系统工程思想的演化:古代先贤的系统工程观到当代复杂系统工程方法

摘要：系统工程是人类进行工程活动，特别是复杂性的重大工程活动时总结、归纳、提炼出来的学问。当我们对系统工程观进行研究时，我国古代先贤的这些观点是值得我们研究的，而系统工程正式作为一门学问在我国的工程实践中研究和应用，应当是钱学森启蒙和推动下，首先在中国的“两弹一星”工程研制中开展的。随着系统工程复杂程度的不断提高，如何应对现代复杂系统已成为一个必须严肃面对的问题，MBSE技术的出现，将使现代工程管理成为复杂工程系统的基本手段、载体和技术，也是系统工程从语言论述为主的方法论，提高到以数字模型表述为主的工程科学。我国应在工程哲学、工程方法论、工程知识论研究的基础上，将中国工程管理科学推进到基于中国重大工程实践的MBSE的研究高度。

关键词：系统工程；基于模型的系统工程；中国工程学；航天工程

中图分类号：N945文献标识码：A文章编号：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

系統工程正式作为一门学问在我国的工程实践中研究和应用，应当是在钱学森提出“系统工程”这个词的1978年［1］，在钱学森的启蒙和推动下，首先是在中国的“两弹一星”工程研制中得到应用，其标志是形成总指挥、总设计师的两条指挥线；负责工程总体规划和具体实施保证的总体设计部；分系统专业研究所，以及保证工程系统能够可靠运行的技术基础建设体系的建立（包括计量、标准、工艺、规范、工程各分支层次的仿真、模拟、试验、验证、评定、评审、评价）。

以钱学森为代表的第一代航天科技工业的领军者，他们以敏锐的眼光感觉到，在一项以举国体制为基础、动员全国力量进行的重大工程系统，没有一套与其相适应的管理体系作为保证是不行的。在我们推广系统工程方法以指导中国航天系统工程的初期，有很多从事工程管理的专家并不理解什么是系统工程，以为它是一个新颖、华丽的学科。当他们掌握了这个朴实的，具有提炼、归纳、升华意义的工程实践性理论后，他们常说：“原来我过去做的工作，就是系统工程理论呀！”

系统工程是人类进行工程活动，特别是复杂性的重大工程活动时总结、归纳、提炼出来的学问。凡是科学的，是客观存在的，它一定是人们主观提炼的；是事物规律性在人类面前呈现，它一定是人類对这些呈现的一个聪敏的抽象表达。不论是现代人，还是古代人，或是未来人，都离不开这个认识论。

由此可见，虽然系统工程这一概念产生于近代，但其认识论的本质则是从古至今一以贯之的。特别是我国一些古代先贤，在这一领域有着极其深刻的认识，其所留下的思想已经融入中华民族传统文化血脉之中［2］。在这里，我们从思想的本质出发，探讨从古至今我国系统工程思想与理念的演进，从早期古代先贤智慧中的系统工程思想，到钱学森等老一辈科学家以运筹学理论为基础创立我国的系统工程体系，最后到目前信息技术与系统工程的融合发展。通过梳理系统工程的整体发展脉络，以期进一步推动我国系统工程实践的创新发展。

2古代先贤的系统工程观

管子、孙子和庄子是三位我国古代先贤，在他们的思维和理念中所表达的系统工程观点是极其深刻的，他们的有些观点并不输于当世人！

2.1管子“立政”的系统工程观

管子是我国古代具有爱民思想的政治家、政论家，之所以称其为政论家，是从他留给我们丰富的为政思考、至今仍有教义的论述。如果管子不是思政者、理性思辨者，他就不会留下那么多深刻的论理和至今仍使我们受到启发的观念和观点。

