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1.2.2 系統(tǒng)的特性

前面介紹了五種不同類型的系統(tǒng),它們有一些共同的特性。這些特性使得系統(tǒng)能夠被理解和開發(fā)。我們將在接下來的幾個小節(jié)中探討這些問題。

1.系統(tǒng)元素——描述系統(tǒng)結構

任何系統(tǒng)都有自己的結構,這些結構可以被視為一組相互交互的系統(tǒng)元素(System Element),如圖1.2所示。

圖1.2 系統(tǒng)的基本結構:系統(tǒng)元素

圖1.2展示了一個由一組系統(tǒng)元素組成的系統(tǒng),其中系統(tǒng)分為兩種類型:相關系統(tǒng)(System of Interest)和賦能系統(tǒng)(Enabling System)。相關系統(tǒng)指的是正在開發(fā)的系統(tǒng),而賦能系統(tǒng)指的是任何一個與相關系統(tǒng)有所關聯(lián)或與之交互的系統(tǒng)。

這里需要注意的是,系統(tǒng)的結構實際上要比這復雜得多,因為系統(tǒng)元素本身可能被分解成更低級別的系統(tǒng)元素,這將導致其被識別成一個具有多個層次的系統(tǒng)結構。鑒于初次討論,我們會盡可能地減少系統(tǒng)層數(shù),以便簡化解釋過程。本書后面將詳細地討論系統(tǒng),屆時將考慮跨多個層次的結構示例。

接下來的一個關鍵點是系統(tǒng)元素之間的交互。這是理解真實系統(tǒng)與所采用的系統(tǒng)工程的關鍵概念。在考慮系統(tǒng)或系統(tǒng)元素時,重要的是要了解它們將與系統(tǒng)其他元素交互,而不是孤立存在的。在系統(tǒng)工程中,所有事物都存在著關聯(lián),因此理解系統(tǒng)元素之間的關系(構成它們之間交互的基礎)與理解系統(tǒng)元素本身一樣重要。

系統(tǒng)元素之間的交互使得我們可以在它們之間識別和定義接口。了解系統(tǒng)元素之間的接口對于明確和定義所有類型的系統(tǒng)至關重要。除理解接口外,還必須理解流經(jīng)接口的信息或素材(非信息的東西)。

系統(tǒng)結構和接口將在第3章中詳細討論。

2.干系人——描述與系統(tǒng)有關的人或物

系統(tǒng)工程工作的一個關鍵內(nèi)容,就是要了解與系統(tǒng)有關的干系人(Stakeholder),如圖1.3所示。

圖1.3 定義與系統(tǒng)有關的人或物:干系人

圖1.3表明干系人與系統(tǒng)有關。了解干系人是系統(tǒng)工程成功的關鍵,干系人是一個角色,它是與系統(tǒng)有關的人、組織或事物。

理解干系人的時候需要注意一些細節(jié):

?在考慮干系人時,需要考慮的是干系人的角色,而不是與其有關的個人、組織或事物的名稱。例如,有一個叫Jon的人,他擁有一輛汽車,其中與汽車相關的干系人不是Jon,而是Jon在與汽車交互時所扮演的不同角色,例如所有者、司機、乘客、擔保人、維護者等。不同的干系人角色會以不同的方式去看待汽車。因此,重點是與其考慮Jon這個人,不如考慮Jon所扮演的干系人角色。

?干系人不一定是人,也可以是任何事物,比如組織。例如,在考慮汽車系統(tǒng)時,所有者角色可以由Jon這個人擔任,但這輛汽車也可能被企業(yè)所擁有。在這種情況下,企業(yè)扮演了干系人角色。同樣,法律也與汽車有關,這意味著法律也是干系人。

?干系人與擔任該角色的個人、組織或事物之間不是一對一的關系。上面已經(jīng)說明Jon可以擔任多個干系人角色,同樣,多個人也可以承擔相同的干系人角色。例如,考慮與司機一起乘坐車輛的乘客,這種情況下有好幾個人同時擔任相同的干系人角色——乘客。

?干系人和賦能系統(tǒng)一樣,都位于系統(tǒng)邊界之外。如果干系人的定義是與系統(tǒng)有關聯(lián)的一切事物,那么賦能系統(tǒng)實際上就是一種特殊類型的干系人,因為其基本定義是相同的。

