摘要：系統(tǒng)工程是人類進(jìn)行工程活動，特別是復(fù)雜性的重大工程活動時總結(jié)、歸納、提煉出來的學(xué)問。當(dāng)我們對系統(tǒng)工程觀進(jìn)行研究時，我國古代先賢的這些觀點(diǎn)是值得我們研究的，而系統(tǒng)工程正式作為一門學(xué)問在我國的工程實(shí)踐中研究和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)是錢學(xué)森啟蒙和推動下，首先在中國的“兩彈一星”工程研制中開展的。隨著系統(tǒng)工程復(fù)雜程度的不斷提高，如何應(yīng)對現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)已成為一個必須嚴(yán)肅面對的問題，MBSE技術(shù)的出現(xiàn)，將使現(xiàn)代工程管理成為復(fù)雜工程系統(tǒng)的基本手段、載體和技術(shù)，也是系統(tǒng)工程從語言論述為主的方法論，提高到以數(shù)字模型表述為主的工程科學(xué)。我國應(yīng)在工程哲學(xué)、工程方法論、工程知識論研究的基礎(chǔ)上，將中國工程管理科學(xué)推進(jìn)到基于中國重大工程實(shí)踐的MBSE的研究高度。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；基于模型的系統(tǒng)工程；中國工程學(xué)；航天工程

中圖分類號：N945文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2097-0145（2022）05-0001-08doi：10.11847/fj.41.5.1

The Evolution of System Engineering Thought：

From the System Engineering View of Ancient Chinese Scholars to

the Contemporary Complex System Engineering Method

LUAN En-jie

（Committee on Science and Technology of Defense Science and Technology Industry， Beijing 100048， China）

Abstract：System engineering is the knowledge summarized， concluded and refined by human beings when carrying out engineering activities， especially complex major engineering activities. When we study the concept of system engineering， these views of ancient Chinese scholars? are worthy of our study， and the formal research and application of system engineering as a discipline in Chinas engineering practice should be carried out in the development of Chinas “two bombs and one satellite” project under the enlightenment and promotion of Qian Xuesen. With the continuous improvement of the complexity of system engineering， how to deal with modern complex systems has become a serious problem that must be faced. The emergence of MBSE technology will make modern engineering management become the basic means， carrier and technology of complex engineering systems， and it is also the engineering science that system engineering is improved from the methodology based on discourse to the engineering science based on digital model expression. Based on the research of engineering philosophy， engineering methodology and engineering knowledge theory， China should promote Chinas engineering management science to the research height of MBSE based on Chinas major engineering practice.

Key words：systems engineering; model based system engineering; Chinese engineering; aerospace engineering

1引言

系統(tǒng)工程正式作為一門學(xué)問在我國的工程實(shí)踐中研究和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)是在錢學(xué)森提出“系統(tǒng)工程”這個詞的1978年［1］，在錢學(xué)森的啟蒙和推動下，首先是在中國的“兩彈一星”工程研制中得到應(yīng)用，其標(biāo)志是形成總指揮、總設(shè)計(jì)師的兩條指揮線；負(fù)責(zé)工程總體規(guī)劃和具體實(shí)施保證的總體設(shè)計(jì)部；分系統(tǒng)專業(yè)研究所，以及保證工程系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)體系的建立（包括計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、工藝、規(guī)范、工程各分支層次的仿真、模擬、試驗(yàn)、驗(yàn)證、評定、評審、評價(jià)）。

以錢學(xué)森為代表的第一代航天科技工業(yè)的領(lǐng)軍者，他們以敏銳的眼光感覺到，在一項(xiàng)以舉國體制為基礎(chǔ)、動員全國力量進(jìn)行的重大工程系統(tǒng)，沒有一套與其相適應(yīng)的管理體系作為保證是不行的。在我們推廣系統(tǒng)工程方法以指導(dǎo)中國航天系統(tǒng)工程的初期，有很多從事工程管理的專家并不理解什么是系統(tǒng)工程，以為它是一個新穎、華麗的學(xué)科。當(dāng)他們掌握了這個樸實(shí)的，具有提煉、歸納、升華意義的工程實(shí)踐性理論后，他們常說：“原來我過去做的工作，就是系統(tǒng)工程理論呀！”

系統(tǒng)工程是人類進(jìn)行工程活動，特別是復(fù)雜性的重大工程活動時總結(jié)、歸納、提煉出來的學(xué)問。凡是科學(xué)的，是客觀存在的，它一定是人們主觀提煉的；是事物規(guī)律性在人類面前呈現(xiàn)，它一定是人類對這些呈現(xiàn)的一個聰敏的抽象表達(dá)。不論是現(xiàn)代人，還是古代人，或是未來人，都離不開這個認(rèn)識論。

由此可見，雖然系統(tǒng)工程這一概念產(chǎn)生于近代，但其認(rèn)識論的本質(zhì)則是從古至今一以貫之的。特別是我國一些古代先賢，在這一領(lǐng)域有著極其深刻的認(rèn)識，其所留下的思想已經(jīng)融入中華民族傳統(tǒng)文化血脈之中［2］。在這里，我們從思想的本質(zhì)出發(fā)，探討從古至今我國系統(tǒng)工程思想與理念的演進(jìn)，從早期古代先賢智慧中的系統(tǒng)工程思想，到錢學(xué)森等老一輩科學(xué)家以運(yùn)籌學(xué)理論為基礎(chǔ)創(chuàng)立我國的系統(tǒng)工程體系，最后到目前信息技術(shù)與系統(tǒng)工程的融合發(fā)展。通過梳理系統(tǒng)工程的整體發(fā)展脈絡(luò)，以期進(jìn)一步推動我國系統(tǒng)工程實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展。