这里我以《管子·立政》篇的其中一段进行学习，我们是否可以从中得到启发和教育［3］。管子在人与自然的一段论述中写到：

修火宪（制定防火法规），敬山泽，林薮，积草（敬畏自然为我提供的环境，管理好山林、水泽和草木），夫财之所出，以时禁发焉（对于自然资源丰富的地方，要按时封禁和开发），使民足于宫室之用，薪蒸之所积（以使百姓筑房建屋有足够的木材，烹蒸炊事有足够的柴草），虞师之事也（这些事的责任人是虞师，由他来负责）（注：“虞”指预料和忧虑之意，所以虞师的工作有规划、筹划的含义，不知是否这样理解，请语文学者批评）。决水潦（排积水），通沟渎（疏通沟渠），修障防（修建堤坝），安水藏（加固水库），使时水虽过度，无害于五谷（做到虽然雨水过多而不伤害庄稼）。岁虽凶旱，有所粉获（年逢大旱而仍能有所收获），司空之事也（这是主管水利的官吏司空的职责，责任人是司空）。相高下（观察地势高低），视肥墝（分析土壤肥瘠，“墝”地里不肥），观地宜（查看土地适宜于种植哪些农作物），明诏期（明确农民应征服役的日期），前后农夫（农事的先后），以时均修焉（这些都要及时做出安排），使五谷桑麻，皆安其处（使五谷桑麻的种植各得其适），由田之事也（这是主管农业的官吏由田的职责，责任人是由田）。行乡里（巡视乡里），视宫室（察看房屋），观树艺（观察树木长势），简六畜（检查六畜），以时钧修焉（对这些事情做出及时安排）。劝勉百姓（鼓励生产），使力作毋偷（不怠工偷闲）。怀乐家室，重去乡里（留恋家室，不离乡），乡师之事也（这是主管民政的官吏乡师的职责，责任人是乡师）。论百工（考核各种行业工匠的技艺），审时事（安排不同季节的农事），辨功苦（辨别产品质量的好坏），上完利（达到产品的精致耐用），监壹五乡（统一管理五乡），以时钧修焉（及时做出全面的安排）。使刻镂文采，毋敢造于乡（使刻画、文饰、彩绣等奢侈品不能在各乡村生产和制造），工师之事也（这是主管手工业的官吏工师的职责，责任人是工师）。

上述这段文字，在个人和自然的大系统观之下，不但讲到人与自然的敬畏、保护、和谐、互利、利用与发展的关系，而且将水利、农业、畜业、民生、手工业的精细管理分列其中，且明确各项目的负责人，设立虞师、司空、司田、乡师、工师之责任人和责任岗位。不知在别的古迹文献中是否有更早的工师岗位记录。我是第一次在管子的《立政》篇中看到的。如果我们认同在两千年前就有工师之岗、工师管理和工业之责，那么是否可以认为我国正式的“工程师”称呼产生于那个时代。而责任岗位责任人的明确论述也表明，我国先贤的系统工程观念和系统工程方法，以其朴实的社会管理理念和立政原则出现在古代的社会实践。这就是管子“立政”的系统工程观。

2.2工程学原则与孙子论兵法

首先是在载人航天、探月工程的实践中，我始终坚持“各级工程技术指挥员（含总指挥、总师两条线），必须由有类似经历的专家组成，他们知晓哪些指标可以成（或经过攻关可以成），同时也要知道哪些指标我们目前不可以成（或在有限的工程任务期间内难以攻克）［4］；其次是明确工程任务中哪些环节具备有丰富知识的成熟技术支持，哪些部分是我们知识的短板，并采取相应的技术路线，试验验证条件去实现这种不同层次的工程组织模式；第三是工程队伍要上下一心，有统一目标，确定统一的任务主线，各系统主动与之配合，实现工程目标；第四是工程进展的全过程都要有预先安排、部署，在出现各种矛盾、困难时，有相应预案和充分的技术储备；第五是在工程执行中发挥各系统、分系统指挥线的独立指挥权，使各级指挥员在工程中锻炼，出人才，而上级则不轻易去制约和牵制各部分的积极性。”

