系統(tǒng)架構(gòu)

Edward Crawley是俄羅斯莫斯科斯科爾科沃科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的校長，也是麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)及工程系統(tǒng)學(xué)教授；美國航天航空學(xué)會及英國皇家航空學(xué)會的會員，也是瑞典皇家工程科學(xué)院、英國皇家工程學(xué)院、中國工程院及美國國家工程院的成員。

Bruce Cameron是咨詢公司Technology Strategy Partners的創(chuàng)始人，也是MIT System Architecture Lab的董事。Cameron博士在麻省理工學(xué)院的斯隆管理學(xué)院及工程學(xué)院講授系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)策略課程，是多倫多大學(xué)董事會的前成員。

Daniel Selva是康奈爾大學(xué)機械與航天工程系的副教授，其研究重點是在設(shè)計活動的初期運用系統(tǒng)架構(gòu)、知識工程與機器學(xué)習(xí)工具。他的研究成果運用于NASA的地球科學(xué)十年調(diào)查、Iridium GeoScan Program及NASA的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)等項目。

目錄

系統(tǒng)架構(gòu)原則

譯者序

推薦序

前言

致謝

作者介紹

第一部分系統(tǒng)思維

第1章　系統(tǒng)架構(gòu)簡介……2

1.1　復(fù)雜系統(tǒng)的架構(gòu)……2

1.2　良好架構(gòu)的優(yōu)勢……2

1.3　學(xué)習(xí)目標……5

1.4　本書結(jié)構(gòu)……6

1.5　參考資料……7

第2章　系統(tǒng)思維……8

2.1　簡介……8

2.2　系統(tǒng)與涌現(xiàn)……8

2.2.1　系統(tǒng)……8

2.2.2　涌現(xiàn)……10

2.3　任務(wù)一：確定系統(tǒng)及其形式與功能……13

2.3.1　形式與功能……13

2.3.2　工具-過程-操作數(shù)：這是人類的標準思維模式嗎……16

2.4　任務(wù)二：確定系統(tǒng)中的實體及其形式與功能……16

2.4.1　具備形式與功能的實體……17

2.4.2　確定如何將系統(tǒng)初步分解為恰當?shù)膶嶓w……18

2.4.3　用整體思維找出系統(tǒng)中的潛在實體……19

2.4.4　集中注意力，找出系統(tǒng)中的重要實體……21

2.4.5　為實體創(chuàng)建抽象或從實體中發(fā)現(xiàn)抽象……22

2.4.6　定義系統(tǒng)的邊界，并將其與外圍環(huán)境隔開……24

2.5　任務(wù)三：確定實體之間的關(guān)系……25

2.5.1　關(guān)系的形式與功能……25

2.5.2　外部接口……28

2.6　任務(wù)四：涌現(xiàn)……28

