《系统工程原理》PPT课件.ppt

系统工程原理(2060120023)3-14周：周四 5-8节，研教楼-201室,荣 莉 莉大连理工大学 管理与经济学部 管理科学与工程学院 系统工程研究所84708073(o),第5章系统需求分析和系统建构,第1节 问题的确定第2节 需求的开发问题第3节 需求的调查第4节 需求的分析与系统需求的定义第5节 系统需求的管理第6节 系统的建构问题第7节 系统建构工作的特点与原则第8节 系统建构工作的步骤第9节 系统建构工作的实施第10节 系统建构工作的方法,5.1 问题的确定,系统工程过程一般是以需求的确定开始的，需求定义的正确与否，关系到整个系统工程过程能否朝着预定的目标顺利地进行。需求由问题决定，系统生命周期模型的第一步所谓明确问题或者说辨识问题，乃是确定需求的前提。无论是面临难题还是为了抓住机遇需要采取行动，或者是为了建立一个新系统，改进一个原有的系统，都是为了解决问题，所以确定问题是第一步。,做正确的事比正确地做事更重要,正确提问题是非常重要的。著名的系统科学家R.Ackoff指出：我们由于解决错误的问题而造成的失误，要比错误地解决正确的问题所造成的失误多得多。对问题的确定不仅是系统分析人员的工作，而且需要有关方面的领导和专家参加意见，因此最好是有一个临时的（正式或非正式的）小组来承担这项工作。参加的人员不但要有专业知识和系统工程知识，而且需要有广泛的社会经济知识，这是对系统环境的了解所必需的。,确定问题的方法,确定问题有时可以依靠逻辑方法，但更多地是靠人类的直觉。人们还很难总结出一套通用的确定问题的方法和步骤，多半是凭经验。前面介绍的两种方法可以使用。一种方法是把与问题有关的信息片断逐个记录在卡片或纸条上全面进行审视把有关联的形成单元和其它类似单元聚类建立它们之间的关联。另一种方法是通过写书面报告来清理思想，明确问题。例如可以在阶段的开始时撰写问题剖析报告，结束时撰写阶段结果报告。,问题剖析报告,问题剖析报告包括问题性质和问题条件两部分。问题性质涉及问题的结构、过程，是通过大量调查研究以及与决策者或利益攸关的人员进行对话的基础上明确的。一般提出的问题有：你认为存在什么问题?为什么这成为问题?问题是怎样出现的?什么原因引起的?解决这个问题的重要性何在?对这问题进行系统分析会得出什么结沦?可能解决问题的方式是什么?这个问题和哪些问题相牵连，它是哪一个更大问题中的一个部分?等等。,对问题的条件部分的了解，则主要是为了调查解决问题所需的各种资源。这也要通过调研与对话提问，提的问题有：解决问题涉及哪些资源(人力、物力、财力、技术、时间)?谁分配这些资源？分配者的职权如何？怎样监督和控制资源的使用？等等。报告写成后两方面集中起来检查一下看是否匹配，如果不匹配则可以从两方面加以调整，直到大体相对应。,阶段结果报告,问题剖析报告完成后，由小组进一步收集数据资料，逐步形成观点，着手撰写阶段结果，报告主要内容有：问题的由来和背景，重要性与意义；可能采取行动的组织和个人；利益攸关的组织和个人；目标；评价指标；约束条件；方案概述；建议。,头脑风暴法,问题常常是在集体讨论过程中逐步明确的。这可以采取一种叫做集思广益畅谈会的，也有人称之为头脑风暴法，是从国外的名称Brain Storming直译而来的，这一名词原来指的是一种病态，患者滔滔不绝地说话，这里用来形容讨论之热烈。这种方法的特点是让大家畅所欲言，各抒己见，不允许对别人的想法一上来就进行批评，想法愈多愈好。鼓励人们以别人的想法为启发来构成自己的新想法，领导人要及时总结，加以引导，这样常可以得到对问题深入的见解。,5.2 需求的开发问题,5.2.1 什么是需求的开发1、系统的需求所谓系统的需求，简单地说就是希望系统干什么。当委托者或者用户提出一个系统工程项目时，他们有可能对这个系统已经形成了概念，这种概念可能是极其粗浅的。但也可能他们只是有一种系统的直觉，还没有形成概念，需求分析过程必须使他们把直觉转化为概念。而需求发现的过程就是这种转化的过程。,怎样得到合理的需求,合理的需求不单来源于委托者（用户），而是通过委托者与开发人员之间有效的交流与合作而形成的。值得注意的是应该在一开始就弄清楚：需求的提出是从谁的利益出发的，现在的社会存在着多个利益主体，它们从自己的利益出发提出需求是可以理解的。但是从整体和全局出发，就会发现有的提出是合理的，有的是不够合理甚至是不合理的。例如需求是在市中心建设一个易燃易爆产品的生产场所，就是不合理的。