1.2 系统工程

世界上存在着无数系统，它们虽然千差万别，但存在着一些共性。对这些存在于各个系统中的共性在工程领域进行研究的科学被统称为系统工程。根据ISO/IEC/IEEE 15288:2015的定义，系统工程（Systems Engineering，SE）是一种跨学科的方法，被用来管理如下工作中所需的全部技术和管理活动。

将一组来自各利益相关者的需求、期望和约束等转化为具体的解决方案。

在系统的整个生命周期内支持该解决方案的实现。

图1-2是INCOSE对系统工程与系统的定义。

图1-2 INCOSE对系统工程与系统的定义

从图1-2中我们可以看出，系统工程是一种方法，其研究重点是在预期使用的环境中，在成本、进度和其他约束条件下，在系统的计划生命周期内如何实现利益相关者期望的功能和操作性能。系统工程是一种控制系统生命周期成本的方法，更是一种逻辑思维方式和艺术。

系统工程是开发可运行系统的艺术和科学，能够在一定的约束条件下满足需求。它是一门整体的、综合的学科，各个学科在系统中的贡献被系统地评估和平衡，从而产生一个整体，不再受单一学科视角支配。

系统工程的目标之一是在面对各种约束时寻求安全和平衡的设计，有时候，这些约束来自相互对立的利益。约束也有可能是多重的或相互冲突的，系统工程师应该以优化总体设计为目标，需要精通如何平衡复杂系统中的管理、成本和技术，更需要着眼于大局，不仅要确保设计得正确（满足需求），而且要确保正确地设计（实现运行目标并满足利益相关者的期望）。

系统工程不但能够指导技术开发，也能够在项目的组织和管理中起到关键的作用。管理一个项目的主要目标包括：管理项目的技术、管理项目的团队、管理项目的成本和进度。这几个目标是相互关联、彼此影响的。系统工程的流程主要包括如下4个主流程及包含在其中的30个子流程，如图1-3所示。

图1-3 系统工程的流程

根据ISO/IEC TR 24748-1的定义，一个系统的生命周期从时间维度看，始于需求，终于处置（或称为退役），系统生命周期一共分为6个阶段，如图1-4所示。

系统工程与其他工程学科有许多共同点，比如关注细节、需要对物理现象进行建模和预测性能等。系统工程在如下方面与其他工程学科有着不同之处。

系统工程的关注点不是部件级别的细节，而是系统、子系统和组件。

系统工程强调保持选择的开放性，并在做出决定之前尽量考虑所有可能的选择。

系统工程是一个跨学科的方法和手段，可以确保系统的成功实现。

系统工程的流派有很多，其中影响力较大的有ISO/IEC/IEEE 15228标准和INCOSE。常见的V模型也是系统工程的产物。不同的学科、工程应用中的V模型虽然看似各有不同，但是基本思路颇为相似，只是在具体的名词与侧重点上有所不同，它们之间的主要关系如图1-5所示。

图1-4 ISO/IEC TR 24748-1系统生命周期

图1-5 通用系统生命周期、SIMILAR流程与经典V模型的关系

在图1-5所示的系统工程开发流程对比中，如果从汽车电子电气系统的生命周期角度看，电子电气架构的设计工作主要集中在虚框包含的范围内，但不限于这几个阶段的活动，因为电子电气架构的设计和开发涉及整个系统生命周期内的所有活动。同样的，如果将视角转移到每个子系统，那么每个子系统的开发和设计工作虽然主要集中在前端，但也将覆盖整个流程的各个阶段。

对于复杂系统的开发，尤其是汽车这样涉及多个专业领域、强调高度协同、成本高且周期长的系统，遵循系统工程的方法和理念是目前最优的选择。即使是整车开发流程，本质上也是系统工程在汽车开发中的一种实践。掌握系统工程相关知识是对电子电气架构设计人员的基本要求。