系統架構：複雜系統的產品設計與開發 (System architecture: strategy and product development for complex systems) 系统架构:复杂系统的产品设计与开发

<內容簡介>

 

本書首先講解了什麼是系統，什麼是系統架構，並從形式和功能兩個方面講解瞭如何分析系統。之後開始講解如何創建良好的系統架構。在將概念演化為架構的過程中，架構師需要對系統進行分解，以看清這些組件的結構以及它們之間的交互情況，因此需要根據一些衡量指標來構建權衡空間，以便使用優化算法找出優勢較大的架構。

 

<章節目錄>

 

第一部分系統思維

 

第1章系統架構簡介

1.1複雜系統的架構

1.2良好架構的優勢

1.3學習目標

1.4本書結構

1.5參考資料

 

第2章系統思維

2.1簡介

2.2系統與湧現

2.2.1系統

2.2.2湧現

2.3任務一：確定係統及其形式與功能

2.3.1形式與功能

2.3.2工具-過程-操作數：這是人類的標準思維模式嗎

2.4任務二：確定係統中的實體及其形式與功能

2.4.1具備形式與功能的實體

2.4.2確定如何將系統初步分解為恰當的實體

2.4.3用整體思維找出系統中的潛在實體

2.4.4集中註意力，找出系統中的重要實體

2.4.5為實體創建抽像或從實體中發現抽象

2.4.6定義系統的邊界，並將其與外圍環境隔開

2.5任務三：確定實體之間的關係

2.5.1關係的形式與功能

2.5.2外部接口

2.6任務四：湧現

2.6.1湧現的重要性

2.6.2系統故障

2.6.3預測湧現物

2.6.4湧現物依賴於實體及其關係

2.7小結

2.8參考資料

 

第3章思考複雜的系統

3.1簡介

3.2系統中的複雜度

3.2.1複雜度

3.2.2引入Team XT這一範例係統

3.3系統的分解

3.3.1分解

3.3.2體系

3.3.3層級分解

3.3.4簡單的系統、複雜度適中的系統以及復雜的系統

3.3.5原子部件

3.4特殊的邏輯關係

3.4.1類/實例關係

3.4.2特化關係

3.4.3遞歸

3.5對複雜系統進行思索

3.5.1自頂向下及自底向上式的思考

3.5.2交替思考

3.6架構展示工具：SysML與OPM 

3.6.1視圖與投射

3.6.2 SysML 

3.6.3 OPM 

3.7小結

3.8參考資料

 

第二部分系統架構的分析

 

第4章形式

4.1簡介

4.2架構中的形式

4.2.1形式

4.2.2用解析表示法來表現形式：對象

4.2.3形式的分解

4.3對架構中的形式進行分析

4.3.1定義系統

4.3.2確定形式實體

4.3.3把泵作為複雜度適中的系統來分析

4.4對架構中的形式關係進行分析

4.4.1形式關係

4.4.2空間/拓撲形式關係

4.4.3用圖和圖表來展現形式關係：OPM 

4.4.4用表格及類似矩陣的視圖來展現形式關係：DSM 

4.4.5連接性的形式關係

4.4.6其他的形式關係

4.5形式環境

4.5.1伴生系統、整個產品系統及系統邊界

4.5.2使用情境

4.6軟件系統中的形式

4.6.1軟件系統：信息形式及其二元性

4.6.2軟件中的形式實體與形式關係

4.6.3軟件系統所在的整個產品系統、軟件系統的邊界及使用情境

4.7小結

4.8參考資料

 

第5章功能

5.1簡介

5.2架構中的功能

5.2 .1功能

5.2.2把功能視為過程加操作數

5.2.3用解析表示法來展現功能

5.3分析對外展現的功能和價值

5.3.1對外界展現的主要功能

5.3.2與價值有關的操作數

5.4對內部功能進行分析

5.4.1內部功能

5.4.2確定內部功能

5.5分析功能交互及功能架構

5.5.1功能交互與功能架構

5.5.2確定功能交互

5.5.3價值通路

5.5.4湧現與細分

5.5.5軟件系統中的功能架構

5.6與價值相關的次要外部功能及內部功能

5.7小結

5.8參考資料

 

第6章系統架構

6.1簡介

6.2系統架構：形式與功能

6.2.1形式與功能之間的映射

6.2.2確定形式與過程之間的映射

6.2.3形式結構承載並展現功能交互

6.2.4確定形式結構是如何承載功能和性能的

6.3系統架構中的非理想因素、支持層及接口

6.3.1系統架構中的非理想因素

6.3.2系統架構中的支持功能及支持層

6.3.3形式與功能中的系統接口

6.4操作行為

6.4.1操作者

6.4.2行為

6.4.3操作成本

6.5用各種表示法來推究系統架構

6.5.1能夠對系統架構進行簡化的幾種方式

6.5.2用投射法來表示系統的架構

6.5.3把過程投射到對象

6.5.4把過程和操作數投射到形式

6.6小結

6.7參考資料

 

第7章與特定解決方案無關的功能和概念

7.1簡介

7.1.1正向工程與更加複雜的系統

7.1.2對與特定解決方案無關的功能和概念所做的介紹

7.2確定與特定解決方案無關的功能

7.3概念

7.3.1作為一種觀念的概念

7.3.2對概念構想有所幫助的框架

7.3.3構想概念時所應依循的步驟

7.3.4為概念命名

7.3.5對候選的概念進行整理

7.3.6由更為廣闊的概念所形成的體系

7.4整體概念

7.5操作概念與服務概念

7.6小結

7.7參考資料

 