一般可以让委托者先提出，在提出后加以分析取舍。,培养正确的需求意识是委托者、系统分析与开发人员都需要努力去做的，而系统分析与开发人员在这个阶段应该发挥更加积极主动的作用。在参与具体的项目时，分析人员应该主动学习一些项目所涉及的具体应用领域的基本知识，以更好地理解用户的需求。由于不可能一次就完全了解用户的需求，而且在系统开发过程中还需要不断地请用户参与，因此与用户的沟通是需要贯穿始终的。需求分析人员需要对用户解释一些做法的必要性和合理性，以得到用户最大的支持与合作。,2、需求的分类,功能需求：系统为了达到它的目标，需要具备一定的功能。例如一个运输系统就需要具备运送旅客或者货物的功能，一个信息系统需要有采集、存储、处理和提供信息的功能。所谓功能需求，就是这种要求。非功能需求：这种要求不是直接关系到系统目标，但还是属于必需的要求。例如在下列几方面的要求：可靠性/可用性/可维护性/效率/节能性/无污染/适应性，等等。,需要考虑环境对系统的需求或者说对系统的约束。环境有项目环境与宏观环境之分。项目环境指的是与项目有关的环境条件，而宏观环境指的是范围更大的社会、经济、资源、法律乃至于人文环境。在我国颁布试行的工程项目管理导则中，列举出外部的约束包括下列几方面：发展规划引导和约束。产业政策引导和约束。技术政策引导和约束。自然资源条件约束。生态环境条件约束。土地条件约束。水资源条件约束。能源条件约束。社会条件约束。,需求的分类-2,需求又可以分为：必须满足的需求。希望满足、但不是必定要满足的需求。可满足可不满足的需求。第一类是必须保证的。第二类是在条件许可时应该尽量满足的，这就决定于付出的代价是否值得了。第三类则是在不需要付出（或极少付出）而能满足就更好的。,需求的分类-3,还有的把需求分成：操作需求：这是系统为完成其功能所要进行的操作所提出的需求。维护与支持需求：这是对操作需求的保证。,3、需求的发现/开发,与需求分析有关的活动可以分成两大类：一类可以称作需求的发现或者称为需求的开发，包括：需求调查；需求分析；需求定义。另一类可以称作需求的管理。,5.2.2 需求的调查,需求调查是需求开发的重要阶段。需求调查的目的在于通过各种途径来获取用户的需求信息。调查的主要内容有：系统用在什么地方？系统需要完成什么使命？与系统有关的利益主体都有哪几方面？完成使命时关键性的系统参数是什么？系统有（或者需要）哪些组成部分？系统完成使命需要达到怎样的效率和效能？系统将要使用多少时间？系统的环境是怎样的，系统希望在怎样的环境下生存？这些内容在问题的确定阶段已经得到了一些，但不会很完整，因此需要进行调查。,有待构建的系统如果是一个实物系统，例如生产加工系统、计算机信息系统乃至于软件系统，上述问题比较好回答。如果是构建一个组织机构，或者规划一个地区的社会经济发展，首先得和委托者或用户进行探讨，看怎样把这个组织机构或者地区看成是一个系统，系统的边界在什么地方，先在观念上达成共识。,有时用户认识到了需求分析的重要性，可能仍然不知道从何处入手来表达自己的需求。这时可以从他们所熟悉的业务需求入手。例如对一个企业来说，无论是领导还是一般员工，对自己的经营运作目标应该是比较清楚的。这种对经营背景的表述不仅让用户有话可说，也让开发者逐渐找到调查的线索。需求分析不可能完全与它所处的社会背景相脱离，只有把系统真正放在它的社会和组织环境中，它的需求才能清晰地反映出来。用户和需求分析人员才能逐渐清楚地了解：为什么要从事该项目；该项目最终能为业务和客户提供哪些价值；该项目有哪些使用者；数据来源和目的是什么；等等，从而使项目的功能也逐步清晰起来。,需求调查的方式,软系统方法论中开始的几步，以及综合集成方法中的最初几步，也都是在进行调查。需求调查的方法有：面谈法问卷法“用例”方法 文档分析法观察法,面谈法,面谈是最常使用的方法。进行系统需求分析的人员和项目委托者和用户的面谈，可以通过个别约谈、即一对一交谈的方式，也可以为了节省时间而采取小型座谈会的方式。面谈需要有所准备。没有准备的面谈不但得不到所需要的信息，而且白白浪费双方的时间。邀谈的对象应该包括各个层面的人士，这样既能听到高层的意见，也能听到基层的意见。一般是从一两位高层人士开始的，这样能够首先得到一些带有战略性的观点和意见。然后通过中层和基层人员了解一些专业细节。,面谈有封闭式与开放式两类。封闭式面谈是调查者事先准备好一组要在面谈中得出结论的问题，而开放式面谈则没有事先准备好严格的问题，而是围绕着所需要了解的问题以开放的形式交谈。