基于价值的系统工程方法

摘要：本文从当代系统工程面临的新问题出发，研究了体系及体系工程的特点。通过对系统工程方法研究路径的辨析，从一般系统论与系统工程的关系的入手，得出体系工程发展面临需要与价值哲学融合的新问题。从系统哲学与系统工程的结合角度，探讨了价值哲学在系统工程中的应用途径，继而提出一种新的系统工程方法-基于价值的系统工程方法。

关键词：系统工程；体系工程；价值哲学；系统工程方法

01 研究背景

经过半个多世纪的发展，现代系统工程目前已经推进发展至体系工程(System-of-Systems Engineering)、复杂体系工程和复杂巨体系工程（以下均简称体系工程）的阶段[1]，在当代社会、经济、工程技术项目中得到了广泛应用，其面对和处理的系统也日益复杂、难度增加。为了应对这种现状，系统工程与快速发展的信息、网络、计算机技术结合出现了新的方法及工具以应对系统工程向体系、复杂体系系统工程转变的需要，比较典型的方法如基于模型的系统工程方法（MBSE）、基于能力的系统工程方法等。虽然系统工程已发展至体系工程阶段以应对当代高度复杂庞大的系统工程问题，但仍存在不足与缺陷，主要体现在系统工程方法的立论指导思想和处理对象性质两方面。

系统工程作为实践性大综合的工程技术，在理论和方法上应具有最大限度的综合性和普适性，而要达到这一要求就离不开作为各种系统性问题之概括、总结和升华的系统哲学的指导。但现代系统工程研究仍主要着眼于系统技术的应用，系统科学特别是系统哲学的理论和方法还没有很好地贯彻于系统工程之中，对系统哲学中的价值问题也没有给予应有的重视，因此，如何将系统哲学、系统科学、系统技术及系统工程融为一体是一个需要研究和解决的问题。

同时，目前体系工程方法思想来源于传统硬系统工程方法论，主要处理的对象是有着相对具体的指标和作用环境的静态系统，而面对对象系统指标无法量化、实体要素尚不明确的新领域、 “软”“硬”结合的工程项目、有着动态发展演化需求的系统或者混沌系统的结构化问题时则显得无能为力。因此，为了应对新技术领域、新产业模式和组织管理理念等的快速出现和迅猛发展过程中所涉及的上述问题，体系工程方法也需要不断发展以保障系统工程的适用性和科学性。

02 体系工程概述

2.1 体系及体系工程

体系为“若干有关事物或某些意识互相联系而构成的一个整体”。在系统科学和系统工程领域，“体系”的英文为System of System(SOS)，用来与一般的系统（System）区别。

一个系统能称之为体系需要符合几个条件，包括，成员系统具有自我组织管理和行为目的，即便离开了整体系统也能发挥自身功能和能力。成员系统整合为一个大系统，使之成为超越各成员系统能力、功能更强大的集成系统[2]。Maier认为体系判据是无论成员系统多么复杂，成员系统必须独立运行和管理。例如，立体空战体系是一个体系，其成员至少包括地（海）雷达系统、防空导弹系统、飞机系统、空中预警指挥系统等，各系统都能够独立运行和管理，但是任意系统则不是体系，以飞机系统为例，其组成部件传感器、雷达、导弹等都不能独立运行和管理，需要相互配合才能完成作战功能。

表1 系统与体系的属性对比

要素	系统	体系
组成	由要素及要素间关系组成	由系统及其交互过程组成
价值目标	一元	多元
架构	相对稳定	持续更新配置
边界	静态的、预先定义的	模糊的、变化的
组分的耦合性	元素或组分之间紧耦合，一体化	系统与系统之间松耦合
功能多样性	相对稳定的功能模式	具有较强的多样性
生命周期	具有明确设计周期	无明确定义或无时限
形成途径	先设计后开发	通过现存系统的交互和演化实现
需求	单系统构成，需求明确	多系统集成，动态性需求
工程化途径	系统工程	体系工程

对体系而言，一般有两个以上的利益主体共同干预体系的运行，当成员系统各自的利益有矛盾甚至完全对立时，各主体间的决策和交互过程会呈现非常复杂的情况。进一步地，成员系统不确定的行为方式以及非线性的交互作用将导致不可预见的涌现性。Sage和Cupan总结了体系的五个特征为，独立运行、独立管理、地理分散、演化发展、涌现行为[4]。

体系工程是指多个系统经过设计、配置运行和转换，形成集成的、复杂的体系，这些系统自身也是自治的复杂系统，但它们在技术、环境、运行、地理及框架等方面却不尽相同。体系工程领域的一般性观点为，体系源于系统科学，是系统科学关于软系统和硬系统研究的综合，是对大规模、超复杂系统的研究[8]。

