二部分：Design and Integration（設計與整合）
第6章：Requirements and Defining the Design Problem（需求與設計問題的界定）
第二部分以需求和設計問題的界定開篇；出版社把利益相關者需求列入涉及的主題。
第7–9章：Functional Architecture Development；Physical Architecture Development；Allocated Architecture Development（功能架構、物理架構與分配架構的開發）
方法的核心。先開發功能架構，再開發物理架構，然後把兩者結合為分配架構。出版社還把邏輯架構開發列入主題。
第10章：Interface Design（介面設計）
討論體系結構各要素之間介面的設計。
第11章：Integration and Qualification（整合與鑑定）
涉及把系統組裝起來並證明其滿足需求；出版社的介紹把這一步同驗證與確認聯絡在一起，包括對體系之體系的驗證與確認。
第12章：A Complete Exercise of the Systems Engineering Process（系統工程過程的完整演練）
一個從頭到尾走完整個過程的演練，從執行概念一直到整合與鑑定。
第三部分：Supplemental Topics（補充專題）
第13章：The Value of Systems Engineering（系統工程的價值）
探討系統工程這一學科的價值。
第14章：Decision Analysis for Design Trades（設計權衡的決策分析）
把決策分析用於設計權衡；出版社把設計權衡的決策分析列入主題。
第15章：The Science and Analysis of Systems（系統的科學與分析）
以系統的科學與分析收尾；出版社把系統工程的科學基礎列入主題，並稱本版新增了關於該領域新趨勢的一節。
核心概念
第一部分
- 體系之體系（system of systems）：由各自獨立管理的系統組成的集合，共同提供其中任何一個系統都無法單獨提供的能力，分認可型、協作型、指令型和虛擬型。
- 系統工程的實施途徑：瀑布模型、螺旋模型、物件導向設計、可組合性工程和敏捷系統工程。
- 建模語言：UML、DoDAF和SysML，用來記錄設計。
- 集合、關係、函式與圖：用於使體系結構形式化的數學工具。
第二部分
- 需求與設計問題：設計過程的起點。
- 功能、物理與分配架構：第7–9章依次建立的三個相互關聯的視角。
- 介面設計、整合與鑑定：各部分如何連線並證明可以工作。
第三部分
- 設計權衡的決策分析：對備選方案進行結構化比較。
- 系統工程的價值：對這一學科的價值作出說明。
評析
優點
- 一套方法從需求貫穿到鑑定。 第二部分用連續六章講述同一個設計過程，隨後第12章給出完整演練，使讀者按順序並在同一個例子上看到各個步驟。
- 包含數學背景。 第4、5章在設計章節之前講解集合、關係、函式和圖，讀者無需另找這部分內容。
- 緊跟以軟體為中心的實踐。 第四版增加了基於模型的系統工程、數字工程、數字執行緒、人工智慧、SysML 1.0與2.0、數字孿生和GENESYS軟體，並新增中間向外工程、逆向工程和敏捷系統工程等小節。
- 練習材料。 每章末有習題，出版社還列出了面向學生和教師的配套網站。
侷限
- 不適合作第一本書。 第一部分用五章從定義講到SysML和離散數學，隨後的設計方法自始至終以模型為基礎；初學系統工程的讀者可能更適合先讀一本較平易的導論。
- 與特定工具繫結。 新版新增的內容圍繞SysML和GENESYS組織，使用其他工具的讀者需要自行轉換。
- 主題取捨。 目錄中沒有專門講可靠性、保障性或成本分析的章節，而書單中的其他教材對這些領域有所論述。
在課程中的定位
Buede和Miller給出了從需求到鑑定的、基於模型的設計過程論述。Dym、Little和Orwin的 Engineering Design: A Project-Based Introduction 與Holt的 Systems Engineering Demystified 都是入門讀物，前者以專案為主線，後者寫給初學者並圍繞SysML展開；兩者都可以先於Buede和Miller閱讀。Kossiakoff等人的 Systems Engineering Principles and Practice 與Blanchard和Fabrycky的 Systems Engineering and Analysis 是按生命週期組織的教材，後者提供決策與經濟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，討論早期架構決策與權衡空間探索；它與第7–9章和第14章有重疊，適合想把架構當作決策問題深入研究的讀者作為配套讀物。
如何使用本書
出版社稱本書適合作為系統工程設計、系統架構和系統整合等本科與研究生課程的主教材，也可供從業的系統架構師、系統工程師、工業工程師、工程管理人員和系統整合人員參考。
實用的閱讀安排：
- 核心： 第1、2章，然後依次讀第6–12章。第12章可與前面各章對照閱讀，把它當作各步驟如何配合的範例。
- 基礎： 開始建模之前先讀第3章；當架構章節中的符號需要補充時再讀第4–5章，熟悉集合與圖的讀者可以略讀。
- 補充： 需要比較設計備選方案時讀第14章，第13、15章用於拓寬背景。
第6–11章的習題最好圍繞自己選定的一個系統來做，使每個架構步驟產出的模型可以在下一步中繼續使用。