在实际执行上多半是二者的混合方式，既要准备一些问题期望得到答案，又会随着谈话的展开，以开放的方式进行探讨。即使是开放的方式，调查者事先也得有所准备。一般开始时可以用开放的方式引入问题，然后逐渐聚焦到一些核心的问题。面谈的一个优点在于通过谈话不仅可以获得显性知识，而且通过发言者的用语和情绪，获得一些隐性知识，如对项目的内心期望和前景的乐观或悲观估计等等。,问卷法,这是一种从多个需求提供者中间收集信息的常用方法。一般是将设计好的问卷发给被调查者，请他们填写，然后收集起来进行分析或统计。这种方法比起面谈法来，在时间限制上比较宽裕，给被调查者以更大的灵活性。过去的问卷时以纸面形式发放和填写的，现在就可以通过电子文件形式发放和回收。使用问卷法的第一步是选择发放问卷的对象。一般是要选择与本项目有关的有代表性的人物。同样也应该包括有关的各个层次的人物。,问卷同样有封闭式与开放式两类。封闭式的只能被动地回答所提的问题，甚至被动地选择候选的答案，而开放式则可由被调查者写出自己的看法，不限于所提的问题和答案。问卷中的问题设计要注意下列几个方面：应该把问题按照逻辑顺序排列；重要的问题应该尽量放在前面；尽量不要使用带有倾向性或者暗示性的语句；使用匿名制。,使用问卷法的优点是可以用比较简便的方法得到较多的信息。它的一个缺点是不能保证百分之百地回收问卷。另外比起面谈法来，获得的信息量要少一些。正如我国古代的典籍易传所指出的：“书不尽言，言不尽意”，面对面还能够从言辞和表情上间接获得一些无法说出来的意见，而问卷则没有这样的可能性。通过一些情景（例如一同进行调查或观看一些录像）的启发，获得被调查者的看法也是一种有效的方法。这一类方法的进一步发展就是下面的“用例”方法。,“用例”法,这是通过用户的使用场景来获取需求的技术。用例提供一个或多个场景，场景说明系统与用户之间怎样相互作用，使用户获悉什么人能用系统做什么事情。通过用例的展示，用户的认识逐步具体化，从而提出对需求的意见。这在采用一些新技术或者新的工作流程的情况下是非常必要的。现在由于信息技术极为发达，这种场景完全可以通过虚拟现实或者增强现实技术通过计算机来实现。,文档分析法,这种方法比较简单，就是系统分析人员设法找到有关的文档，进行阅读，获取有关的信息和知识，必要时再找有关的人员进行谈话询问。文档有的是相关组织内部的文件资料，有的是组织以外的相关地域、行业以及其他技术的资料。在进行需求分析时，一般总是要阅读一些文档，但是常常会感到文档的不足或者缺乏针对性。,观察法,这种方法就是实地观察与系统有关的场所、设施、组织与人员的活动，还包括对系统环境（如地形地貌、交通设施、供水和供电情况等等）的实地观察。这种观察可以得到第一手材料，也可以作为对面谈和问卷所得到的信息的验证。在观察过程中，不要打扰原来工作的正常进行。特别是观察到人的工作情况时，当被观察者觉察到他是在被观察时，他的行为有时候就和平常不一样而使观察者得到的是一种假象。,5.2.3 需求的分析,需求分析首先是对收集的需求信息加以研究：看是否有不全面、不完整、不清晰的地方，如有必要再进行信息的收集，然后反复进行研究讨论；还要看是否有冲突和矛盾的地方，如果有矛盾还需要进行协商。需求分析也可以建立一些模型，特别是概念模型，理清各种因素之间的关系。通过这样的分析，逐步形成对系统需求的较完整的概念。然后就可以进行需求定义了。,需求分析的步骤,需求分析可以通过下面四项活动来进行：运用分析（或称要求分析）。分析待开发的系统预定的目标，这可以从系统实现后对目前现状或已有的系统有什么进步来分析，以明确系统的价值。最好能对目标加以量化。功能分析（或称功能定义）。将运行的目标转化为必须执行的功能。可行性的确定（物理确定）。确定其能否实现。需求的证实。在一定的准则下确定需求是否现实。,在进行需求分析的过程中，委托者和系统分析人员的发言权是不对等的，常常是谁在这一方面的知识和经验多，谁的发言权就多一些。例如对有关系统中的业务活动来说，委托方的发言权就多一些，而谈到有关系统功能和结构等问题时，系统分析人员的发言权就多一些。在进行过程中，发言权也是在不断转移之中。在这个过程中，双方的知识与经验应该是互补的。要营造一种气氛，让大家都能畅所欲言，而在经过讨论之后，能够理性地达成共识。,一般说来，开始时委托者对于待建立的系统还不够了解，需要系统分析人员进行解释和启发。