2.2 体系工程的特征

体系工程与传统系统工程及复杂系统工程相比，其研究对象和处理逻辑均有所不同，最根本区别在于传统系统工程的设计目标为系统，而体系工程所考虑的是构建系统持续改进和优化的环境与过程，也就是说体系工程的关键和核心在于在对系统进行构件过程和方法设计，使系统具有动态发展和演化能力，保证系统的发展的可持续性。体系工程的出现使系统的设计环境和手段有所不同，但这并不意味着传统的方法（论）失去了用武之地，虽然体系工程问题需要采用复杂系统工程方法，但传统系统工程方法仍然是简单低层次系统和复杂系统分析的有效手段，可以用来处理复杂性较低的系统及过程，或者系统要素之间的关系，而复杂系统工程方法用来处理系统、系统要素/部件之间的集成问题。总的来说现代体系工程需要两种系统工程方法相互配合，共同作用。

03 研究路径

随着系统工程发展至体系工程阶段，传统的系统工程方法已不能满足体系工程面临的新问题，因此急需针对新问题及其特点开展新的系统工程方法研究，但在如何开展研究，研究的切入点在哪，是一个首先需进行辨析的问题。

对照发展历史与研究现状，从一般系统论、系统科学与系统工程的出现与发展角度，探讨各自特点与相互关系对于系统工程方法的发展具有指导意义，即系统工程与一般系统论、系统科学之间的关系是什么，系统工程方法研究的思考源头在哪？

系统论的创始人贝塔朗菲把一般系统论分为系统哲学、系统科学和系统技术三个层次[1]，一般系统论与各种应用学科相联系就产生了系统工程。这意味着：一、系统工程不是系统科学的分支，也不是系统科学的应用技术，分别具有专门的研究领域；二、系统工程作为一门为解决现代大型复杂工程所产生的工程技术，不仅是系统科学和系统技术在实践中与应用学科结合的结果，也是系统哲学在工程实践中的体现，也就是说系统工程中包含着对系统哲学的分析和应用。

首先，系统科学与系统工程有联系也有各自的特点，其研究领域也不尽相同。

系统科学是真理取向的，在于揭示客观现实所遵循的一般规律，因而具有共相的特点，而系统工程都是殊相的，具有当时、当地性[5]。虽然系统工程遵循系统科学理论，但在具体实践中，有很多个性的特征是系统科学理论无法穷尽的，即便是规模较小的系统工程，也可能会有系统科学理论所覆盖不到的盲区，都需要在系统工程理论和方法上不断创新。

系统理论并不能统摄实践活动的全过程，仅起到约束条件和实现手段的作用。系统工程理论并非系统科学理论的子集，也不是系统科学理论的应用部分。系统工程的原理和系统科学的原理具有本质上的不同，主要体现在规律与规则之别上。系统科学原理揭示的是系统所遵循的客观规律，而系统工程原理则是组织管理系统的一套规则。

其次，系统工程中包含着对系统哲学的分析和应用。贝塔朗菲和拉洛兹都认为，‘系统哲学包括系统本体论、系统认识论和系统价值论三部分’[6]。那么系统哲学在系统工程中的应用不但包含系统本体论和系统认识论在系统工程中的应用，而且包含着系统价值论在系统工程中的应用。

价值具有理念导向和评判标准的作用，凡是有意识的实践活动都受到价值判断的引导[3]，因价值判断的不同而导致的行动结果有天壤之别，系统工程作为一门实践性的工程技术也不例外。

体系与系统在价值目标上的区别在于一元与多元的差别。体系工程属于多价值目标的系统工程，而对于多价值目标，则需要建立一个包括有关价值准则及其优先顺序的价值体系，没有一致公认的价值体系，就不可能进行方案的选择，更不可能进行综合集成。因此，如何构建这个价值体系就成为体系工程开展研究的出发点。

再者，从系统与体系的需求、架构等要素差别看，传统系统工程的设计目标为单个系统，而体系工程所考虑的是如何构建系统持续改进和优化的环境与过程，也就是要求系统具有动态化发展的能力。因此传统系统工程的系统构建关注和方法要点在于要素的分解及方法，而体系工程的体系构建要点不仅在于要素的分解，更要求关注要素的再集成与系统演化条件和方法。

综上所述，体系工程是系统工程发展的新阶段，有着特定的研究领域和理论体系，这门学问研究的入手点在于价值哲学的分析与融合，与传统系统工程方法的显著区别在于对体系动态性发展与演化性的关注与表征。