2.6.1　涌現(xiàn)的重要性……28

2.6.2　系統(tǒng)故障……29

2.6.3　預(yù)測涌現(xiàn)物……30

2.6.4　涌現(xiàn)物依賴于實體及其關(guān)系……31

2.7　小結(jié)……32

2.8　參考資料……33

第3章　思考復(fù)雜的系統(tǒng)……34

3.1　簡介……34

3.2　系統(tǒng)中的復(fù)雜度……34

3.2.1　復(fù)雜度……34

3.2.2　引入TeamXT這一范例系統(tǒng)……35

3.3　系統(tǒng)的分解……38

3.3.1　分解……38

3.3.2　體系……39

3.3.3　層級分解……39

3.3.4　簡單的系統(tǒng)、復(fù)雜度適中的系統(tǒng)以及復(fù)雜的系統(tǒng)……41

3.3.5　原子部件……42

3.4　特殊的邏輯關(guān)系……43

3.4.1　類/實例關(guān)系……43

3.4.2　特化關(guān)系……43

3.4.3　遞歸……44

3.5　對復(fù)雜系統(tǒng)進行思索……44

3.5.1　自頂向下及自底向上式的思考……44

3.5.2　交替思考……45

3.6　架構(gòu)展示工具：SysML與OPM……45

3.6.1　視圖與投射……45

3.6.2　SysML……46

3.6.3　OPM……46

3.7　小結(jié)……49

3.8　參考資料……50

第二部分　系統(tǒng)架構(gòu)的分析

第4章　形式……53

4.1　簡介……53

4.2　架構(gòu)中的形式……53

4.2.1　形式……53

4.2.2　用解析表示法來表現(xiàn)形式：對象……56

4.2.3　形式的分解……57

4.3　對架構(gòu)中的形式進行分析……58

4.3.1　定義系統(tǒng)……58

4.3.2　確定形式實體……59

4.3.3　把泵作為復(fù)雜度適中的系統(tǒng)來分析……61

4.4　對架構(gòu)中的形式關(guān)系進行分析……63

4.4.1　形式關(guān)系……63

4.4.2　空間/拓撲形式關(guān)系……65

4.4.3　用圖和圖表來展現(xiàn)形式關(guān)系：OPM……67

4.4.4　用表格及類似矩陣的視圖來展現(xiàn)形式關(guān)系：DSM……70

4.4.5　連接性的形式關(guān)系……71

4.4.6　其他的形式關(guān)系……74

4.5　形式環(huán)境……75

4.5.1　伴生系統(tǒng)、整個產(chǎn)品系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界……75

4.5.2　使用情境……77

4.6　軟件系統(tǒng)中的形式……77

4.6.1　軟件系統(tǒng)：信息形式及其二元性……77

4.6.2　軟件中的形式實體與形式關(guān)系……79

4.6.3　軟件系統(tǒng)所在的整個產(chǎn)品系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的邊界及使用情境……81