等到有了一些理解，往往对系统期望过高，认为可以解决当前存在的所有问题，因此会提出过多的功能需求，并且希望在很短的时间内看到成效。但是，由于技术、人力等资源的限制，并不一定能够在设定的时间期限内满足用户所有的期望，因此在需求分析中，也包括系统的可行性研究部分内容在内。在当前工程建设实践中，通常要进行可行性分析。,可行性分析的重要性,从项目管理的视角来看，系统可行性研究是立项的基础，因为立项要有充分的根据，这些根据就是在需求分析阶段明确了委托者的需要之后，再根据资源等条件和对风险的估计，确定所提出的需求能否满足。在项目管理中，可行性研究是必须的一步。如果能够满足，则可以立项，转入下一阶段，如果有些方面满足有困难，则应研究需求能否调整，实在不能满足，则宣布系统是不可行的。过去认为系统可行性研究的结果总应该是可行的，实际上有的项目就是不可行的，这时放弃这一项目是明智的，因为可以避免日后进退两难而造成损失。,5.2.4 需求的定义,良好的开始就是成功的一半。因此做好系统工程开始的一项工作：需求定义，对于项目的成败关系是极为重大的。需求定义是在需求调查和需求分析的基础上，根据调查和分析的结果，准确地定义系统的需求。需求的定义是把需求形式化和格式化。系统需求要用正式的文档系统需求说明书来表述，对一些工程系统（如产品或软件开发）则还要有系统需求规格说明书。有了这样的文件，后面的工作就有了依据。应该强调指出的是：这些说明书主要说明的是“做什么”，而不是“怎样做”。,系统需求说明书的编写,系统需求说明书的编写应该满足下列要求：明确而无歧义；前后一致而无矛盾；需求与资源（包括人力、物力、资金、信息等）能够对应；能够用定量指标的尽可能使用。系统需求说明书的编制完成，标志着整个系统需求已经从一些散乱的想法整理成为有明确内容而且有条理性的需求说明了。,需求定义中存在的问题,1、无论是委托者还是系统的开发者，都会产生不重视这个重要阶段的问题。特别是从开发者一方看来，会认为需求应该是由委托者提出的，开发者只要按照他们提出的需求去进行以后的工作就行了。其实需求的定义还得靠开发者对用户进行深入细致的调查，必要时还得加以启发，才能获得用户真正的需求信息。有时候开发者能够发掘出委托者原来没有想到的需求，而使系统的功能得到进一步的提高。也有可能是开发者通过调查发现某些需求是不必要的或者根本不可能实现的，及早向委托者提出，以免日后产生矛盾。,2、委托者或用户自己常常是对需求也不明确。有的是不具体，有的是不全面，有的是需求自相矛盾。还有就是委托者心里明白，但说不清楚。这就需要双方通过多次讨论交谈，使得用户对需求的认识得以逐步明确、具体、全面、深入。3、人们容易重视主要需求，忽视次要需求；重视本单位、本部门的需求，忽视其他方面的需求。4、委托者或用户的需求经常需要变更也是困难问题之一，因为这涉及到返工以及对进度、经费的影响。5、有时候会遇到委托方催促尽快进行而忽视对需求的深入研究，这时如果为了赶进度而草率从事，会产生很大的风险，使得日后难以弥补。,6、国外在需求定义阶段十分重视文档的编写，每一阶段都要形成文档。在系统工程方法运用的初期，他们也是不重视把双方的共识用文档记录下来，结果一遇变动，就无法肯定当初是怎样安排的，引起许多混乱。我国在管理工作中，双方的许多协议仅凭口头制定，缺乏用书面形式固定下来的习惯，形成日后的许多纠纷。我们长期以来不善于编制文档，常常是嫌麻烦、怕困难而放松这方面的要求，领导也听之任之。,对需求定义工作的困难和长期性必须有足够的认识，特别是这项工作不仅是涉及技术问题，而且涉及复杂的认知和心理活动以及人际关系，必须做好充分准备，才能立于不败之地；在某些工程项目中，需求的定义已经成为一个重要的独立的任务；在某些领域中（例如软件业）甚至出现了需求工程这样的专门领域，对需求问题作了很细致的研究，其中某些方面值得一般系统工程的需求分析借鉴。,5.2.5 需求的管理,有了需求定义，后面的工作可以开展，在过去就认为有关需求的工作就已经完成了。后来发现有关需求的工作并不是一劳永逸的，怎样使得后续工作能够符合需求的要求，在委托者与开发者之间应该围绕着需求建立经常的联系，因此就有了需求管理的要求。需求管理包括需求的确认需求的跟踪需求变更的管理,需求的确认是双方共同对需求文档进行评审，达成共识之后作出书面的承诺，形成法律文件。这一工作形成的文档是需求评审报告。需求的跟踪是把后续工作的进展和成果和需求文档进行对比，使后面的工作能够根据需求文档进行。