體系工程理論與方法

前言

10年前，當作者在國防信息化建設(shè)中首次遭遇大規(guī)模系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計與多系統(tǒng)的集成改造時，突然發(fā)現(xiàn)面臨前所未有的工程實踐問題，由此展開了對這一問題持續(xù)深入的探索。最初，把這一問題界定在復雜系統(tǒng)（或者大系統(tǒng)）的工程問題，因而求助于復雜系統(tǒng)理論與工程實踐方法。在經(jīng)過近三年艱辛的理論探索與工程實踐后，發(fā)現(xiàn)在界于傳統(tǒng)系統(tǒng)工程與復雜系統(tǒng)（大系統(tǒng)）工程實踐之間，需要架設(shè)一座新的“橋梁”，這座“橋梁”能夠從一般系統(tǒng)工程通往復雜的大系統(tǒng)工程。如何架設(shè)這座科學的“橋梁”，這就是本書探討的主題——“體系工程”。在重新界定這一復雜工程問題的科學領(lǐng)域時，作者注意到國外同行也開始把這一實踐問題上升到一個學科領(lǐng)域問題。2003年9月，美國維吉尼亞州老道明大學的八名學者共同撰寫了System of Systems Engineering（發(fā)表于《管理工程學報》上），首次在學術(shù)上界定了體系與一般系統(tǒng)、體系工程與一般系統(tǒng)工程的區(qū)別與聯(lián)系以及體系工程的一些基本觀點。從此“體系工程”的研究有如雨后春筍一般，從學術(shù)雜志、會議到學術(shù)機構(gòu)的成立，形成了一個前沿學科領(lǐng)域的完整生態(tài)。作者在這一領(lǐng)域的探索從最初解決工程實踐問題的發(fā)現(xiàn)到本書關(guān)于“體系工程理論與方法”的形成，先后經(jīng)歷了三個階段的深入研究：第一階段是從工程實踐中總結(jié)出問題。問題的關(guān)鍵是傳統(tǒng)系統(tǒng)工程理論與方法并不能為化解國防信息化建設(shè)遇到的困惑。這一階段是幸運的起點，也是“苦惱”的開端；第二階段是從理論上探索新的途徑。從界定“體系”與“系統(tǒng)”、“體系工程”與“系統(tǒng)工程”的概念出發(fā)，建立“體系工程”的理論基礎(chǔ)；第三階段是從“體系工程”理論與方法到實踐的認識。在這一階段，作者以國防信息化建設(shè)中大規(guī)模系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃、多系統(tǒng)的綜合集成與改造為實踐，從實踐中檢驗“體系工程”理論與方法。本書分為三個部分，第一部分是關(guān)于體系現(xiàn)象與本質(zhì)的認識和體系工程的界定。第二部分著重解決體系工程實踐問題，主要是體系的集成與構(gòu)建。第三部分體系的演化與評價同樣是解決體系工程實踐問題，主要是體系的改造工程、體系的魯棒性與適應(yīng)性工程。第一部分體系，包括第一～四章。第一章 緒論，介紹體系的存在與現(xiàn)象以及與系統(tǒng)的區(qū)別；第二章 體系工程，剖析體系工程的內(nèi)涵、內(nèi)容以及過程原理；第三章 體系頂層設(shè)計，闡述體系工程的首要任務(wù)及相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品；第四章 體系工程相關(guān)方法，介紹了國內(nèi)外關(guān)于體系工程實踐的相關(guān)方法。第二部分體系集成與構(gòu)建工程，包括第五～九章。第五章 體系的描述與構(gòu)建，建立了體系的概念模型和構(gòu)建內(nèi)容與流程方法，為體系的構(gòu)建工程奠定了基礎(chǔ)；第六章 體系使命分解與業(yè)務(wù)建模分析，建立體系的資源需求，是體系構(gòu)建工程的第一步；第七章 體系資源集成，以體系資源需求為基礎(chǔ)，集成可獲取的資源；第八章 業(yè)務(wù)流程規(guī)劃與資源配置，在體系獲取的資源基礎(chǔ)上，規(guī)劃業(yè)務(wù)流程并優(yōu)化配置體系的資源；第九章 體系的協(xié)同，從業(yè)務(wù)執(zhí)行的有效性需求出發(fā)，對體系協(xié)作計劃與編組進行優(yōu)化。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地總結(jié)了目前關(guān)于體系與體系工程的前沿研究，提出了體系與體系工程的基本概念、原理和方法，構(gòu)建了體系工程理論與方法體系，具體內(nèi)容包括三個部分：第一部分闡述了體系與體系工程的基本概念、原理及體系頂層設(shè)計和體系工程的相關(guān)方法；第二部分以軍事體系為背景，提出了體系集成與構(gòu)建方法、原則、流程和算法；第三部分在體系集成與構(gòu)建基礎(chǔ)上探索了體系的演化與評估，提出了體系演化模式與途徑、體系魯棒性測度與動態(tài)適應(yīng)性測度以及體系測度的探索性分析框架和模型。    