4.7　小結(jié)……82

4.8　參考資料……82

第5章　功能……83

5.1　簡介……83

5.2　架構(gòu)中的功能……84

5.2.1　功能……84

5.2.2　把功能視為過程加操作數(shù)……84

5.2.3　用解析表示法來展現(xiàn)功能……85

5.3　分析對外展現(xiàn)的功能和價值……89

5.3.1　對外界展現(xiàn)的主要功能……89

5.3.2　與價值有關(guān)的操作數(shù)……90

5.4　對內(nèi)部功能進行分析……93

5.4.1　內(nèi)部功能……93

5.4.2　確定內(nèi)部功能……94

5.5　分析功能交互及功能架構(gòu)……97

5.5.1　功能交互與功能架構(gòu)……97

5.5.2　確定功能交互……98

5.5.3　價值通路……100

5.5.4　涌現(xiàn)與細分……101

5.5.5　軟件系統(tǒng)中的功能架構(gòu)……102

5.6　與價值相關(guān)的次要外部功能及內(nèi)部功能……105

5.7　小結(jié)……106

5.8　參考資料……107

第6章　系統(tǒng)架構(gòu)……108

6.1　簡介……108

6.2　系統(tǒng)架構(gòu)：形式與功能……109

6.2.1　形式與功能之間的映射……109

6.2.2　確定形式與過程之間的映射……114

6.2.3　形式結(jié)構(gòu)承載并展現(xiàn)功能交互……116

6.2.4　確定形式結(jié)構(gòu)是如何承載功能和性能的……118

6.3　系統(tǒng)架構(gòu)中的非理想因素、支持層及接口……119

6.3.1　系統(tǒng)架構(gòu)中的非理想因素……119

6.3.2　系統(tǒng)架構(gòu)中的支持功能及支持層……120

6.3.3　形式與功能中的系統(tǒng)接口……121

6.4　操作行為……123

6.4.1　操作者……124

6.4.2　行為……124

6.4.3　操作成本……126

6.5　用各種表示法來推究系統(tǒng)架構(gòu)……127

6.5.1　能夠?qū)ο到y(tǒng)架構(gòu)進行簡化的幾種方式……127

6.5.2　用投射法來表示系統(tǒng)的架構(gòu)……128

6.5.3　把過程投射到對象……129

6.5.4　把過程和操作數(shù)投射到形式……130

6.6　小結(jié)……133

6.7　參考資料……134

第7章　與特定解決方案無關(guān)的功能和概念……135

7.1　簡介……135

7.1.1　正向工程與更加復(fù)雜的系統(tǒng)……135

7.1.2　對與特定解決方案無關(guān)的功能和概念所做的介紹……136

7.2　確定與特定解決方案無關(guān)的功能……138

7.3　概念……140

7.3.1　作為一種觀念的概念……140

7.3.2　對概念構(gòu)想有所幫助的框架……142

7.3.3　構(gòu)想概念時所應(yīng)依循的步驟……144

7.3.4　為概念命名……145

7.3.5　對候選的概念進行整理……146

7.3.6　由更為廣闊的概念所形成的體系……150

7.4　整體概念……152

7.5　操作概念與服務(wù)概念……156

7.6　小結(jié)……158

7.7　參考資料……159

第8章　從概念到架構(gòu)……160

8.1　簡介……160

8.2　研發(fā)系統(tǒng)之下第1級的架構(gòu)……161

8.2.1　把概念擴展為功能架構(gòu)……161

8.2.2　定義形式……162

8.2.3　把功能映射為形式……164

8.3　研發(fā)系統(tǒng)之下第2級的架構(gòu)……166

8.3.1　第2級的功能意圖以及對第2級所做的遞歸思考……166

8.3.2　研發(fā)第2級中的架構(gòu)……166

8.4　家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的第2級架構(gòu)……170

8.5　為系統(tǒng)之下的第1級架構(gòu)做模塊化處理……173

8.6　小結(jié)……176

8.7　參考資料……177

第三部分　創(chuàng)建系統(tǒng)架構(gòu)