2古代先賢的系統(tǒng)工程觀

管子、孫子和莊子是三位我國古代先賢，在他們的思維和理念中所表達(dá)的系統(tǒng)工程觀點(diǎn)是極其深刻的，他們的有些觀點(diǎn)并不輸于當(dāng)世人！

2.1管子“立政”的系統(tǒng)工程觀

管子是我國古代具有愛民思想的政治家、政論家，之所以稱其為政論家，是從他留給我們豐富的為政思考、至今仍有教義的論述。如果管子不是思政者、理性思辨者，他就不會留下那么多深刻的論理和至今仍使我們受到啟發(fā)的觀念和觀點(diǎn)。

這里我以《管子·立政》篇的其中一段進(jìn)行學(xué)習(xí)，我們是否可以從中得到啟發(fā)和教育［3］。管子在人與自然的一段論述中寫到：

修火憲（制定防火法規(guī)），敬山澤，林藪，積草（敬畏自然為我提供的環(huán)境，管理好山林、水澤和草木），夫財(cái)之所出，以時禁發(fā)焉（對于自然資源豐富的地方，要按時封禁和開發(fā)），使民足于宮室之用，薪蒸之所積（以使百姓筑房建屋有足夠的木材，烹蒸炊事有足夠的柴草），虞師之事也（這些事的責(zé)任人是虞師，由他來負(fù)責(zé)）（注：“虞”指預(yù)料和憂慮之意，所以虞師的工作有規(guī)劃、籌劃的含義，不知是否這樣理解，請語文學(xué)者批評）。決水潦（排積水），通溝瀆（疏通溝渠），修障防（修建堤壩），安水藏（加固水庫），使時水雖過度，無害于五谷（做到雖然雨水過多而不傷害莊稼）。歲雖兇旱，有所粉獲（年逢大旱而仍能有所收獲），司空之事也（這是主管水利的官吏司空的職責(zé)，責(zé)任人是司空）。相高下（觀察地勢高低），視肥墝（分析土壤肥瘠，“墝”地里不肥），觀地宜（查看土地適宜于種植哪些農(nóng)作物），明詔期（明確農(nóng)民應(yīng)征服役的日期），前后農(nóng)夫（農(nóng)事的先后），以時均修焉（這些都要及時做出安排），使五谷桑麻，皆安其處（使五谷桑麻的種植各得其適），由田之事也（這是主管農(nóng)業(yè)的官吏由田的職責(zé)，責(zé)任人是由田）。行鄉(xiāng)里（巡視鄉(xiāng)里），視宮室（察看房屋），觀樹藝（觀察樹木長勢），簡六畜（檢查六畜），以時鈞修焉（對這些事情做出及時安排）。勸勉百姓（鼓勵生產(chǎn)），使力作毋偷（不怠工偷閑）。懷樂家室，重去鄉(xiāng)里（留戀家室，不離鄉(xiāng)），鄉(xiāng)師之事也（這是主管民政的官吏鄉(xiāng)師的職責(zé)，責(zé)任人是鄉(xiāng)師）。論百工（考核各種行業(yè)工匠的技藝），審時事（安排不同季節(jié)的農(nóng)事），辨功苦（辨別產(chǎn)品質(zhì)量的好壞），上完利（達(dá)到產(chǎn)品的精致耐用），監(jiān)壹五鄉(xiāng)（統(tǒng)一管理五鄉(xiāng)），以時鈞修焉（及時做出全面的安排）。使刻鏤文采，毋敢造于鄉(xiāng)（使刻畫、文飾、彩繡等奢侈品不能在各鄉(xiāng)村生產(chǎn)和制造），工師之事也（這是主管手工業(yè)的官吏工師的職責(zé)，責(zé)任人是工師）。

上述這段文字，在個人和自然的大系統(tǒng)觀之下，不但講到人與自然的敬畏、保護(hù)、和諧、互利、利用與發(fā)展的關(guān)系，而且將水利、農(nóng)業(yè)、畜業(yè)、民生、手工業(yè)的精細(xì)管理分列其中，且明確各項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，設(shè)立虞師、司空、司田、鄉(xiāng)師、工師之責(zé)任人和責(zé)任崗位。不知在別的古跡文獻(xiàn)中是否有更早的工師崗位記錄。我是第一次在管子的《立政》篇中看到的。如果我們認(rèn)同在兩千年前就有工師之崗、工師管理和工業(yè)之責(zé)，那么是否可以認(rèn)為我國正式的“工程師”稱呼產(chǎn)生于那個時代。而責(zé)任崗位責(zé)任人的明確論述也表明，我國先賢的系統(tǒng)工程觀念和系統(tǒng)工程方法，以其樸實(shí)的社會管理理念和立政原則出現(xiàn)在古代的社會實(shí)踐。這就是管子“立政”的系統(tǒng)工程觀。

2.2工程學(xué)原則與孫子論兵法

首先是在載人航天、探月工程的實(shí)踐中，我始終堅(jiān)持“各級工程技術(shù)指揮員（含總指揮、總師兩條線），必須由有類似經(jīng)歷的專家組成，他們知曉哪些指標(biāo)可以成（或經(jīng)過攻關(guān)可以成），同時也要知道哪些指標(biāo)我們目前不可以成（或在有限的工程任務(wù)期間內(nèi)難以攻克）［4］；其次是明確工程任務(wù)中哪些環(huán)節(jié)具備有豐富知識的成熟技術(shù)支持，哪些部分是我們知識的短板，并采取相應(yīng)的技術(shù)路線，試驗(yàn)驗(yàn)證條件去實(shí)現(xiàn)這種不同層次的工程組織模式；第三是工程隊(duì)伍要上下一心，有統(tǒng)一目標(biāo)，確定統(tǒng)一的任務(wù)主線，各系統(tǒng)主動與之配合，實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)；第四是工程進(jìn)展的全過程都要有預(yù)先安排、部署，在出現(xiàn)各種矛盾、困難時，有相應(yīng)預(yù)案和充分的技術(shù)儲備；第五是在工程執(zhí)行中發(fā)揮各系統(tǒng)、分系統(tǒng)指揮線的獨(dú)立指揮權(quán)，使各級指揮員在工程中鍛煉，出人才，而上級則不輕易去制約和牽制各部分的積極性?！?/p>

