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第一部分 系统思维2

第1章 系统架构简介2

1.1 复杂系统的架构2

1.2 良好架构的优势2

1.3 学习目标5

1.4 本书结构6

1.5 参考资料7

第2章 系统思维8

2.1 简介8

2.2 系统与涌现8

2.2.1 系统8

2.2.2 涌现10

2.3 任务一：确定系统及其形式与功能13

2.3.1 形式与功能13

2.3.2 工具-过程-操作数：这是人类的标准思维模式吗16

2.4 任务二：确定系统中的实体及其形式与功能16

2.4.1 具备形式与功能的实体17

2.4.2 确定如何将系统初步分解为恰当的实体18

2.4.3 用整体思维找出系统中的潜在实体19

2.4.4 集中注意力，找出系统中的重要实体21

2.4.5 为实体创建抽象或从实体中发现抽象22

2.4.6 定义系统的边界，并将其与外围环境隔开24

2.5 任务三：确定实体之间的关系25

2.5.1 关系的形式与功能25

2.5.2 外部接口28

2.6 任务四：涌现28

2.6.1 涌现的重要性28

2.6.2 系统故障29

2.6.3 预测涌现物30

2.6.4 涌现物依赖于实体及其关系31

2.7 小结32

2.8 参考资料33

第3章 思考复杂的系统34

3.1 简介34

3.2 系统中的复杂度34

3.2.1 复杂度34

3.2.2 引入Team XT这一范例系统35

3.3 系统的分解38

3.3.1 分解38

3.3.2 体系39

3.3.3 层级分解39

3.3.4 简单的系统、复杂度适中的系统以及复杂的系统41

3.3.5 原子部件42

3.4 特殊的逻辑关系43

3.4.1 类/实例关系43

3.4.2 特化关系43

3.4.3 递归44

3.5 对复杂系统进行思索44

3.5.1 自顶向下及自底向上式的思考44

3.5.2 交替思考45

3.6 架构展示工具：SysML与OPM45

3.6.1 视图与投射45

3.6.2 SysML46

3.6.3 OPM46

3.7 小结49

3.8 参考资料50

第二部分 系统架构的分析53

第4章 形式53

4.1 简介53

4.2 架构中的形式53

4.2.1 形式53

4.2.2 用解析表示法来表现形式：对象56

4.2.3 形式的分解57

4.3 对架构中的形式进行分析58

4.3.1 定义系统58

4.3.2 确定形式实体59

4.3.3 把泵作为复杂度适中的系统来分析61

4.4 对架构中的形式关系进行分析63

4.4.1 形式关系63

4.4.2 空间/拓扑形式关系65

4.4.3 用图和图表来展现形式关系：OPM67

4.4.4 用表格及类似矩阵的视图来展现形式关系：DSM70

4.4.5 连接性的形式关系71

4.4.6 其他的形式关系74

4.5 形式环境75

4.5.1 伴生系统、整个产品系统及系统边界75

4.5.2 使用情境77

4.6 软件系统中的形式77

4.6.1 软件系统：信息形式及其二元性77

4.6.2 软件中的形式实体与形式关系79

4.6.3 软件系统所在的整个产品系统、软件系统的边界及使用情境81

4.7 小结82

4.8 参考资料82

第5章 功能83

5.1 简介83

5.2 架构中的功能84

5.2.1 功能84

5.2.2 把功能视为过程加操作数84

5.2.3 用解析表示法来展现功能85

5.3 分析对外展现的功能和价值89

5.3.1 对外界展现的主要功能90

5.3.2 与价值有关的操作数90

5.4 对内部功能进行分析93

5.4.1 内部功能93

5.4.2 确定内部功能94

5.5 分析功能交互及功能架构97

5.5.1 功能交互与功能架构97

5.5.2 确定功能交互98

5.5.3 价值通路100

5.5.4 涌现与细分101

5.5.5 软件系统中的功能架构102

5.6 与价值相关的次要外部功能及内部功能105

5.7 小结106

5.8 参考资料107

第6章 系统架构108

6.1 简介108

6.2 系统架构：形式与功能109

6.2.1 形式与功能之间的映射109

6.2.2 确定形式与过程之间的映射114

6.2.3 形式结构承载并展现功能交互116