識別干系人是系統(tǒng)工程的重要組成部分,因為不同的干系人將從不同的角度來看待同一個系統(tǒng),具體的角度取決于他們所扮演的干系人角色。這就引出了一個重要的上下文概念,本章稍后將對此進行更詳細的討論。

3.特征——描述系統(tǒng)屬性

我們可以通過識別一系列特征(Attribute)來描述給定系統(tǒng)的高級屬性(Property),如圖1.4所示。

圖1.4 描述系統(tǒng)的屬性:特征

圖1.4顯示了系統(tǒng)可以由特征來描述,此處的特征與系統(tǒng)的概念有關。需要注意的是,一個系統(tǒng)會包含許多系統(tǒng)元素,這些特征也適合用來描述系統(tǒng)元素。

特征通常用名詞表示,可以有許多不同的值,具有明確的、預先定義好的類型,也可能具有特定的單位。下面是一些類型較為簡單的特征:

?尺寸,例如長度、寬度和高度,將以實數(shù)的形式輸入,可能會以毫米為單位。

?重量,將以實數(shù)的形式輸入,以千克為單位。

?元素編號,它可能是整數(shù)類型,可能沒有相關的單位。

?名稱,可以是字符或文本類型,可能沒有相關的單位。

特征也可以采用更復雜的類型,例如:

?時間戳,由一組簡單的類型組合在一起成為更復雜的類型。在這種情況下,時間戳可以是日(1~31,整數(shù))、月(1~12,整數(shù))、年(0000以上的整數(shù))、時(1~24,整數(shù))、分(0~59,整數(shù))和秒(0~59,整數(shù))的組合。

?數(shù)據(jù)結構,可以表示符合特定協(xié)議的所有音頻或視頻文件,例如MP3、MP4等。特征幾乎是無限的,因此上面提供的示例旨在拋磚引玉,并不是一份完整列表。

4.邊界——定義系統(tǒng)的范圍

每個系統(tǒng)都至少有一個與之關聯(lián)的邊界(Boundary),它有助于解釋系統(tǒng)的范圍,如圖1.5所示。

圖1.5 定義系統(tǒng)范圍:邊界

圖1.5表明邊界定義了系統(tǒng)的范圍。

邊界的類型有很多種,包括:

?物理邊界,包圍系統(tǒng)的某種外殼,它將系統(tǒng)與外部世界隔開。它可以是一個容納許多系統(tǒng)元素的容器,如汽車的車身、包圍一塊土地的柵欄、一個房間的墻和門等。

?概念邊界,可以想象但不一定能觀察到的非物理邊界。例如,汽車和與之交互的GPS衛(wèi)星之間的邊界,在這種情況下,系統(tǒng)的邊界在哪里呢?是汽車上的發(fā)射器和接收器、衛(wèi)星上的發(fā)射器和接收器,還是傳輸?shù)牟ɑ蛴糜趥鬏數(shù)膮f(xié)議?

?干系人邊界,不同的干系人可能以不同的方式看待系統(tǒng)。因此,系統(tǒng)邊界的位置可能會因干系人而異。再次考慮汽車系統(tǒng)的兩個不同干系人,乘客可能將汽車的邊界視為物理車身或汽車的外殼,而汽車的維護者可能將汽車與衛(wèi)星之間鏈接的概念邊界視為邊界。

系統(tǒng)邊界有助于理解系統(tǒng)的一些關鍵內(nèi)容:

?邊界內(nèi)有什么,了解哪些系統(tǒng)元素在系統(tǒng)邊界內(nèi)、哪些在系統(tǒng)邊界外非常重要。在系統(tǒng)邊界內(nèi)考慮的系統(tǒng)元素將有助于準確定義系統(tǒng)的范圍。

?邊界外有什么,正如理解邊界內(nèi)的內(nèi)容很重要一樣,就系統(tǒng)元素而言,理解系統(tǒng)邊界外的內(nèi)容同樣重要。存在于系統(tǒng)邊界之外的事物被認為是干系人或賦能系統(tǒng),或兩者兼而有之。

?關鍵接口存在的位置,它用來標識跨系統(tǒng)邊界發(fā)生交互時的接口。識別接口是系統(tǒng)工程的重要組成部分,邊界可用于識別系統(tǒng)與外部世界之間的所有接口。

定義給定系統(tǒng)的邊界可能不像看起來那么簡單,因為不同的干系人可能會識別不同的邊界。但這并不一定是問題,我們只需要確保不會因為這些差異而發(fā)生沖突就可以了。

