系统工程的过去、现在和未来

国际系统工程协会与《系统工程手册》

王飞跃：国际系统工程协会（INCOSE）的《系统工程手册》（Systems Engineering Handbook）和相应的“认证系统工程师”（CSEP）是INCOSE在全球系统工程领域最主要、最成功的产品之一，在教育界、产业界都具有广泛的国际影响力，也是自INCOSE创立以来整个协会和历届领导人极力推广维护的主要项目之一。早在2004年，INCOSE首位美国以外的会长，德国空间署（German Space Agency，DARA GmbH）前负责人海因茨 · 斯托维尔（Heinz Stoewer）博士就来北京与我商谈在中国推广INCOSE的工作，其中主要内容之一就是希望由我推动《系统工程手册》简体中文版本的翻译工作。但因为工作量巨大，而且只有真正有需求和丰富系统工程实践的人士才会对此感兴趣，并有能力完成这项工作，就一直耽搁至今。

中航工业作为中国航空工业发展的主力军，是中国工业领域的旗舰企业之一，也是中国科技发展的领军者之一。您深谙系统工程体系精髓，由您担纲完成《系统工程手册》的翻译再好不过了。今年夏天，在清华大学举办的INCOSE北京分会2013年会上，我有幸听到您关于中航工业系统工程理论研究与工程实践的报告，后来又拜读了您的专著《新科学管理：面向复杂性的现代管理理论与方法》。这使我深为您长期、扎实地研究并实践工程管理和系统工程理论及方法的精神与执着所折服，也为您所在的中航工业在系统工程方法和新科学管理理论的实践中所取得的成就而感到由衷的高兴。您在百忙中抽时间翻译《系统工程手册》，这是中国系统工程学科培养与工程实践之幸事，相信此举必定能够深入而有效地推动系统工程在中国航空航天和防务以及其他行业中的普及与实施。

张新国：INCOSE致力于开发系统工程学科和流程集并提高系统工程师专业技能，其宗旨在于推进系统工程在学术界、工业界的技术水平和实践能力，通过促进跨学科、可扩展的方法不断为工程领域提供恰当的系统解决方案，以满足产业和产品向更具复杂度发展的需求，并且积极推动和协调全球范围内应用的系统工程的标准。

《系统工程手册》是INCOSE在系统工程领域的知识体系中的核心，最初由来自美国的几家航空航天/防务领域的会员所大力倡导并创建，并不断地结合工程应用的发展扩充系统工程流程域的方法。2006年3月的V3.0，成为基于国际通行的系统工程标准——ISO/IEC 15288的首个版本，有意地脱离美国DoD关于系统工程应用的倾向，更加关注系统工程方法和流程在产品和服务中实践的普适性。此后的数个版本，目的是为广泛的工业界遵循国际标准提供丰富的流程和方法的指南。

《系统工程手册》一书描述方法和流程的独到之处在于彻底超脱具有环境背景特质的技术和工程，却依然能够提供广泛的产品和服务中关键系统工程流程活动的详实阐述，呈现全局审视问题的广域视角、解决问题的生命周期流程以及推崇整体之上、流程主导的专业素养。该书以系统生命周期模型贯穿于理论和实践论述的主脉络，依次引出技术、项目、协议、组织项目使能、剪裁和专业工程等流程活动域，统一地运用背景环境图的方式掀开上述各流程活动域的“黑箱”，并以活动的输入、输出、控制项和使能项四个维度使整体联络成为具有因果循环关系的架构，可视化地展现出生命周期的关注焦点并揭示需求开发和验证的必要性、与各方利益攸关者不断确认以及适配特定运营环境而不断进行风险和机遇评估的重要性。因此，该书将引导工程计划的决策者和组织的高层管理者有层次地强化透视整体、洞悉全局和以简驭繁的思维能力。另外，随着相关国际标准和规范的引入和广泛应用，系统工程学科也将成为在两个或多个组织之间创建产品和服务协作的契约基线及剪裁依据，该书同样也是工程计划和系统的采办和供应管理者履行业务活动的实施指南。

众所周知，系统工程学科和方法仍在探索和发展之中，在系统工程理论体系和流程集合的动态演进之中，一定会不断地与我们已经熟知或将要学到的技术方法和管理手段相互融合并形成更大的体系。译者在阅读和翻译《系统工程手册》最新版本过程中，也多次被书中所提及的方法框架的包容性所折服，进而也深切体会到系统工程的理论学习和工程实践感悟之间的交互促进。该书的整个翻译过程也成为了应用系统工程方法的一次探索性的实践，并总结出了一套行之有效的跨文化的语言转换的模式，基于协同翻译平台所形成的多学科团队工作模式、标准的工作流程和方法也为今后翻译出版后续的专业英文科技类书籍建立了前所未有的坚实基础。