第9章　架構(gòu)師的角色……180

9.1　簡介……180

9.2　歧義與架構(gòu)師的角色……180

9.2.1　架構(gòu)師的角色……180

9.2.2　減少歧義……182

9.2.3　架構(gòu)師可以交付的成果……185

9.3　產(chǎn)品開發(fā)過程……186

9.3.1　各企業(yè)所使用的PDP之間的異同……187

9.3.2　通用的產(chǎn)品開發(fā)過程……191

9.4　小結(jié)……195

9.5　參考資料……199

第10章　上游和下游對系統(tǒng)架構(gòu)的影響……200

10.1　簡介……200

10.2　上游的影響因素：公司策略……201

10.3　上游的影響因素：營銷……204

10.3.1　內(nèi)向營銷……205

10.4　上游的影響因素：法規(guī)及類似法規(guī)的因素……207

10.4.1　法規(guī)的來源……208

10.4.2　與法規(guī)類似的因素：可能出臺的法規(guī)、標準和法律責(zé)任……209

10.5　上游的影響因素：技術(shù)融合……210

10.6　下游的影響因素：實現(xiàn)—編碼、制造及供應(yīng)鏈管理……212

10.7　下游的影響因素：操作……214

10.7.1　系統(tǒng)的登場與退場……215

10.7.2　偶發(fā)操作、應(yīng)急操作與獨立操作……216

10.8　下游的影響因素：DesignforX……216

10.9　下游的影響因素：產(chǎn)品與系統(tǒng)的演化、產(chǎn)品系列……218

10.9.1　復(fù)用與遺留元素……219

10.9.2　產(chǎn)品系列……220

10.9.3　平臺與架構(gòu)……221

10.10　產(chǎn)品論證：架構(gòu)商業(yè)論證決策框架（ABCD）……224

10.11　小結(jié)……226

10.12　參考資料……229

第11章　將需求轉(zhuǎn)換為目標……231

11.1　簡介……231

11.2　確定受益者和利益相關(guān)者……232

11.2.1　受益者和利益相關(guān)者……232

11.2.2　確定受益者和利益相關(guān)者的需求……235

11.2.3　從交換中確定利益相關(guān)者及其需求……238

11.2.4　對利益相關(guān)者進行分組……240

11.3　描述需求的特征……242

11.3.1　從各種維度來描述利益相關(guān)者的需求……242

11.3.2　將利益相關(guān)者作為系統(tǒng)：間接的價值交付及利益相關(guān)者關(guān)系圖……244

11.3.3　在各個利益相關(guān)者的需求之間排定優(yōu)先次序……247

11.3.4　對排列各需求的優(yōu)先次序所做的小結(jié)……251

11.4　把需求轉(zhuǎn)換為目標……252

11.4.1　設(shè)定目標時所依據(jù)的標準……253

11.4.2　人類可以解決的目標：系統(tǒng)問題陳述……255

11.5　排列目標之間的優(yōu)先次序……259

11.5.1　具備一致性與可達成性的目標……262

11.6　小結(jié)……263

11.7　參考資料……270

附：對利益相關(guān)者提出的系統(tǒng)需求所進行的特征分析……271

第12章　用創(chuàng)造力生成概念……272

12.1　簡介……272

12.2　對概念進行創(chuàng)新……273

12.2.1　創(chuàng)新……273

12.2.2　無結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新……274

12.2.3　結(jié)構(gòu)化的創(chuàng)新……274

12.2.4　確定概念……277

12.3　提出概念……278

12.4　擴充概念并提出概念片段……279

12.4.1　對推進功能進行擴充……279

12.4.2　混合動力車的另外7個內(nèi)部功能所對應(yīng)的概念片段……282

12.5　演化并完善整體概念……285

12.6　選出幾個整體概念，做進一步的發(fā)展……288

12.7　小結(jié)……291

12.8　參考資料……295

第13章　把分解作為復(fù)雜度管理工具來使用……296

13.1　簡介……296

13.2　理解復(fù)雜度……296

13.2.1　復(fù)雜度……296

13.2.2　復(fù)雜與難懂……299

13.2.3　必要的復(fù)雜度……301

13.3　管理復(fù)雜度……305

13.3.1　選定分解方式……305

13.3.2　模塊化程度與分解……308

13.4　小結(jié)……312

13.5　參考資料……317

第四部分　作為決策的架構(gòu)