上述五条，我们用系统工程语言表达就是：第一是每个工程系统在其论证以及实施、运行的每个阶段都要有“不可行”问题的质疑，开展“非拥护性评审”；第二是在确立工程任务的立项时，务必坚持“目标明确，路线清晰”“安全可靠”“经济可承受”“责任有落实”；第三是大力协同，重大工程要有动员举国之力的能力；第四是要有成熟技术支持和新技术攻关、能力储备，保障工程系统有稳妥的技术成熟度、创新的技术进步，使工程系统能够带动技术进步、新技术的应用和推广；第五是系统工程运行中建立统一指挥与各岗位责任制落实的独立研发的融合体制，使工程实现出成果、出人才、出产品、出效益（含社会效益）的总目标。

我们看一下《孙子兵法·谋攻篇》中论述：“知胜者有五：知可以战与不可以战者胜；识众寡之用者胜；上下同欲者胜；以虞待不虞者胜；将能而君不御者胜。此五者，知胜之道也。”［5］我认为孙子用兵之法，与工程组织（特别是复杂的系统工程）的系统工程思路是相同的。我们可以说孙子兵法就是古代军事家以其智慧的理念，思考军事的系统工程思想。无怪乎，我国系统工程理论的奠基人钱学森将运筹学视为系统工程的一个基础理论，而运筹学早已成为现代军事理论的重大应用，也是对军事理论的重大推动。

2.3《庄子·大宗师》“人之有所不得与，皆物之情也”“人之有所不得与，皆物之情也。”［6］这句话所言是为实。人有不能得，这是智慧之言；人无不能得，此言狂语。人为自然所生，生之规律乃自然法則，科学者生之追求自然真理，死亦循自然之法则。庄子在《大宗师》的同篇文中说：“佚我以老、息我以死。”谈到这八个字，让我们对庄子有如此天地之胸怀而感叹！他把人老作为自然赋予我们的安逸，而将死亡视为自然给予的休息。这种博大的自然观，除惊叹之外就是神奇。二千年前，先贤竟有如此清彻、轻松、融入自然的生死观，真乃哲人之思！

我受益更深的是对科学之为科学的感悟，在高速发展的科技创新时代，我们对科学力量的认识得到空前高涨，而在思维层面，则似乎科学是无所不能的。我以为，让人们认识“知识就是力量”的同时，也要真诚地告诫他们，科学不是什么都能做的，科学并不是万能的，科学并非直接产生技术，工程不一定是来源于科学发现。“人之有所不得与”是自然的一条哲理。我们不能把自己抬起来，我们不能把自己抱在自己的怀里，我们不能创生地球，我们更不能创生另外一个星球。太阳系有生有死，这是自然之规律，人类也只有好好耕耘地球家园才是科学的正路！

关于系统工程的辩证理念里，一个非常重要的思想是：以系统的整体性去认识人造工程的功能表达，也即“任何一种功能的存在必有满足系统整体的需求，也必然存在有对系统性能破坏的影响。”这种影响表现在这项功能能力的某些改变，或者状态的某些变化。这些变化对系统整体性的影响可能是可包容性的（可允许的，可承受的），也可能是整体颠覆性的（不可承受的）。所以，系统工程师们在进行系统工程的设计和运行时要有没实现正常功能表达时的应对方法。庄子在《齐物论》中讲到：“物无非彼，物无非是，自彼则不见，自知则知之。”“因是因非，因非因是。”［7］即是说，事物没有不是“彼”的，也没有不是“此”的。从彼方看不清的，从此方看就可以知道了。

这是庄子的万物两相合一、阴阳共体的齐物论观点。它与我们所能接触到的观察是一致的，除非我们对宇宙的认识更加广大或更加精微（《中庸》大哉篇“致广大而尽精微，极高明而道中庸。”［8］），使我们对客观世界的认知有深刻的变革。

当我们对系统工程观进行研究时，我国古代先贤的这些观点是值得我们研究的。当我们对工程技术的某些问题的定义产生诸多困难时，我们不如从其对立面去研究和思考，从“非”和“否”的切面去定义也是一个很重要的整体观、系统观的思路。

