什么是系统工程

系统工程（Systems Engineering，简称 SE）不是个简单的概念，它是一种综合性、跨学科的工程方法，是一门从整体出发，合理开发、设计、实施和运用系统的科学。能把工程技术、管理科学和社需要科学等多种知识巧妙融合，专门解决复杂系统的优化设计、开发、运行及维护难题。聚焦于从整体系统视角去规划、设计与优化产品。当二者强强联合形成 IPD-SE，IPD-SE的框架主要分为三个层面：技术管理层主要负责计划、评估和控制产品开发中的技术工作，确保开发目标达成；工程层主要工作是采用标准化的系统设计模型，如MIL499B、IEEE1220等，确保系统设计的规范性和有效性；支持层通过需求属性和分类、需求跟踪和需求变更管理，确保产品需求的准确性和一致性。从而建立起多级配置库，进行配置标识、基线建立、变更控制等，确保产品配置的可控性和可追溯性。

所以，这便意味着企业在产品诞生之初，便运用系统思维统筹全局，让各个部门如同精密齿轮组般协同运作。而在项目管理中， SE代表 系统工程师（System Engineer）， 系统工程师负责系统设计、开发和维护。系统工程师的职责包括需求分析、系统架构设计、软件开发和测试，而项目经理的职责涵盖项目范围管理、时间管理、成本管理和质量管理。

在产品开发团队中，SE 扮演着技术总体负责人的关键角色。这意味着 SE 不仅要对产品的技术架构、功能实现等方面负责，还要协调各个专业领域的团队成员，确保大家朝着共同的产品目标前进。SE 需要具备多方面的能力，包括但不限于技术洞察力、沟通协调能力、问题解决能力和决策能力。技术洞察力帮助 SE 把握技术发展趋势，为产品选择最合适的技术方案；沟通协调能力则确保 SE 能与不同背景的团队成员顺畅交流，避免信息误差和工作冲突；出色的问题解决能力使 SE 在面对各种技术难题和项目挑战时能够迅速找到解决方案；而决策能力则要求 SE 在复杂的情况下，权衡利弊，做出最有利于产品发展的决策。

系统工程强调整体最优，可若缺乏这一理念，模块设计往往走向割裂的歧途。不同模块各自为政，接口定义繁琐复杂。它将所研究的对象视为一个系统，综合考虑系统内部各组成部分之间的相互关系、系统与外部环境的交互作用，运用科学的方法和工具，对系统进行规划、设计、分析、优化和管理 ，以实现系统的最优性能和目标。需要从多角度多维度思考产品开发，例如：从用户维度进行需求洞察与体验优化；从技术维度进行可行性与创新性；从商业维度考虑成本与收益；从时间维度进行项目管理与迭代优化。系统工程为产品开发提供了一个全方位、多维度的思考框架。从用户需求到技术实现，从商业成本到时间管理，每个维度都相互关联、相互影响。只有综合考虑这些维度，才能开发出满足用户需求、具有市场竞争力的成功产品。

SE 对产品开发系统工程的重要性 

SE 系统工程在整个产品开发中占据着极为关键的地位，往往涉及到机械、电子、材料、控制等多个学科专业。SE 系统工程能够将这些不同学科的专业知识和技术进行有机整合，使各个学科的专业人员能够围绕一个共同的系统目标进行协同工作。系统工程师（SE）通过制定统一的系统架构和设计规范，协调各学科之间的工作，确保飞行器在满足性能指标的同时，还能保证安全性、可靠性以及可维护性。此外，SE 系统工程贯穿于产品的全生命周期管理。

从最初的需求分析阶段，系统工程师（SE）与客户紧密沟通，明确产品的功能需求、性能指标、使用环境等要求；到设计阶段，根据需求进行系统架构设计、模块划分以及详细设计；再到制造阶段，协调生产过程中的各种资源，确保产品能够按照设计要求进行生产；在测试阶段，制定全面的测试计划，对产品的各项性能进行验证；最后到产品的运行维护阶段，收集产品的使用数据，为产品的改进和升级提供依据。通过对产品全生命周期的管理，SE 系统工程确保产品在整个生命周期内都能以最优的状态运行，满足用户不断变化的需求。