第14章　作為決策制定過程的系統(tǒng)架構(gòu)……321

14.1　簡介……321

14.2　對阿波羅計劃的架構(gòu)決策問題進行公式化處理……322

14.2.1　做決策時可以考慮的經(jīng)驗法則……322

14.2.2　阿波羅計劃的決策……323

14.2.3　約束及衡量指標……325

14.2.4　計算各種阿波羅架構(gòu)的得分……327

14.3　決策與決策支持……328

14.4　決策支持系統(tǒng)的四項主要任務(wù)……330

14.5　基本的決策支持工具……331

14.5.1　形態(tài)矩陣……332

14.5.2　設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣……332

14.5.3　決策樹……334

14.6　為系統(tǒng)架構(gòu)提供決策支持……338

14.7　小結(jié)……339

14.8　參考資料……340

第15章　探求架構(gòu)的權(quán)衡空間……343

15.1　簡介……343

15.2　權(quán)衡空間的基本知識……344

15.3　帕累托前沿……347

15.3.1　帕累托前沿與占優(yōu)……347

15.3.2　GNC范例系統(tǒng)的帕累托前沿……348

15.3.3　模糊的帕累托前沿及其好處……351

15.3.4　在模糊的帕累托前沿上挖掘數(shù)據(jù)……352

15.3.5　帕累托前沿的運用機理……354

15.4　權(quán)衡空間的結(jié)構(gòu)……355

15.5　敏感度分析……359

15.6　整理架構(gòu)決策……364

15.6.1　對其他決策的影響……364

15.6.2　對衡量指標的影響……366

15.6.3　決策空間視圖……367

15.6.4　對決策進行排序……368

15.6.5　對決策及其順序的總結(jié)……370

15.7　小結(jié)……371

15.8　參考資料……372

第16章　系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化問題的表述與求解……374

16.1　簡介……374

16.2　對系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化問題進行表述……375

16.3　NEOSS范例：NASA的地球觀測衛(wèi)星系統(tǒng)……379

16.4　系統(tǒng)架構(gòu)決策中的模式……381

16.4.1　從程序化的決策到模式……382

16.4.2　DECISION-OPTION模式……383

16.4.3　DOWN-SELECTING模式……386

16.4.4　ASSIGNING模式……389

16.4.5　PARTITIONING模式……395

16.4.6　PERMUTING模式……399

16.4.7　CONNECTING模式……402

16.5　對大規(guī)模的系統(tǒng)架構(gòu)問題進行表述……406

16.5.1　模式之間的重合……407

16.5.2　把問題分解為子問題……409

16.6　解決系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化問題……410

16.6.1　介紹……410

16.6.2　全因子排列……411

16.6.3　啟發(fā)式的架構(gòu)優(yōu)化算法……412

16.6.4　基于種群的通用啟發(fā)式優(yōu)化……413

16.6.5　生成初始種群……414

16.6.6　把某些固定的架構(gòu)包含在初始種群中……415

16.6.7　通用的啟發(fā)式和元啟發(fā)式高效搜索……416

16.6.8　遺傳算法中的啟發(fā)式策略……416

16.6.9　用更多的啟發(fā)式技術(shù)來強化遺傳算法……418

16.7　小結(jié)……419

16.8　參考資料……420

附錄A根據(jù)所選的架構(gòu)集來計算衡量指標對決策的敏感度……423

附錄B聚類算法及其在系統(tǒng)架構(gòu)中的運用……425

附錄C基于規(guī)則的系統(tǒng)及其在系統(tǒng)架構(gòu)中的應(yīng)用……430

附錄D經(jīng)典的組合優(yōu)化問題……436

各章問題……441 2100433B

本書由系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域3位領(lǐng)軍人物親筆撰寫，全書共分四部分。

第一部分（第1~3章）的重點是引出系統(tǒng)架構(gòu)。第1章通過一些范例來展示架構(gòu)理念，指出良好的架構(gòu)，并給出本書的概要；第2章列出進行系統(tǒng)分析必備的思路；第3章給出分析系統(tǒng)架構(gòu)所用的思維模式。

第二部分（第4~8章）著重對架構(gòu)進行分析。第4章討論系統(tǒng)的形式；第5章討論系統(tǒng)的功能；第6章講解形式與功能之間的映射，并以此給出系統(tǒng)架構(gòu)的定義；第7章研究如何從獨立于解決方案的功能陳述中衍生出系統(tǒng)；第8章演示怎樣把這些概念匯聚成一套架構(gòu)。

第三部分（第9~13章）講解如何為復(fù)雜的系統(tǒng)定義架構(gòu)。第9章從任務(wù)和可交付成果這兩方面來概述架構(gòu)師的職責(zé)；第10章探討如何把組織機構(gòu)方面的接口當成在架構(gòu)中減少歧義的契機；第11章講述如何用系統(tǒng)化的方式來捕獲利益相關(guān)者的需求，并把它們轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)目標；第12章提出一些能夠幫助架構(gòu)師更有創(chuàng)意地構(gòu)思并選擇概念的手段；第13章講述在開發(fā)系統(tǒng)時管理復(fù)雜度的一些辦法。

第四部分（第14~16章）探尋幫助架構(gòu)師做決策的各種計算方法及工具所具備的潛力。第14章把系統(tǒng)架構(gòu)的過程當成一種決策制定的過程來進行講解；第15章講解如何對架構(gòu)權(quán)衡空間中的信息進行綜合；第16章演示怎樣把架構(gòu)決策編碼成一套模型，使計算機可以根據(jù)該模型自動生成權(quán)衡空間并對其進行探索。

