描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121326820丛书名: 体系工程与装备论证系列丛书
篇 系统：系统科学与系统思维的前沿
章 系统哲学理念 1
1.1 涌现的系统运动 1
1.2 系统的本质 2
1.3 因果关系和目的论 3
1.4 涌现 4
1.5 生命与热力学第二定律 5
1.6 人类组织中的熵与功 5
1.7 熵循环 6
1.8 一般系统论和开放系统 6
1.9 博尔丁的系统分类 7
1.10 并行和同态 7
1.11 开放系统的概念 8
1.12 了解开放系统的行为 9
1.13 格式塔（完形）和整体论 10
1.13.1 不可分割性 11
1.13.2 交互动力学 11
1.14 稳定性和稳定状态 12
1.15 系统论方法 13
1.16 系统思维 14
1.17 功能主义和有机体类比 15
1.17.1 有机体类比 15
1.17.2 机器的隐喻 15
1.18 机械系统控制概念 16
1.19 有机体控制概念 16
1.20 基本感知、概念和知觉 17
1.20.1 涌现和层次结构 17
1.20.2 由自身是系统且相互作用的组分构成的系统 18
1.20.3 整体系统的多样性 18
1.20.4 具有所需涌现特性的开放系统的潜在综合方法：系统工程 19
1.20.5 问题空间与解决方案空间 20
1.20.6 演化的自适应系统 21
1.20.7 自组织的临界性 22
1.20.8 弱混沌 22
1.20.9 系统特征 23
本章练习 24
第二章 系统科学前沿 25
2.1 系统论与系统科学 25
2.2 守恒定律与传输现象 26
2.3 排队现象 27
2.4 混沌现象 28
2.4.1 鳞翅目形的洛伦兹图 28
2.4.2 混沌的生成 29
2.4.3 自相似性 31
2.4.4 分形 32
2.4.5 倍周期 34
2.5 信息：守恒还是非守恒 34
2.6 作为自然科学和社会科学的系统科学 35
2.6.1 行为 35
2.6.2 识别与分类 36
2.6.3 公理知识 36
2.6.4 世界模型与世界观 36
2.6.5 解读 36
2.6.6 信念系统 36
2.6.7 本能与意象 38
2.7 社会人类学和文化人类学 40
2.8 社会资本 41
2.9 社会基因型态 42
2.10 复杂性管理 42
2.10.1 涌现特性的聚合 43
2.10.2 反混沌 44
2.11 系统寿命周期与熵循环 45
2.11.1 系统响应原则 45
2.11.2 系统内聚原则 46
2.11.3 适应性原则 46
2.11.4 关联多样性原则 46
2.11.5 多样性受限原则 47
2.11.6 模式原则 47
2.11.7 循环发展（熵循环）原则 47
2.11.8 系统寿命周期：统一系统假设 48
2.11.9 系统耐久性：系统衰退 50
本章总结 50
本章练习 51
第三章 系统思维前沿 53
3.1 系统思维的范围、局限和价值 53
3.1.1 示意图 53
3.1.2 因果关系和因果循环模型 55
3.1.3 系统表面现象动态仿真 56
3.1.4 动态交互系统仿真 59
3.1.5 行为建模 61
3.2 系统思维和科学方法 61
3.3 系统表述和系统建模 62
3.4 非线性系统思维 65
本章总结 67
本章练习 68
第四章 系统工程的哲学理念 69
4.1 系统工程为何重要 69
4.2 系统工程的早期例子 70
4.2.1 不列颠之战 70
4.2.2 美国航空航天局（NASA）的“阿波罗”登月计划 70
4.3 “系统”的研究对象 71
4.4 “工程”的研究对象 72
4.5 问题的求解、定解和消解 73
4.6 系统工程：定义和描述 74
4.7 系统工程的实际目标 76
4.8 定解、求解或消解问题的策略 77
4.9 自组织系统 78
4.10 系统的系统：体系 79
4.11 自底向上的集成 81
4.12 完成系统工程“整体” 81
本章总结 83
本章练习 85
第五章 系统模型 86
5.1 开放系统 86
5.2 简单的嵌套和递归模型 88