提升产品质量与可靠性

产品开发是一场团队作战，需要各成员紧密协同。但若没有系统工程搭建沟通的 “桥梁”，团队协作便需要陷入低效的困境。项目团队成员通常仅专注于自身负责的模块，对整个系统架构缺乏全面、深入的了解。当产品出现问题时，问题跟踪与定位变得异常艰难。缺乏对系统整体运行机制的熟悉，问题解决周期被无限拉长，严重影响项目进度，甚至可能导致项目延期交付，错失市场良机，给企业带来难以估量的损失。在产品质量与可靠性方面，SE 通过严格的需求分析，确保产品功能的完整性和准确性。

缩短产品开发周期

在产品开发过程中，若缺乏系统工程思维，设计环节极易陷入短视的泥沼。不少企业只着眼于产品功能的实现，却忽视了诸如可安装性、可服务性、可靠性、可测试性、外观以及运行环境操作特性等诸多关键因素。后续为解决这些问题，不得不投入大量人力、物力进行返工，不仅延误了产品推向市场的最佳时机，还使得产品的全生命周期成本大幅攀升。在产品开发周期方面，SE 通过优化流程，打破部门之间的壁垒，实现并行工程。通过这种方式，可以大大缩短研发周期，使产品能够更快地推向市场，抢占先机。

降低产品成本

从产品成本角度来看，SE 在设计阶段就需要进行成本控制。通过合理的设计，减少不必要的功能和复杂结构，选择合适的材料和零部件，避免过度设计，从而降低产品的直接成本。SE 团队经过对市场需求的深入分析，可以发现某些高端功能在目标用户群体中使用频次，于是在设计时对这些功能进行了简化或去除，不仅降低了产品的研发成本，还使得产品在价格上更具竞争力。在生产过程中，SE 需要优化生产流程，提高生产效率，减少生产过程中的浪费，降低生产成本。同时，通过与供应商的紧密合作，实现采购成本的优化，进一步降低产品的总成本。

SE 系统工程运作流程核心环节

（1）需求分析与定义

需求收集是 SE 系统工程的起始点，其重要性不言而喻。由SE 明确包需求收集活动参与者的组成及时间计划；系统工程师（SE）带领其拓展组成员对已收集的产品包需求进行分析、转化、优先级排序及筛选。系统工程师（SE）依据市场需求主导和组织确认概念阶段需要解决的关键技术点。依据市场需求和关键技术点清单主导和组织系统设计组和产品工程设计组成员完成对关键技术研究与方案探索。这一过程需要系统工程师（SE）与众多利益相关者展开深入且全面的沟通。利益相关者涵盖了项目的直接用户、客户、运营维护人员、市场营销团队、管理层以及监管机构等。

为了确保收集到的需求全面且准确，需要采用多种方式进行收集。在收集到大量的需求信息后，接下来需要对这些信息进行深入的分析与整理。这一过程需要运用专业的方法和工具，将利益相关者的需求转化为系统能够实现的具体需求。首先，需要对需求进行分类和优先级排序。需求可以分为功能需求和非功能需求。功能需求描述了系统应该具备的具体功能和操作。非功能需求则涉及系统的性能、可靠性、安全性、易用性等方面。通过对需求进行分类，可以更清晰地了解系统的各个方面的要求。

优先级排序则是根据需求的重要性和紧急性对其进行排列。可以采用 KANO 模型等方法来确定需求的优先级。KANO 模型将需求分为基本需求、期望需求和兴奋需求。基本需求是用户认为系统必须具备的功能，如果不满足，用户会非常不满意；期望需求是用户期望系统具备的功能，满足这些需求会提高用户的满意度；兴奋需求是用户意想不到的功能，如果满足，会给用户带来惊喜。通过对需求进行优先级排序，可以确保在项目资源有限的情况下，优先满足最重要和最紧急的需求。

在分析过程中，还需要识别需求之间的关系和依赖。有些需求可能是相互关联的，一个需求的实现可能依赖于另一个需求的完成。因此，在设计系统时，需要考虑这些需求之间的关系，确保系统的各个部分能够协同工作。此外，还需要对需求进行验证和确认，确保需求的准确性和完整性。可以与利益相关者进行再次沟通，向他们展示分析后的需求，征求他们的意见和反馈。只有经过利益相关者确认的需求，才能作为后续系统设计和开发的依据。

需求文档是需求分析与定义阶段的重要成果，它详细记录了系统的需求信息，为后续的系统设计、开发、测试和维护提供了明确的依据。需求文档需要具备清晰、准确、完整和可追溯的特点。需求文档通常包括项目背景、目标用户、功能需求、非功能需求、界面需求、数据需求、性能需求、安全需求等内容。在编写功能需求时，需要详细描述每个功能的具体操作和流程，使用户和开发人员能够清楚地了解系统的功能实现方式。非功能需求则需要明确系统的性能指标、可靠性要求、安全性要求等

