系统工程中的实践创造与创新

本书的目的是让系统工程师熟悉创造和创新的实用艺术。创造的概念在整个人类历史中不断发展。古希腊人认为诗歌是合法的创造活动。也就是说，与工匠、商人甚至贵族相比，诗人可以不受任何规则限制自由创作诗歌。后来，古罗马人也将视觉艺术视为一种创意实践。但是，在中世纪，创造演变为严格意义上的神的创造。因此，创造的概念不再适用于任何人类活动。此后，在文艺复兴时期及以后，创造逐渐发展，这意味着艺术表达的自由。直到20世纪初，人类才将创造的概念开始应用于科学和工程。

本书的一个前提是，人类的创造能力不是与生俱来的、固定的，而是在其一生中不断发展、变化的。例如，研究表明，孩子可表现出非凡的能力并提出新的、不同的和创造性的解决方案来解决问题。但是，随着他们长大成人，这些能力会大大降低。幸运的是，人们还可以学习创造性的技能。许多研究表明，精心设计的培训计划可以提高不同领域和标准的创造力。希望采用本书中讨论的一些创造性方法的工程师也能提高创造力。

本书的另一个前提是，许多有创造力的工程师在他们的创新努力中停滞不前，因为那些声称要促进创新的组织，实际上却粉碎了创新的努力。确实，作者（以及其他研究人员）的感觉是，除了夸夸其谈外，许多公司和组织都厌恶创造。当然，为这样的组织工作的创意工程师会感到沮丧和气馁。同样重要的是，由于忽视了许多创造性的想法，没有经过应有的考虑，给组织自身和整个社会造成了累积损失。本书试图探讨这种现象，并为组织以及许多士气低落的工程师提供实用建议。特别建议工程师扩大其专业和知识视野，寻求降低其新想法固有的风险，并学会获得同事的支持以及应对保守管理。简而言之，采取更加创新的态度。

本书分为5章： 第1章简介，包含有关本书原理及其内容的材料。第2章系统工程，介绍系统工程基本的概念和标准——15288系统生命周期流程，以及简短的摘要；此外，本章还为每个生命周期流程提供了一套创新方法；后，本章提供了有关工程学的一些哲学思想。第3章创造性方法，是本书的核心部分，提供了许多实用的、工程师可以使用的创新方法。第4章促进创新文化，探讨在组织内部增强创新文化的方式方法；此外，本章还为非创意组织雇用的创意工程师提供建议。第5章创造和创新案例研究，展示了一个创造和创新研究与实施工作的例子。

本书是针对两类读者来写的： 类是一般的实践工程师，特别是系统工程师以及一线和二线技术经理。这些人可能从事制造业（例如，航空航天、汽车、通信、医疗设备等），也可能在各种民用机构（例如，NASA、ESA等）工作或与军方（例如，空军、海军、陆军等）合作。第二类是大学和学院内从事系统、电气、航空、机械和工业工程的教师和学生。本书可作为与系统工程相关的创造和创新课程的研究生的补充教材。高校师生可在一到两个学期内完成对本书的相关学习。

后，读者应注意，本书没有在创造和创新方面追求新的理论或论点；相反，作者试图让系统工程师熟悉行之有效的创造和创新方法。为了实现这一目标，作者提供了自己的工程经验，与许多人进行了交流，并从许多资源，例如书籍、文章、博客等收集了信息。本书各章后的参考文献给出了宝贵的资料来源，读者可用于深入理解本书中讨论的各个主题。作者从这些资源中学到了很多知识，感谢创作它们的个人、研究人员和专家。

致谢

许多人为本书的写作做出了重要的贡献，我要向他们所有人表示衷心的感谢。

特别要感谢来自以色列原航空航天工业公司的沙洛姆·沙迦（Shalom Shachar）和得克萨斯州基督教大学的泰森·布朗宁（Tyson Browning）教授，以及孜孜不倦的同事和朋友们，他们的许多科学知识、工程著作和智慧之语都被收入本书之中。

由欧洲委员会资助的AMISA项目，使我能够专注于系统工程的创造和创新。感谢所有团队成员，尤其是特拉维夫大学的约兰·赖希（Yoram Reich）教授的坚定支持和有益建议，也向Adi Mainly Software（AMS）的迈克尔·加伯（Michael Garber）致敬，其开发了DFATool软件包，展现了架构选项模型。

有两个人对这本书的手稿产生了直接影响。一位是特拉维夫大学的舒拉米思·克雷特勒（Shulamith Kreitler）教授，他鼓励了我，并就其结构向我提供了建议。另一位是挪威科学技术大学的塞西莉亚·哈斯金斯（Cecilia Haskins）教授，他自愿审读了本书手稿，并提出了许多宝贵的建议。另外，我还要感谢我的好朋友梅纳赫姆·卡哈尼（潘帕姆）（Menachem Cahani（Pampam）），他为这本书贡献了两个漫画。我还要对敬业且孜孜不倦的威利（Wiley）编辑团队，特别是维多利亚·布拉德肖（Victoria Bradshaw）、格蕾丝·波林（Grace Paulin），以及谢丽尔·弗格森（Cheryl Ferguson），在我准备手稿时给予的辛勤帮助表示深深的谢意。

