系统工程——工程项目的总体技术与管理

曹 松，郭宝柱

（1. 中国航天系统科学与工程研究院，北京，100048；2. 中国科学院国家空间科学中心，北京，100190）

系统工程
——工程项目的总体技术与管理

曹 松1,2，郭宝柱1

（1. 中国航天系统科学与工程研究院，北京，100048；2. 中国科学院国家空间科学中心，北京，100190）

当前在中国工程领域存在系统工程与项目管理概念混淆的问题。从辨析工程的本质入手，理清了系统工程的基本概念，分析了系统工程和项目管理之间的区别与联系，提出系统工程是工程项目的技术总体与管理的观点，强调加强总体及管理的重要性，以保证重大工程项目的成功。

系统工程；系统工程管理；项目管理

0 引 言

系统工程和项目管理起源于第2次世界大战以后的重大国防和航天工程。随着 “曼哈顿工程”（Manhattan Project）以及五六十年代北极星导弹计划（Polaris Missile Project）和阿波罗工程（Apollo Project）的成功实施，系统工程和项目管理开始逐步形成独立的方法体系，并在实践与研究中不断发展，成为项目特别是重大高技术工程项目取得成功的两大“法宝”。

“工程项目”是指以实现复杂技术系统为目标的研发项目，例如，人造卫星、运载火箭、深潜器、新一代战斗机，以及超级计算机、无人驾驶汽车、智能机器人及新型手机等。重大高技术工程项目实施的全部努力就在性能、成本、进度等制约条件下完成项目目标；而系统工程则是从需求出发研制出能够在真实环境中满足使用要求的技术系统。

在中国，系统工程的概念被扩展到是对所有系统都有普遍意义的组织管理方法[1]，例如，军事系统工程、农业系统工程、法制系统工程等[2]。不同领域的专家学者提出了多种对系统工程的认识和观点。有的学者认为“广义的解释是把系统分析作为系统工程的同意语”[3]，或者将系统工程等同于运筹学；有的学者认为系统工程的主攻方向是研究社会经济系统的组织管理问题，“系统工程活动是一种决策咨询活动”[4]；也有的学者提出了“系统工程科学”的概念，强调“系统工程是一个包含从思想、理论、方法论到方法、技术、应用的完整学科体系”[5]。

特别是“某工作是一项系统工程”已经成为一种普遍的说法。这说明在中国系统工程与项目管理这两个概念经常会被混淆。主要表现为系统工程与项目管理的边界不清晰，从属关系不明确，甚至认为二者是等同的。基于这样的认识，在系统工程的研究和实践中，经常被纳入项目管理的工作内容，例如，质量管理、经费管理、进度管理甚至人力资源管理等。在这种情况下，系统工程所强调的总体技术与总体管理工作就被通用的项目管理要求淹没和削弱了，导致重大高技术工程项目在组织实施过程中只重视项目管理而忽略了系统工程，从而面临失败的巨大风险。

1 系统工程内涵辨析

1.1 从工程的概念出发辨析系统工程的本质

科学以探索发现为核心，主要是发现、探索研究事物运动的客观规律，是解决“是什么”的问题；技术意为工艺或技能，以发明革新为核心，着重解决“怎么做”的问题。

工程是工程师的工作或活动，着重解决“做出了什么”的问题[6]，强调改造客观世界的实际效果[2,6]。技术是工程活动的基本要素，技术从知识形态向实物形态转化的过程就是工程活动。例如，电子与电气工程、机械工程、通信工程等均是工程实践，是利用技术实现产品的工程活动。

重大高技术工程项目都需要多种专业技术的综合集成，由此在二战以后系统工程的概念应运而生。因此，系统工程的基本性质首先是工程活动，只不过电子工程、机械工程或软件工程等是专业工程活动，是专业工程师的工作，而系统工程是系统工程师的工作，是总体技术的工程活动。从欧洲空间标准化组织（European Coorperation for Space Standardizaton，ECSS）的标准能很清晰地看出系统工程与其他专业工程技术之间的关系（见图1）。

图1 ECSS标准树[7]

几百年来特别是近代，众多工程活动的最佳实践通过积累、总结和提升，不断凝炼为工程活动实施的有效方法。这些方法与其相关背景理论、知识、工具等一起构建出了完整的知识体系，形成了现代大学里的各种工程专业，例如，电子工程专业、机械工程专业、通信工程专业等，而系统工程则是总体设计和总体集成专业。为了显性地表征出系统工程的方法本质，本文将系统工程表述为系统工程方法。