本書對體系和體系工程理論與方法的探索既有學術(shù)研究價值，又有教學使用價值。本書關(guān)于體系與體系工程前沿理論與方法的探索分析可供本領(lǐng)域的研究工作者借鑒；本書系統(tǒng)介紹多年研究積累的體系與體系工程實踐方法，可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第一部分  體系　第一章  緒論　  1.1  體系的存在與現(xiàn)象　  1.2  體系與系統(tǒng)　    1.2.1  系統(tǒng)　    1.2.2  復雜系統(tǒng)　    1.2.3  復雜適應(yīng)性系統(tǒng)　    1.2.4  體系與簡單人工系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)　  1.3  體系的理解與認識　    1.3.1  體系的典型定義　    1.3.2  看待體系的不同觀點　    1.3.3  體系的綜合定義　第二章  體系工程　  2.1  體系工程概念與定義　    2.1.1  體系工程的發(fā)展　    2.1.2  體系工程的概念與定義　  2.2  體系工程內(nèi)涵　    2.2.1  體系需求與體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工程　    2.2.2  體系的集成與構(gòu)建工程　    2.2.3  體系的演化與評價工程　  2.3  體系工程過程　    2.3.1  系統(tǒng)工程過程　    2.3.2  體系工程過程　第三章  體系頂層設(shè)計　  3.1  概念、內(nèi)容與實踐　    3.1.1  體系頂層設(shè)計的定義　    3.1.2  體系頂層設(shè)計的內(nèi)容　    3.1.3  美軍以ISR頂層設(shè)計實踐　  3.2  體系需求分析　    3.2.1  體系需求特性　    3.2.2  體系需求生成模式　    3.2.3  體系需求開發(fā)方法　  3.3  體系結(jié)構(gòu)設(shè)計　    3.3.1  地位與作用　    3.3.2  業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計　    3.3.3  信息架構(gòu)設(shè)計　    3.3.4  系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計　    3.3.5  技術(shù)架構(gòu)設(shè)計　  3.4  頂層設(shè)計檢驗　    3.4.1  頂層設(shè)計評價方法　    3.4.2  頂層設(shè)計驗證方法　    3.4.3  頂層設(shè)計檢驗策略　第四章  體系工程相關(guān)方法　  4.1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析方法　    4.1.1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析基本概念　    4.1.2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析方法　  4.2  復雜系統(tǒng)分析方法　    4.2.1  還原論結(jié)合整體論分析方法　    4.2.2  定性與定量相結(jié)合分析方法　    4.2.3  確定與不確定相結(jié)合分析方法　    4.2.4  綜合集成方法　  4.3  作戰(zhàn)體系的過程建模分析方法　    4.3.1  基于UML的過程建模分析方法　    4.3.2  基于UML的過程建模分析實例　  4.4  裝備體系分析的CAIV方法　    4.4.1  基本概念與問題描述　    4.4.2  CAIV方法的基本流程　  4.5  基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)的體系分析方法　    4.5.1  理論基礎(chǔ)：社會影響網(wǎng)與DBN理論　    4.5.2  方法的基本概念　    4.5.3  方法的基本步驟第二部分  體系集成與構(gòu)建工程　第五章  體系的描述與構(gòu)建　  5.1  體系的描述　    5.1.1  體系的概念視圖　    5.1.2  體系的描述　  5.2  體系的構(gòu)建　    5.2.1  體系構(gòu)建思想原則與基礎(chǔ)條件　    5.2.2  體系構(gòu)建流程與內(nèi)容　    