系统工程学科的渊源与使命

王飞跃：20世纪80年代，因时任美国总统里根的“星球大战计划”，美苏两大阵营之间的冷战在结束之前达到了新的高潮，使得当时美国的许多国防军工企业空前繁荣，急需大批具有系统工程思维、技能和经验的工程与管理人员。然而，这些企业认为传统专业培养出的大学生（学士学位）无法满足它们工作的要求，就是传统专业的硕士毕业生也须再培训才能胜任相关的工作。一段时期内，许多国防军工企业纷纷与设有系统工程或相关专业的大学合作，将其新招的大学生送回学校，以半工半读或者全脱产的形式再读一个硕士学位。当时，我在美工作时所在的亚利桑那大学系统工业工程系也为休斯航空（即后来的雷神公司）专设了硕士班，我自己还带了五名硕士生，这是美国大学里系统工程专业短暂的一段“黄金时期”。

然而，小规模的培养并不能满足国防军工企业的实际需要。有鉴于此，1989年，著名的军火公司通用动力（General Dynamics）在加州圣地亚哥负责召集了一个会议，专门讨论缺少具有整个系统而不是单个学科的思维与技能、并且能够实施系统工程的工程师问题。与会人士一致认为，合格系统工程师的短缺已经是一个全国性的问题，需要政府、企业和学校通力合作才能解决。第二年夏天，波音公司在西雅图召集了第二次会议，这次会议进一步明确了系统工程流程中的核心活动和相关培养问题，并决定成立美国国家系统工程协会（NCOSE），是INCOSE的前身。

可见，INCOSE成立的最大动力就是美国国防军工企业的实际需求，而编制《系统工程手册》并在此基础上建立“认证系统工程师”是INCOSE满足国防军工企业需求的重要手段。手册后来成为西方军工企业培训非系统工程专业学生、有时甚至是系统工程专业学生从事系统工程实践活动的基础要求，目前已被主要国家广泛采用，在确保工程质量和成本方面发挥了有效的作用，并正从国防军工行业走向一般民用企业的工程管理活动。

张新国：系统工程学科（专业）是一种确保系统成功实现的跨学科的方法和手段。系统工程的主线涉及到技术流程和管理流程的高度交叉，注重在系统早期就依赖于两种流程开展良好的权衡，并具有在生命周期方向的水平横跨趋向，全面考量进度、成本、性能、制造、保障和退出等因素中进行设计综合和系统确认。系统工程师的关键任务之一正是探索上述议题，并适时地协调各方利益攸关者共同推导出关键性的决策。同时，在纵向结构层级方向系统工程又是一种自上而下的综合、开发和运行的迭代过程，兼顾到所有业务和技术需求，以追求接近于最优的方式来提供满足需求的高质量产品和服务。系统工程师的目标之一就是协调和融合多个相关学科专家的贡献，保证系统非预期的后果最小化。

如何理解系统工程

王飞跃：我们对系统工程的理解，主要集中在系统在空间上的全局性，在时间上的全程性（覆盖从设计到最终顾客使用反馈的产品全生命周期）以及资源配置的全面性。我们更重视需求和过程，在研究方法上有一个SIMILAR的过程框架，然后才是各种各样的优化算法、供应链管理、过程控制等技术和管理手段。

在我看来，系统工程的主要任务是寻求有效的手段来应对系统的不确定性、多样性和复杂性，使之简单归一到一般的员工都能有效地处理系统中的事件并最终完成任务达成系统的目标。

如今我们提出的智慧城市也好，智慧地球也罢，都一定要从系统工程的角度来考量，否则最终就会乱成一锅粥，变成只有“智慧人”才能玩得转，变成人服务于计算机。智慧城市的目标是，人可以像傻瓜一般管理一个复杂的系统，而不是相反。所以，我们必须从顶层来设计大型的复杂系统，从系统的需求和规范推导出对组件的要求。

张新国：系统普遍地存在于生态环境、社会结构以及人造的产品和服务之中，无论是自然系统、人工系统抑或复合系统，首先其整体性则因人类认知能力的连续开发和控制预期的持续增强而随之不断地外展，其次系统中所包含元素的多样性和差异性急剧增长，最终都将使系统的任务目标、运行方案和应用场景呈现出多元化的特征，由此造成系统构成的相关性以及与外部环境的依存性体现出复杂度的跃升。

系统的复杂性反映着其中相互作用、相互依赖的元素与整体的特定目标之间的非线性关系，系统的失效模式则是元素固有特性及系统模型中内在联系的随机性所带来的无周期、非规律的行为能力，亦即系统的混沌性。因此，既不能由分析局部的特性来认识整体，也无法由于环境变化来预判系统行为模式转换能力的动态表现。认知模式决定行为模式，正是关于未来系统中复杂与混沌两类属性结合方式和演进趋势的重新认识，需要基于系统思考创建实用和有效的方法论框架体系，以严谨的结构化的范式理解系统带给我们的问题域，并以科律化的流程在方案域中进行迭代寻优的决策。