为了确保需求文档的可追溯性，需要对每个需求进行唯一标识，并记录需求的来源和变更历史。这样在后续的项目过程中，如果需求发生变更，可以方便地追溯到变更的原因和影响范围。需求文档需要经过严格的评审和审批流程，确保文档的质量和准确性。评审人员可以包括利益相关者、项目团队成员、技术专家等。他们会对需求文档进行仔细的审查，提出修改意见和建议。只有经过评审通过的需求文档，才能正式发布并作为项目的依据。

（2）系统设计与架构

由SE 对产品总体设计阶段进行和管理工作；由系统设计组对产品的需求规格进行分析，明晰产品的功能需求、性能需求、外部接口需求、工程特性需求以及需要遵循的设计约束等， 整个系统设计组对需求的理解相一致；系统设计组从逻辑实现角度考虑，对需求进行功能分解和建模，建立逻辑功能架构；由系统设计组将需求依据功能架构分解分配到各个功能模块上， 并保证需求的全覆盖性。系统工程师（SE）负责组织系统设计组及测试工程师完成需求矩阵的填写并检查其完备性。经 TR2 评审过的质量目标、产品总体设计、SIT 测试计划、产品Build 划分、需求 矩阵。系统工程师（SE）担任配置经理，负责对建立基线的材料进行最后的核查并通知 CMO 建立基线；系统工程师（SE）总体负责系统及子系统（包括资料）的设计过程，确保其符合产品需求规格。

在提出概念方案时，工程师需要充分发挥创造力和想象力，同时结合现有的技术和经验，考虑各种可能的实现方式。可以从不同的角度出发，如技术架构、业务流程、用户体验等，提出多样化的概念。对于每个概念方案，工程师需要进行初步的评估和比较。评估的内容包括方案的可行性、技术难度、成本效益、可扩展性等方面。可行性评估主要考虑方案在技术、资源和时间等方面是否能够实现；技术难度评估则关注方案所涉及的技术是否成熟，是否需要进行大量的研发工作；成本效益评估需要考虑方案的开发成本、运营成本以及预期的收益；可扩展性评估则关注方案是否能够方便地进行扩展和升级，以满足未来业务发展的需求。

架构设计是系统设计的关键环节，它确定了系统的整体框架和结构，划分子系统和模块，并明确它们之间的接口关系。一个良好的架构设计能够确保系统具有良好的性能、可靠性、可扩展性和可维护性。系统设计组建立物理架构，物理架构需要由上一阶段功能架构支撑，要明确哪些功能由软件或硬件子系统/模块来实现，以作为设计硬件实现方案和软件实现方案的基础；系统设计组将需求依据设计的物理架构分解分配到对应的子系统/模块上，并形成至少 2 种备选需求分配方案，并结合产品备选概念对产品的架构方案进行评估与选择。

过对多个概念方案的评估和比较，选择出最具潜力和优势的方案作为后续详细设计的基础。由 SE 组织对整个产品总体设计内容进行组内评审，最终确定完备的设计规格。在选择过程中，需要综合考虑各种因素，并与利益相关者进行充分的沟通和协商，确保最终选择的方案能够满足项目的需求和期望。

在架构设计过程中，首先需要根据系统的功能需求和非功能需求，将系统划分为若干个子系统和模块。子系统是具有相对独立功能的部分，它们之间通过接口进行交互和协作。在一个企业资源规划（ERP）系统中，可以划分为财务子系统、人力资源子系统、供应链管理子系统等，每个子系统又可以进一步划分为多个模块。

划分模块时需要遵循高内聚、低耦合的原则。高内聚意味着模块内部的功能应该紧密相关，每个模块应该完成一项相对独立的任务，这样可以提高模块的可维护性和可复用性。低耦合则表示模块之间的依赖关系应该尽量减少，模块之间的接口应该简洁明了，这样可以降低系统的复杂度，提高系统的灵活性和可扩展性。确定子系统和模块之间的接口关系也是架构设计的重要内容。接口定义了子系统和模块之间如何进行数据传输和交互，它是保证系统各部分协同工作的关键。接口设计需要考虑接口的类型、格式、协议以及安全性等方面。常见的接口类型包括函数调用接口、消息传递接口、Web 服务接口等。