上述五條，我們用系統(tǒng)工程語言表達(dá)就是：第一是每個工程系統(tǒng)在其論證以及實(shí)施、運(yùn)行的每個階段都要有“不可行”問題的質(zhì)疑，開展“非擁護(hù)性評審”；第二是在確立工程任務(wù)的立項(xiàng)時，務(wù)必堅(jiān)持“目標(biāo)明確，路線清晰”“安全可靠”“經(jīng)濟(jì)可承受”“責(zé)任有落實(shí)”；第三是大力協(xié)同，重大工程要有動員舉國之力的能力；第四是要有成熟技術(shù)支持和新技術(shù)攻關(guān)、能力儲備，保障工程系統(tǒng)有穩(wěn)妥的技術(shù)成熟度、創(chuàng)新的技術(shù)進(jìn)步，使工程系統(tǒng)能夠帶動技術(shù)進(jìn)步、新技術(shù)的應(yīng)用和推廣；第五是系統(tǒng)工程運(yùn)行中建立統(tǒng)一指揮與各崗位責(zé)任制落實(shí)的獨(dú)立研發(fā)的融合體制，使工程實(shí)現(xiàn)出成果、出人才、出產(chǎn)品、出效益（含社會效益）的總目標(biāo)。

我們看一下《孫子兵法·謀攻篇》中論述：“知勝者有五：知可以戰(zhàn)與不可以戰(zhàn)者勝；識眾寡之用者勝；上下同欲者勝；以虞待不虞者勝；將能而君不御者勝。此五者，知勝之道也?！保?］我認(rèn)為孫子用兵之法，與工程組織（特別是復(fù)雜的系統(tǒng)工程）的系統(tǒng)工程思路是相同的。我們可以說孫子兵法就是古代軍事家以其智慧的理念，思考軍事的系統(tǒng)工程思想。無怪乎，我國系統(tǒng)工程理論的奠基人錢學(xué)森將運(yùn)籌學(xué)視為系統(tǒng)工程的一個基礎(chǔ)理論，而運(yùn)籌學(xué)早已成為現(xiàn)代軍事理論的重大應(yīng)用，也是對軍事理論的重大推動。

2.3《莊子·大宗師》“人之有所不得與，皆物之情也”“人之有所不得與，皆物之情也。”［6］這句話所言是為實(shí)。人有不能得，這是智慧之言；人無不能得，此言狂語。人為自然所生，生之規(guī)律乃自然法則，科學(xué)者生之追求自然真理，死亦循自然之法則。莊子在《大宗師》的同篇文中說：“佚我以老、息我以死?！闭劦竭@八個字，讓我們對莊子有如此天地之胸懷而感嘆！他把人老作為自然賦予我們的安逸，而將死亡視為自然給予的休息。這種博大的自然觀，除驚嘆之外就是神奇。二千年前，先賢竟有如此清徹、輕松、融入自然的生死觀，真乃哲人之思！

我受益更深的是對科學(xué)之為科學(xué)的感悟，在高速發(fā)展的科技創(chuàng)新時代，我們對科學(xué)力量的認(rèn)識得到空前高漲，而在思維層面，則似乎科學(xué)是無所不能的。我以為，讓人們認(rèn)識“知識就是力量”的同時，也要真誠地告誡他們，科學(xué)不是什么都能做的，科學(xué)并不是萬能的，科學(xué)并非直接產(chǎn)生技術(shù)，工程不一定是來源于科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！叭酥兴坏门c”是自然的一條哲理。我們不能把自己抬起來，我們不能把自己抱在自己的懷里，我們不能創(chuàng)生地球，我們更不能創(chuàng)生另外一個星球。太陽系有生有死，這是自然之規(guī)律，人類也只有好好耕耘地球家園才是科學(xué)的正路！

關(guān)于系統(tǒng)工程的辯證理念里，一個非常重要的思想是：以系統(tǒng)的整體性去認(rèn)識人造工程的功能表達(dá)，也即“任何一種功能的存在必有滿足系統(tǒng)整體的需求，也必然存在有對系統(tǒng)性能破壞的影響?！边@種影響表現(xiàn)在這項(xiàng)功能能力的某些改變，或者狀態(tài)的某些變化。這些變化對系統(tǒng)整體性的影響可能是可包容性的（可允許的，可承受的），也可能是整體顛覆性的（不可承受的）。所以，系統(tǒng)工程師們在進(jìn)行系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行時要有沒實(shí)現(xiàn)正常功能表達(dá)時的應(yīng)對方法。莊子在《齊物論》中講到：“物無非彼，物無非是，自彼則不見，自知則知之?！薄耙蚴且蚍牵蚍且蚴??！保?］即是說，事物沒有不是“彼”的，也沒有不是“此”的。從彼方看不清的，從此方看就可以知道了。

這是莊子的萬物兩相合一、陰陽共體的齊物論觀點(diǎn)。它與我們所能接觸到的觀察是一致的，除非我們對宇宙的認(rèn)識更加廣大或更加精微（《中庸》大哉篇“致廣大而盡精微，極高明而道中庸?！保?］），使我們對客觀世界的認(rèn)知有深刻的變革。