5.2.3  針對信息化戰(zhàn)爭體系構(gòu)建的關(guān)鍵問題　第六章  體系使命分解與業(yè)務(wù)建模分析　  6.1  基本概念　  6.2  體系使命分解與業(yè)務(wù)建?！?   6.2.1  使命分解　    6.2.2  案例任務(wù)模型　第七章  體系資源集成　  7.1  體系資源集成機制　    7.1.1  全局資源的控制中心　    7.1.2  體系資源需求管理中心　    7.1.3  體系資源集成配置　  7.2  體系資源集成方法　    7.2.1  體系資源集成問題的數(shù)學描述　    7.2.2  體系資源集成方法　    7.2.3  資源集成實例分析——作戰(zhàn)體系的資源集成　    7.2.4  資源集成分析與結(jié)論　第八章  業(yè)務(wù)流程規(guī)劃與資源配置　  8.1  體系行動規(guī)劃分析　    8.1.1  基本概念　    8.1.2  業(yè)務(wù)流程策略產(chǎn)生　    8.1.3  基于效果的過程策略優(yōu)化　  8.2  體系的資源配置　    8.2.1  資源配置的想定分析　    8.2.2  資源配置問題的數(shù)學描述　    8.2.3  資源配置問題的求解　    8.2.4  MDLS算法分析　    8.2.5  多優(yōu)先級列表動態(tài)規(guī)劃算法　    8.2.6  MDLS與MPLDS計算結(jié)果與性能的比較分析　第九章  體系的協(xié)同　  9.1  體系的協(xié)作計劃　    9.1.1  體系協(xié)作的基本概念與定義　    9.1.2  體系協(xié)作問題的數(shù)學描述　    9.1.3  問題的求解算法　    9.1.4  結(jié)果分析與比較　  9.2  體系的編組(成)計劃　    9.2.1  編組(成)計劃問題的數(shù)學描述　    9.2.2  編組(成)計劃的生成算法　    9.2.3  體系的編組(成)實例第三部分  體系演化與評價工程　第十章  體系演化　  10.1  體系的演化與演化模式　  10.2  體系要素演化　    10.2.1  體系的演化因素　    10.2.2  體系的協(xié)同演化　    10.2.3  體系的資源配置演化　  10.3  體系要素的同步演化　    10.3.1  體系的使命視圖　    10.3.2  體系的狀態(tài)視圖　    10.3.3  體系的結(jié)構(gòu)視圖　    10.3.4  體系的視圖轉(zhuǎn)移　    10.3.5  轉(zhuǎn)移觸發(fā)條件　  10.4  體系的演化工程　    10.4.1  體系的演化過程　    10.4.2  體系演化的整體調(diào)度過程設(shè)計　    10.4.3  體系演化的單元調(diào)度機制　第十一章  體系的測度與評價　  11.1  體系的效能測度建?！?   11.1.1  體系的效能測度建?？蚣堋?   11.1.2  體系效能測度建模設(shè)計　    11.1.3  體系效能測度的間接約束分析　  11.2  體系的魯棒性測度　    11.2.1  體系的魯棒性度量　    11.2.2  案例分析　  11.3  體系的動態(tài)適應(yīng)性測度　    11.3.1  體系動態(tài)適應(yīng)性結(jié)構(gòu)的復雜性分析　    11.3.2  體系的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性代價　第十二章  體系測度的探索性分析　  12.1  探索性分析理論　    12.1.1  探索性分析的特征　    12.1.2  探索性分析的一般過程　    12.1.3  探索性分析的原理　    12.1.4  探索性分析的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用方式　  12.2  體系測度的探索性分析框架　    12.2.1  知識層定義及描述　    12.2.2  技術(shù)層定義及描述　    12.2.3  業(yè)務(wù)層定義及描述　    12.2.4  過程層定義及描述　  12.3  體系測度探索性分析的關(guān)鍵技術(shù)　    12.3.1  體系效能測度的探索因子獲取　    12.3.2  體系的探索性建模技術(shù)　    12.3.3  探索求解控制機制　  12.4  體系測度的探索性建模　    12.4.1  探索性分析模型與探索性建?！?   12.4.2  基于粒度計算的探索性分析模型　    12.4.3  基于粒度計算的體系效能測度的探索性建模參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.