这项工作形成的文档是需求跟踪报告。需求变更管理是在需求要有所变更时，怎样处理，这是需求管理的核心部分。需要按照一定的程序和步骤进行双方的认定并以书面形式确定下来，遵照执行，以免发生失控的情况。,用一种规范化的形式把需求变更加以管理，是为了把变更的请求按照通过一定的书面形式登录，并按照一定的步骤加以处理。这包括下列过程：对提出的需求变更加以认定，并与原来的系统需求说明书加以对照，评估其合理性。对需求变更加以分析，评估变更所需付出的代价，权衡之后确定是否值得变更。如果变更是非常需要的，则应考虑如何减少所付的代价。对系统需求加以变更。这时系统需求说明书要加以修改，重大变更甚至于要重新组织编写说明书。,5.3 系统的建构,5.3.1 系统建构的概念1、系统的体系结构在系统工程过程中，人们面临的任务是建立一个系统，例如电子信息系统，交通运输系统，物流系统等，因而首先需要建立系统的总体构架，也就是进行系统的概念设计。这类总体构架可以用系统的体系结构来描述。,系统的体系结构(Architecture)用来表述系统某一方面特点的结构方式和模块组成。它侧重原则、侧重方法而不具体规定技术与业务细节。它不局限于讨论具体机构、工作流程和人员组合，而更着眼于为实现系统功能而做的原则性的安排。这种安排着眼于各部分的关系应该怎样处理，使得系统在整体上结构合理，各部分都能发挥作用。,体系结构的一些定义,系统的体系结构乃是系统或部件的组织结构（IEEE 610.12）。系统的体系结构是部件及其关系的结构，以及支配其设计与演化的原理和纲领(DoD C4ISR Framework,Perry-Garlan,NOT IEEE 610.12)。系统的体系结构是一个系统的基本组织，表现为各部件之间以及与环境之间的关系以及支配其设计与演化的原理(ANSI/IEEE 1471)。系统的体系结构是用系统的元素、接口、过程、约束与行为定义的基本而统一的系统结构（INCOSE SAWG）。,体系结构的概念先是从一些工程系统中产生的，最早是针对房屋、楼宇的整体布局的安排，使得各部分的空间位置合理匀称和美观。后来这一概念推广到其他工程领域，就有了如计算机的体系结构等概念。尽管体系结构是一种比较抽象的概念，一般只能用自然语言或图形来表述，但对于工程系统说来，抽象的组成成分与具体的设备容易对应，使用像结构图这样的工具来描述，会给人以更清晰的观念。后来对于一些较为抽象的系统，也就沿用结构图的工具，但对复杂系统说来，有时是难以用这类图形工具来充分表达的，还得用自然语言描述。,各种体系结构,计算机体系结构、网络体系结构、P2P体系结构、终端体系结构、分层体系结构、程序体系结构、文件体系结构、并行体系结构、容错体系结构、芯片体系结构、硬件体系结构、总线体系结构、网间体系结构、静态体系结构、金融体系结构、科学体系结构、基线体系结构、财政体系结构、分布式体系结构、软件体系结构、系统体系结构、理论体系结构、城市体系结构、服务体系结构、管理体系结构、教育体系结构、政策体系结构、技术体系结构、大学体系结构、防火墙体系结构、审计体系结构、CIMS体系结构、控制体系结构、规划体系结构、物流体系结构、信息安全体系结构、预警预控体系结构、开放式体系结构、风险防控体系结构、工作流体系结构,PTP分布式体系结构,超级节点模式PTP体系结构,集中式PTP体系结构,2、系统建构,系统工程所研究的对象都是人造的系统，在建立这样的系统时，先得从全局的高度来考虑系统究竟应该如何构成，以满足要求，也就是说，先要搭建系统的架构。系统的体系结构正是从不同的视角来描述系统架构的。建立系统体系结构的工作叫做“建构（Architecting）”，这是系统工程的基本任务。系统工程方法的重要特点就是保持系统的整体性，一个良好的系统体系结构是系统整体性的保证。只有从系统建构入手，才能在一开始就把系统整体性放在显著的地位。,重视系统建构的原因,全球化时代的系统工程规模越来越大。系统的体系结构越来越复杂，即使是很小的系统（小到一个半导体芯片）也是如此。现在计算机系统无处不在，而计算机系统的体系结构和它所服务的对象的体系结构密切相关。对于任何系统来说，总有它作为共性的体系结构特点，如果我们能为系统建立一套带有共性的建构方法，作为参考，那么在建立一个具体的系统时，就可以按照它的框架来构想本系统的结构了。许多项目的成功在于开始时对系统的总体结构进行了周密的考虑，而失败的根源在于开始缺乏总体思考和研究：项目的失败在第一天就注定了的。