當(dāng)我們對系統(tǒng)工程觀進(jìn)行研究時，我國古代先賢的這些觀點(diǎn)是值得我們研究的。當(dāng)我們對工程技術(shù)的某些問題的定義產(chǎn)生諸多困難時，我們不如從其對立面去研究和思考，從“非”和“否”的切面去定義也是一個很重要的整體觀、系統(tǒng)觀的思路。

3基于運(yùn)籌學(xué)的系統(tǒng)工程理論

古代先賢的思想對我國古代系統(tǒng)工程的開展起到了有力的支撐作用，但到近代以來特別是新中國成立后，工程復(fù)雜性的不斷提升，從定性的思想維度已經(jīng)不足以支撐我國重大工程的管理，必須構(gòu)建定量的角度提供將系統(tǒng)工程思想貫徹到工程管理實(shí)踐中的工具，形成一套與重大工程相匹配的管理體系，這就是系統(tǒng)工程這個課題產(chǎn)生的必要條件。錢學(xué)森明確指出系統(tǒng)工程是一門工程的管理學(xué)科，這門學(xué)科的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是“運(yùn)籌學(xué)”。

3.1運(yùn)籌學(xué)的誕生

在科技界正式采用“運(yùn)籌學(xué)”這個術(shù)語是在1938年，那年7月，英國在“空襲警報(bào)”系統(tǒng)研制中，彼得賽（Bawdsey）雷達(dá)站負(fù)責(zé)人羅伊（Rowe）提出“整個防空系統(tǒng)的運(yùn)營”并使用“operational research”一詞［9］。我國科學(xué)家用《史記·高祖本紀(jì)》“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”中的“運(yùn)籌”二字，來表達(dá)“系統(tǒng)性的研究和運(yùn)營”這個概念，在漢語語境下它兼有“籌劃、權(quán)衡、策略、決勝”的含義。我認(rèn)為這個翻譯極其優(yōu)秀、準(zhǔn)確，且具開放和激發(fā)思路的內(nèi)涵。

1940年9月，英國成立由物理學(xué)家布萊克特（Blackett）為領(lǐng)導(dǎo)的第一個“運(yùn)籌學(xué)小組”，且在之后不久，發(fā)展到每個英軍指揮部都成立運(yùn)籌學(xué)小組［9］。實(shí)際上，運(yùn)籌學(xué)小組類似我們習(xí)慣上理解的“參謀與籌劃部”，所以戰(zhàn)略、戰(zhàn)役籌劃初期的指向是軍事系統(tǒng)工程，其基礎(chǔ)科學(xué)即是運(yùn)籌學(xué)。而運(yùn)籌學(xué)也正是在軍事需求的牽引下不斷豐富和成熟起來的?？梢哉f沒有第二次世界大戰(zhàn)的激發(fā)，就不會有運(yùn)籌學(xué)的快速發(fā)展。

如果我們繼續(xù)往下列出運(yùn)籌學(xué)的發(fā)展表，則可以簡單地歸納如下。

1945—1950年（創(chuàng)造期）：關(guān)注的人少，研究的范圍小。其中1947年，丹齊克（Dantzig）研究線性規(guī)劃并提出通用解法——單純形法。1948年，建立運(yùn)籌學(xué)俱樂部，在MIT開課。1950年，在英國伯明翰大學(xué)開課。

1950—1959年（成長期）：電子計(jì)算機(jī)發(fā)展、動態(tài)規(guī)劃在推廣應(yīng)用。其中1952年，美國卡斯（Case）工業(yè)大學(xué)設(shè)碩士、博士學(xué)位。1957年，英國牛津大學(xué)召開第一次國際運(yùn)籌學(xué)大會，并確定以后每三年召開一次。1959年，國際運(yùn)籌學(xué)聯(lián)合會成立（International Federation of Operation Research Societies（IFORS））。

1960年至今（發(fā)展期）：這個時期中，通過細(xì)化各分支，運(yùn)籌學(xué)被認(rèn)可并納入數(shù)學(xué)，用于復(fù)雜系統(tǒng)的分析，如：城市交通、環(huán)境、國民經(jīng)濟(jì)、人口理論等領(lǐng)域。

在我國，則是在中華人民共和國成立后的20世紀(jì)50年代，1956年在中國科學(xué)院力學(xué)所成立運(yùn)籌學(xué)小組，1958年建立研究室，在改革開放后的1980年成立運(yùn)籌學(xué)會。

3.2運(yùn)籌學(xué)與系統(tǒng)工程的融合演化發(fā)展

特別是在改革開放后，中科院力學(xué)所、數(shù)學(xué)所的科學(xué)家們不但對運(yùn)籌學(xué)開展了深入的理論研究，取得了對中國系統(tǒng)工程發(fā)展具有重要意義的奠基成果和科學(xué)普及，而且在工程應(yīng)用上做出了諸多實(shí)際貢獻(xiàn)。特別通過錢學(xué)森領(lǐng)軍的航天系統(tǒng)工程實(shí)踐，我國以運(yùn)籌學(xué)為核心的系統(tǒng)工程理論在建設(shè)社會主義的實(shí)踐中，在國家重大工程和重大戰(zhàn)略問題的規(guī)劃中，不斷得以普及、提高和完善。比如在運(yùn)輸問題，存貯論、目標(biāo)規(guī)劃、線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃方面的理論研究；在網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃、決策分析、系統(tǒng)工程的運(yùn)行管理等方面，我們都形成了具有中國特色的以工程應(yīng)用帶動學(xué)科發(fā)展的諸多成果。運(yùn)籌學(xué)也在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和復(fù)雜工程實(shí)踐的需要而不斷發(fā)展。馬克思講過：“一種科學(xué)只有在成功地應(yīng)用數(shù)學(xué)時，才算達(dá)到了真正完善的地步?！边\(yùn)籌學(xué)的誕生既是系統(tǒng)工程理論發(fā)展的需要，也是系統(tǒng)工程深化研究的標(biāo)志和成果。

