系统工程和系统工程方法

作者：常绍舜 (中国政法大学 马克思主义学院）

系统工程与常规工程的主要差别及其类型 

系统工程是在常规工程基础上发展起来的一种工程类型。其与常规工程相比，主要有以下一些差别: 

①常规工程构成的要素较少，而系统工程构成的要素极多，多到用成千上万一词都难以表达，因为有些系统工程的构成要素多达几十万和上百万，例如著名的阿婆罗登月系统工程的零部件就多达700万个。

②常规工程结构相对简单，而系统工程则结构异常复杂，其中既包括横向结构，也包括纵向结构; 既有平面结构，也有立体结构; 既有线性结构，也有非线性结构，总之是各种结构的综合体。

③常规工程的功能比较单一，如房屋工程的主要功能就是住人，桥梁工程的主要功能就是通行，等等。而系统工程则功能众多，如载人登月飞船系统工程就要求具备：保障宇航员生命安全功能，目前只有阿婆罗登月飞船有这项功能；通信功能，宇航员要随时与地面保持联系才行;飞行方向保障功能，即要能一直向月球飞，不能偏离航向; 安全着陆功能，即着陆时不能撞击月面，否则飞船易被撞坏，到了月球也没用; 行走 保障功能，即宇航员出登月舱后，要在月面上行走，不能出任何问题，比如被月球尘迷住双眼等：安全返回功能，即宇航员考察完后，要能安全返回地球，不能肉包子打狗，一去不回。还有其他一些功能。没有这些功能的飞船，是不能飞往月球的；又如我国的三峡工程也是一个系统工程，它至少包括通航功能、 灌溉功能、发电功能、防洪功能、旅游功能等。

④常规工程的历史悠久，在国外可以追溯到古罗马的军事设施，在中国则可追溯到万里长城和都江堰水利工程。而系统工程的诞生则是上一世纪中期的事。根据笔者所掌握的材料，美国在上一世纪四十年代搞的“曼哈顿计划”、五十年代初搞的“贝尔电话公司网络改造计划”以及后来搞的“北极星潜射导弹” 等工程都被视为最早的系统工程实例，1957 年美国密执安大学的古德《H·H·Goode》和麦克霍尔( Ｒ ·E·Machol) 合著的《系统工程学》一书出版，这是系统工程这一学科形成的正式标志。1962年，美国工程师霍尔( A·D·Hall) 又出版了《系统工程方**》一书。1965年，麦克霍尔又在总结各种系统工程实践的基础上，出版了《系统工程学手册》，概括了系统工程学的各个方面。至此，系统工程学便形成一个比较完善的科学体系了。1969 年，美国国家航空和宇航局( NASA) 顺利实现了运用系统工程方法制定的阿波罗载入登月计划，从而使系统工程进入全盛时期。

总之，系统工程是与常规工程不同的极其复杂的大工程，并不是任何一件工程都可以称为系统工程。系统工程发展到现在已形成不同类型。钱学森在世时曾将其划分为十四个专业:即工程系统工程、科研系统工程、企业系统工程、信息系统工程、军事系统工程、经济系统工程、环境系统工程、教育系统工程、社会( 系统) 工程、剂量系统工程、标准系统工程、农业系统工程、行政系统工程、法治系统工程。后来有人又在此基础上将其划分为两类系统工程；即硬件系统工程和软件系统工程。前者主要是指改造自然界为主要对象的系统工程，如我国的三峡工程、南水北调工程等，后者则指以改造社会为主要对象的系统工程，诸如文化系统工程、教育系统工程、法治系统工程，等等。每类系统工程都有自己的特色。

系统工程方法的基本原则和特征

由于系统工程极其复杂，因而人们采用处理常规工程的方法是无法解决的，而必须采用一种基于现代科学技术的复杂方法才能加以处理，于是系统工程方法就适时被创造出来。

系统工程方法主要包括两方面内容:

一是指处理和解决系统工程问题时所遵循的程序或模式，如霍尔三维结构法( 美国学者霍尔发明) ，切克兰德法( 英国学者切克兰德创立) ，日本人发明的“三阶段法”，以及中国科学家顾基发发明的“物理—事理—人理”法，等等。