6.2.4 确定形式结构是如何承载功能和性能的118

6.3 系统架构中的非理想因素、支持层及接口119

6.3.1 系统架构中的非理想因素119

6.3.2 系统架构中的支持功能及支持层120

6.3.3 形式与功能中的系统接口121

6.4 操作行为123

6.4.1 操作者124

6.4.2 行为124

6.4.3 操作成本126

6.5 用各种表示法来推究系统架构127

6.5.1 能够对系统架构进行简化的几种方式127

6.5.2 用投射法来表示系统的架构128

6.5.3 把过程投射到对象129

6.5.4 把过程和操作数投射到形式130

6.6 小结133

6.7 参考资料134

第7章 与特定解决方案无关的功能和概念135

7.1 简介135

7.1.1 正向工程与更加复杂的系统135

7.1.2 对与特定解决方案无关的功能和概念所做的介绍136

7.2 确定与特定解决方案无关的功能138

7.3 概念140

7.3.1 作为一种观念的概念140

7.3.2 对概念构想有所帮助的框架142

7.3.3 构想概念时所应依循的步骤144

7.3.4 为概念命名145

7.3.5 对候选的概念进行整理146

7.3.6 由更为广阔的概念所形成的体系150

7.4 整体概念152

7.5 操作概念与服务概念156

7.6 小结158

7.7 参考资料159

第8章 从概念到架构160

8.1 简介160

8.2 研发系统之下第1级的架构161

8.2.1 把概念扩展为功能架构161

8.2.2 定义形式162

8.2.3 把功能映射为形式164

8.3 研发系统之下第2级的架构166

8.3.1 第2级的功能意图以及对第2级所做的递归思考166

8.3.2 研发第2级中的架构166

8.4 家庭数据网络系统的第2级架构170

8.5 为系统之下的第1级架构做模块化处理173

8.6 小结176

8.7 参考资料177

第三部分 创建系统架构180

第9章 架构师的角色180

9.1 简介180

9.2 歧义与架构师的角色180

9.2.1 架构师的角色180

9.2.2 减少歧义182

9.2.3 架构师可以交付的成果185

9.3 产品开发过程186

9.3.1 各企业所使用的PDP之间的异同187

9.3.2 通用的产品开发过程191

9.4 小结195

9.5 参考资料199

第10章 上游和下游对系统架构的影响200

10.1 简介200

10.2 上游的影响因素：公司策略201

10.3 上游的影响因素：营销204

10.3.1 内向营销205

10.4 上游的影响因素：法规及类似法规的因素207

10.4.1 法规的来源208

10.4.2 与法规类似的因素：可能出台的法规、标准和法律责任209

10.5 上游的影响因素：技术融合210

10.6 下游的影响因素：实现——编码、制造及供应链管理212

10.7 下游的影响因素：操作214

10.7.1 系统的登场与退场215

10.7.2 偶发操作、应急操作与独立操作216

10.8 下游的影响因素：Design for X216

10.9 下游的影响因素：产品与系统的演化、产品系列218

10.9.1 复用与遗留元素219

10.9.2 产品系列220

10.9.3 平台与架构221

10.10 产品论证：架构商业论证决策框架（ABCD）224

10.11 小结226

10.12 参考资料229

第11章 将需求转换为目标231

11.1 简介231

11.2 确定受益者和利益相关者232

11.2.1 受益者和利益相关者232

11.2.2 确定受益者和利益相关者的需求235

11.2.3 从交换中确定利益相关者及其需求238

11.2.4 对利益相关者进行分组240

11.3 描述需求的特征242

11.3.1 从各种维度来描述利益相关者的需求242

11.3.2 将利益相关者作为系统：间接的价值交付及利益相关者关系图244

11.3.3 在各个利益相关者的需求之间排定优先次序247

11.3.4 对排列各需求的优先次序所做的小结251

11.4 把需求转换为目标252

11.4.1 设定目标时所依据的标准253

11.4.2 人类可以解决的目标：系统问题陈述255

11.5 排列目标之间的优先次序259