在這個時期，系統(tǒng)工程以運(yùn)籌學(xué)為基礎(chǔ)，在系統(tǒng)工程管理思想的指導(dǎo)下，逐步形成了面向?qū)嵺`的方法論體系，逐步形成了如下三大特征。

（1）系統(tǒng)的整體觀

運(yùn)籌學(xué)的分科是多樣的，它與對象的不同和目標(biāo)的差異會產(chǎn)生不同的數(shù)學(xué)描述，形成不同的數(shù)學(xué)分支，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃及各階段決策、圖論與網(wǎng)絡(luò)、存貯論、排隊(duì)論、庫存論、對策論、決策論（產(chǎn)生最優(yōu)目標(biāo)的抉擇），等等。但所有這些不同的離散的分支都有一個共同點(diǎn)，那就是以系統(tǒng)的整體性去分析和思考，以達(dá)到系統(tǒng)的最終整體目標(biāo)為準(zhǔn)則。

（2）多學(xué)科的綜合觀

運(yùn)籌學(xué)是獨(dú)立的一門對策性學(xué)問，但它是開放的學(xué)問，它的方法和理論基礎(chǔ)必須與對象、環(huán)境、目標(biāo)的變化相適應(yīng)，它必須善于綜合各領(lǐng)域、各行業(yè)、各學(xué)科的成果于自身，它的方法工具也將隨著社會進(jìn)步和科技發(fā)展而與時俱進(jìn)。這個多學(xué)科的綜合觀表明，運(yùn)籌學(xué)不同于其他學(xué)科有很強(qiáng)的封閉、自洽性理論體系支撐，而是一個如何靈活機(jī)動地進(jìn)行理論判斷，對具體目標(biāo)的可靠實(shí)現(xiàn)的理性思維；是一種以工具方法的運(yùn)用與社會人（包括團(tuán)隊(duì)、指揮員）的決策相結(jié)合的綜合性的科學(xué)體系。

（3）模型方法的抽象觀

運(yùn)籌學(xué)之所以能稱為科學(xué)，在極大程度上是由于人們可以通過理性分析將研究的對象進(jìn)行數(shù)學(xué)的模擬，將其特性和行為進(jìn)行模型化的表述。如果沒有這個模型的抽象，或者所研究的對象根本無法給予抽象，那這個對象也就無法納入運(yùn)籌學(xué)的研究之中。

我這里將模型問題表述為抽象觀，主要是想表達(dá)一個哲學(xué)的意識，“客觀運(yùn)行的事物本無模型”是人們在研究客觀事物的運(yùn)行規(guī)律時產(chǎn)生的一種分析方法，所以因研究人員的“經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)識、理解”（可以統(tǒng)稱為“知識”）的不同而產(chǎn)生不同的模型，在“知識經(jīng)濟(jì)”的今天，模型也成為了“知識的凝聚物”，具有知識產(chǎn)權(quán)的性格。模型的建構(gòu)、變量的選擇、狀態(tài)的描述、運(yùn)行的邏輯以及相應(yīng)的軟件架構(gòu)、語言應(yīng)用、信息變換與傳輸、算力與算法的開發(fā)、數(shù)據(jù)的占有和運(yùn)用等都已成為建立模型的資源基礎(chǔ)。而通過對模型的研究，所謂最優(yōu)、次優(yōu)、滿意解的求取、求證則是工程系統(tǒng)在模型方法的抽象層面的準(zhǔn)確和精確程度的表征。為了區(qū)分模型上取得的最優(yōu)與實(shí)際系統(tǒng)真實(shí)實(shí)現(xiàn)的結(jié)果的非一致性，我將模型系統(tǒng)研究的最優(yōu)稱作“自描述最優(yōu)”，是研究人員自己得到的個人的開發(fā)結(jié)果。

4基于模型的系統(tǒng)工程方法

隨著系統(tǒng)工程復(fù)雜程度的不斷提高，如何應(yīng)對現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)已成為一個必須嚴(yán)肅面對的問題，它既是我們工程界必須面對的實(shí)踐性挑戰(zhàn)，也是我們應(yīng)當(dāng)深入思考的工程學(xué)發(fā)展的理論性課題。

4.1當(dāng)代系統(tǒng)工程的復(fù)雜性表現(xiàn)

在建設(shè)中國特色社會主義的新時代，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、中國科技發(fā)展、中國工程科技的發(fā)展正以前所未有的勢頭前進(jìn)。中國探月工程三步走“繞、落、回”的圓滿收官，以及其他一些重大工程的實(shí)施和成功，振奮了我們的精神。習(xí)近平總書記在給嫦娥五號的賀信中提出的“探月精神”，更是對我們科技工作者的巨大鼓勵和鞭策。