3基于运筹学的系统工程理论

古代先贤的思想对我国古代系统工程的开展起到了有力的支撑作用，但到近代以来特别是新中国成立后，工程复杂性的不断提升，从定性的思想维度已经不足以支撑我国重大工程的管理，必须构建定量的角度提供将系统工程思想贯彻到工程管理实践中的工具，形成一套与重大工程相匹配的管理体系，这就是系统工程这个课题产生的必要条件。钱学森明确指出系统工程是一门工程的管理学科，这门学科的数学基础是“运筹学”。

3.1运筹学的诞生

在科技界正式采用“运筹学”这个术语是在1938年，那年7月，英国在“空袭警报”系统研制中，彼得赛（Bawdsey）雷达站负责人罗伊（Rowe）提出“整个防空系统的运营”并使用“operational research”一词［9］。我国科学家用《史记·高祖本纪》“运筹帷幄之中，决胜千里之外”中的“运筹”二字，来表达“系统性的研究和运营”这个概念，在汉语语境下它兼有“筹划、权衡、策略、决胜”的含义。我认为这个翻译极其优秀、准确，且具开放和激发思路的内涵。

1940年9月，英国成立由物理学家布莱克特（Blackett）为领导的第一个“运筹学小组”，且在之后不久，发展到每个英军指挥部都成立运筹学小组［9］。实际上，运筹学小组类似我们习惯上理解的“参谋与筹划部”，所以战略、战役筹划初期的指向是军事系统工程，其基础科学即是运筹学。而运筹学也正是在军事需求的牵引下不断丰富和成熟起来的。可以说没有第二次世界大战的激发，就不会有运筹学的快速发展。

如果我们继续往下列出运筹学的发展表，则可以简单地归纳如下。

1945—1950年（创造期）：关注的人少，研究的范围小。其中1947年，丹齐克（Dantzig）研究线性规划并提出通用解法——单纯形法。1948年，建立运筹学俱乐部，在MIT开课。1950年，在英国伯明翰大学开课。

1950—1959年（成长期）：电子计算机发展、动态规划在推广应用。其中1952年，美国卡斯（Case）工业大学设硕士、博士学位。1957年，英国牛津大学召开第一次国际运筹学大会，并确定以后每三年召开一次。1959年，国际运筹学联合会成立（International Federation of Operation Research Societies（IFORS））。

1960年至今（发展期）：这个时期中，通过细化各分支，运筹学被认可并纳入数学，用于复杂系统的分析，如：城市交通、环境、国民经济、人口理论等领域。

在我国，则是在中华人民共和国成立后的20世纪50年代，1956年在中国科学院力学所成立运筹学小组，1958年建立研究室，在改革开放后的1980年成立运筹学会。

3.2运筹学与系统工程的融合演化发展

特别是在改革开放后，中科院力学所、数学所的科学家们不但对运筹学开展了深入的理论研究，取得了对中国系统工程发展具有重要意义的奠基成果和科学普及，而且在工程应用上做出了诸多实际贡献。特别通过钱学森领军的航天系统工程实践，我国以运筹学为核心的系统工程理论在建设社会主义的实践中，在国家重大工程和重大战略问题的规划中，不断得以普及、提高和完善。比如在运输问题，存贮论、目标规划、线性规划、动态规划、非线性规划方面的理论研究；在网络计划、决策分析、系统工程的运行管理等方面，我们都形成了具有中国特色的以工程应用带动学科发展的诸多成果。运筹学也在随着科学技术的进步和复杂工程实践的需要而不断发展。马克思讲过：“一种科学只有在成功地应用数学时，才算达到了真正完善的地步。”运筹学的诞生既是系统工程理论发展的需要，也是系统工程深化研究的标志和成果。