在设计接口时，需要制定详细的接口规范，确保不同的开发团队能够按照规范进行开发，实现系统的无缝集成。此外，架构设计还需要考虑系统的技术选型，选择适合项目需求的技术框架、开发工具和运行环境。技术选型需要综合考虑技术的成熟度、性能、可扩展性、社区支持等因素。在完成架构设计后，进入详细设计阶段。详细设计是对架构设计的进一步细化，它针对每个子系统和模块进行详细的设计，描述其内部的功能实现、算法逻辑、数据结构以及与其他模块的交互细节等。对于每个子系统和模块，需要设计具体的功能模块和算法。功能模块设计明确了模块内部各个功能的实现方式和流程。

数据结构设计确定了模块内部数据的组织和存储方式。合理的数据结构选择能够提高数据的访问效率和处理速度。在设计一个数据库管理模块时，需要根据数据的特点和操作需求，选择合适的数据结构，如哈希表、链表、树等。详细设计还需要描述模块之间的接口实现细节，包括接口的参数传递、返回值类型以及异常处理等。接口实现细节的设计需要确保模块之间的交互能够准确无误地进行。

为了更好地展示详细设计的结果，通常会使用一些图形化工具，如流程图、状态图、类图等。流程图可以直观地展示系统的业务流程和算法逻辑；状态图用于描述系统中对象的状态变化和事件驱动的行为；类图则展示了系统中类的结构和关系。这些图形化工具能够帮助开发人员更好地理解系统的设计，提高开发效率和质量。详细设计文档是详细设计阶段的重要成果，它详细记录了系统的设计细节，为开发人员提供了具体的开发指导。详细设计文档需要经过评审和审批，确保设计的合理性和正确性。在梳理资料开发需求的时候，至少应该包括以下内容：用户使用手册、安装手册和备品备件清单。如果系统相对较大，可区分不同的系统单独编制。研发代表在接收到资料开发任务后，需将该任务更新至需求矩阵中。

（3）实施与开发

在系统实施与开发阶段，合理的资源分配和高效的团队组建是项目成功的关键。资源分配涉及到人力、物力等多个方面，需要根据项目的规模、复杂度以及进度要求进行合理规划。SE 根据需要对硬件（软件）详细设计进行指导，硬件（软件）测试工程师更根据硬件（软件）设计确定需要进行单元测试的模块，确定后罗列出清单并交予硬件（软件）组组长及系统工程师（SE）审核确认；最后由系统工程师（SE）、质量代表对进行审核和裁断。

人力方面，需要组建一支由多学科专业人员组成的团队。团队成员通常包括系统工程师（SE）、软件工程师、硬件工程师、测试工程师、项目经理等。系统工程师（SE）负责整体系统的设计和协调；软件工程师负责软件部分的开发；硬件工程师负责硬件设备的选型和设计；测试工程师负责对系统进行测试，确保系统的质量；项目经理则负责项目的整体管理和协调。根据项目的需求和进度，合理分配每个成员的工作职责和任务量。在团队组建过程中，不仅要注重成员的专业技能，还要考虑团队的协作能力和沟通能力。一个良好的团队氛围和有效的沟通机制能够提高团队的工作效率和凝聚力。可以通过组织团队建设活动、定期召开团队会议等方式，促进团队成员之间的沟通和协作。

依据系统设计方案，开发团队开始进行技术开发工作。在这个过程中，软件工程师按照详细设计文档的要求，使用选定的编程语言和开发工具进行代码编写。在开发过程中，需要遵循良好的编程规范和设计模式，提高代码的质量和可维护性。对于软件系统的开发，通常会采用模块化的开发方式，将系统划分为多个模块，每个模块由不同的开发人员负责开发。在开发过程中，开发人员需要进行单元测试，确保自己开发的模块功能正确。单元测试是对单个模块进行的测试，通过编写测试用例，验证模块的功能是否符合设计要求。

硬件工程师则负责硬件设备的选型、采购和安装调试。在选型过程中，需要根据系统的性能要求、可靠性要求以及成本预算等因素，选择合适的硬件设备。在安装调试过程中，需要确保硬件设备能够正常运行，并与软件系统进行良好的集成。在各个子系统和模块开发完成后，需要进行集成工作。集成是将各个独立开发的子系统和模块组合在一起，形成一个完整的系统。在集成过程中，需要解决接口兼容性、数据传输等问题，确保系统能够正常运行。可以采用逐步集成的方式，先将部分子系统和模块进行集成，进行测试和调试，然后再逐步增加集成的范围，直到整个系统集成完成。