從嫦娥一號到嫦娥五號，歷時16年的重大工程，它的工程知識集成性表達(dá)得十分充分，它已從一般知識的集成到多階段串接的功能集成。嫦娥一號奔月+繞月，嫦娥三號奔月+繞月+落月，嫦娥五號是奔月+繞月+軌道器與著陸器分離+落月+著陸器采樣+月面起飛+月球軌道交會對接+返回器與軌道器對接+采集物品的交接+軌道器與返回器分離+返回器奔地+返回器與軌道器分離+返回器落地。所有這些過程都是功能性工程知識的集成，在這樣功能集成中只要出現(xiàn)一個功能的失敗，則整體工程即告失敗。這種“與門”式的功能塊一旦失敗，功能前的工作就可能被視為前功盡棄。在復(fù)雜巨系統(tǒng)的功能鏈里，其工程可靠性隨著串接環(huán)節(jié)的成功完成，呈現(xiàn)出不斷提升的形態(tài)。我們以嫦娥五號這13個串接功能步驟為例，若每個功能的工程可靠性是0.95，則整個工程的可靠性為0.49；若在一個環(huán)節(jié)中有1萬個器件，則器件的可靠性應(yīng)高于0.99999；若有1000個器件，則為高于0.99995。在發(fā)射時刻，只有火箭系統(tǒng)工作的條件下其發(fā)射成功的可靠性為0.95，而此時對全工程的可靠性評估為0.49；若火箭已經(jīng)成功地將飛行器送入軌道，則下階段任務(wù)的可靠性將變成0.9513=0.51。而此時被月球捕獲實(shí)現(xiàn)繞月飛行的可靠性，則是該工作系統(tǒng)可靠性0.95。當(dāng)實(shí)現(xiàn)了“返回器奔地”任務(wù)進(jìn)入返回地球的軌道時，它前面只有2個功能的串接，這時任務(wù)的可靠性已經(jīng)升為0.952=0.9。所以在我們分析復(fù)雜系統(tǒng)時，它的工程狀態(tài)是不斷變化的，而功能性串接的工程一旦某一功能失效，則是前功盡棄，也是無功可建［10］。

我們能深刻地感受到，現(xiàn)代重大工程的復(fù)雜性是其突出的一個特征。從工程的“論證、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)證、運(yùn)行”各階段的實(shí)踐顯現(xiàn)出很多過去那些比較孤立的簡單工程，純硬件實(shí)現(xiàn)的物理交付性工程不同的特征。我們除成功地達(dá)到工程目標(biāo)外，還形成了豐富的工程理論和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)與知識積淀。我們的工程理念和工程學(xué)認(rèn)識都得到了實(shí)踐的錘煉和提高。我們有必要、也有能力從現(xiàn)代工程的復(fù)雜性特征來深入思考我國工程學(xué)的發(fā)展并豐富具有以中國工程實(shí)踐為支撐的現(xiàn)代中國工程學(xué)的形成，這是在工程哲學(xué)、工程方法論和工程知識論的奠定下的必然思考。就此，對現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)的特征，可以初步地概括如下幾個方面的表現(xiàn)：

第一，對工程總體期望值需求的復(fù)雜性：現(xiàn)代工程的多目標(biāo)要求；多目標(biāo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的協(xié)調(diào)性與均衡性要求；多目標(biāo)下的性能指標(biāo)的包絡(luò)與控制；多目標(biāo)下的工程系統(tǒng)技術(shù)成熟度的掌控與創(chuàng)新。

第二，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的多樣性與狀態(tài)變化中的系統(tǒng)動態(tài)適應(yīng)性：工程系統(tǒng)特殊狀態(tài)下的特殊功能對其它系統(tǒng)功能產(chǎn)生的波及和耦合；系統(tǒng)狀態(tài)本身的時變性與系統(tǒng)指令或信息獲取的同步與預(yù)估策略的需求；狀態(tài)間的硬件轉(zhuǎn)換與軟件匹配可能存在的潛程序潛通路；多狀態(tài)下的應(yīng)急處置方案使系統(tǒng)狀態(tài)的復(fù)雜性產(chǎn)生二次增加（如預(yù)案的預(yù)案）。

第三，系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性需求：復(fù)雜系統(tǒng)不但表現(xiàn)在環(huán)節(jié)間、系統(tǒng)間的制約關(guān)系復(fù)雜，而且還表現(xiàn)在多種系統(tǒng)及功能環(huán)節(jié)的獨(dú)立指標(biāo)的先進(jìn)性要求；有些技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)條件是在不同狀態(tài)下得到的數(shù)值性要求或稱其為WCCA（電路最壞情況分析）技術(shù)；技術(shù)指標(biāo)的高超、高可靠、高分辨、高時敏、高質(zhì)量、低噪、低擾、低耗、低成本以及精密感知、精確判斷、精準(zhǔn)施策等，則是現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)的較為普遍的要求。特別是對載人的天地往返系統(tǒng)，有嚴(yán)重危害性風(fēng)險(xiǎn)的核能工程，有長航程多人運(yùn)載的飛行器航行器工程。

第四，工程建設(shè)與運(yùn)行的環(huán)境復(fù)雜性：現(xiàn)代工程特別是現(xiàn)代大型工程的建設(shè)與運(yùn)營是在復(fù)雜的自然環(huán)境和空間環(huán)境下進(jìn)行的。如果說我們過去所掌控的傳統(tǒng)技術(shù)也具備一些工作環(huán)境的適應(yīng)能力的話，那么今天的現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)則幾乎全是在近“極端”的環(huán)境下，并要經(jīng)歷長周期的運(yùn)營時效來磨煉和考核的。在核、航空、航天、海洋（深海）、重型海陸空天運(yùn)載、深空、深海，這些工程系統(tǒng)的研發(fā)和運(yùn)行管理中都出現(xiàn)了極端環(huán)境條件下工作的工程壓力。

第五，“軟件決定系統(tǒng)”的現(xiàn)代復(fù)雜工程：其由軟件所承擔(dān)的工程功能已經(jīng)占有20%～80%。以航天工程為例，從美、俄的報(bào)送及我國的實(shí)踐看，由軟件來實(shí)現(xiàn)的功能已經(jīng)達(dá)到80%以上。而且，將附加產(chǎn)生的功能、或運(yùn)營中增加的功能交于軟件來承擔(dān)已經(jīng)成為一種趨勢和傾向，使軟件參與工程系統(tǒng)功能的比重逐步增加。軟件增加量已經(jīng)成為工程系統(tǒng)智能化程度的度量，甚至有將軟件數(shù)量占據(jù)功能需要的比值作為AI能力的“工程指標(biāo)”作為評價(jià)指標(biāo)的趨勢。（見“湖南的機(jī)械裝配指數(shù)表達(dá)市場的動態(tài)和生產(chǎn)狀態(tài)”）。

