Systems Engineering Demystified（系統工程不再難）

引用

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

章節概要

第2版共13章，分為四部分，印刷版約530頁。貫穿全書的思想是以模型為基礎的系統工程（MBSE）：以系統塑模語言（SysML）作為表示法，第3–8章每章都以名為「Defining the Framework」的一節作結，把該章的概念加入一組模型視圖中。幾乎每一章都以摘要、自我評量任務與參考文獻收尾。根據Packt的介紹，本版涵蓋MBSE的新方法及其透過「Trinity」方法的導入，並以一節新內容作結，介紹以作者三十年實務經驗為基礎的有效做法。

第1章：系統工程導論

第一部分「系統工程導論」從系統工程的簡史、定義，以及為什麼需要系統工程談起。Packt把其動機概括為「三大惡」：複雜性、含糊的溝通與缺乏理解。

第2章：以模型為基礎的系統工程

介紹MBSE及其演進，以及塑模在實務上代表什麼。書中區分兩種語言：作為模型「口語」的SysML，以及作為領域專用語言、確定模型術語意義的本體論。

第3章：系統與介面

第二部分「系統工程概念」從定義系統與描述系統之間的介面開始，並以第一個「Defining the Framework」小節作結。

第4章：生命週期

介紹生命週期與生命週期模型，也就是系統經歷的階段以及這些階段的不同安排方式。

第5章：系統工程流程

討論流程的基礎與概念、流程塑模，以及以流程模型表示標準，讓組織能說明自己如何符合這些標準。

第6章：需要與需求

第三部分「系統工程技術」從需要與需求開始，說明如何以不同的SysML圖加以視覺化，以及它們在生命週期與流程中的位置。

第7章：設計塑模

定義設計與架構設計，並把設計塑模與最佳實務流程連結起來。

第8章：驗證與確認塑模

定義測試概念，說明如何建立用於驗證與確認的模型視圖，同樣與最佳實務流程相連結。

第9章：方法論

概述方法論，並具體介紹SAFe與OOSEM兩種方法，討論方法論與MBSE的關係。

第10章：系統工程管理

綜覽各項管理流程：專案規劃、決策管理、專案評估與控制、風險管理、資訊管理、組態管理、量測與品質保證。

第11章：導入MBSE

第四部分「下一步」介紹在組織中導入MBSE的Trinity方法：定義MBSE能力與成熟度、同時掌握兩者的一種技術，以及擬定MBSE策略。

第12章：塑模的藝術

討論MBSE的哲學：模型與塑模行為之間的差別、實用的塑模策略，以及如何讓模型值得信賴。

第13章：最佳實務

最後介紹重要的標準、重要的指引，以及與系統工程相關的組織。

核心概念

第一部分（第1–2章）

• 三大惡：複雜性、含糊的溝通與缺乏理解，也就是系統工程要處理的問題。
• 以模型為基礎的系統工程：透過一個連貫的模型，而不是一份份分散的文件來進行系統工程。
• SysML：全書使用的通用視覺化塑模語言。
• 本體論：一組明確定義的領域概念及其關係，讓模型元素具有一致的意義。

第二部分（第3–5章）

• 介面：系統及其組成元素相互作用的連接。
• 生命週期模型：系統所經歷階段的安排方式。
• 流程塑模：把流程（包括標準中的流程）表示為模型。
• 框架：逐章建立、用來組織系統模型的一組視圖。

第三部分（第6–10章）

• 需要與需求：利害關係人需要什麼，以及如何針對系統加以陳述。
• 架構設計：系統解決方案的頂層結構。
• 驗證與確認：檢查系統是否被正確地建造，以及它是否為正確的系統。
• 方法論：明確規定的工作方式，例如SAFe與OOSEM。
• 管理流程：規劃、決策、風險、組態、量測與品質。

第四部分（第11–13章）

• Trinity方法：藉由評估能力與成熟度並擬定策略來導入MBSE。
• 模型與塑模：成果與產生它的活動之間的差別。

評析

優點

• 一個模型貫穿全書。 由於第3–8章每章都以擴充同一個框架作結，讀者可以看到需要、設計、驗證與流程如何在一個模型中組合在一起，而不是互不相干的主題。
• 適合自學。 Packt表示本書充滿說明、實例與自我測驗，目錄也證實幾乎每章末尾都有自我評量任務與參考文獻。
• 不止於表示法的實用範圍。 關於方法論、管理流程、在組織中導入MBSE以及塑模藝術的章節，回答了新手在職場上會遇到的問題，而不只是如何畫圖。
• 有經驗為後盾。 根據出版社的介紹，本版新增一節，介紹以作者三十年系統工程經驗為基礎的有效做法。

局限

• 特定的路線。 本書透過MBSE、SysML以及作者自己的框架（如Trinity）來講授系統工程。想要對系統生命週期進行不拘泥於某種方法的全面綜覽，或需要定量分析的讀者，需要另找教科書。
• 定量分析很少。 目錄中沒有關於權衡分析、可靠度或成本塑模的章節，而這些正是以生命週期為主軸的系統工程教科書會詳細討論的主題。
• 不依賴工具，但表示法繁重。 目錄中沒有提到任何塑模工具。要跟上第二、三部分，讀者必須熟練SysML圖，這對沒有軟體或塑模經驗的人來說可能是個門檻。

在課程中的定位

在這門系統工程課程中，Holt是最平易的入門書，也是最著重塑模的一本。Kossiakoff等人的 Systems Engineering Principles and Practice 與Blanchard和Fabrycky的 Systems Engineering and Analysis 是以生命週期為主軸的教科書：它們跟隨系統從需要分析經過開發、生產一直到運作，Blanchard和Fabrycky還提供比較替代方案的定量工具。可以先讀Holt，掌握詞彙並養成塑模習慣，再讀其中一本，學習完整的生命週期學科。

Buede與Miller的 The Engineering Design of Systems 是深入MBSE本身的自然下一步，更深入地討論需求、功能架構與實體架構以及資格驗證。Crawley、Cameron與Selva的 System Architecture 是研究所程度的教科書，討論Holt第7章所引入的架構決策。Dym等人的 Engineering Design: A Project-Based Introduction 是以專題為基礎的設計方法論與問題解決入門書，對尚未接觸工程設計的學生來說，可與Holt搭配閱讀。

如何使用本書

本書以需要了解複雜系統如何被規格化、設計、驗證與管理的新手為對象，Packt把它介紹為將現代MBSE技術應用到讀者自身系統與專案的途徑。本書不要求系統工程方面的正式基礎，但具備工程或軟體專案經驗會更容易理解書中的例子。

實用的學習計畫：

• 核心： 依序研讀第1–8章。第2章介紹全書所用的塑模方法，第3–8章一步步建立框架。
• 給組織中的實務工作者： 第9–11章，談方法論、管理流程與MBSE導入。
• 用於反思： 第12–13章，最好在有一定塑模實務經驗之後再讀。

完成自我評量任務，並在閱讀過程中為自己熟悉的系統（例如工作中的產品或學生專題）建立框架視圖。為本體論中的術語編一份詞彙表。利用各章參考文獻進一步了解標準與SysML。