系统架构
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作者(美)爱德华·克劳利(Edward Crawley) 等 著;爱飞翔 译
出版社机械工业出版社
ISBN9787111551430
出版时间2017-01
装帧平装
开本16开
定价119元
货号1201436640
上书时间2024-06-18
商品详情
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作者简介
爱德华·克劳利，是俄罗斯莫斯科斯科尔科沃科学与技术学院的校长，也是MIT的航空航天学及工程系统学教授。他从MIT取得航空与航天专业的学士学位及硕士学位，并获得航空航天结构专业的博士学位。
目录
系统架构原则
译者序
推荐序
前言
致谢
作者介绍
第一部分系统思维
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TeamXT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
3.6.2SysML46
3.6.3OPM46
3.7小结49
3.8参考资料50
第二部分系统架构的分析
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89
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
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：DesignforX216
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
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
15.3.2GNC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
16.3NEOSS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
16.4.2DECISION-OPTION模式383
16.4.3DOWN-SELECTING模式386
16.4.4ASSIGNING模式389
16.4.5PARTITIONING模式395
16.4.6PERMUTING模式399
16.4.7CONNECTING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
内容摘要
本书首先讲解了什么是系统，什么是系统架构，并从形式和功能两个方面讲解了如何分析系统。之后开始讲解如何创建良好的系统架构。在将概念演化为架构的过程中，架构师需要对系统进行分解，以看清这些组件的结构以及它们之间的交互情况，因此需要根据一些衡量指标来构建权衡空间，以便使用优化算法找出优势较大的架构。
精彩内容
前言我们写这本书，是为了阐述一种强大的思想。越来越多的人已经开始有了这种思想，这就是“系统的架构”（architecture of a system）。从电网的架构到移动支付系统的架构，很多领域都出现了系统架构的思维。架构就是系统的DNA，也是形成竞争优势的基础所在。拥有系统架构师这一头衔的专业人士，现在已经超过10万人，此外还有更多的人以其他身份参与架构工作。
对于强大的思想，其边界一般都比较模糊。我们发现许多同事、客户和同学都能够意识到系统架构问题，但他们对这个词的用法有所区别。这个词一般用来区分两个已有的系统，例如“这两种山地自行车的架构不同”。
系统的架构到底是由什么组成的？这个话题通常会引发巨大的争论。在某些领域中，架构用来指代一项能够在抽象层面上区分两类系统的决策，例如“封包交换的架构”（packet-switched architecture）与“电路交换的架构”（circuit-switched architecture）。而在另外一些领域中，这个词则用来在忽略某些小细节的情况下描述整体的实现，例如“我们的软件是用来充当服务架构的”。
我们的目标是阐述架构思维的强大之处，并且使其边界变得更加明晰。架构思维的强大，源自它能够使我们在项目的早期阶段权衡各种架构、展望后续的发展情况，并发现各种约束以及对提升项目价值较为重要的机遇。如果架构把全部细节都包括进去，那么我们就无法在各种粗略的想法之间轻易跳跃，但如果架构中缺少了重要的价值驱动力，那它又显得没有意义。
我们写本书时所持有的理念与Eberhardt Rechtin相同，都认为架构师应该是专才，而非通才。我们想在书中描述系统架构的分析与构建过程，也想展示系统架构的“科学性”。与产品设计规范相比，本书的措辞在某种程度上较为宽松一些，因为我们要处理的系统更加复杂。产品研发人员所重视的是设计问题，而我们要强调的则是系统中的各个部件如何才能凝聚成一个连贯的整体，我们重视的是这个奇妙的涌现过程。
我们把过去的经验融入了本书中。我们有幸参与了许多复杂系统的早期研发工作，这些系统遍布通信、运输、移动广告、财经、机器人、医疗设备等各个领域，其复杂程度也各有不同，从农具到国际空间站，我们都接触过。
此外，书中的案例研究还涉及混合动力车（hybrid car）及商用飞机（commercial aircraft）等其他领域的系统架构师所总结出的一些经验。我们认为，本书必须要能够应对当前系统架构师所面临的各项挑战，因为只有这样，才能推进系统架构的发展。
本书的核心受众有两类人，一类是专业的架构师，另一类是工程学的学生。系统架构这一理念，是相关行业的从业者从实践和尝试中得来的，这些从业者运用自身的智慧，试着总结出一些经验，以应对研发新系统时所面临的挑战。本书的一部分目标读者是进行架构决策的资深专业人士。这些专业人士包括高级技术人员，也包括软件、电子、工业用品、航空、汽车及消费用品等科技产业中的管理人员。
本书的另一部分目标读者是工程学的学生。本书是根据过去15年间我们在麻省理工学院讲授研究生课程时的教学经验而写成的，其中有很多学生后来成了私人企业和政府部门中的佼佼者，对此我们深感荣幸。架构思维不仅可以帮助我们理解系统当前的运作方式，而且对于科技组织的管理来说，这也应该是一项推荐的能力。
致谢我们要感谢使本书得以面世的诸位人士。首先，感谢Bill Simmons、Vic Tang、Steve Imrich、Carlos Gorbea和Peter Davison，他们在本书的相关章节中提供了自己的专业意见，并对本书的初稿做了点评。Norman R. Augustine为本书撰写了推荐序，并帮助我们成形系统架构方面的想法，为此我们深表感激。
感谢评审者Chris Magee、Warren Seering、Eun Suk Suh、Carlos Morales、Michael Yukish及Ernst Fricke给我们提供了明确的意见，并帮我们指出了未能传达出关键思想的那些段落。还要感谢很多匿名评审者，他们给出的反馈意见使我们能够对本书加以改进。感谢OPM（Object Process Methodology，对象过程方法）的研发者Dov Dori，他是我们的优秀合作伙伴。
感谢Pat Hale为我们在MIT的教学活动提供支持并对本书初稿给出反馈。感谢MIT系统设计与管理2011班（MIT System Design and Management Class of 2011）的63位同学详细阅读本书的每一章，并给出大量建议。尤其要感谢Erik Garcia、Marwan Hussein、Allen Donnelly、Greg Wilmer、Matt Strother、David Petrucci、Suzanne Livingstone、Michael Livingstone及Kevin Somerville。感谢MIT图书馆的Ellen Finnie Duranceau帮我们明智地选择了出版社。
本书的编写得益于历届的研究生，他们所贡献的内容以各种形式出现在本书中。除了上面提到的那些人之外，还要感谢Morgan Dwyer、Marc Sanchez、Jonathan Battat、Ben Koo、Andreas Hein及Ryan Boas。
感谢Pearson团队的Holly Stark、Rose Kernan、Erin Ault、Scott Disanno及Bram van Kempen为本书的出版所付出的辛勤劳动。
最后，感谢Crawley的妻子Ana、Cameron的妻子Tess，以及Selva的妻子Karen，感谢你们在周末和假期对我们著书工作的理解，使我们不至于把它拖成一本“永远都写不完的书”。
—Edward Crawley Bruce Cameron Daniel Selva马萨诸塞州剑桥市
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