美国电子工业协会标准EIA 632工作组主席James曾用图 2[8]来描述各种专业技术方法与系统工程方法在工程项目实施中的关系。

图2 EIA632标准中系统工程方法与其他专业工程方法对比

1.2 从系统工程的发展演化认识系统工程的概念

1.2.3 统计学方法 应用SPSS 13.0统计软件包，计量资料用均数、百分比进行描述，组间比较采用t检验。

从20世纪50年代开始，国外已经开始关于系统工程概念的讨论。1957年出版的《系统工程：大规模系统设计导论》是第1本专门讨论系统工程方法的书籍；1962年，霍尔（Arthur Hall）的《系统工程方法论》[9]强调要把系统工程看作一种解决实际问题的程序；1969年，霍尔又提出了系统工程的三维形态分析模型[10]；同年7月，美国空军颁布了第1个系统工程管理标准 MIL-STD-499 （USAF）；1974年经过修订的499A标准正式发布，它定义系统工程是“一系列逻辑相关的活动和决策，把使用要求转换为一组系统性能参数和一个适当系统配置”；NASA认为“系统工程是设计实现一个系统并对其进行技术管理、运行和退役处置的严格方法（Approach）”[11]；欧洲航天标准化组织将系统工程定义为“一个跨学科的方法，支配将需求转化为系统的全部技术工作”[12]；国际系统工程协会定义系统工程是“成功研制系统的一种跨学科的方法（Approach）和手段（Means）[13]”。

中国的系统工程起源于国防科技工业的重大航天工程项目。1962年，中国第1枚自行研制的导弹发射失利以后，经过研究、分析和总结，形成了“重视总体设计”、“充分进行地面试验”、“严格执行研制程序”等具有重要启发意义的宝贵经验。此后，主管部门将航天科研机构从“专业院”改为“型号院”，并在各院建立了“总体设计部”。1978年，钱学森总结说：“总体设计部的实践，体现了一种科学方法，这种科学方法就是系统工程”[2]。这表明在国外对系统工程概念热烈讨论的同时，中国航天也在工程研制实践中逐步形成了中国系统工程的概念。

中国的系统工程方法从需求出发，综合多种专业技术，通过全寿命周期分析-综合-试验的反复迭代过程，开发出一个满足使用要求、整体性能优化的系统[14]。

1.3 系统工程既是技术过程也是管理过程

现代几乎所有人造技术产品都是多个专业技术共同实现的系统，重大高技术工程项目更是如此。系统工程方法在所有相关工程技术活动中，侧重于对系统总体问题（即系统构成要素、结构、环境，以及信息交换和反馈机制等）的研究[15]。系统工程方法要求从需求以及系统真实运行环境的约束条件出发，通过分析、权衡和综合得到系统整体方案，进行功能、性能要求分配，经过从部件、分系统的逐级研制，系统工程方法进行系统集成和系统验证，最终得到满足用户需求的系统产品。这就是系统工程的总体技术活动。

复杂技术系统的研发涉及多个门类的专业技术，综合成千上万甚至更多的部件和元器件，历经由多个阶段组成的寿命周期，需要不同团队人员的参与和协作，因此各种工程技术活动的有序开展，必须通过管理工作的支撑和保证，这是总体技术工程活动的必然要求，这就是系统工程方法的另一个方面：系统工程管理。系统工程管理包括技术流程的确定和系统工程管理计划，要求管理、技术风险控制、技术状态控制等。技术管理是项目管理和技术团队之间的纽带[11]。

综上可知，系统工程既是技术过程也是管理过程。以NASA为例，其系统工程手册[11]定义了17个系统工程过程，其中9个为技术过程，8个为管理过程；而国际系统工程协会系统工程手册[13]则介绍了 14个技术过程、8个管理过程。

2 系统工程与项目管理的关系

当工程活动，特别是二战以后规模庞大、复杂的工程技术活动，需要考虑经济目标，对其施加具体的时间、经费等约束条件的时候，工程活动就变成了以性能指标、成本、进度三要素优化为目标的项目活动。

项目是为创造独特的产品、服务或成果而进行的阶段性工作[16]。项目经理是项目的责任人。项目管理的内容包括整合管理、范围管理、时间管理、成本管理、质量管理、人力资源管理、沟通管理、风险管理、采购管理和干系人管理。