4.2MBSE的誕生與發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的普及，“工程知識集成”成為了現(xiàn)代系統(tǒng)工程的一個重要理念，也是一個重大特點(diǎn)。而就“當(dāng)前工程技術(shù)是由大型計(jì)算技術(shù)支撐下的知識系統(tǒng)組成”，這個認(rèn)識則是逐漸被理解，且在AI技術(shù)深化和普及的狀態(tài)下才在世界各國的工程界得到共識。不但如此，在“知識系統(tǒng)”這個概念下，已經(jīng)派生出諸多新型的知識系統(tǒng)學(xué)科，MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）則是與工程知識系統(tǒng)相對應(yīng)的系統(tǒng)知識工程。

MBSE的產(chǎn)生不是工程師們利用計(jì)算技術(shù)發(fā)展而進(jìn)行的工程游戲，它應(yīng)現(xiàn)代工程系統(tǒng)的規(guī)模增大、子系統(tǒng)（分系統(tǒng)）的工程層次的增多、工程運(yùn)行環(huán)境要求的擴(kuò)展、工程性能及可靠性與安全性要求不斷提高，使得工程系統(tǒng)的復(fù)雜度在不斷的增加而產(chǎn)生［11］。其概念最早由美國亞利桑那大學(xué)的Wymore教授提出，而認(rèn)識到這個問題并給予高度重視的首當(dāng)屬于美國NASA，我想就NASA所進(jìn)行的研究與我們自己的工程實(shí)踐體會提出如下幾項(xiàng)命題：

在工程規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加下，工程師將如何面對這個局面？工程師要以什么方法解決現(xiàn)代工程的多學(xué)科、多領(lǐng)域技術(shù)集成下的工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)工程實(shí)施？如何保持各層分系統(tǒng)對全系統(tǒng)全狀態(tài)透明？復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)間、系統(tǒng)級及系統(tǒng)環(huán)境之間交互耦合的有害性如何分析？潛在風(fēng)險(xiǎn)的存在以及如何在設(shè)計(jì)階段就使其消除？在沒有知識的基礎(chǔ)上如何建造一個能可靠實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的系統(tǒng)工程體系，使系統(tǒng)工程從現(xiàn)在的基于成熟度較高的工程系統(tǒng)向應(yīng)對成熟度有待提高的復(fù)雜系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的新的系統(tǒng)工程模式？

將這些命題總結(jié)成一句話就是，“找出一個新的系統(tǒng)工程方法或工具，以應(yīng)對信息化知識工程的復(fù)雜性需求。”

20世紀(jì)以來，美國NASA在復(fù)雜的深空探測任務(wù)推動下產(chǎn)生的基于模型的系統(tǒng)工程方法得以萌芽，并很快得到NASA各有關(guān)中心的支持。 我原本認(rèn)為，“模型”的定義是技術(shù)系統(tǒng)建模而利用的方法，也即在控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)模型、仿真模型和各種驗(yàn)證模型，并不理解“基于規(guī)范”的系統(tǒng)工程怎么變化為“基于模型”的系統(tǒng)工程。因此，NASA不再基于原來成熟的以標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為基礎(chǔ)的系統(tǒng)工程理念，而改變?yōu)榛谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程的做法引起了我的思考。在復(fù)雜的深空探測工程中怎么組織和表達(dá)這些復(fù)雜系統(tǒng)的相互交叉關(guān)系，條件與性能之間內(nèi)部存在的諸多邏輯因素而構(gòu)成的關(guān)系將是一個立體的相關(guān)性結(jié)構(gòu)，基于模型的系統(tǒng)工程是怎樣解決這些問題的？它在我國的深空探測任務(wù)（特別是即將進(jìn)行我國的火星探測）中將有什么迫切需求？這些問題使我對MBSE產(chǎn)生了極大的興趣，隨即依托航天戰(zhàn)略研究院，組織專題隊(duì)伍，在國防科技工業(yè)科技委立專題開展研究。課題由理論研究逐步進(jìn)入專題分析和調(diào)查階段，這個階段可以稱其為“學(xué)習(xí)、提綱、概念、分析階段”，2020年進(jìn)入“案例調(diào)研、方法研究、試行運(yùn)行”的“深化論證”階段。該研究過程體現(xiàn)了MBSE與實(shí)際工程緊密結(jié)合的思想。MBSE是一種方法、是一個理念、是一個體系，是一個知識工程，也是一個系統(tǒng)工程的知識體系。

4.3對我國MBSE的認(rèn)識

結(jié)合我國的重大工程實(shí)踐，目前我們開展MBSE研究應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）我國的系統(tǒng)工程（SE）至今已經(jīng)過原始階段（如我國的都江堰工程、長城工程、紫禁城工程、大運(yùn)河工程、“兩彈一星”工程等）和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)階段（在我國“兩彈一星”完成后總結(jié)其任務(wù)和經(jīng)驗(yàn)后），由錢學(xué)森主倡的“系統(tǒng)工程”開始在航天工業(yè)（國防工業(yè)）內(nèi)執(zhí)行，主要表現(xiàn)在對工程的總體性、整體性、頂層性、系統(tǒng)性、綜合性、驗(yàn)證性、試驗(yàn)性、接口協(xié)調(diào)性、指標(biāo)匹配性，以及總體部、總指揮及總設(shè)計(jì)師系統(tǒng)、分系統(tǒng)及配套組合、技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)（計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、質(zhì)量）、各種能力的基礎(chǔ)條件建設(shè)……這個階段的系統(tǒng)工程可以稱為基于規(guī)范的系統(tǒng)工程（或基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)工程）。如果將原始階段的管理（為完成一個具體目標(biāo)而進(jìn)行的獨(dú)立工程管理）作為系統(tǒng)工程的1.0版本，而基于規(guī)范的系統(tǒng)工程則是2.0版本，在應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)的信息時代，我們的系統(tǒng)工程作為工程知識體系的整體性和集成性而言，“基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）”就是其工程知識體系的3.0版本。