在这个时期，系统工程以运筹学为基础，在系统工程管理思想的指导下，逐步形成了面向实践的方法论体系，逐步形成了如下三大特征。

（1）系统的整体观

运筹学的分科是多樣的，它与对象的不同和目标的差异会产生不同的数学描述，形成不同的数学分支，如线性规划、非线性规划、动态规划及各阶段决策、图论与网络、存贮论、排队论、库存论、对策论、决策论（产生最优目标的抉择），等等。但所有这些不同的离散的分支都有一个共同点，那就是以系统的整体性去分析和思考，以达到系统的最终整体目标为准则。

（2）多学科的综合观

运筹学是独立的一门对策性学问，但它是开放的学问，它的方法和理论基础必须与对象、环境、目标的变化相适应，它必须善于综合各领域、各行业、各学科的成果于自身，它的方法工具也将随着社会进步和科技发展而与时俱进。这个多学科的综合观表明，运筹学不同于其他学科有很强的封闭、自洽性理论体系支撑，而是一个如何灵活机动地进行理论判断，对具体目标的可靠实现的理性思维；是一种以工具方法的运用与社会人（包括团队、指挥员）的决策相结合的综合性的科学体系。

（3）模型方法的抽象观

运筹学之所以能称为科学，在极大程度上是由于人们可以通过理性分析将研究的对象进行数学的模拟，将其特性和行为进行模型化的表述。如果没有这个模型的抽象，或者所研究的对象根本无法给予抽象，那这个对象也就无法纳入运筹学的研究之中。

我这里将模型问题表述为抽象观，主要是想表达一个哲学的意识，“客观运行的事物本无模型”是人们在研究客观事物的运行规律时产生的一种分析方法，所以因研究人员的“经验、认识、理解”（可以统称为“知识”）的不同而产生不同的模型，在“知识经济”的今天，模型也成为了“知识的凝聚物”，具有知识产权的性格。模型的建构、变量的选择、状态的描述、运行的逻辑以及相应的软件架构、语言应用、信息变换与传输、算力与算法的开发、数据的占有和运用等都已成为建立模型的资源基础。而通过对模型的研究，所谓最优、次优、满意解的求取、求证则是工程系统在模型方法的抽象层面的准确和精确程度的表征。为了区分模型上取得的最优与实际系统真实实现的结果的非一致性，我将模型系统研究的最优称作“自描述最优”，是研究人员自己得到的个人的开发结果。

4基于模型的系统工程方法

随着系统工程复杂程度的不断提高，如何应对现代复杂系统已成为一个必须严肃面对的问题，它既是我们工程界必须面对的实践性挑战，也是我们应当深入思考的工程学发展的理论性课题。

4.1当代系统工程的复杂性表现

在建设中国特色社会主义的新时代，中国经济发展、中国科技发展、中国工程科技的发展正以前所未有的势头前进。中国探月工程三步走“绕、落、回”的圆满收官，以及其他一些重大工程的实施和成功，振奋了我们的精神。习近平总书记在给嫦娥五号的贺信中提出的“探月精神”，更是对我们科技工作者的巨大鼓励和鞭策。

从嫦娥一号到嫦娥五号，历时16年的重大工程，它的工程知识集成性表达得十分充分，它已从一般知识的集成到多阶段串接的功能集成。嫦娥一号奔月+绕月，嫦娥三号奔月+绕月+落月，嫦娥五号是奔月+绕月+轨道器与着陆器分离+落月+着陆器采样+月面起飞+月球轨道交会对接+返回器与轨道器对接+采集物品的交接+轨道器与返回器分离+返回器奔地+返回器与轨道器分离+返回器落地。所有这些过程都是功能性工程知识的集成，在这样功能集成中只要出现一个功能的失败，则整体工程即告失败。这种“与门”式的功能块一旦失败，功能前的工作就可能被视为前功尽弃。在复杂巨系统的功能链里，其工程可靠性随着串接环节的成功完成，呈现出不断提升的形态。我们以嫦娥五号这13个串接功能步骤为例，若每个功能的工程可靠性是0.95，则整个工程的可靠性为0.49；若在一个环节中有1万个器件，则器件的可靠性应高于0.99999；若有1000个器件，则为高于0.99995。在发射时刻，只有火箭系统工作的条件下其发射成功的可靠性为0.95，而此时对全工程的可靠性评估为0.49；若火箭已经成功地将飞行器送入轨道，则下阶段任务的可靠性将变成0.9513=0.51。而此时被月球捕获实现绕月飞行的可靠性，则是该工作系统可靠性0.95。当实现了“返回器奔地”任务进入返回地球的轨道时，它前面只有2个功能的串接，这时任务的可靠性已经升为0.952=0.9。所以在我们分析复杂系统时，它的工程状态是不断变化的，而功能性串接的工程一旦某一功能失效，则是前功尽弃，也是无功可建［10］。