二是指处理系统工程问题时所采用的技术手段。如系统工程分析法，系统工程评价法，系统工程决策法，系统工程仿真法，以及应用数学中的排队论、存储论、图论，等等。迄今为止，系统工程方法已形成了诸多分支，每种分支都适应不同的系统工程研究。例如众所周知的如霍尔三维结构法就比较适合于搞硬件系统工程研究，所以又叫 HSM 方**。而切克兰德法 ( 由英国学者切克兰德在 80 年代创立) 则比较适合搞软系统工程研究，所以叫 SSM 方**。现在有些以“系统工程”为书名的著作其实主要讲的是系统工程方法的内容，而不是讲系统工程本身。

应该指出，每一类型的系统工程方法体系都有着自己特殊内容，对于这些内容我们在这里不可能做出详细介绍和说明，但其既然是系统工程，也就必然遵循着一些共同的原则要求和特征。

本文不避浅陋地认为，这些共同的原则和特征可以概括为十二个方面: 

(1) 整体性原则。整体性是系统工程的核心特性。所谓整体性就是指构成系统工程的各项工作之间具有相互关联性和不可分割性: 如果改变系统工程的任何一件工作，则整个系统工程都会受到影响; 如果把系统工程的各个工作分割开，则系统工程也就不复存在了。系统工程的整体性包括空间整体性、时间整体性和逻辑整体性三种情况，无论哪种整体性又都有强弱之分。

实践表明，系统工程的整体性越强，其功能也就越强，反之则差。系统工程的整体性要求人们在从事认识和实践活动时要坚持整体性观点和方法：看问题要联系整体去看，而不要只从部分去看；解决问题也要立足于整体要求去解决，而不要孤立地去解决；当部分与整体发生矛盾时，部分利益则要服从整体利益。正如曾任日本东芝电器公司总经理的土光敏夫所说的 : “即使某个方针对本部门是不利的，但如果它对整个组织有利，那么，就应该给予积极的支持。” 历史表明，坚持整体性观点和方法是正确认识和解决实践问题的首要观点和方法。

( 2) 综合性原则。所谓综合性就是指系统工程不是由单一因素构成的，而是由多种因素构成的，其中既有物质因素又有精神因素，既有空间因素又有时间因素，既有动的因素，又有静的因素，既有内在因素又有外在因素，如此等等。

系统工程的综合性主要表现在其构成要素、层次、结构、环境及功能等方面。综合性对系统工程有着重要影响:一般而言， 系统工程的综合性越强，其生命力就越强，功能也越高，反之则低。例如，多兵种联合作战就比单兵种作战取胜的可能性更大些。系统工程的综合性要求人们在认识和解决问题时，不要搞单打一，而要“统筹兼顾，全面安排”，不要局限于线性思维，而要运用网络思维或立体思维。只有这样，才能全面反映事物面貌，把握事物的发展。

当然，系统工程所讲的综合是辩证的综合，是有主次的综合，而不是把各种因素都平均对待，例如在网络分析技术中，要兼顾众多的流程线，但同时又必须紧紧抓住关键线，才能保证系统工程周期的按时完成。再如我们搞社会主义现代化建设，必须做好各方面工作，但中心工作是发展经济，否则，社会主义建设总体目标也难以实现。

(3) 层次性原则。所谓层次就是指构成系统工程的各个部分按照相互之间整体与部分的对应关系而形成的不同等级及其排列次序，它有空间关系层次、时间关系层次以及逻辑关系层次等类型。层次性对系统工程的影响也是很大的：层次数量过多，会增加系统工程各层次间信息传递时间，从而影响整个系统工程效率；层次数量太少，又会使各层次处理的信息量增大，这同样会影响系统工程效率。因而人们应根据现实和可能，将系统工程层次数量保持在一定水平之上，少则增，多则减，以使系统工程整体功能得到最佳发挥。层际关系状况亦对系统工程起着极大作用:层际关系合理，相互协调，整个系统工程便会形成一个高度有序化整体，使功能大为提高;反之，层际关系不合理，甚至相互掣肘，则整个系统工程的功能便难以发挥出来，因而我们在处理系统工程问题时，应设法保障层际关系的协调。

