1.2.2 系统的特性

前面介绍了五种不同类型的系统，它们有一些共同的特性。这些特性使得系统能够被理解和开发。我们将在接下来的几个小节中探讨这些问题。

1.系统元素——描述系统结构

任何系统都有自己的结构，这些结构可以被视为一组相互交互的系统元素（System Element），如图1.2所示。

图1.2展示了一个由一组系统元素组成的系统，其中系统分为两种类型：相关系统（System of Interest）和赋能系统（Enabling System）。相关系统指的是正在开发的系统，而赋能系统指的是任何一个与相关系统有所关联或与之交互的系统。

这里需要注意的是，系统的结构实际上要比这复杂得多，因为系统元素本身可能被分解成更低级别的系统元素，这将导致其被识别成一个具有多个层次的系统结构。鉴于初次讨论，我们会尽可能地减少系统层数，以便简化解释过程。本书后面将详细地讨论系统，届时将考虑跨多个层次的结构示例。

接下来的一个关键点是系统元素之间的交互。这是理解真实系统与所采用的系统工程的关键概念。在考虑系统或系统元素时，重要的是要了解它们将与系统其他元素交互，而不是孤立存在的。在系统工程中，所有事物都存在着关联，因此理解系统元素之间的关系（构成它们之间交互的基础）与理解系统元素本身一样重要。

系统元素之间的交互使得我们可以在它们之间识别和定义接口。了解系统元素之间的接口对于明确和定义所有类型的系统至关重要。除理解接口外，还必须理解流经接口的信息或素材（非信息的东西）。

系统结构和接口将在第3章中详细讨论。

2.干系人——描述与系统有关的人或物

系统工程工作的一个关键内容，就是要了解与系统有关的干系人（Stakeholder），如图1.3所示。

图1.3表明干系人与系统有关。了解干系人是系统工程成功的关键，干系人是一个角色，它是与系统有关的人、组织或事物。

理解干系人的时候需要注意一些细节：

❍在考虑干系人时，需要考虑的是干系人的角色，而不是与其有关的个人、组织或事物的名称。例如，有一个叫Jon的人，他拥有一辆汽车，其中与汽车相关的干系人不是Jon，而是Jon在与汽车交互时所扮演的不同角色，例如所有者、司机、乘客、担保人、维护者等。不同的干系人角色会以不同的方式去看待汽车。因此，重点是与其考虑Jon这个人，不如考虑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，比如组织。例如，在考虑汽车系统时，所有者角色可以由Jon这个人担任，但这辆汽车也可能被企业所拥有。在这种情况下，企业扮演了干系人角色。同样，法律也与汽车有关，这意味着法律也是干系人。

❍干系人与担任该角色的个人、组织或事物之间不是一对一的关系。上面已经说明Jon可以担任多个干系人角色，同样，多个人也可以承担相同的干系人角色。例如，考虑与司机一起乘坐车辆的乘客，这种情况下有好几个人同时担任相同的干系人角色——乘客。

❍干系人和赋能系统一样，都位于系统边界之外。如果干系人的定义是与系统有关联的一切事物，那么赋能系统实际上就是一种特殊类型的干系人，因为其基本定义是相同的。

识别干系人是系统工程的重要组成部分，因为不同的干系人将从不同的角度来看待同一个系统，具体的角度取决于他们所扮演的干系人角色。这就引出了一个重要的上下文概念，本章稍后将对此进行更详细的讨论。

3.特征——描述系统属性

我们可以通过识别一系列特征（Attribute）来描述给定系统的高级属性（Property），如图1.4所示。

图1.4显示了系统可以由特征来描述，此处的特征与系统的概念有关。需要注意的是，一个系统会包含许多系统元素，这些特征也适合用来描述系统元素。

特征通常用名词表示，可以有许多不同的值，具有明确的、预先定义好的类型，也可能具有特定的单位。下面是一些类型较为简单的特征：

❍尺寸，例如长度、宽度和高度，将以实数的形式输入，可能会以毫米为单位。

❍重量，将以实数的形式输入，以千克为单位。

❍元素编号，它可能是整数类型，可能没有相关的单位。

❍名称，可以是字符或文本类型，可能没有相关的单位。

特征也可以采用更复杂的类型，例如：

❍时间戳，由一组简单的类型组合在一起成为更复杂的类型。在这种情况下，时间戳可以是日（1～31，整数）、月（1～12，整数）、年（0000以上的整数）、时（1～24，整数）、分（0～59，整数）和秒（0～59，整数）的组合。