5.3 社会基因型态——一个概念模型 88
5.4 控制论模型 89
5.5 系统架构模型 90
5.6 比尔的适存系统模型 92
5.7 开环控制模型 94
5.8 五层系统模型 95
5.8.1 第1层：产品/子系统工程 95
5.8.2 第2层：项目系统工程 97
5.8.3 系统工程的本质 100
5.8.4 第4层：工业系统工程 100
5.8.5 第5层：社会经济系统工程 102
5.9 追求涌现——所有系统的通用参考模型 103
5.9.1 涌现的根源及其能否有目的地“设计” 103
5.9.2 通用参考模型的概念 104
5.9.3 功能管理 106
5.9.4 行为管理 107
5.9.5 通用参考模型的形式模型 109
5.10 列表形式的通用参考模型 111
5.11 通用参考模型和系统论方法 112
5.11.1 实例化分层通用参考模型 114
5.11.2 通用参考模型是否能捕获到涌现 116
5.11.3 通用参考模型比较 117
本章总结 117
本章练习 118
案例A 日本的精益量化供应系统 119
A.1 引言 119
A.2 调查研究 122
A.2.1 开放系统的观点 122
A.2.2 市场拉动与生产推动 125
A.2.3 持续改善和流水线 127
A.2.4 企业联盟 129
本案例总结 130
第二篇 系统方法论
第六章 系统方法论综述 132
6.1 系统方法论的定义 132
6.2 系统方法论的社会潜力和经济潜力 133
6.3 系统方法论：一个范式 133
6.4 系统方法论的各个方面 134
6.4.1 科学维度 134
6.4.2 逻辑和认识论维度 135
6.4.3 时间维度 135
6.4.4 文化/政治/行为维度 136
6.4.5 道德和伦理维度 136
6.4.6 社会维度 137
6.4.7 组织维度 137
6.4.8 经济维度 138
6.4.9 技术维度 139
6.5 系统方法论：概念模型 140
6.6 能否找到一个（更好的）系统方法论 145
6.7 能否构建智能、自适应、演化的解决方案系统 145
本章总结 146
本章练习 148
第七章 处理复杂的问题和难题 149
7.1 问题的解决范式 149
7.2 线性、复杂性、非线性和智能系统行为 149
7.3 系统功能异常：领域影响因素 150
7.4 软系统方法 151
7.5 达成共识的方法 152
7.5.1 头脑风暴法 153
7.5.2 名义群体法 153
7.5.3 创意记录法 153
7.5.4 沃菲尔德的解释结构模型 154
7.6 面向干预的切克兰德软系统方法论 155
7.7 面向干预的希金斯严格软方法 157
本章总结 161
本章练习 161
案例B 成功经验的干预 162
B.1 背景情况 162
B.2 使用严格软方法做离线非正式调查 162
B.3 参与式干预——使用名义群体法和解释结构模型 168
B.4 无人参与的严格软方法调查和人工干预两者比较 175
本案例总结 176
第八章 探索解决方案空间 177
8.1 引言 177
8.2 探索途径 177
8.2.1 边界和有限状态 177
8.2.2 环境、影响和相互作用 178
8.2.3 结构和动力学 179
8.2.4 资源需求 179
本章总结 181
本章练习 181
第九章 聚焦解决方案系统的目的 182
9.1 系统方法论第3步：解决方案系统的目的 182
9.2 系统方法论第4步：开发运行使用构想 184
本章练习 186
案例C 武器系统总体构想 187
案例C之1：不列颠之战的指挥控制系统 187
C.1.1 引言 187
C.1.2 相互作用的系统 188
C.1.3 让系统工作起来——作战系统工程 189
C.1.4 战斗打响 190
C.1.5 不列颠之战的仿真 193
案例C之2 “闪电”——实现武器系统总体构想 198
C.2.1 引言 198
C.2.2 闪电式飞机 198
C.2.3 优化设计 200
C.2.4 干扰问题 201
C.2.5 解决问题的数字数据链路 202
C.2.6 试验 203
本案例总结 203