此外，系统工程各个层次的质量以及相互作用的顺序亦对系统工程有重要影响：如果各层次的素质较低，则系统工程的功能势必低下，因而人们应根据系统工程各层次的实际状况及时对其进行更新处理; 各层次相互作用的顺序亦至关重要:如果顺序错误，则系统工程的功能便难以得到发挥，例如我国的体制改革是按照自上而下的顺序展开的，即先农村后城市，先经济后政治，从而保证了我国整个局面的稳定，而 “苏东”一些原社会主义国家则采取相反的改革顺序，结果不仅未收到预定效果，且纷纷丧失了政权。

总之，系统工程的层次性要求人们在认识和处理问题时要注意层次数量的调整和质的更新，注意层次顺序的选择和层际关系的改善。

(4) 结构性原则。系统工程都是有结构的。所谓结构就是指构成系统工程的各个要素按照一定规律形成的相互联系、相互作用的表现方式。系统工程的结构是多方面的，其中既有空间结与时间结构之分，又有平衡结构与非平衡结构之别，此外还有有序结构与无序结构、封闭结构与开放结构、协同结构与掣肘结构等不同类型。

结构是系统工程的存在基础，因而其状况对系统工程的影响极大。实践表明: 结构优，系统工程的功能就强，结构劣，系统工程的功能就弱，因而，人们在设计一个系统工程时，对结构的优化是必须着重加以考虑的。系统工程的结构性思想对人们认识和改造事物具有重要意义。首先，它要求人们在认识事物时，要重视揭示其结构， 通过结构来认识其本质和功能。例如只看我国近年 GDP 增加值，就会得出我国经济状况良好的结论，但若分析一下 GDP 的结构，就会发现其中有很多不合理之处。其次，它要求人们通过改变结构来改变事物的特性和功能。

我国的经济结构调整战略正是循着这一思路而制定出来的，继续坚持这一战略，将极大推动我国经济沿着正确方向可持续发展。

(5) 环境关联原则。任何一个系统工程都是处在特定环境之中的。所谓环境乃是指与系统工程存在和发展有关的全部条件的总和。系统工程的环境有内外之分，无论内环境还是外环境都对系统工程有着重要影响:首先，它是系统工程整体保持稳定和发展的必要条件；其次，环境的优劣可以加速或延缓系统工程整体的发展；此外，环境状况还影响着系统工程功能的发挥；最后，物质、能量、信息交换是系统工程与环境相互作用的基本内容。系统工程的环境关联性要求人们无论做什么事都要有环境意识和环境观念。人们应善于从环境上去认识事物，也要善于从环境上去改造事物和创造事物。忽视环境，缺乏环境意识，必然使人类自身受到损害。

(6) 功能性原则。任何一个系统工程都有特定的功能，所谓功能就是指系统工程对环境的作用或影响。由于系统工程的环境有内外之分，因而系统工程的功能也有内功能与外功能之别。但无论是内功能还是外功能都不是单一的，而是综合的。例如三峡工程作为一项系统工程其内功能是保证人、财、 物、事有效运行，外功能则包括发电、通航、减灾、灌溉等内容，促进整个国民经济的发展。

系统工程的功能性要求人们注意从功能上去认识事物和把握事物，在改造一个对象时也要注意改造其功能，并把认识和把握功能作为人们确立价值目标的基础。

(7) 定量化原则。定量化是系统工程区别于常规工程的一个基本特征。有人说“没有定量化就没有系统工程”这是有道理的。所谓定量化就是指人们在设计一个系统工程时要对其规模、构成、程序、 周期、速度、成本、功能、可靠性等内容做出量的分析和规定，在实施一个系统工程时则严格按照量的要求进行。现代系统工程的重要内容之一———PEＲT技术就是这种定量化的典范。

系统工程的定量化特征启示人们在认识世界和改造世界时，一定要注意其量的方面，要善于对事物做出基本的数量分析，这 样才能指导实践获得成功。

(8) 最优化原则。最优化可以说是系统工程最主要的和最本质的特征。系统工程的定量化特征从根本上说是为了最优化服务的。系统工程的最优化包括诸多方面，其中主要是指结构方案的最优化。 因为要实现一个系统工程的功能目标往往有很多方案，而这些方案的内容又都是不一样的，但其中必有一个方案最有利于实现即定目标，把这一方案找出来并加以确定的过程即优化过程。由此可见，系统工程的优化取决于方案与目标的接近程度。系统工程的优化既有单目标优化与多目标优化之分，也有静态优化与动态优化之别。系统工程的优化思想要求人们在认识世界和改造世界时一定要注意方法的选择，以求利用最少的资源来达到即定目标。