系統(tǒng)的理解與認識今天人們從各種角度上研究系統(tǒng)，對系統(tǒng)下的定義不下百種，如“系統(tǒng)是諸元素及其順常行為的給定集合”，“系統(tǒng)是有組織的和被組織化的全體”，“系統(tǒng)是有聯(lián)系的物質(zhì)和過程的集合”，“系統(tǒng)是許多要素保持有機的秩序，向同一目的行動的東西”，“諸客體連同它們之間的關(guān)系和它們的屬性之間的關(guān)系的集合”，“系統(tǒng)是本質(zhì)或?qū)嵨?、有生命或無生命物體的集合，它接受某種輸入并按照輸入而產(chǎn)生某種輸出，而其目的則在于使特定的輸入和輸出功能得到最佳的發(fā)揮”，“系統(tǒng)是用來表述動態(tài)現(xiàn)象模型的數(shù)學抽象”，等等。不同領(lǐng)域的系統(tǒng)實踐在系統(tǒng)本質(zhì)的認識上都存在領(lǐng)域的特征。1）從社會學角度認識系統(tǒng)1967年，Bavclags首次提出了系統(tǒng)理論的社會觀，即從社會學的角度來闡述系統(tǒng)理論。巴克萊從社會學角度對系統(tǒng)理論的探索曾引起當時眾多學者的關(guān)注，其理論核心包括從社會學角度闡述系統(tǒng)邊界、輸入、輸出以及反饋等概念，并強調(diào)這些概念在社會學研究中的重要性。他批判了社會的力學、有機體與生物學模型，認為對社會系統(tǒng)，常態(tài)、穩(wěn)定性、變遷、沖突與競爭應(yīng)兼顧研究。同時，巴克萊發(fā)展了一種有宏微多層次的適應(yīng)性系統(tǒng)模型，認為系統(tǒng)的各層次的互動的，并且影響著其他層次，一個由互動組元組成的系統(tǒng)與內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境進行著交易，以致外部環(huán)境中的信息以某種方式進入該系統(tǒng)。2）貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論貝塔朗菲力圖研究各種系統(tǒng)的一般特征，闡明或?qū)С鲞m用于一般化系統(tǒng)或其子系統(tǒng)的模型、原理和規(guī)律。貝塔朗菲的一般系統(tǒng)理論包括三種：機體系統(tǒng)理論、開放系統(tǒng)理論和動態(tài)系統(tǒng)理論。在機體系統(tǒng)理論中，他批判了機械論與活力論，他認為生物體是一種穩(wěn)態(tài)開放系統(tǒng)，具有整體性、動態(tài)結(jié)構(gòu)、能動性和組織等級。貝塔朗菲的機體系統(tǒng)理論是對生物科學的卓越見解，但就其內(nèi)容看，仍不能算是貝塔朗菲自認為的那種一般系統(tǒng)的理論，雖然其發(fā)展的前景與重要性都是極為可觀的。貝氏的開放系統(tǒng)理論是指考慮輸入、輸出和狀態(tài)的系統(tǒng)，其開放系統(tǒng)理論解釋了系統(tǒng)的有關(guān)穩(wěn)態(tài)、等終極性；有序性的增加等。貝氏的動態(tài)系統(tǒng)理論是通過特殊的常微分方程組來感悟性地解釋系統(tǒng)的一些典型性質(zhì)：整體性、加權(quán)性、競爭性、機械化、集中化、終極性、等終極性等。3）物理科學領(lǐng)域的系統(tǒng)論有人也將普利高津的耗散結(jié)構(gòu)理論列為現(xiàn)代系統(tǒng)科學。實際上它是利用局域平衡假設(shè)（原連續(xù)介質(zhì)力學和平衡態(tài)統(tǒng)計力學采用過的方法）、連續(xù)介質(zhì)力學描述、李雅普諾夫穩(wěn)定性理論、分叉數(shù)學理論、漲落理論來研究的一種非平衡的熱力學，重點研究所謂耗散結(jié)構(gòu)形成的特征或條件，特別是力學、物理與化學中的擴散過程與化學反應(yīng)過程，它發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、功能、漲落、開放系統(tǒng)、遠離平衡等之間典型的但主要屬于物理科學范圍內(nèi)的聯(lián)系，而推廣于生物、社會、經(jīng)濟等其他非物理系統(tǒng)。由于時間連續(xù)性的定義與條件都難于描述或界定，所以只能作為進一步研究的啟發(fā)與引導，不能像科普宣傳那樣，把物理系統(tǒng)內(nèi)尚需特定條件才有的規(guī)律作臆想性的外推，把物理中諸如開放的概念與社會改革中的開放混同起來。

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《體系工程理論與方法》是由科學出版社出版的。

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