第十章 系统解决方案的架构/设计 205
10.1 系统设计方法 205
10.2 功能设计流程 207
10.3 物理设计流程 209
10.4 输出/结果 212
本章总结 212
本章练习 213
第十一章 优化解决方案系统设计 214
11.1 系统设计途径 214
11.2 方法、工具和技术 215
11.2.1 成本与能力 215
11.2.2 整体优化 215
11.2.3 灾难救援示例 217
11.2.4 海军驱逐舰示例 218
11.2.5 供应与物流系统的设计优化 220
11.3 在特定背景下理解设计方案 221
11.4 线性或非线性：这是问题所在 222
11.5 验证与确认 223
本章总结 224
本章练习 225
第十二章 解决方案系统的创建及检验 226
12.1 引言 226
12.2 需求规范 227
12.3 表征不同类型的系统 228
12.3.1 组织方面的考虑 229
12.3.2 集成方面的考虑 230
12.3.3 运行使用的系统工程——在运行中不断优化 231
12.4 解决方案系统的组成部分 232
本章总结 233
本章练习 234
第十三章 系统方法论——详细说明 235
13.1 理想世界与现实世界 235
13.2 系统方法论的产品 235
13.3 系统方法论整体 237
13.4 系统方法论是流程吗 237
13.4.1 外循环与内循环设计 237
13.4.2 外循环、内循环和系统工程 239
13.5 系统方法论：分阶段描述各个步骤 239
本章总结 243
本章练习 244
第十四章 系统方法论的实践应用 246
14.1 按阶段划分的系统方法论 246
14.2 面向人类活动系统的系统方法论 247
14.3 作为工具的系统方法论 248
14.4 系统方法论应用的组织管理和系统工程应用的组织管理 249
14.4.1 系统方法论的甘特图 250
14.4.2 团队体系 251
14.4.3 团队体系与内/外循环 252
14.4.4 团队体系和系统体系 252
本章总结 255
本章练习 255
案例D 构建国防能力架构 257
D.1 系统方法论第1步：探索问题空间 257
D.2 系统方法论第2步：探索解空间 263
D.3 系统方法论第3步：聚焦解决方案系统目的 263
D.3.1 根本宗旨和语义分析 263
D.3.2 效能指标 264
D.3.3 实现目标、克服威胁的策略 264
D.3.4 非杀伤性武器 265
D.3.5 将策略转换为功能 266
D.4 系统方法论第4步：开发解决方案系统的高层作战行动构想 266
D.5 系统方法论第5步：设计解决方案系统， 第1部分——功能设计 268
D.5.1 系统方法论第5步/模板3：内部功能实例化 268
D.5.2 系统方法论第5步/模板2：内部行为实例
1990年，我国著名科学家和系统工程创始人钱学森先生发表了《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》一文。他认为，复杂系统组分数量众多，使得系统的整体行为相对于简单系统来说可能涌现出显著不同的性质。如果系统的组分种类繁多，并具有层次结构，它们之间的关联方式又很复杂，就构成了复杂巨系统；如果复杂巨系统再与环境进行物质、能量、信息的交换，接受环境的输入、干扰并向环境提供输出，而且还具有主动适应和演化的能力，就要把它作为开放复杂巨系统对待了。在研究解决开放复杂巨系统问题时，钱学森先生提出了从定性到定量的综合集成方法，这是系统工程思想的重大发展，也可以看作对体系问题的先期探讨。
从系统研究到体系研究涉及很多问题，其中有三个问题应该首先予以回答：一是体系和系统的区别，二是平台化发展和体系化发展的区别，三是系统工程与体系工程的区别。下面，我引用国内两位学者的研究成果讨论前两个问题的看法，然后再谈谈我自己对第三个问题的看法。