04 基于价值的系统工程方法

为了应对体系工程面临的价值问题，本文提出一种新的系统工程方法，即基于价值的系统工程方法。这种新的系统工程方法将价值论、价值哲学与系统工程相结合，把系统哲学中的价值问题融入到系统工程及方法论中，实现了系统哲学、系统技术与系统工程等不同层次科学技术的一体化，弥补了传统系统工程方法在处理实际工程问题上的短板。

4.1 价值问题的哲学分析

既然价值体系的构建是体系工程研究的出发点，那么从系统哲学与系统工程的结合角度出发，探讨系统价值论在系统工程中的应用途径就成为首要议题。

一般而言，价值是指主体的某种需要与满足需要的客体属性的特定方面的界面，它是客观的，但又与人们受一定社会历史条件所制约的需要、利益、兴趣、愿望等密切相关。价值分为定性的和定量的两种，定性的以序进行比较，定量的以效能表示。理念指上升到理性高度的观念，理念是诸多具体观念的凝聚。那么价值理念就反映的是有关价值的取向和评判标准，源于客观世界而又表现在主观意识之中，是人们在长期的工程实践的基础上，经过深入理性思考后形成的对社会、经济、工程技术等发展规律、发展趋势和有关的信念、愿景的集中概括和升华[3]。因此，价值理念在工程活动中的作用具有根本性、指导性、全局性的特点[5]，可保证其所指导构建的系统在具有相对独立性的同时能更好的融入外部系统和环境，也正因如此所构建系统的生命周期会更长，运行维护成本也会更低，整体效率也更好。这是本文研究系统工程方法的思想源头。

通常价值理念对于具体问题的趋势指导性和原则判断性体现在几个方面。首先是“要做什么”，这是关于工程活动愿景规划；其次是“怎么做”，这是对活动方法、路径的总体规划；第三是“能否做”，包括对使用的手段、方法是否正确、合理，活动的对象是否达到预期等进行预判和评价。这三方面中第三项是实施困难和关键的，因为这直接涉及人的主观观念，对工程活动而言会形成不同部门和人员之间的观念碰撞与辩论，很难直接形成结果，正如著名教育家、哲学家杜威曾指出：“人类生活中一切令人困惑的境况归根到底都是由于我们真的难以形成关于具体情境中的价值的判断。”[7]因此，基于价值理念指导的工程活动需要首先形成一个有关价值准则及其优先顺序的价值体系，作为指导工程活动开展的基本原则和判据。

需要指出的是价值理念是一个具有多元属性的体系结构，既包括功利价值，也包括超功利价值，也就是人文价值。功利价值表明了工程的实用性，是工程目的得以实现的基本前提；超功利价值表明了工程活动过程、手段和结果的品味与格调，反映的是工程的人文内涵，体现的是参与工程活动的主体人对宇宙万物、道德伦理、文化艺术、历史现实的理解。属性特征为价值体系的结构化提供了基本依据和内容。

综上所述，既然系统工程方法的研究需要价值的参与，而如何参与，也就是关于价值理念运用的方法又是如何呢？这就需要从系统工程的基本原理和方法中去寻找答案。

系统工程的核心在于运用理论、方法和技术使系统客体在整体上达到最优化的效果，同时系统工程的三大原则，整体性原则、综合性原则和最优化原则之一的最优化，也可以理解为系统价值的最大化[3]。因而，作为系统工程方法核心的系统分析，不仅需要对物质事实进行分析，需要对研究逻辑进行分析，更需要对系统价值理念进行分析。

对于系统工程方法的构建来说，价值系统的分析重点在于价值结构和价值过程的分析。

首先工程活动一般都是以多种价值为目标的，比如以经济效益为主要价值目标，可持续发展、技术水平领先等价值为次要目标，同时兼顾环境友好，人文品味等其他价值，但从系统的观点看，无论工程活动的价值理念如何，系统价值系统都可以归纳看作一个由利益、公正、自由三大类价值构成的系统[3]，只不过针对不同工程活动及活动的不同阶段，这三种价值的具体构成和权重有所不同，也就是说价值构成存在演化发展的特性。在这个系统结构中，利益、公正、自由三大类价值可看作价值系统中的三个基本子系统，每一个子系统又可以分解为更低层次的系统。所以，由于这种价值系统及其结构的共性和相似性，使得系统工程中价值体系可以看作一个由多种价值、多层价值构成的等级结构，同时具有多阶递进、动态演化的系统特征。