我们能深刻地感受到，现代重大工程的复杂性是其突出的一个特征。从工程的“论证、设计、施工、验证、运行”各阶段的实践显现出很多过去那些比较孤立的简单工程，纯硬件实现的物理交付性工程不同的特征。我们除成功地达到工程目标外，还形成了丰富的工程理论和实践的经验与知识积淀。我们的工程理念和工程学认识都得到了实践的锤炼和提高。我们有必要、也有能力从现代工程的复杂性特征来深入思考我国工程学的发展并丰富具有以中国工程实践为支撑的现代中国工程学的形成，这是在工程哲学、工程方法论和工程知识论的奠定下的必然思考。就此，对现代复杂工程系统的特征，可以初步地概括如下几个方面的表现：

第一，对工程总体期望值需求的复杂性：现代工程的多目标要求；多目标的设计与实现的协调性与均衡性要求；多目标下的性能指标的包络与控制；多目标下的工程系统技术成熟度的掌控与创新。

第二，系统运行状态的多样性与状态变化中的系统动态适应性：工程系统特殊状态下的特殊功能对其它系统功能产生的波及和耦合；系统状态本身的时变性与系统指令或信息获取的同步与预估策略的需求；状态间的硬件转换与软件匹配可能存在的潜程序潜通路；多状态下的应急处置方案使系统状态的复杂性产生二次增加（如预案的预案）。

第三，系统技术指标的先进性需求：复杂系统不但表现在环节间、系统间的制约关系复杂，而且还表现在多种系统及功能环节的独立指标的先进性要求；有些技术指标的实现条件是在不同状态下得到的数值性要求或称其为WCCA（电路最坏情况分析）技术；技术指标的高超、高可靠、高分辨、高时敏、高质量、低噪、低扰、低耗、低成本以及精密感知、精确判断、精准施策等，则是现代复杂工程系统的较为普遍的要求。特别是对载人的天地往返系统，有严重危害性风险的核能工程，有长航程多人运载的飞行器航行器工程。

第四，工程建设与运行的环境复杂性：现代工程特别是现代大型工程的建设与运营是在复杂的自然环境和空间环境下进行的。如果说我们过去所掌控的传统技术也具备一些工作环境的适应能力的话，那么今天的现代复杂工程系统则几乎全是在近“极端”的环境下，并要经历长周期的运营时效来磨炼和考核的。在核、航空、航天、海洋（深海）、重型海陆空天运载、深空、深海，这些工程系统的研发和运行管理中都出现了极端环境条件下工作的工程压力。

第五，“软件决定系统”的现代复杂工程：其由软件所承担的工程功能已经占有20%～80%。以航天工程为例，从美、俄的报送及我国的实践看，由软件来实现的功能已经达到80%以上。而且，将附加产生的功能、或运营中增加的功能交于软件来承担已经成为一种趋势和倾向，使软件参与工程系统功能的比重逐步增加。软件增加量已经成为工程系统智能化程度的度量，甚至有将软件数量占据功能需要的比值作为AI能力的“工程指标”作为评价指标的趋势。（见“湖南的机械装配指数表达市场的动态和生产状态”）。