❍数据结构，可以表示符合特定协议的所有音频或视频文件，例如MP3、MP4等。特征几乎是无限的，因此上面提供的示例旨在抛砖引玉，并不是一份完整列表。

4.边界——定义系统的范围

每个系统都至少有一个与之关联的边界（Boundary），它有助于解释系统的范围，如图1.5所示。

图1.5表明边界定义了系统的范围。

边界的类型有很多种，包括：

❍物理边界，包围系统的某种外壳，它将系统与外部世界隔开。它可以是一个容纳许多系统元素的容器，如汽车的车身、包围一块土地的栅栏、一个房间的墙和门等。

❍概念边界，可以想象但不一定能观察到的非物理边界。例如，汽车和与之交互的GPS卫星之间的边界，在这种情况下，系统的边界在哪里呢？是汽车上的发射器和接收器、卫星上的发射器和接收器，还是传输的波或用于传输的协议？

❍干系人边界，不同的干系人可能以不同的方式看待系统。因此，系统边界的位置可能会因干系人而异。再次考虑汽车系统的两个不同干系人，乘客可能将汽车的边界视为物理车身或汽车的外壳，而汽车的维护者可能将汽车与卫星之间链接的概念边界视为边界。

系统边界有助于理解系统的一些关键内容：

❍边界内有什么，了解哪些系统元素在系统边界内、哪些在系统边界外非常重要。在系统边界内考虑的系统元素将有助于准确定义系统的范围。

❍边界外有什么，正如理解边界内的内容很重要一样，就系统元素而言，理解系统边界外的内容同样重要。存在于系统边界之外的事物被认为是干系人或赋能系统，或两者兼而有之。

❍关键接口存在的位置，它用来标识跨系统边界发生交互时的接口。识别接口是系统工程的重要组成部分，边界可用于识别系统与外部世界之间的所有接口。

定义给定系统的边界可能不像看起来那么简单，因为不同的干系人可能会识别不同的边界。但这并不一定是问题，我们只需要确保不会因为这些差异而发生冲突就可以了。

5.需求——系统的目的

每个系统都必须有一个目的，它通过一组需求（Need）来表示，如图1.6所示。

图1.6显示系统的目的可以由需求来描述。需求是用来描述系统的概念。图1.6还显示了不同类型的需求，这里列出了其中的三种：

❍要求（Requirement），要求是对希望系统执行某件事的陈述，通常与系统所需的特定功能有关。例如，对汽车的要求可能是司机必须能够使用制动踏板使汽车减速，汽车必须有安全带，或者汽车必须以100英里[1]/时的最高速度行驶。

❍特性（Feature），特性代表系统更高层次的需求，不一定与特定功能相关，但可能与功能集合相关。例如，汽车必须具有自适应巡航控制系统，汽车必须能自动泊车，或者汽车必须具有防撞功能。

❍目标（Goal），目标是一种非常高层次的需求，代表了整个系统层面的需求。例如，汽车一次充电可以载一名司机和三名乘客行驶超过300英里的距离。

这里应该强调的是，有许多不同的术语可用于描述各层面的需求，这些需求因组织和行业的不同而大相径庭。例如，术语“能力”（Capability）通常用于航空航天和国防工业，而术语“特性”（Feature）则常用于运输工业，如汽车和铁路。从某种程度上看，采用哪种术语并不重要，只要统一即可。

6.约束——限制系统的实现

所有的系统在实现方式上都会受到某种程度的限制，这些限制被称为约束（Constraint），如图1.7所示。

图1.7表明约束限制了系统的实现。所有系统都会有与之相关的约束，这些约束将限制系统的实现方式。约束通常被分成如下若干类别：

❍质量约束，几乎所有系统都存在与最佳实践出处相关的约束，例如标准。通常需要确定用于交付系统的开发方法必须遵守的许多标准。这些标准通常与描述整个系统工程方法的开发流程相关。例如，对于汽车系统，汽车行业经常采用的标准是ISO 26262。

❍实施约束，这些约束将限制系统的构建方式。这可能会限制使用的材料，例如，汽车可能仅限于由铝而不是钢制成的。

❍环境约束，所有系统都必须部署在某个地方，许多系统将在一个自然环境中定义，这可能会导致某些约束发挥作用。例如，对于汽车，可能会限制其排放量，以尽量减少对环境的影响。

❍安全约束，几乎所有系统都会受到这类约束，以确保系统能够以安全的方式运行，尤其是在出现问题时。例如，汽车可能需要具备在发生碰撞时保护司机和乘客的功能。以上列表是针对不同类型约束的大致分类，但这绝不是详尽无遗的。

约束本身可能很复杂，可能会属于多个不同的类别。例如，对于汽车系统，可能存在一个限制，即所使用的所有材料必须是可回收的，这既属于环境约束，也属于实施约束。

其中一些约束适用于系统生命周期的不同阶段。系统生命周期是一个重要的概念，将在本书后面的章节中详细讨论。

约束也经常被描述为特殊类型的需求，因为它们经常被表示为与特定需求相关，而不是直接与系统本身相关。这将在第6章中详细地讨论，届时会特别关注需求。

7.系统概念总结

现在汇总一下本节介绍和讨论过的所有概念，以总结它们与系统的关系，如图1.8所示。

图1.8总结了本书中使用的与系统相关的关键概念。要充分理解这些内容，因为从现在开始它们将会频繁出现。