系统工程的原则之一最优化原则，可理解为系统价值的最大化，要达到此目的的关键就在于系统价值结构的科学化和合理化。合理化要求价值系统中的各个子系统及各个价值要素尽可能充分发挥其功能。科学化就是依据协同学原理，通过控制按照某种规则使价值系统中的各个子系统之间密切合作，彼此协同，从而增加价值系统的有序程度，以实现整体最优化。

其次，现代科学的本质和意义在于“始于问题、关于问题和解决问题”，而问题无非三大类，揭示现象、原因和本质的事实问题，回答现实、理想、活动应怎样进行的价值问题，及解决目标、决策、活动如何进行的实践问题[9]。系统工程作为现代科学体系中的一门综合性工程技术，其使命与意义也在于此。

价值过程分析所要确定的事实应是作为价值赖以产生的前提和已有的基础，再将这种事实现状与预定的任务目标相比较，发现差距、问题及其原因、实质和症结，随后采用科学的决策和设计方法进行“应怎样”的价值创新，最后开展实践性问题的活动，通过可行性分析和操作性定义，确定方案及具体实施计划，其实施要点在对抽象概念的具体化转换。基本过程为先将选定的方案进行概念转换（将抽象概念转换成具体概念），然后对具体概念进行分解，按照系统地观点，将大概念分解成若干小概念，随后再通过操作性定义，将小概念分别转换成可量化、验证的指标。

4.2 基于价值的系统工程方法

基于价值的系统工程方法主要用于，构建指标无法量化和实体要素尚不明确的新领域、有着动态发展和演化需求的系统建立，处理“软”、“硬”特征兼有的工程项目以及混沌系统的结构化等问题。

其方法一般过程为，从关注价值结构到关注能力要求，再到关注系统结构至关注系统演化，见图1。

图1 基于价值的系统工程方法

首先对目标系统的价值理念进行价值分析，将其结构化形成一个有关价值准则及其不同权重的价值系统；然后将价值要素物化，转化为支撑能力并形成能力组合或能力步骤；随后以体系发展规划与系统实现可能性为依据，将能力要素作为系统结构基本因子，通过选择和再组合构建系统组；最后是系统的动态发展与演化，通过技术群的建立和系统能力关键要素的识别，实现系统组的不断进化和体系结构的优化。总体上可以认为这是一个价值概念系统物化的过程。

基于价值的系统工程方法的内涵和特征在于：

a）价值理念的结构化包括对功利价值和人文价值的结构化，从需要、能力、工具、对象四个方面对价值内涵的能力需求与实现方法和工具进行分析，以“利益”、“公正”和“自由”作为价值系统中的三个基本的子系统，对于工程技术系统，使用霍尔三维结构以“物质-能量-信息”的系统观对每个子系统进行结构化，这样就形成一个由多种价值、多层价值形成的等级结构，同时具备多阶递进的动态演化特征。

b）价值要素转化为支撑能力的过程是概念要素的工程化的过程，针对价值系统的价值要素，从对目标系统的客观现实和趋势分析结果出发，提出价值要素的工程物化要素，以能力的实现形态或发展步骤形式定性或定量表征。

c）系统以支撑能力的要素为基本结构单元，不同支撑能力要素的组合可以形成一系列具有不同能力实现形态或发展阶段的系统组，这种系统构建方式本质上是组建了满足不同价值要素、具有不同权重价值理念的系统组，较好的符合了工程系统不断发展完善的动态演化需求，为不同权重价值子系统的存在、协同找到了理论方法上的依据和途径。

d）技术群的组建和关键项目识别是支撑能力的物质基础和界定条件。能力是客体对象所具有的能量的外在表现，在工程项目中以技术、方法体现，因此，技术群作为与支撑能力层平行的层次结构，具有无价值属性的特征，使得技术群具有极好的包容性。关键项目是技术群的子集，其识别特征在于对支撑能力表征结果和系统演化的决定性，也就是说关键项目决定了能力要素的可能性和系统演化发展的可行性。体系结构要素之间的逻辑关系如图2所示。

图2 体系结构要素的逻辑关系

e）技术群组建和管理的一般方法为，使用数据库查询和专家咨询等方式，尽可能搜集满足支撑能力的所有技术项目、管理方法及工具，对搜集结果进行分类、综合和优化，遴选识别关键项目，对其进行评估、分级，如技术成熟度评估、集成成熟度评估等，建立技术群信息识别系统保证系统构建和体系演化发展。

05 结束语

一种系统工程方法的成熟除了需要坚实的理论基础外，还需要不断在工程实践中得到检验和完善。通过理论上的探索和方法论上的创新，本文提出了基于价值的系统工程方法，希望能够为当代系统工程的开展提供方法和路径上的启示，也期望能够在工程实践中得到广泛应用给予反馈并逐步成熟起来。