第8章從概念到架構

8.1簡介

8.2研發系統之下第1級的架構

8.2.1把概念擴展為功能架構

8.2.2定義形式

8.2.3把功能映射為形式

8.3研發系統之下第2級的架構

8.3.1第2級的功能意圖以及對第2級所做的遞歸思考

8.3.2研發第2級中的架構

8.4家庭數據網絡系統的第2級架構

8.5為系統之下的第1級架構做模塊化處理

8.6小結

8.7參考資料

 

第三部分創建系統架構

 

第9章架構師的角色

9.1簡介

9.2歧義與架構師的角色

9.2.1架構師的角色

9.2.2減少歧義

9.2.3架構師可以交付的成果

9.3產品開發過程

9.3.1各企業所使用的PDP之間的異同

9.3.2通用的產品開發過程

9.4小結

9.5參考資料

 

第10章上游和下游對系統架構的影響

10.1簡介

10.2上游的影響因素：公司策略

10.3上游的影響因素：營銷

10.3.1內向營銷

10.4上游的影響因素：法規及類似法規的因素

10.4.1法規的來源

10.4.2與法規類似的因素：可能出台的法規、標準和法律責任

10.5上游的影響因素：技術融合

10.6下游的影響因素：實現—編碼、製造及供應鏈管理

10.7下游的影響因素：操作

10.7.1系統的登場與退場

10.7.2偶發操作、應急操作與獨立操作

10.8下游的影響因素：Design for X 

10.9下游的影響因素：產品與系統的演化、產品系列

10.9. 1復用與遺留元素

10.9.2產品系列

10.9.3平臺與架構

10.10產品論證：架構商業論證決策框架（ABCD） 

10.11小結

10.12參考資料

 

第11章將需求轉換為目標

11.1簡介

11.2確定受益者和利益相關者

11.2.1受益者和利益相關者

11.2.2確定受益者和利益相關者的需求

11.2.3從交換中確定利益相關者及其需求

11.2.4對利益相關者進行分組

11.3描述需求的特徵

11.3.1從各種維度來描述利益相關者的需求

11.3.2將利益相關者作為系統：間接的價值交付及利益相關者關係圖

11.3.3在各個利益相關者的需求之間排定優先次序

11.3.4對排列各需求的優先次序所做的小結

11.4把需求轉換為目標

11.4.1設定目標時所依據的標準

11.4.2人類可以解決的目標：系統問題陳述

11.5排列目標之間的優先次序

11.5.1具備一致性與可達成性的目標

11.6小結

11.7參考資料

附：對利益相關者提出的系統需求所進行的特徵分析

 

第12章用創造力生成概念

12.1簡介

12.2對概念進行創新

12.2.1創新

12.2.2無結構的創新

12.2.3結構化的創新

12.2. 4確定概念

12.3提出概念

12.4擴充概念並提出概念片段

12.4.1對推進功能進行擴充

12.4.2混合動力車的另外7個內部功能所對應的概念片段

12.5演化並完善整體概念

12.6選出幾個整體概念，做進一步的發展

12.7小結

12.8參考資料

 

第13章把分解作為複雜度管理工具來使用

13.1簡介

13.2理解複雜度

13.2.1複雜度

13.2.2複雜與難懂

13.2.3必要的複雜度

13.3管理複雜度

13.3.1選定分解方式

13.3.2模塊化程度與分解

13.4小結

13.5參考資料

 

第四部分作為決策的架構

 

第14章作為決策制定過程的系統架構

14.1簡介

14.2對阿波羅計劃的架構決策問題進行公式化處理

14.2.1做決策時可以考慮的經驗法則

14.2.2阿波羅計劃的決策

14.2.3約束及衡量指標

14.2.4計算各種阿波羅架構的得分

14.3決策與決策支持

14.4決策支持系統的四項主要任務

14.5基本的決策支持工具

14.5.1形態矩陣

14.5.2設計結構矩陣

14.5.3決策樹

14.6為系統架構提供決策支持

14.7小結

14.8參考資料

 

第15章探求架構的權衡空間

15.1簡介

15.2權衡空間的基本知識

15.3帕累托前沿

15.3.1帕累托前沿與占優

15.3.2GNC範例係統的帕累托前沿

15.3.3模糊的帕累托前沿及其好處

15.3.4在模糊的帕累托前沿上挖掘數據

15.3.5帕累托前沿的運用機理

15.4權衡空間的結構

15.5敏感度分析

15.6整理架構決策

15.6.1對其他決策的影響

15.6.2對衡量指標的影響

15.6.3決策空間視圖

15.6.4對決策進行排序

15.6.5對決策及其順序的總結

15.7小結

15.8參考資料

 

第16章系統架構優化問題的表述與求解

16.1簡介

16.2對系統架構優化問題進行表述

16.3NEOSS範例：NASA的地球觀測衛星系統

16.4系統架構決策中的模式

16.4.1從程序化的決策到模式

16.4.2 DECISION-OPTION模式

16.4.3 DOWN-SELECTING模式

16.4.4 ASSIGNING模式

16.4.5 PARTITIONING模式

16.4.6 PERMUTING模式

16.4.7 CONNECTING模式

16.5對大規模的系統架構問題進行表述

16.5.1模式之間的重合

16.5.2把問題分解為子問題

16.6解決系統架構優化問題

16.6.1介紹

16.6.2全因子排列

16.6.3啟發式的架構優化算法

16.6.4基於種群的通用啟發式優化

16.6.5生成初始種群

16.6.6把某些固定的架構包含在初始種群中

16.6.7通用的啟發式和元啟發式高效搜索

16.6.8遺傳算法中的啟發式策略

16.6.9用更多的啟發式技術來強化遺傳算法

16.7小結

16.8參考資料

附錄A根據所選的架構集來計算衡量指標對決策的敏感度

附錄B聚類算法及其在系統架構中的運用

附錄C基於規則的系統及其在系統架構中的應用

附錄D經典的組合優化問題

各章問題