,任何系统都要求有一定的功能，而系统的结构就决定于对它的功能要求。系统之所以有整体功能，不仅取决于各组成部分，而且取决于各部分之间的关系。系统的体系结构正是这种关系的体现，它要确定各部分的匹配、平衡、折衷。系统工程方法还要考虑问题的综合性，因此系统的体系结构涉及的内容必然是多方面的，不仅涉及技术方面，而且涉及组织、人员、文化等方面。,整体功能涌现与建构,系统具备各组成部分不具备的功能，即整体功能。这种功能的“涌现（Emergence）”是发生在系统构成之时。人们提到整体功能涌现的时候，总是想到那些对我们有用的功能，但是在各组成部分构成整体的时候，也会涌现对我们有害的功能。所以在建构开始就需要全面考虑，充分估计其出现的可能性，有可能应该进行实验模拟；而一旦发生就要及时考虑对策。,建构的主体系统建构师,系统建构工作一般是由前面所说的总体部来负责的。这种工作在用户和专业技术人员之间起到了中介作用。由于系统建构的重要性和专业性，使得系统建构已逐步成为一个独立的专业，而且有专门从事这一工作的岗位，可以称为系统建构师，例如在信息行业中，就有系统架构师这样一种岗位。系统建构师所构建的体系结构是系统的顶层设计。通过体系结构来保证系统的正确性、一致性和可操作性。,系统建构师的任务是在委托者或用户和从事具体工作的设计、开发工程师之间建立一个桥梁。他应该能掌握用户真正需要什么，而不是用户口头上说的需要什么，因为有时候用户自己也说不清楚或说不完全他的需求。系统建构师不同于一般的技术工程师，他或她的经验和沟通能力要比专业知识更为重要，而在专业知识方面，知识的广度又比知识的深度重要。在选择和培养系统建构师的时候一定要注意这些特点。,5.3.2 系统建构工作的特点与原则,1、建构工作的特点系统建构工作和专业技术工作有许多方面不同。一般说来，专业技术工作的特点是：分析的；推理的；演绎的。而系统建构工作的特点则是：综合的；直觉的；归纳的。,系统建构既有科学性也有艺术性,由于所有的系统都有它们的共性，而每一个具体的系统又有它的个性，所以系统建构工作既有科学性的特点，又有艺术性的特点，这里的艺术性是指其独特性和建构工作中的创新性。由于每一个系统都有它的特点和个性，而且将要组成的系统的某些特性事先还难以准确知道，所以建构工作都很难按照现成的公式来进行。在建构过程中，一些系统的共同规律还是可以起指导作用的，特别是涉及自然科学与技术科学的问题，这是它科学性的一面。,另一方面，由于系统所处的环境不同，特别是社会与人文环境中各种因素并不像自然和技术因素那么单纯和那么确定，还不能按照一成不变的规律去研究对待。目前也还没有通用的评价体系结构的指标体系。再加上对同一系统可以有不同的结构方案，有发挥创造性的空间，可以按照建构工作者的洞察力和创造性思维去进行构想，这就是它艺术性的一面。,2、系统建构时需要考虑系统的属性,（一）系统的整体性。系统工程方法的重要特点就是保持系统的整体性，系统整体的行为是系统所有各部分及其相互联结所具备的，而不是某一部分所具备的。一个良好的系统体系结构是系统整体性的保证。只有从系统建构入手，才能在一开始就把系统整体性放在显著的地位。国内外信息系统开发的失败教训正是一开始忽视了整体性的考虑。因此考虑整体性必须先从系统的总体结构着眼和入手。,（二）系统的目的指向性。系统的开发主要是满足用户的要求，系统的功能是由用户需求决定的，而不是开发者的要求确定的。因此系统建构具有鲜明的目的指向性。系统建构工作是为用户服务的。在系统的设计、建造阶段是专业部门或专业人员在工作，他们在考虑实现系统需求时会涉及到技术或经济、环境、社会的具体条件，因此在需要和可能之间要加以协调和折衷，这正是从事系统建构的人所要做的工作。从这一点看来，系统建构人员（或组织）是第三方，要起到沟通、协调的作用。,（三）系统的最优化和满意度。在系统建构阶段，用户当然希望系统的功能齐全，性能优越，工作可靠，总而言之一句话，希望系统达到最优化的水平。而从开发、实施方来看，限于技术、经济等条件，未必能达到用户所需要的水平。系统各组成部分也有它自己的最优化愿望，局部优化不一定是总体优化所需要的。所以在协调、平衡过程中，一定程度的满意解，可能是最后可操作的选择。,（四）系统的复杂性。现在不但是大型系统、即使是小型系统的结构和运行都充满了复杂性。这是因为随着经济和科技的发展，各种系统逐渐连成一体，其中一个部分的变化，会影响到一大片。尤其是各部分的关联是非线性的时候，一个微小变化会招致预想不到的巨大变化。