（1）关于系统和体系的区别。有学者认为，体系是由系统组成的，系统是由组元组成的。不是任何系统都是体系，但是只要由两个组元构成且相互之间具有联系就是系统。系统的内涵包括组元、结构、运行、功能、环境，体系的内涵包括目标、能力、标准、服务、数据、信息等。系统核心的要素是结构，体系核心的要素是能力。系统的分析从功能开始，体系的分析从目标开始。系统分析的表现形式是多要素分析，体系分析的表现形式是不同角度的视图。对系统发展影响的是环境，对体系形成影响的是目标要求。系统强调组元的紧密联系，体系强调要素的松散联系。
（2）关于平台化发展和体系化发展的区别。有学者认为，由于先进信息化技术的应用，现代作战模式和战场环境已经发生了根本性的转变。受此影响，以美国为首的西方国家在新一代装备发展思路上也发生了根本性转变，逐渐实现了装备发展由平台化向体系化的过渡。武器装备体系化的重要性为众人所知始于35年前的一场战役。1982年6月的黎巴嫩战争中，以色列和叙利亚在贝卡谷地展开了激烈空战，这次战役的悬殊战果对现代空战战法研究和空战武器装备发展有着多方面的借鉴意义，因为通过任何基于武器平台分析的指标进行衡量，都无法解释如此悬殊的战果。以色列空军各参战装备之间分工明确，形成了协调有效的进攻体系，是取胜的关键。自此以后，空战武器装备对抗由“平台对平台”向“体系对体系”进行转变，为世界所周知。同时一种全新的武器装备发展思路—“武器装备体系化发展思路”逐渐浮出水面。这里需要强调的是，武器装备体系概念并非始于贝卡谷地空战，当各种武器共同出现在同一场战争中，执行不同的作战任务，原始的武器装备体系就已形成，但是这种武器装备体系的形成是被动的；而武器装备体系化发展思路应该是一种以武器装备体系为研究对象和发展目标的武器装备发展建设思路，是一种现代装备体系建设的主动化发展思路。因此，武器装备体系化发展思路是相对于一直以来武器装备发展主要以装备平台更新为主的发展模式而言的。以空战装备为例，人们一般常说的三代战斗机、四代战斗机都是基于平台化思路的发展和研究模式，是就单一装备的技术水平和作战性能进行评价的。可以说，传统的武器装备平台化发展思路是针对某类型武器平台，通过开发、应用各项新技术，研究制造新型同类产品以期各项性能指标超越过去同类产品的发展模式。而武器装备体系化发展的思路则是通过对未来战场环境和作战任务的分析，并对现有武器装备和相关领域新技术进行梳理，开创性地设计构建在未来一定时间内易形成战场优势的作战装备体系，并通过对比现有武器装备的优势和缺陷确定要研发的武器装备和技术。也就是说，其研究的目标不再是基于单一装备更新，而是基于作战任务判断和战法研究的装备体系构建与更新，是将武器装备发展与战法研究充分融合的全新的装备发展思路，这也是美军近三十多年装备发展的主要思路。
（3）关于系统工程和体系工程的区别。我认为，系统工程和体系工程之间存在着一种类似“一分为二、合二为一”的关系，具体体现为分析与综合的关系。数学分析中的微分法（分析）和积分法（综合），二者对立统一的关系是牛顿-莱布尼兹公式。它们构成数学分析中的主脉，解决了变量中的许多问题。系统工程中的“需求工程”（相当于数学分析中的微分法）和“体系工程”（相当于数学分析中的积分法），二者对立统一的关系就是钱学森的“从定性到定量综合集成研讨方法”（相当于数学分析中的牛顿-莱布尼兹公式）。它们构成系统工程中的主脉，解决和正在解决着大量巨型复杂开放系统的问题。我们称之为系统工程Calculus（微积分）。
总之，武器装备体系是一类具有典型体系特征的复杂系统，体系研究已经超出传统系统工程理论和方法的范畴，需要研究和发展体系工程，用以指导体系条件下的武器装备论证。
在系统工程理论方法中，系统被看作具有集中控制、全局可见、有层级结构的整体，而体系是一种松耦合的复杂大系统，已经脱离了原来以紧密的层级结构为特征的单一系统框架，表现为一种显著的网状结构。近年来含有大量自主系统的无人作战体系的出现，使得体系架构的分布、开放特征更加明显，正在形成以即联配系、敏捷指控、协同编成为特点的体系架构。以复杂适应网络为理论特征的体系，可以比单纯递阶控制的层级化复杂大系统具有更丰富的功能配系、更复杂的相互关系、更广阔的地理分布和更开放的边界。以往的系统工程方法强调必须明确系统目标和系统边界，但体系论证不再限于刚性的系统目标和边界，而是强调装备体系的能力演化，以及对未来作战样式的适应性。因此，体系条件下装备论证关注的焦点，在于作战体系架构对体系作战对抗过程和效能的影响，在于武器装备系统对整个作战体系的影响和贡献率。