4.2MBSE的诞生与发展

随着计算机、互联网等信息技术的普及，“工程知识集成”成为了现代系统工程的一个重要理念，也是一个重大特点。而就“当前工程技术是由大型计算技术支撑下的知识系统组成”，这个认识则是逐渐被理解，且在AI技术深化和普及的状态下才在世界各国的工程界得到共识。不但如此，在“知识系统”这个概念下，已经派生出诸多新型的知识系统学科，MBSE（基于模型的系统工程）则是与工程知识系统相对应的系统知识工程。

MBSE的产生不是工程师们利用计算技术发展而进行的工程游戏，它应现代工程系统的规模增大、子系统（分系统）的工程层次的增多、工程运行环境要求的扩展、工程性能及可靠性与安全性要求不断提高，使得工程系统的复杂度在不断的增加而产生［11］。其概念最早由美国亚利桑那大学的Wymore教授提出，而认识到这个问题并给予高度重视的首当属于美国NASA，我想就NASA所进行的研究与我们自己的工程实践体会提出如下几项命题：

在工程规模和复杂度不断增加下，工程师将如何面对这个局面？工程师要以什么方法解决现代工程的多学科、多领域技术集成下的工程系统设计和系统工程实施？如何保持各层分系统对全系统全状态透明？复杂系统的系统间、系统级及系统环境之间交互耦合的有害性如何分析？潜在风险的存在以及如何在设计阶段就使其消除？在没有知识的基础上如何建造一个能可靠实现复杂系统功能的系统工程体系，使系统工程从现在的基于成熟度较高的工程系统向应对成熟度有待提高的复杂系统转变的新的系统工程模式？

将这些命题总结成一句话就是，“找出一个新的系统工程方法或工具，以应对信息化知识工程的复杂性需求。”

20世纪以来，美国NASA在复杂的深空探测任务推动下产生的基于模型的系统工程方法得以萌芽，并很快得到NASA各有关中心的支持。 我原本认为，“模型”的定义是技术系统建模而利用的方法，也即在控制系统中的设计模型、仿真模型和各种验证模型，并不理解“基于规范”的系统工程怎么变化为“基于模型”的系统工程。因此，NASA不再基于原来成熟的以标准和规范为基础的系统工程理念，而改变为基于模型的系统工程的做法引起了我的思考。在复杂的深空探测工程中怎么组织和表达这些复杂系统的相互交叉关系，条件与性能之间内部存在的诸多逻辑因素而构成的关系将是一个立体的相关性结构，基于模型的系统工程是怎样解决这些问题的？它在我国的深空探测任务（特别是即将进行我国的火星探测）中将有什么迫切需求？这些问题使我对MBSE产生了极大的兴趣，随即依托航天战略研究院，组织专题队伍，在国防科技工业科技委立专题开展研究。课题由理论研究逐步进入专题分析和调查阶段，这个阶段可以称其为“学习、提纲、概念、分析阶段”，2020年进入“案例调研、方法研究、试行运行”的“深化论证”阶段。该研究过程体现了MBSE与实际工程紧密结合的思想。MBSE是一种方法、是一个理念、是一个体系，是一个知识工程，也是一个系统工程的知识体系。

4.3对我国MBSE的认识

结合我国的重大工程实践，目前我们开展MBSE研究应当统一以下几点认识：

（1）我国的系统工程（SE）至今已经过原始阶段（如我国的都江堰工程、长城工程、紫禁城工程、大运河工程、“两弹一星”工程等）和规范标准阶段（在我国“两弹一星”完成后总结其任务和经验后），由钱学森主倡的“系统工程”开始在航天工业（国防工业）内执行，主要表现在对工程的总体性、整体性、顶层性、系统性、综合性、验证性、试验性、接口协调性、指标匹配性，以及总体部、总指挥及总设计师系统、分系统及配套组合、技术基础建设（计量、标准规范、质量）、各种能力的基础条件建设……这个阶段的系统工程可以称为基于规范的系统工程（或基于标准的系统工程）。如果将原始阶段的管理（为完成一个具体目标而进行的独立工程管理）作为系统工程的1.0版本，而基于规范的系统工程则是2.0版本，在应对复杂系统的信息时代，我们的系统工程作为工程知识体系的整体性和集成性而言，“基于模型的系统工程（MBSE）”就是其工程知识体系的3.0版本。