因此在建构的时候，不能简单地按照还原论的思维方法，把各种属性、各个组成部分孤立地加以考虑。因为这样会忽视系统的整体特性，或者失去了充分利用整体特性的机会。,（五）系统的层次性。无论是计算机信息系统还是企业或其他社会组织系统都是分层次的。在进行系统建构工作时，对这些原有的或类似的有明显层次的系统，应该充分利用层次特点。层次结构可以减少系统的复杂性。人们从生命系统、社会系统从简单到复杂的进化过程来考察，就可以发现层次的作用。一些更加复杂的系统，乍看还识别不出它的层次性。有一些系统是近乎可分解的系统，例如几个子系统之间在短期内行为互不影响的系统，这时可以先加以分层考虑。,3、建构原则,面向应用的原则系统的开发是为了在实际工作中应用，鉴定一个系统的成功与失败主要还是看它在实践中能否发挥作用，因此，一个统一的系统体系必须反映实践对系统的需要。由于单一功能的系统难以满足需要，才有了建立统一、综合系统体系的要求。新的体系结构，需要全面考虑这种需求，才能使它具有生命力，真正成为规划系统、设计与建立系统的基础，而不是一些毫无用处的概念堆砌。,以人为本、人与信息工具协同工作的原则在考虑有人在内的系统体系结构时，应该同时估计到系统中人的主动性与创造性，以及技术工具的能力与潜力，又充分认识到二者的局限性。系统的结构既要有利于充分发挥技术工具的作用，又要充分提供人机协同工作的可能性。,兼容并蓄原则对于已有的各类有关的组织系统、技术系统，它们的功能都应包含在这个系统体系之中。这种包含意味着它的主要功能将在系统的相应的层次上、相应的部分中充分发挥作用，而且能和其它功能相衔接，有些甚至是相融合。各类子系统都需要它们各自的基本功能，随着系统开发的深化，各子系统的功能会相互影响。现在作一个统一综合的考虑，做到兼容并蓄，才能使各部分发挥自己特长而又能相互衔接。,适应变化和相对稳定相结合的原则目前各种事物都面临不断变化的新形势。为适应这一形势，系统随时会扩展和改造，系统的体系结构应该适应变化而又不受具体的组织结构、工作流程的影响，成为一个可以长期稳定使用的框架。,5.3.3 系统建构工作的步骤,广义的系统建构工作包括下面几个步骤：一、明确系统需求；二、进行功能设计，可能会得出多种方案；三、对各方案进行评价、选择；四、构成一个满意的系统体系结构。,一、明确系统需求或问题,1、用户需求的明确系统工程工作是从明确系统需求或问题开始的。需求是由用户提出的。有时候用户提出的要求并不明确甚至并不正确，这常常是由于用户没有经验，或者这类系统从来还没有出现过。这时，用户提出的需求存在下列缺陷，会影响到建构工作：缺乏整体性，提出的是一些细微末节；忽视了关键性需求；要求超过了真实的需要，盲目追求高指标；需求不分主次；几项具体需求之间存在矛盾和冲突。,需要从事系统分析人员或组织进行细致的调查研究，这种调研的范围不仅限于用户业务本身，还要扩大到有关的环境因素，例如技术发展现状、市场和供应、环境条件甚至人的心理因素和社会因素。对于一些要求不够全面、忽略了关键性要求、或者脱离实际的，要通过对用户的解释和说服，以求得共识，最后能够通过明确系统的目标来落实用户需求。这项工作既是需求分析阶段的任务，又是建构工作的准备，二者是紧密联系的。,2、系统边界的确定,系统需求定义之后，就需要进行系统概念的构想和设计，其中首要确定的是系统的边界。边界把系统本身和系统的环境划分开，有了系统的边界才能在系统的范围内研究和设计系统的功能和结构。系统边界的确定是和所定义的需求、所研究的问题分不开的。例如研究开发作为信息处理工具的一台计算机，计算机本身是系统而和它连接的网络就是环境。如果研究开发一个计算机网络系统，网络就属于系统本身而他所服务的企业、组织机构就是环境。再比如研究一个作为经济技术活动系统的企业，其中的厂房、设备、人员、组织都属于系统本身，而市场、政策等就属于环境。,系统通过边界和环境要进行物质、能量、信息的交换，系统的功能则是对物质、能量、信息的处理和转换，产生新的价值。边界确定之后，要确定系统内部的构成要素以及认定系统的环境。一般说来，人们关注的重点在于系统本身的各种要素，容易忽视系统的环境。而在各种环境因素中，又容易重视有形的因素，例如物理、地理因素，而忽视无形的因素，例如宏观经济环境、人际关系、社会舆论等等。因此在系统概念设计阶段应该把对环境的分析放到重要地位。,3、目标的确立,目标的确立也是系统概念设计一开始就要进行的工作。