11.5.1 具备一致性与可达成性的目标262

11.6 小结263

11.7 参考资料270

附：对利益相关者提出的系统需求所进行的特征分析271

第12章 用创造力生成概念272

12.1 简介272

12.2 对概念进行创新273

12.2.1 创新273

12.2.2 无结构的创新274

12.2.3 结构化的创新274

12.2.4 确定概念277

12.3 提出概念278

12.4 扩充概念并提出概念片段279

12.4.1 对推进功能进行扩充279

12.4.2 混合动力车的另外7个内部功能所对应的概念片段282

12.5 演化并完善整体概念285

12.6 选出几个整体概念，做进一步的发展288

12.7 小结291

12.8 参考资料295

第13章 把分解作为复杂度管理工具来使用296

13.1 简介296

13.2 理解复杂度296

13.2.1 复杂度296

13.2.2 复杂与难懂299

13.2.3 必要的复杂度301

13.3 管理复杂度305

13.3.1 选定分解方式305

13.3.2 模块化程度与分解308

13.4 小结312

13.5 参考资料317

第四部分 作为决策的架构321

第14章 作为决策制定过程的系统架构321

14.1 简介321

14.2 对阿波罗计划的架构决策问题进行公式化处理322

14.2.1 做决策时可以考虑的经验法则322

14.2.2 阿波罗计划的决策323

14.2.3 约束及衡量指标325

14.2.4 计算各种阿波罗架构的得分327

14.3 决策与决策支持328

14.4 决策支持系统的四项主要任务330

14.5 基本的决策支持工具331

14.5.1 形态矩阵332

14.5.2 设计结构矩阵332

14.5.3 决策树334

14.6 为系统架构提供决策支持338

14.7 小结339

14.8 参考资料340

第15章 探求架构的权衡空间343

15.1 简介343

15.2 权衡空间的基本知识344

15.3 帕累托前沿347

15.3.1 帕累托前沿与占优347

15.3.2 GNC范例系统的帕累托前沿348

15.3.3 模糊的帕累托前沿及其好处351

15.3.4 在模糊的帕累托前沿上挖掘数据352

15.3.5 帕累托前沿的运用机理354

15.4 权衡空间的结构355

15.5 敏感度分析359

15.6 整理架构决策364

15.6.1 对其他决策的影响364

15.6.2 对衡量指标的影响366

15.6.3 决策空间视图367

15.6.4 对决策进行排序368

15.6.5 对决策及其顺序的总结370

15.7 小结371

15.8 参考资料372

第16章 系统架构优化问题的表述与求解374

16.1 简介374

16.2 对系统架构优化问题进行表述375

16.3 NEOSS范例：NASA的地球观测卫星系统379

16.4 系统架构决策中的模式381

16.4.1 从程序化的决策到模式382

16.4.2 DECISION-OPTION模式383

16.4.3 DOWN-SELECTING模式386

16.4.4 ASSIGNING模式389

16.4.5 PARTITIONING模式395

16.4.6 PERMUTING模式399

16.4.7 CONNECTING模式402

16.5 对大规模的系统架构问题进行表述406

16.5.1 模式之间的重合407

16.5.2 把问题分解为子问题409

16.6 解决系统架构优化问题410

16.6.1 介绍410

16.6.2 全因子排列411

16.6.3 启发式的架构优化算法412

16.6.4 基于种群的通用启发式优化413

16.6.5 生成初始种群414

16.6.6 把某些固定的架构包含在初始种群中415

16.6.7 通用的启发式和元启发式高效搜索416

16.6.8 遗传算法中的启发式策略416

16.6.9 用更多的启发式技术来强化遗传算法418

16.7 小结419

16.8 参考资料420

附录A 根据所选的架构集来计算衡量指标对决策的敏感度423

附录B 聚类算法及其在系统架构中的运用425

附录C 基于规则的系统及其在系统架构中的应用430

附录D 经典的组合优化问题436

各章问题441