本書全面地介紹了羅克韋爾自動化工業(yè)控制產(chǎn)品集成架構(gòu)的中型控制系統(tǒng)。集成架構(gòu)中型系統(tǒng)是基于單一網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP的架構(gòu)平臺，集成了實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能的控制器及其I/O、智能交換機、變頻器驅(qū)動、運動控制和人機界面產(chǎn)品。書中以控制產(chǎn)品架構(gòu)為主線，綜合介紹了相關(guān)聯(lián)產(chǎn)品，如CompactLogix 5370控制器、Stratix 5700智能交換機、PowerFlex 525變頻器、Kinetix 5500運動控制模塊和PanelViewPlus 6操作員終端。從實際運用出發(fā)，講述了各個產(chǎn)品的使用，對每個產(chǎn)品的基本性能給予了簡明的介紹，對每個產(chǎn)品的組態(tài)過程給予了詳盡的描述，對每個組態(tài)頁面的參數(shù)給予了清晰的解釋。本書還通過各種產(chǎn)品的組態(tài)和編程，詳細地介紹了Studio 5000編程組態(tài)軟件的操作和運用。Studio 5000作為控制系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境統(tǒng)一的軟件，集成了中型系統(tǒng)所有設(shè)備的編程組態(tài)界面。

本書適用于使用羅克韋爾自動化產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用項目的工程項目開發(fā)人員、維護集成架構(gòu)中型系統(tǒng)的維護、維修人員，也適用于工業(yè)自動化及相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生作為了解當前最先進工業(yè)控制產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)的入門書，是正確使用羅克韋爾自動化產(chǎn)品的必不可少的參考用書。

印刷ERP系統(tǒng)B/S架構(gòu)定義

B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式），是WEB興起后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，WEB瀏覽器是客戶端最主要的應(yīng)用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用?？蛻魴C上只要安裝一個瀏覽器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服務(wù)器安裝Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server等數(shù)據(jù)庫。瀏覽器通過Web Server同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。　這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本(TCO)。

印刷ERP系統(tǒng)B/S架構(gòu)優(yōu)點和缺點

B/S架構(gòu)優(yōu)點

B/S結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件。只要有一臺能上網(wǎng)的客戶端就能使用，客戶端零維護。系統(tǒng)的擴展非常容易，只要能上網(wǎng)，再由系統(tǒng)管理員分配一個用戶名和密碼，就可以使用了。甚至可以在線申請，通過公司內(nèi)部的安全認證（如CA證書）后，不需要人的參與，系統(tǒng)可以自動分配給用戶一個賬號進入系統(tǒng)。

印刷ERP系統(tǒng)B/S與C/S的區(qū)別

C/S又稱Client/Server或客戶/服務(wù)器模式。服務(wù)器通常采用高性能的PC、工作站或小型機，并采用大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server?？蛻舳诵枰惭b專用的客戶端軟件。

C/S的優(yōu)點是能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務(wù)器。對應(yīng)的優(yōu)點就是客戶端響應(yīng)速度快。缺點主要有以下幾個：

只適用于局域網(wǎng)。而隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動辦公和分布式辦公越來越普及，這需要我們的系統(tǒng)具有擴展性。這種方式遠程訪問需要專門的技術(shù)，同時要對系統(tǒng)進行專門的設(shè)計來處理分布式的數(shù)據(jù)。

客戶端需要安裝專用的客戶端軟件。首先涉及到安裝的工作量，其次任何一臺電腦出問題，如病毒、硬件損壞，都需要進行安裝或維護。特別是有很多分部或?qū)Ｙu店的情況，不是工作量的問題，而是路程的問題。還有，系統(tǒng)軟件升級時，每一臺客戶機需要重新安裝，其維護和升級成本非常高。

對客戶端的操作系統(tǒng)一般也會有限制。可能適應(yīng)于Win98, 但不能用于win2000或Windows XP。或者不適用于微軟新的操作系統(tǒng)等等，更不用說Linux、Unix等。