系統工程
——工程項目的總體技術與管理

曹 松，郭寶柱

（1. 中國航天系統科學與工程研究院，北京，100048；2. 中國科學院國家空間科學中心，北京，100190）

系統工程
——工程項目的總體技術與管理

曹 松1,2，郭寶柱1

（1. 中國航天系統科學與工程研究院，北京，100048；2. 中國科學院國家空間科學中心，北京，100190）

當前在中國工程領域存在系統工程與項目管理概念混淆的問題。從辨析工程的本質入手，理清了系統工程的基本概念，分析了系統工程和項目管理之間的區別與聯系，提出系統工程是工程項目的技術總體與管理的觀點，強調加強總體及管理的重要性，以保證重大工程項目的成功。

系統工程；系統工程管理；項目管理

0 引 言

系統工程和項目管理起源于第2次世界大戰以后的重大國防和航天工程。隨著 “曼哈頓工程”（Manhattan Project）以及五六十年代北極星導彈計劃（Polaris Missile Project）和阿波羅工程（Apollo Project）的成功實施，系統工程和項目管理開始逐步形成獨立的方法體系，并在實踐與研究中不斷發展，成為項目特別是重大高技術工程項目取得成功的兩大“法寶”。

“工程項目”是指以實現復雜技術系統為目標的研發項目，例如，人造衛星、運載火箭、深潛器、新一代戰斗機，以及超級計算機、無人駕駛汽車、智能機器人及新型手機等。重大高技術工程項目實施的全部努力就在性能、成本、進度等制約條件下完成項目目標；而系統工程則是從需求出發研制出能夠在真實環境中滿足使用要求的技術系統。

在中國，系統工程的概念被擴展到是對所有系統都有普遍意義的組織管理方法[1]，例如，軍事系統工程、農業系統工程、法制系統工程等[2]。不同領域的專家學者提出了多種對系統工程的認識和觀點。有的學者認為“廣義的解釋是把系統分析作為系統工程的同意語”[3]，或者將系統工程等同于運籌學；有的學者認為系統工程的主攻方向是研究社會經濟系統的組織管理問題，“系統工程活動是一種決策咨詢活動”[4]；也有的學者提出了“系統工程科學”的概念，強調“系統工程是一個包含從思想、理論、方法論到方法、技術、應用的完整學科體系”[5]。

特別是“某工作是一項系統工程”已經成為一種普遍的說法。這說明在中國系統工程與項目管理這兩個概念經常會被混淆。主要表現為系統工程與項目管理的邊界不清晰，從屬關系不明確，甚至認為二者是等同的?；谶@樣的認識，在系統工程的研究和實踐中，經常被納入項目管理的工作內容，例如，質量管理、經費管理、進度管理甚至人力資源管理等。在這種情況下，系統工程所強調的總體技術與總體管理工作就被通用的項目管理要求淹沒和削弱了，導致重大高技術工程項目在組織實施過程中只重視項目管理而忽略了系統工程，從而面臨失敗的巨大風險。

1 系統工程內涵辨析

1.1 從工程的概念出發辨析系統工程的本質

科學以探索發現為核心，主要是發現、探索研究事物運動的客觀規律，是解決“是什么”的問題；技術意為工藝或技能，以發明革新為核心，著重解決“怎么做”的問題。

工程是工程師的工作或活動，著重解決“做出了什么”的問題[6]，強調改造客觀世界的實際效果[2,6]。技術是工程活動的基本要素，技術從知識形態向實物形態轉化的過程就是工程活動。例如，電子與電氣工程、機械工程、通信工程等均是工程實踐，是利用技術實現產品的工程活動。

重大高技術工程項目都需要多種專業技術的綜合集成，由此在二戰以后系統工程的概念應運而生。因此，系統工程的基本性質首先是工程活動，只不過電子工程、機械工程或軟件工程等是專業工程活動，是專業工程師的工作，而系統工程是系統工程師的工作，是總體技術的工程活動。從歐洲空間標準化組織（European Coorperation for Space Standardizaton，ECSS）的標準能很清晰地看出系統工程與其他專業工程技術之間的關系（見圖1）。

圖1 ECSS標準樹[7]

幾百年來特別是近代，眾多工程活動的最佳實踐通過積累、總結和提升，不斷凝煉為工程活動實施的有效方法。這些方法與其相關背景理論、知識、工具等一起構建出了完整的知識體系，形成了現代大學里的各種工程專業，例如，電子工程專業、機械工程專業、通信工程專業等，而系統工程則是總體設計和總體集成專業。為了顯性地表征出系統工程的方法本質，本文將系統工程表述為系統工程方法。