工程项目的实施需要开展两类工作：一类是项目的计划与控制工作，由项目管理人员完成，包括制定项目工作计划、控制成本和进度、组织与激励项目团队、保证产品质量、实施合同管理、控制项目风险等[18]；另一类是工程技术活动，由各级系统工程师负责，包括要求分析、软硬件设计、制造生产、装配、集成和试验等。

系统工程管理本质上是工程项目管理中的技术管理。项目管理的技术、进度和成本目标，是系统工程管理约束条件；系统工程又从技术层面提出对项目管理提供支持，其关系如图3所示。

图3 系统工程管理与项目管理的关系

以系统工程管理与项目管理之间的关系为基础，同时综合考虑系统工程所涉及的技术总体工作，图 4描述了系统工程、项目管理与工程项目之间的关系。

图4 系统工程、项目管理与项目之间的关系

在汉语中，“工程”一词既可以表示“项目”（Project或Program），例如，三峡工程、南水北调工程、载人航天工程等，也可以表示工程技术活动（Engineering），例如电子工程、控制工程、机械工程。“某工作是一项系统工程”的说法实际上就是指一项以系统科学观点与方法为指导的工程项目，一方面强调该项工作非常复杂艰巨，另一方面指出要完成好该项目必须采用系统思维，不仅要从整体出发考虑问题，而且要处理方方面面的关系。这里的“系统”强调项目管理的系统观点，使管理者以整体的视野去认识管理的复杂性，退后一步审视“大画面”，从而避免就事论事以及“片面”和“近视”的局部思维方式；在技术上重视总体设计，避免技术风险，在新技术不断涌现的形势下，持续提升整体的竞争能力。

但是，将“系统性工程项目”混同于系统工程方法，就会把总体技术及技术管理为核心的系统工程方法淹没在项目管理之中，以至于被忽视。系统工程方法是研制复杂技术系统的成功途径，是工程项目管理的重要组成部分。在国外国防、航天等工业领域的手册、指南和标准里，项目管理和系统工程方法两者都是重要的内容，而且相互关联。NASA强调，应自觉将系统工程方法置于项目管理的背景下，在项目各制约因素下实践系统工程方法[11]。所有工程项目必须采用严格系统工程方法是美国国防部的强制性政策[19]。系统工程方法几十年来在工程技术领域迅速发展，在军用和民用领域都取得了很大的成功。中国航天科技工业管理体制历经调整变化，研制任务不断更新换代，而以强调总体设计为核心的系统工程方法一直是中国航天系统研制与管理实践不变的主旋律，是航天弹、箭、星、船等成功发射的保证。

3 结束语

目前，中国已经确立了建设世界科技强国的宏伟目标，一系列对国家安全、国民经济发展和科技进步具有深远影响的重大科技专项和重点研发计划正在组织实施。面对现代大型高科技工程项目的技术复杂性和风险日益增加的挑战，系统工程是保障项目成功的重要方法。

明确系统工程与项目管理的关系，特别是强调系统工程方法所代表的总体技术及总体管理的重要性，使其不被淹没于通用的项目管理要求之中，促进系统工程与项目管理两种方法体系在研究与实践中的有机结合，对国家重大专项工程项目的成功和现代化发展具有重要的意义。

[1]钱学森, 许国志, 王寿云. 组织管理的技术——系统工程[N]. 文汇报, 1978-09-27(6).

[2]钱学森. 论系统工程[M]. 长沙：湖南科学技术出版社, 1988.

[3]许国志, 顾基发, 车宏安. 系统科学[M]. 上海: 上海科技出版社, 2000.

[4]孙东川. 系统科学与工程研究[M]. 上海: 上海科学教育出版社, 2000.

[5]薛惠锋, 张骏. 现代系统工程导论[M]. 北京: 国防工业出版社, 2006.

[6]白春礼. 创新驱动发展战略靠什么支撑？——从科学、技术、工程的概念说起[N]. 光明日报, 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]郭宝柱. 系统工程辨析[J]. 航天器工程, 2013, 22(4): 1-6.

[15]林益明, 袁俊刚. 系统工程内涵、过程及框架探讨[J]. 航天器工程, 2009, 18(1): 8-12.

[16]项目管理协会. 项目管理知识体系指南（第5版）[M]. 许江林, 等译.北京: 电子工业出版社, 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，副研究员，主要研究方向为空间科学战略研究、项目管理与系统工程