回顾40年前，钱学森先生在国内大力倡导和积极践行复杂系统研究，并在国防科学技术大学亲自指导和创建了系统工程与数学系，开办了飞行器系统工程和信息系统工程两个本科专业。面对当前我军武器装备体系发展和建设中的重大军事需求，由国防科学技术大学王维平教授担任主编，集结国内在武器装备体系分析、设计、试验和评估等方面具有理论创新和实践经验的部分专家学者，编写出版了“体系工程与装备论证系列丛书”。该丛书以复杂系统理论和体系思想为指导，紧密结合武器装备论证和体系工程的实践活动，积极探索研究适合国情、军情的武器装备论证和体系工程方法，为武器装备体系论证、设计和评估提供理论方法和技术支撑，具有重要的理论价值和实践意义。我相信，该丛书的出版将为推动我军体系工程研究、提高我军体系条件下的武器装备论证水平做出重要贡献。
汪浩
2017年5月
译者的话
进入21世纪，系统工程在人类活动的各个领域中有了更深刻的认知和更广泛的应用。不论是在系统工程的工程化方法和流程方面，还是在涉及系统预测、评价、决策等支撑技术方面，都取得了丰硕的成果。其中，系统工程方法论作为系统工程知识体系的核心，是研究一切系统的一般模式、原则和规律的理论体系，是系统规划师、分析师、设计师和开发人员追寻了数十年的目标，也出现了百花齐放、百家争鸣的局面。有以美国国防部和NASA为代表提出的偏硬的系统工程方法论，也有以钱学森先生提出的从定性到定量、定性定量相结合为代表的具有东方色彩的综合集成方法论。当前，针对体系层次问题，又再次涌现体系工程方法论的研究热潮。
在这些五光十色的方法论中间，一种方法论具有鲜明的特色，这就是英国著名学者戴瑞克?希金斯提出的方法论。希金斯在其出版的《系统工程：21世纪的系统方法论》一书中，对复杂系统的量化分析和建模途径做出了深刻的阐述，并借鉴系统工程的流程化方法，提出了一套完整的可操作的系统方法论，同时给出了多个应用分析案例。该书是他几十年跨领域、跨行业系统工程实践的理论升华，对复杂系统的量化分析和建模途径做出了深刻的阐述，既有理论研究的深度，又有适用应用领域的广度。
希金斯提出的系统方法论有三大特色：
（1）问题导向，该方法论是关于复杂问题求解的整体方法论，大量精力放在问题的诊断和分析上。
（2）多层通用，适用于产品、项目、组织、行业和社会多个层次。
（3）流程驱动，即给出流程步骤，又给出每个步骤的工作产品，具有很强的可操作性。
可以说，戴瑞克?希金斯的著作是系统工程方法论研究的经典著作，对于系统工程从业人员深入学习、理解和应用系统工程理论方法解决实际问题具有良好的指导意义。
为了推进系统工程理论方法的应用研究，在电子工业出版社的大力支持下，我们组织策划了“系统工程与装备论证系列丛书”，并将《系统工程：21世纪的系统方法论》一书的翻译出版列入其中，旨在将国际上的理论成果介绍给读者。戴瑞克?希金斯是系统工程界泰斗级人物，工作经历丰富，科研成果显著。在本书中，涉及各领域的社会历史知识极为广泛，数学、物理和系统科学的专业知识颇为深入，体现了作者广博的学识和深厚的底蕴。
在本书的翻译过程中，得到许多同行和专家的指导和帮助，在此表示感谢！感谢电子工业出版社工业技术分社的徐静社长、陈韦凯编辑和郭穗娟编辑，为本书在版权联系和文稿编辑方面付出的努力和给予的指导；感谢王维平教授、李群教授给予的理解支持和指导建议；感谢汤旭栋、方斌强、陈伟、石泽森、陈帅、范蕾、李海兵、李紫漠、周奕丽、周文璐、周威、何磊和王玥等为本书翻译做出的贡献。
由于译者水平有限，在翻译过程中，难免出现不准确和不精致之处，敬请读者批评指正。
朱一凡
2017年8月
原 著 序
戴瑞克?希金斯长期以来一直是系统工程的先驱者，他有着大量的经验，早在英国皇家空军服役22年，直到退休。随后他在公共领域和保密领域获得了大量各种各样的职位，包括担任北约空军指挥控制系统（ACCS）的英国方面技术负责人，以及在英国的两个好的系统工程公司中担任市场部主任、业务开发部主任和技术部主任。他于198
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