美國電子工業協會標準EIA 632工作組主席James曾用圖 2[8]來描述各種專業技術方法與系統工程方法在工程項目實施中的關系。

圖2 EIA632標準中系統工程方法與其他專業工程方法對比

1.2 從系統工程的發展演化認識系統工程的概念

1.2.3 統計學方法 應用SPSS 13.0統計軟件包，計量資料用均數、百分比進行描述，組間比較采用t檢驗。

從20世紀50年代開始，國外已經開始關于系統工程概念的討論。1957年出版的《系統工程：大規模系統設計導論》是第1本專門討論系統工程方法的書籍；1962年，霍爾（Arthur Hall）的《系統工程方法論》[9]強調要把系統工程看作一種解決實際問題的程序；1969年，霍爾又提出了系統工程的三維形態分析模型[10]；同年7月，美國空軍頒布了第1個系統工程管理標準 MIL-STD-499 （USAF）；1974年經過修訂的499A標準正式發布，它定義系統工程是“一系列邏輯相關的活動和決策，把使用要求轉換為一組系統性能參數和一個適當系統配置”；NASA認為“系統工程是設計實現一個系統并對其進行技術管理、運行和退役處置的嚴格方法（Approach）”[11]；歐洲航天標準化組織將系統工程定義為“一個跨學科的方法，支配將需求轉化為系統的全部技術工作”[12]；國際系統工程協會定義系統工程是“成功研制系統的一種跨學科的方法（Approach）和手段（Means）[13]”。

中國的系統工程起源于國防科技工業的重大航天工程項目。1962年，中國第1枚自行研制的導彈發射失利以后，經過研究、分析和總結，形成了“重視總體設計”、“充分進行地面試驗”、“嚴格執行研制程序”等具有重要啟發意義的寶貴經驗。此后，主管部門將航天科研機構從“專業院”改為“型號院”，并在各院建立了“總體設計部”。1978年，錢學森總結說：“總體設計部的實踐，體現了一種科學方法，這種科學方法就是系統工程”[2]。這表明在國外對系統工程概念熱烈討論的同時，中國航天也在工程研制實踐中逐步形成了中國系統工程的概念。

中國的系統工程方法從需求出發，綜合多種專業技術，通過全壽命周期分析-綜合-試驗的反復迭代過程，開發出一個滿足使用要求、整體性能優化的系統[14]。

1.3 系統工程既是技術過程也是管理過程

現代幾乎所有人造技術產品都是多個專業技術共同實現的系統，重大高技術工程項目更是如此。系統工程方法在所有相關工程技術活動中，側重于對系統總體問題（即系統構成要素、結構、環境，以及信息交換和反饋機制等）的研究[15]。系統工程方法要求從需求以及系統真實運行環境的約束條件出發，通過分析、權衡和綜合得到系統整體方案，進行功能、性能要求分配，經過從部件、分系統的逐級研制，系統工程方法進行系統集成和系統驗證，最終得到滿足用戶需求的系統產品。這就是系統工程的總體技術活動。

復雜技術系統的研發涉及多個門類的專業技術，綜合成千上萬甚至更多的部件和元器件，歷經由多個階段組成的壽命周期，需要不同團隊人員的參與和協作，因此各種工程技術活動的有序開展，必須通過管理工作的支撐和保證，這是總體技術工程活動的必然要求，這就是系統工程方法的另一個方面：系統工程管理。系統工程管理包括技術流程的確定和系統工程管理計劃，要求管理、技術風險控制、技術狀態控制等。技術管理是項目管理和技術團隊之間的紐帶[11]。

綜上可知，系統工程既是技術過程也是管理過程。以NASA為例，其系統工程手冊[11]定義了17個系統工程過程，其中9個為技術過程，8個為管理過程；而國際系統工程協會系統工程手冊[13]則介紹了 14個技術過程、8個管理過程。

2 系統工程與項目管理的關系

當工程活動，特別是二戰以后規模龐大、復雜的工程技術活動，需要考慮經濟目標，對其施加具體的時間、經費等約束條件的時候，工程活動就變成了以性能指標、成本、進度三要素優化為目標的項目活動。

項目是為創造獨特的產品、服務或成果而進行的階段性工作[16]。項目經理是項目的責任人。項目管理的內容包括整合管理、范圍管理、時間管理、成本管理、質量管理、人力資源管理、溝通管理、風險管理、采購管理和干系人管理。

工程項目的實施需要開展兩類工作：一類是項目的計劃與控制工作，由項目管理人員完成，包括制定項目工作計劃、控制成本和進度、組織與激勵項目團隊、保證產品質量、實施合同管理、控制項目風險等[18]；另一類是工程技術活動，由各級系統工程師負責，包括要求分析、軟硬件設計、制造生產、裝配、集成和試驗等。

系統工程管理本質上是工程項目管理中的技術管理。項目管理的技術、進度和成本目標，是系統工程管理約束條件；系統工程又從技術層面提出對項目管理提供支持，其關系如圖3所示。