有几位研究人员授权我与本书的读者分享他们的研究成果，我非常感谢他们： 韩国浦项科技大学的李相俊（Sang Joon Lee）教授，他在韩国从事仿生工程研究；美国加州太平洋大学的名誉教授拉维·贾恩（Ravi Jain）教授，他负责研究、开发和创新管理；丹麦奥尔堡大学的克里斯蒂安·里希特·奥斯特加德（Christian Richter stergaard）教授，他致力于创新和员工多样性研究；瑞典Quadruple Learning的英格·丹尼尔达（Inger Danilda）和瑞典政府创新局的珍妮·格拉纳特·索斯伦德（Jennie Granat Thorslund ），他们研究了性别化创新系统；还有纽约城市大学的TK.DAS教授，他研究了认知偏见。

我也对以色列标准协会（SII）表示深深的谢意。该机构允许我代表国际标准化组织（ISO）复制国际标准ISO/IEC/IEEE 15288的完整部分和删节部分。此外我也要感谢英国伦敦皇家工程学院的许可，允许我复制在2010年6月于该学院举行的工程哲学研讨会上发表的部分重要论文。

重要的是，我要对我的妻子雷切尔（Rachel）和我的儿子奥弗(Ofer)、阿米尔(Amir)、乔纳森（Jonathan）和迈克尔（Michael）表示深切的谢意，他们的建议、耐心和爱心鼓励我努力完成这本书。

埃夫纳·恩格尔(Avner Engel)

以色列特拉维夫

本书的目的是让系统工程师熟悉创造和创新的实用艺术。创造的概念在整个人类历史中不断发展。古希腊人认为诗歌是合法的创造活动。也就是说，与工匠、商人甚至贵族相比，诗人可以不受任何规则限制自由创作诗歌。后来，古罗马人也将视觉艺术视为一种创意实践。但是，在中世纪，创造演变为严格意义上的神的创造。因此，创造的概念不再适用于任何人类活动。此后，在文艺复兴时期及以后，创造逐渐发展，这意味着艺术表达的自由。直到20世纪初，人类才将创造的概念开始应用于科学和工程。

本书分为5章： 第1章简介，包含有关本书原理及其内容的材料。第2章系统工程，介绍系统工程基本的概念和标准——15288系统生命周期流程，以及简短的摘要；此外，本章还为每个生命周期流程提供了一套创新方法；后，本章提供了有关工程学的一些哲学思想。第3章创造性方法，是本书的核心部分，提供了许多实用的、工程师可以使用的创新方法。第4章促进创新文化，探讨在组织内部增强创新文化的方式方法；此外，本章还为非创意组织雇用的创意工程师提供建议。第5章创造和创新案例研究，展示了一个创造和创新研究与实施工作的例子。

本书的目的是让系统工程师熟悉创造和创新的实用艺术。创造的概念在整个人类历史中不断发展。古希腊人认为诗歌是唯一合法的创造活动。也就是说，与工匠、商人甚至贵族相比，诗人可以不受任何规则限制自由创作诗歌。后来，古罗马人也将视觉艺术视为一种创意实践。但是，在中世纪，创造演变为严格意义上的神的创造。因此，创造的概念不再适用于任何人类活动。此后，在文艺复兴时期及以后，创造逐渐发展，这意味着艺术表达的自由。直到20世纪初，人类才将创造的概念开始应用于科学和工程。

本书分为5章： 第1章简介，包含有关本书原理及其内容的材料。第2章系统工程，介绍系统工程基本的概念和标准——15288系统生命周期流程，以及简短的摘要；此外，本章还为每个生命周期流程提供了一套创新方法；最后，本章提供了有关工程学的一些哲学思想。第3章创造性方法，是本书的核心部分，提供了许多实用的、工程师可以使用的创新方法。第4章促进创新文化，探讨在组织内部增强创新文化的方式方法；此外，本章还为非创意组织雇用的创意工程师提供建议。第5章创造和创新案例研究，展示了一个创造和创新研究与实施工作的例子。

赵江，博士，北京航空航天大学副教授，硕士生导师。飞行器控制一体化技术国防重点实验室成员，先进无人飞行器高精尖学科中心成员；研究方向包括智能感知与飞行控制、系统工程原理与应用；承担各类研究课题20余项，发表学术论文50余篇，申请发明专利30余项；入选北航青年拔尖人才、北航理工交叉融合“十大科学问题”团队等；主讲系统工程原理、飞行力学等本科生和研究生核心专业课。