（2）MBSE是由基礎模型块组织的知识架构，这个架构则不仅仅是一种管理规范，而是使系统工程成为一门科学学科的开拓性起点。此处的模型就是中国工程实践形成的工程知识，而工程知识元素的核心技术是以模型化的认识和理解作为表达形式，并以此进行知识思考和知识交流。我国近20年重大工程积累的实践经验和知识，是中国系统工程发展的基本素材，也是中国系统工程方法创新的基础条件和丰富的营养。

（3）MBSE是一个知识体系，所以它必须有专业技术工程师和系统工程师的合作才能完成。没有专业技术工程师的参与则缺少基于模型的“模型基础”，如果缺少系统工程师参与则形成不了全系统技术模型的集成，也就构架不出完整的系统工程运行。

（4）技术建模产生于技术实践、抽象于知识基础，所以技术模型是工程的知识模型的核心部分，它产生于对专业知识的分析利用和建模的理论支撑，其工程知识中计算技术、经验数据，以及1.0、2.0版本下的系统工程实践，构成了产生MBSE的基本知识要素（这个基本知识要素是由“建模知识、计算知识、技术与经验知识”这三类基础知识组成）。

（5）MBSE是复杂工程系统中相关知识进行综合和集成的方法，而模型是表达系统知识的相关性，所以它是一个工程系统整体的综合、协同和集成。在时域上它是表述全系统“功能实现”和“状态转换”的运行关系与运行结果。所以MBSE是工程系统设计、仿真、验证的方法、工具和相应的技术。

综上所述，MBSE将使现代工程管理成为复杂工程系统的基本手段、载体和技术，也是系统工程从语言论述为主的方法论，提高到以数字模型表述为主的工程科学。我国MBSE的核心是工程模型建构中的社会主义举国体制、人類命运共同体、资源共建共享和资源保护，这些独特的内容是建立复杂工程目标和工程条件的我们中国体系才具有的独特因素和现代大工程的根基理念，所以我们的模型建构具有内生的活力，是优质资源的合作与竞争，而不是分裂的、私利的、相互倾轧的竞争和打击。

5总结

MBSE的形成表明模型化的系统工程和工程管理是应对现代复杂工程系统的有效对策，模型化的过程是科学的表达过程、是技术的集成过程、是系统工程的实现过程、是工程系统目标的交付过程。同时模型化也是复杂工程系统责任的分解过程，是系统工程中“产品结构”和“工作结构”逻辑规范过程、是系统中所有交付产品（软、硬件）的状态环境、性能实现的标准化过程。总之它是集技术工程师的群体能力和系统工程师的群体智慧的共同结晶。

通过模型、严格的数学表达式对系统工程过程中多状态和元素进行抽象表达，并以数字形式的模型体系建立系统工程各种状态之间的联系，这是MBSE方法的核心。国际系统工程学会（INCOSE）在2007年的MBSE定义是“对系统需求、设计、分析与确认等活动的建模行为形式化与标准化的应用，这种建模从系统概念设计阶段开始并贯穿系统开发及之后的生命周期。”并强调MBSE是工程方法与技术的发展趋势，也是系统工程领域的一次变革。我赞同这种分析和定义，但我强调的是必须有中国的工程实践的成功经验、知识、方法的成果和特点。

鉴于此，我建议在工程哲学、工程方法论、工程知识论研究的基础上，沿续这十几年思考中国工程学的形成发展的趋势，将中国的工程管理科学推进到中国的MBSE研究高度，使基于中国重大工程实践的MBSE成为工程管理科学的奠基石。

参考文献：

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