圖3 系統工程管理與項目管理的關系

以系統工程管理與項目管理之間的關系為基礎，同時綜合考慮系統工程所涉及的技術總體工作，圖 4描述了系統工程、項目管理與工程項目之間的關系。

圖4 系統工程、項目管理與項目之間的關系

在漢語中，“工程”一詞既可以表示“項目”（Project或Program），例如，三峽工程、南水北調工程、載人航天工程等，也可以表示工程技術活動（Engineering），例如電子工程、控制工程、機械工程。“某工作是一項系統工程”的說法實際上就是指一項以系統科學觀點與方法為指導的工程項目，一方面強調該項工作非常復雜艱巨，另一方面指出要完成好該項目必須采用系統思維，不僅要從整體出發考慮問題，而且要處理方方面面的關系。這里的“系統”強調項目管理的系統觀點，使管理者以整體的視野去認識管理的復雜性，退后一步審視“大畫面”，從而避免就事論事以及“片面”和“近視”的局部思維方式；在技術上重視總體設計，避免技術風險，在新技術不斷涌現的形勢下，持續提升整體的競爭能力。

但是，將“系統性工程項目”混同于系統工程方法，就會把總體技術及技術管理為核心的系統工程方法淹沒在項目管理之中，以至于被忽視。系統工程方法是研制復雜技術系統的成功途徑，是工程項目管理的重要組成部分。在國外國防、航天等工業領域的手冊、指南和標準里，項目管理和系統工程方法兩者都是重要的內容，而且相互關聯。NASA強調，應自覺將系統工程方法置于項目管理的背景下，在項目各制約因素下實踐系統工程方法[11]。所有工程項目必須采用嚴格系統工程方法是美國國防部的強制性政策[19]。系統工程方法幾十年來在工程技術領域迅速發展，在軍用和民用領域都取得了很大的成功。中國航天科技工業管理體制歷經調整變化，研制任務不斷更新換代，而以強調總體設計為核心的系統工程方法一直是中國航天系統研制與管理實踐不變的主旋律，是航天彈、箭、星、船等成功發射的保證。

3 結束語

目前，中國已經確立了建設世界科技強國的宏偉目標，一系列對國家安全、國民經濟發展和科技進步具有深遠影響的重大科技專項和重點研發計劃正在組織實施。面對現代大型高科技工程項目的技術復雜性和風險日益增加的挑戰，系統工程是保障項目成功的重要方法。

明確系統工程與項目管理的關系，特別是強調系統工程方法所代表的總體技術及總體管理的重要性，使其不被淹沒于通用的項目管理要求之中，促進系統工程與項目管理兩種方法體系在研究與實踐中的有機結合，對國家重大專項工程項目的成功和現代化發展具有重要的意義。

[1]錢學森, 許國志, 王壽云. 組織管理的技術——系統工程[N]. 文匯報, 1978-09-27(6).

[2]錢學森. 論系統工程[M]. 長沙：湖南科學技術出版社, 1988.

[3]許國志, 顧基發, 車宏安. 系統科學[M]. 上海: 上?？萍汲霭嫔? 2000.

[4]孫東川. 系統科學與工程研究[M]. 上海: 上海科學教育出版社, 2000.

[5]薛惠鋒, 張駿. 現代系統工程導論[M]. 北京: 國防工業出版社, 2006.

[6]白春禮. 創新驅動發展戰略靠什么支撐？——從科學、技術、工程的概念說起[N]. 光明日報, 2014-5-15(16).

[7]The European Cooperation for Space Standardization, ECSS-Trees-global [EB/OL]. (2014-05-06). http://ecss.nl/standards/ecss-document-tree-and-status/.

[8]ANSI/EIA-632-1999. Processes for engineering a system[S]. Government Electronics and Information Technology Association, USA: 2003.

[9]Hall A D. A methodology for systems engineering[M]. USA: D. Van Nostrand Company, 1962.

[10]Hall A. D. Three-dimensional morphology of systems engineering [J]. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics, 1962, 5(2): 156-160.

[11]NASA. Systems Engineering Handbook (NASA/SP-2007-6105 Rev1) [Z]. Washington D.C., 2007.

[12]ECSS-E-ST-10C. System engineering general requirements[S]. Noordwijk, Netherlands: 2009.

[13]INCOSE. Systems engineering handbook: a guide for system life cycle processes and activities [Z]. San Diego: 2015.

[14]郭寶柱. 系統工程辨析[J]. 航天器工程, 2013, 22(4): 1-6.

[15]林益明, 袁俊剛. 系統工程內涵、過程及框架探討[J]. 航天器工程, 2009, 18(1): 8-12.

[16]項目管理協會. 項目管理知識體系指南（第5版）[M]. 許江林, 等譯.北京: 電子工業出版社, 2013.

Systems Engineering: System Integration & Technical Management in Engineering Projects

Cao Song1,2, Guo Bao-zhu1
(1. China Aerospace Academy for Systems Science and Engineering, Beijing, 100048；2. National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190)

The concept of systems engineering based on the essence of engineering is clarified, the difference and relation between systems engineering and project management are analyzed, and it is concluded that systems engineering is the system design, integration and the technical management in engineering projects. This paper pays emphasis on the importance of systems engineering approach for the successful realization of a major engineering project.

Systems engineering; Systems engineering management; Project management

V57

A

1004-7182(2017)01-0001-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170101

2016-01-09；

2016-01-13

曹 松（1977-），男，博士研究生，副研究員，主要研究方向為空間科學戰略研究、項目管理與系統工程