（2）MBSE是由基礎(chǔ)模型塊組織的知識架構(gòu)，這個架構(gòu)則不僅僅是一種管理規(guī)范，而是使系統(tǒng)工程成為一門科學(xué)學(xué)科的開拓性起點(diǎn)。此處的模型就是中國工程實(shí)踐形成的工程知識，而工程知識元素的核心技術(shù)是以模型化的認(rèn)識和理解作為表達(dá)形式，并以此進(jìn)行知識思考和知識交流。我國近20年重大工程積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識，是中國系統(tǒng)工程發(fā)展的基本素材，也是中國系統(tǒng)工程方法創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件和豐富的營養(yǎng)。

（3）MBSE是一個知識體系，所以它必須有專業(yè)技術(shù)工程師和系統(tǒng)工程師的合作才能完成。沒有專業(yè)技術(shù)工程師的參與則缺少基于模型的“模型基礎(chǔ)”，如果缺少系統(tǒng)工程師參與則形成不了全系統(tǒng)技術(shù)模型的集成，也就構(gòu)架不出完整的系統(tǒng)工程運(yùn)行。

（4）技術(shù)建模產(chǎn)生于技術(shù)實(shí)踐、抽象于知識基礎(chǔ)，所以技術(shù)模型是工程的知識模型的核心部分，它產(chǎn)生于對專業(yè)知識的分析利用和建模的理論支撐，其工程知識中計(jì)算技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及1.0、2.0版本下的系統(tǒng)工程實(shí)踐，構(gòu)成了產(chǎn)生MBSE的基本知識要素（這個基本知識要素是由“建模知識、計(jì)算知識、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)知識”這三類基礎(chǔ)知識組成）。

（5）MBSE是復(fù)雜工程系統(tǒng)中相關(guān)知識進(jìn)行綜合和集成的方法，而模型是表達(dá)系統(tǒng)知識的相關(guān)性，所以它是一個工程系統(tǒng)整體的綜合、協(xié)同和集成。在時域上它是表述全系統(tǒng)“功能實(shí)現(xiàn)”和“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”的運(yùn)行關(guān)系與運(yùn)行結(jié)果。所以MBSE是工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證的方法、工具和相應(yīng)的技術(shù)。

綜上所述，MBSE將使現(xiàn)代工程管理成為復(fù)雜工程系統(tǒng)的基本手段、載體和技術(shù)，也是系統(tǒng)工程從語言論述為主的方法論，提高到以數(shù)字模型表述為主的工程科學(xué)。我國MBSE的核心是工程模型建構(gòu)中的社會主義舉國體制、人類命運(yùn)共同體、資源共建共享和資源保護(hù)，這些獨(dú)特的內(nèi)容是建立復(fù)雜工程目標(biāo)和工程條件的我們中國體系才具有的獨(dú)特因素和現(xiàn)代大工程的根基理念，所以我們的模型建構(gòu)具有內(nèi)生的活力，是優(yōu)質(zhì)資源的合作與競爭，而不是分裂的、私利的、相互傾軋的競爭和打擊。

5總結(jié)

MBSE的形成表明模型化的系統(tǒng)工程和工程管理是應(yīng)對現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)的有效對策，模型化的過程是科學(xué)的表達(dá)過程、是技術(shù)的集成過程、是系統(tǒng)工程的實(shí)現(xiàn)過程、是工程系統(tǒng)目標(biāo)的交付過程。同時模型化也是復(fù)雜工程系統(tǒng)責(zé)任的分解過程，是系統(tǒng)工程中“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”和“工作結(jié)構(gòu)”邏輯規(guī)范過程、是系統(tǒng)中所有交付產(chǎn)品（軟、硬件）的狀態(tài)環(huán)境、性能實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化過程。總之它是集技術(shù)工程師的群體能力和系統(tǒng)工程師的群體智慧的共同結(jié)晶。

通過模型、嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式對系統(tǒng)工程過程中多狀態(tài)和元素進(jìn)行抽象表達(dá)，并以數(shù)字形式的模型體系建立系統(tǒng)工程各種狀態(tài)之間的聯(lián)系，這是MBSE方法的核心。國際系統(tǒng)工程學(xué)會（INCOSE）在2007年的MBSE定義是“對系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析與確認(rèn)等活動的建模行為形式化與標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用，這種建模從系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段開始并貫穿系統(tǒng)開發(fā)及之后的生命周期?！辈?qiáng)調(diào)MBSE是工程方法與技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是系統(tǒng)工程領(lǐng)域的一次變革。我贊同這種分析和定義，但我強(qiáng)調(diào)的是必須有中國的工程實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)、知識、方法的成果和特點(diǎn)。

鑒于此，我建議在工程哲學(xué)、工程方法論、工程知識論研究的基礎(chǔ)上，沿續(xù)這十幾年思考中國工程學(xué)的形成發(fā)展的趨勢，將中國的工程管理科學(xué)推進(jìn)到中國的MBSE研究高度，使基于中國重大工程實(shí)踐的MBSE成為工程管理科學(xué)的奠基石。

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