目标有的是委托者或用户在需求定义阶段根据需求提出的，有时候他们还无法从需求出发提出明确的目标。对于一些“软”问题，有时目标不容易提得很明确，或者目标提得不正确。这时开发者可以根据需求提出目标建议，和委托者或用户商量，经过几次反复讨论，得出共识，确立目标。目标既可能有长远目标，又可能有近期目标；既可能有技术目标，又可能有经济目标，环境目标等等。目标的确定要考虑它的总体性、长远性、可行性，表述时要考虑它的鲜明性和单义性。,目标是有层次的,一个总目标常常包括许多分目标，我们可以用下图所示的目标树表示一个流域开发的总目标和分目标之间的关系。,多个目标之间的协调,应该尽量确立层次较高的目标，但有时层次太高的目标反而过于笼统，又要回过头来加以分解再选定，所以层次选择要适当。有时候系统的目标不是一个而是许多个，因为客观事物总是多属性的，所以几乎每个系统都可以说具有多个目标。有时候其中一个目标是最主要的，其他可作为约束或附加条件，但有时它们之间无法分清主次，需要同样对待。无论是多个目标，还是一个总目标下几个分目标，它们之间会彼此冲突，这时或是分清目标主次加以筛选，或是将来在方案选择时看能否兼顾。,重视系统的约束条件,在确立目标时，还需要考虑系统的约束，约束乃是对目标、对方案以及对结果的制约和限制。这些限制有的是物理条件、自然条件、资源的限制，有的是组织体制、法律、道德规范的限制。有的约束是“硬”的，一定不能逾越，有的是“软”的，有弹性的，有一定伸缩余地。随着时间的推移，有的约束会变化，有的不会变化。有些约束是在系统分析开始之前，决策者或者项目委托人就知道的；有些则是在系统分析过程中发现的；而有些政治上或思想文化上的约束，直到系统在建立或运行过程中才发现。,那些符合约束条件的目标或方案，叫做可行目标或可行方案，有些时候是否可行的问题在系统分析中简直就是关键问题。在一个组织的不同层次上的问题，常常是愈在下层约束愈多，有时上层略微放宽一点，下层就会减少许多约束，而实现起来就容易得多，这样就需要上下反复考虑。,4、指标与指标体系,为了表述系统的综合性能，还要用一些指标量。例如对于能源转换设备如发电机、电动机、内燃机、加热炉来说，效率就是一个性能指标。又如宏观经济系统运行的好坏，可以用国内生产总值（GDP）、全员劳动生产率等指标来判断。由于系统目标的具体化和数量化，就可以通过使用几个主要指标来体现目标，这几个指标形成指标体系。在分析系统的过程中，为了衡量目标达到的程度，最好有一个或几个指标可以进行度量。这类可度量的目标叫做指标。我们要确立目标时，应同时考虑建立指标体系。,主要指标的选择是一个非常复杂和困难的工作，指标数目愈少，就愈有综合性，将来分析与优化起来也容易一些；然而指标过于笼统或者过于集中又反映不了多方面的情况，因此数目要选得适当。另一方面，哪些可以作为主要指标也是很不容易确定的，它不仅涉及行业领域(经济、技术)知识与经验，还涉及系统分析要求，同时这又是一个政策性极强的问题。,以宏观经济分析为例,宏观经济分析以国民生产活动为对象，涉及生产活动水平的衡量问题。不仅限于物质生产部门，还包括非物质生产部门，即服务业(包含商品零售)、城市公用事业、金融保险业、旅游业、科教文卫、政府、军队、宗教与其它团体等。主要指标有：国内生产总值(GDP，指一个国家所有常住单位在一定时期内生产活动的最终结果)；工业总产值（以货币表现的工业企业在一定时期内生产的已出售或可供出售的工业产品总量，它反映一定时期内工业生产的总规模和总水平）；财政收入（国民财政参与社会产品分配所取得的收入，是实现国家职能的财力保证）；人类发展指数（HDI），等等。对于一个国家或者地区，研究宏观经济活动时使用像总产值、国民收入这样的总量指标是有代表性的。,但是各国或各个地区人口数量不同，所以要进行比较研究时，用人均总产值、人均国民收入更好一些。如果进一步要知道付出的代价，则应该把投入量也作为指标，如用投入产出之比也行。除了经济指标外，有时还需要社会发展指标来反映人民物质生活水平的提高。例如可以用人均教育设施(人均校舍面积)、人均医疗设施(人均病床数)、人均文化设施(如人均影剧院座位数)、人均生活设施(人均住宅面积)等。作为结果，也可用居民平均寿命的变化、死亡率、职工工作时间、休假日等表示。,某城市发展战略研究所用的指标体系,二、进行功能与体系结构设计,系统功能可以理解为系统对外界作用(输入)做出一定反应(输出)的能力。系统目标是由系统功能实现的功能是系统所具备的