系统工程方法论正是基于在系统早期就应率先决定系统的整体逻辑框架，随之再构建结构化的系统工程流程以及层次化的文件、规范和模型的传递链路，用以指引和控制各个工程技术、专业工程领域的设计、综合和验证的过程，力图将构成系统的元素加以合理的定义和配置来提供系统的整体功能和提高系统的性能指标。系统工程的核心思想是“综合即创造”。

系统的需求（requirement）必须转化成组件的规范（specification）。自顶向下（top-down）就是顶层的需求确定后，必须向下一以贯之，经过层层分解，贯彻到子系统、软硬件，然后进行自顶向下的设计，全程根据V形图来验证与确认（V&V）是否一致，否则就要推倒重来。V&V就是来保证做正确的事和正确的做事。在中航工业，包括软硬件开发在内的所有工业设计，现在都是这么做的，也必须这么做。复杂的系统，不这么做，就无法做到全程性的可追溯。

系统工程的今天和明天

王飞跃：1958年，亚利桑那大学的老院长提出大系统的观念，指出未来必须实现人机交互，系统与社会的交互，人机物系统，工程教育下一步的大发展，将在系统工程学科，亚利桑那大学要有一个系统工程系。

张新国：1958年提出这样的观念确实非常超前。现在，人机交互已经实现了，汽车的驾驶系统和计算机的windows系统就是典型，使得普通人就能开汽车，使得个人电脑迅速普及。人-机-物的系统刚刚开始，系统与社会的交互是一个挑战。

在我们的习惯中，当一件事规模很大、难度很高时，我们就会说，“这是一个系统工程”。这是好事，加深了人们对系统工程的认识。但是，面对复杂事物，我们要以科律性的流程（结构化的过程知识）应对复杂系统结果的不确定性，要以系统化的模型（结构化的元素关系）应对复杂系统工程的可演进性。只有形成一个学科后，才有了统一的共同语言，才能够有效的交流和沟通。系统工程与其他学科最大的区别就在于过程（process），过程就是知识化、结构化、显性化。这样以来，知识才能共享，才能传播得快，继承得快，改进得快，发展得快。传统的系统是基于设计论的，寻求最优解；复杂的系统是基于进化论的，寻求最大的次优解的空间。对于汽车、飞机这样的系统来说，再复杂其设计目标和最终实现的功能也都是确定的，要完全一致；而对于社会系统，像互联网，可以在全生命周期内进行演化，其最初的发明者也很难想象出未来的状况。

王飞跃：我把二者分为工程复杂性和社会复杂性，工程复杂性是结构性的，社会复杂性是非结构性的。

张新国：经济学家在论证市场经济为什么需要监管时表示，自由交换的市场经济基于成千上万个理性人的随机选择，但不监管就会使整个市场复杂到混沌的状态。政府使用规则和制度进行监管，可以使成千上万的随机选择规范到一种或几种选择，所以，规则使复杂系统简单化。

王飞跃：以前的工程师，只知道算法，这就好像我们知道了哪个景区的风景如何美，也知道了使用哪种交通工具可以到达，却不知道具体的路线。

张新国：技术的本质就是方法、工具和过程，又分为物理技术和非物理技术。工程人员熟悉的是不分国别和文化的物理技术，其背后是物理原理。一旦涉及到过程，涉及到非物理技术，就会受到习惯、文化和方式（pattern）的影响。就像交通规则，英国人靠左行与习惯有关，没有对错，关键是要有确定的规则。中国传统的广大工程技术人员恰恰不重视非物理技术。过程是根据规则对活动进行编排，所以，我们可以轻易地引进技术，却很难引进工艺，因为工艺就是过程，就是对制造活动的编排。我们需要系统工程的理论和方法来解决这些问题。

王飞跃：随着互联网技术和电子商务的发展，现在一些商业企业，比如淘宝网和京东网，面对的系统复杂性甚于一些大型的传统工业制造企业，这就是您说的复杂系统。我们现在正在补传统系统工程的课，但复杂系统工程的挑战已经扑面而来。工程系统需要社会化，社会系统需要工程化。系统的开放性使得事物变得越来越不确定，某个人在网上“吼一声”，可能就会给某个企业带来一个危机。我们不能还是兵来将挡水来土掩，我们需要按照系统理论和方法进行应对。

张新国：面对复杂系统，面对不确定性，从理论上来讲，我们甚至无法确定（涵盖并描述）全部的需求。所以，应对复杂系统，要用进化的思想，允许在系统演化的过程中，逐步对需求进行确认、完善。传统的系统工程在全生命周期内靠文件传递静态的信息，复杂的系统工程要靠模型来传递动态的信息。这得益于信息技术发展带来的仿真、虚拟现实等手段，但系统工程的方法论没有变。这就是现在的软设计，软制造，软试验，软装备，可以只在数学领域和虚拟中进行迭代，大大减少了风险，降低了成本，提高了效率。 （本文根据录音整理，未经对话者审阅。）