(9) 程序化原则。由于系统工程的工作任务特别多，其中，有些任务存在并行关系，有些任务则存在序贯关系，因而把各项任务按照一定时间顺序排列起来，使其形成一定的工作程序，便显得十分必要。否则，就会造成混乱和窝工现象，并进而影响工程进度或工程质量。

因而，程序化原则是一切系统工程都必须遵守的。系统工程的程序化原则要求人们在认识问题和解决问题时，一定要遵守其内在的逻辑顺序，严格按工作程序办事，以防出现混乱，影响认识和实践效果。

(10) 目标原则。任何工程都有特定的目标，但同常规工程相比，系统工程的目标有两个特点：其一是由诸多方面组成并具有不同层次的目标体系，其二是每一个目标都是定性与定量的统一。例如三峡工程的目标就是由发电、灌溉、通航、减灾等方面构成的目标体系，每一项目标及其下属层次亦都有量化的规定。实践表明，系统工程目标定得是否正确和可行是系统工程成败的关键，因而目标原则在系统工程设计与实践中具有极为重要的意义。

(11) 可控性原则。系统工程是有目的性的工程，因而它必须是可控的，这里所谓可控主要指实施系统工程的主体可以根据既定目标对系统工程的结构和功能进行调整和选择。例如航天器的运行姿态就可以进行调整和选择，水库的泄洪流量可以进行调整和选择等等。不具有可控性的工程不是系统工程或失效系统工程。系统工程的控制可以由人进行，也可以按人规定的程序自动进行，还可以由人机联合体进行。

(12) 科学决策原则。科学决策是系统工程方法的最高要求。任何系统工程只有经过科学决策阶段之后才能开始实施。缺乏科学决策的系统工程方法必遭失败。科学决策是一个过程，它主要包括问题阐述、确定目标、制定方案、可行性分析、最优化选 择、决策等六个步骤，其中每一个步骤又包括诸多注意事项。实践表明，只有严格按决策程序办事才有可能做出科学的决策，我国近年来在社会主义现代化建设中出现的诸多失误无一不是与缺乏科学决策有关的。

系统工程除了上述内容以外，还有其它一些原则，诸如信息、反馈、稳定等也都是其必须遵守的原则，这些原则对人们的日常生活实践也都有普遍适用性，上述十二大原则只是其中最为重要的内容而已。还应指出，系统工程的上述方法和原则并不是孤立的，而是一个相互联系的整体。我们在应用系统工程方法和原则认识问题和解决问题时，应注意将其综合起来使用，才能获得理想效果。

系统工程方法的普适性

系统工程方法虽然是一门解决和处理复杂工程的方法体系，但其基本思想对于解决和处理各种常规工程甚至非工程问题也是适用的。这主要是由于常规工程毕竟也与系统工程有着某些共性，例如常规工程也有一定的层次性、结构性、功能性、环境性、动态性、目标性以及量化等属性，只是其时空规模、复杂程度、运动方式等与系统工程有别而已，因而作为系统工程的基本原则也必然是适用的，而且应用系统工程方法解决常规工程问题可以收到极大提高工作效率的好处，所以从事常规工程研究的人应该学一学系统工程方法。

此外，对于人们平时所需处理的各种非工程问题而言，系统工程方法的基本思想也同样有用。这是因为整体、结构、功能、程序、优化、量化等属性也是一切事物或工作实践的属性，要做好各种事物和工作，这些问题也必须把握好。例如农民要种好一片庄稼、司机要驾驶好交通工具、推销员要推销好一件产品、教师要教好一堂课、记者要写好一篇报道等，就都应处理好整体性问题，结构性问题、功能性问题、程序性问题、优化问题等。否则便难以收到理想效果。

所以，从事常规工程或非工程研究和实践的人要想提高自己的工作能力，都应该学习一下系统工程方法，至少掌握其基本思想原则，这样可以避免在系统工程大发展时代落伍，并适应新的科学实践要求，为社会主义现代化建设做出更多更大的贡献。 

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