5.需求——系統(tǒng)的目的

每個系統(tǒng)都必須有一個目的,它通過一組需求(Need)來表示,如圖1.6所示。

圖1.6 定義系統(tǒng)的目的:需求

圖1.6顯示系統(tǒng)的目的可以由需求來描述。需求是用來描述系統(tǒng)的概念。圖1.6還顯示了不同類型的需求,這里列出了其中的三種:

?要求(Requirement),要求是對希望系統(tǒng)執(zhí)行某件事的陳述,通常與系統(tǒng)所需的特定功能有關。例如,對汽車的要求可能是司機必須能夠使用制動踏板使汽車減速,汽車必須有安全帶,或者汽車必須以100英里[1]/時的最高速度行駛。

?特性(Feature),特性代表系統(tǒng)更高層次的需求,不一定與特定功能相關,但可能與功能集合相關。例如,汽車必須具有自適應巡航控制系統(tǒng),汽車必須能自動泊車,或者汽車必須具有防撞功能。

?目標(Goal),目標是一種非常高層次的需求,代表了整個系統(tǒng)層面的需求。例如,汽車一次充電可以載一名司機和三名乘客行駛超過300英里的距離。

這里應該強調(diào)的是,有許多不同的術語可用于描述各層面的需求,這些需求因組織和行業(yè)的不同而大相徑庭。例如,術語“能力”(Capability)通常用于航空航天和國防工業(yè),而術語“特性”(Feature)則常用于運輸工業(yè),如汽車和鐵路。從某種程度上看,采用哪種術語并不重要,只要統(tǒng)一即可。

6.約束——限制系統(tǒng)的實現(xiàn)

所有的系統(tǒng)在實現(xiàn)方式上都會受到某種程度的限制,這些限制被稱為約束(Constraint),如圖1.7所示。

圖1.7 定義系統(tǒng)實現(xiàn)的限制:約束

圖1.7表明約束限制了系統(tǒng)的實現(xiàn)。所有系統(tǒng)都會有與之相關的約束,這些約束將限制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。約束通常被分成如下若干類別:

?質(zhì)量約束,幾乎所有系統(tǒng)都存在與最佳實踐出處相關的約束,例如標準。通常需要確定用于交付系統(tǒng)的開發(fā)方法必須遵守的許多標準。這些標準通常與描述整個系統(tǒng)工程方法的開發(fā)流程相關。例如,對于汽車系統(tǒng),汽車行業(yè)經(jīng)常采用的標準是ISO 26262。

?實施約束,這些約束將限制系統(tǒng)的構建方式。這可能會限制使用的材料,例如,汽車可能僅限于由鋁而不是鋼制成的。

?環(huán)境約束,所有系統(tǒng)都必須部署在某個地方,許多系統(tǒng)將在一個自然環(huán)境中定義,這可能會導致某些約束發(fā)揮作用。例如,對于汽車,可能會限制其排放量,以盡量減少對環(huán)境的影響。

?安全約束,幾乎所有系統(tǒng)都會受到這類約束,以確保系統(tǒng)能夠以安全的方式運行,尤其是在出現(xiàn)問題時。例如,汽車可能需要具備在發(fā)生碰撞時保護司機和乘客的功能。以上列表是針對不同類型約束的大致分類,但這絕不是詳盡無遺的。

約束本身可能很復雜,可能會屬于多個不同的類別。例如,對于汽車系統(tǒng),可能存在一個限制,即所使用的所有材料必須是可回收的,這既屬于環(huán)境約束,也屬于實施約束。

其中一些約束適用于系統(tǒng)生命周期的不同階段。系統(tǒng)生命周期是一個重要的概念,將在本書后面的章節(jié)中詳細討論。

約束也經(jīng)常被描述為特殊類型的需求,因為它們經(jīng)常被表示為與特定需求相關,而不是直接與系統(tǒng)本身相關。這將在第6章中詳細地討論,屆時會特別關注需求。

7.系統(tǒng)概念總結

現(xiàn)在匯總一下本節(jié)介紹和討論過的所有概念,以總結它們與系統(tǒng)的關系,如圖1.8所示。

圖1.8 與系統(tǒng)相關的關鍵概念總結

圖1.8總結了本書中使用的與系統(tǒng)相關的關鍵概念。要充分理解這些內(nèi)容,因為從現(xiàn)在開始它們將會頻繁出現(xiàn)。

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