蔡志浩，博士，北京航空航天大学高级工程师，硕士生导师。从事智能无人系统一体化控制、高动态飞行器自主感知与控制等研究；主讲航空系统工程、系统架构设计等本科生、研究生核心专业课。主持一流课程建设项目；探索将系统工程与复杂系统架构方法应用于教学和科研实践。主持装备预研、装备探索、创新特区等国防课题多项；培养的研究生曾荣获国家奖学金、冯如杯科技竞赛一等奖等荣誉。

王英勋，研究员，博士生导师，享受政府特殊津贴的专家。北京航空航天大学无人系统研究院院长，飞行器控制一体化技术国防重点实验室副主任；中国航空学会理事、学术委员会委员、GNC分会名誉主任；无人驾驶航空器系统专门委员会副主任；中国航空器拥有者与驾驶员协会无人机专家委员会主任；研究方向为无人机总体技术、无人机自主控制技术；曾获国家科技进步一等奖。

第1章简介1

1.1概述1

1.2系统工程3

1.3创造性方法4

1.4促进创新文化5

1.5创造和创新案例研究6

1.6附属资料7

1.7参考文献8

第2章系统工程9

2.1概述9

2.2系统工程基本概念10

2.2.1系统工程的本质10

2.2.2组织和项目概念11

2.2.3系统概念11

2.2.4生命周期概念13

2.2.5流程概念15

2.2.6延展阅读16

2.3标准15288流程16

2.3.1协议流程组16

2.3.2组织项目——授权流程组17

2.3.3技术管理流程组20

2.3.4技术流程组25

2.3.5延展阅读34

2.4工程哲学34

2.4.1工程与真理34

2.4.2工程设计的逻辑35

2.4.3工程设计的背景和性质36

2.4.4角色和规则以及社会技术系统的建模40

2.4.5综合工程——做正确的事和正确地做事42

2.4.6延展阅读44

2.5参考文献45

第3章创造性方法47

3.1概述47

3.2面向个人的发散方法49

3.2.1横向思维49

3.2.2解决矛盾54

3.2.3仿生工程62

3.2.4视觉创造力的三种方法65

目录

系统工程中的实践创造与创新

3.3面向团队的发散方法73

3.3.1经典头脑风暴73

3.3.2六顶思考帽76

3.3.3SWOT分析78

3.3.4SCAMPER分析82

3.3.5焦点小组85

3.4面向个人的收敛方法86

3.4.1PMI分析87

3.4.2形态分析91

3.4.3决策树分析93

3.4.4价值分析/价值工程97

3.4.5帕累托分析101

3.5面向团队的收敛方法103

3.5.1Delphi法104

3.5.2SAST分析107

3.5.3因果图112

3.5.4卡诺模型分析114

3.5.5群体决策： 理论背景117

3.5.6群体决策: 实践方法124

3.6其他创造性方法129

3.6.1流程图分析129

3.6.2九屏分析131

3.6.3技术预测135

3.6.4设计结构矩阵分析141

3.6.5失效模式影响分析144

3.6.6预期失效分析152

3.6.7冲突分析与解决158

3.7参考文献163

第4章促进创新文化171

4.1概述171

4.2系统演化172

4.2.1系统演化建模——S曲线172

4.2.2系统演化法则174

4.2.3延展阅读187

4.3创新过程建模187

4.3.1创新的类别和类型187

4.3.2技术创新过程189

4.3.3创新资金195

4.3.4延展阅读198

4.4衡量创造与创新199

4.4.1定义创新目标199

4.4.2衡量创新过程200

4.4.3创新能力成熟度模型204

4.4.4延展阅读208

4.5创新的障碍208

4.5.1人为因素208

4.5.2成本因素210

4.5.3制度因素210

4.5.4知识因素211

4.5.5市场因素211

4.5.6创新障碍和创新类别211

4.5.7延展阅读212

4.6促进组织的文化创新212

4.6.1简介212

4.6.2创新与领导力213

4.6.3创新与组织215

4.6.4创新与人员216

4.6.5创新与资产218

4.6.6创新与文化219

4.6.7创新与价值观221

4.6.8创新与过程222

4.6.9创新与工具222

4.6.10结论： 迈向到创新文化的实际步骤224

4.6.11延展阅读227

4.7推动工程师个人创新227

4.7.1大型组织很少创新227

4.7.2创新工程师的特点231

4.7.3对创意工程师的创新建议236

4.7.4延展阅读239

4.8人类多样性与性别化创新240

4.8.1人类多样性240

4.8.2性别范式的转变242

4.8.3性别差异和创新意义243

4.8.4推进性别化创新246

4.8.5性别化创新实例250

4.8.6延展阅读253

4.9认知偏见与决策制定253

4.9.1认知偏见254

4.9.2认知偏见与战略决策258

4.9.3延展阅读261

4.10参考文献261

第5章创造和创新案例研