开发过程管理是确保项目按计划顺利进行的重要保障。在开发过程中，需要建立有效的项目管理机制，对项目的进度、质量、风险等进行监控和管理。进度管理是开发过程管理的重要内容。项目经理需要制定详细的项目进度计划，明确每个阶段的任务和时间节点。可以使用项目管理工具，如甘特图等，对项目进度进行可视化管理。在项目执行过程中，定期对项目进度进行检查，及时发现进度偏差，并采取相应的措施进行调整。如果某个任务的进度滞后，可以通过增加资源、调整工作计划等方式来加快进度。

质量管理也是开发过程管理的关键环节。需要建立完善的质量保证体系，对开发过程进行质量控制。在开发过程中，通过代码审查、单元测试、集成测试等方式，确保代码的质量和系统的稳定性。代码审查可以发现代码中的潜在问题和缺陷，提高代码的质量；单元测试和集成测试则可以验证系统的功能是否符合设计要求。技术评审（TR4）主要是重点是在用于系统级构建验证（SDV）前，保证构建模块的完整性。同时在此过程中，对于识别出的项目技术风险提出合理性建议。质量代表（PQA）：组织项目组准备评审会、收集评审会材料并进行预审、发送材料至评审专家、对评审专家问题进行汇总、出具 TR 评审报告；系统工程师（S E）对评审会材料进行预审、选定评审专家并针对评审专家 问题提出对策。

（4）测试与验证

测试计划制定：测试计划是整个测试工作的指导文件，它明确了测试的目标、范围、策略、方法、资源以及进度安排等内容。在制定测试计划时，需要充分考虑系统的需求和设计，确保测试工作能够全面、有效地覆盖系统的各个方面。由测试工程师设计和开发开发与测试装备及软件（含模拟软件），设计、开发和测试电气、电机以及软件设计。由系统工程师对测试设备设计进行审计。根据 ST 测试计划由测试扩展组在系统设计验证之前对产品包模块的功能实现情况进行评估。质量代表（PQA）、系统工程师（SE）要对 ST 结果进行确认。所有测试过程中出现的问题都应该被记录，同时问题解决的过程中如果涉及到已经基线的设计文件的改动，需注意发起变更。

其中值得注意的是，测试目标需要明确测试的目的，例如验证系统是否满足功能需求、性能指标是否达标、系统是否具有良好的稳定性和可靠性等。测试范围则确定了需要测试的系统功能、模块、接口以及非功能特性等。在一个电商系统的测试中，测试范围可能包括商品展示、购物车、支付、订单管理等功能模块，以及系统的性能、安全性、兼容性等非功能特性。测试策略是测试计划的核心内容，它决定了如何进行测试工作。

常见的测试策略包括黑盒测试、白盒测试、灰盒测试等。黑盒测试主要关注系统的功能实现，不考虑系统的内部结构和实现细节；白盒测试则侧重于对系统内部代码结构和逻辑的测试；灰盒测试则结合了黑盒测试和白盒测试的特点，既关注系统的功能，又对系统的内部结构有一定的了解。在实际测试中，通常会根据系统的特点和需求，选择合适的测试策略或多种策略相结合。

测试资源包括测试人员、测试设备、测试工具等。需要根据测试计划的要求，合理安排测试人员的工作任务，配备必要的测试设备和工具。例如，在进行性能测试时，可能需要使用专业的性能测试工具等。测试进度安排需要制定详细的测试时间表，明确各个测试阶段的开始时间、结束时间以及里程碑。通过合理安排测试进度，确保测试工作能够按时完成，为项目的交付提供保障。单元测试是对系统中的最小可测试单元进行的测试，通常是对单个函数、类或模块进行测试。单元测试的主要目的是验证每个单元的功能是否正确，是否符合设计要求。在进行单元测试时，开发人员需要编写测试用例，模拟各种输入情况，对单元的输出结果进行验证。

最后，总结一下。在产品开发团队中，SE 扮演着技术总体负责人的关键角色。这意味着 SE 不仅要对产品的技术架构、功能实现等方面负责，还要协调各个专业领域的团队成员，确保大家朝着共同的产品目标前进。SE 需要具备多方面的能力，包括但不限于技术洞察力、沟通协调能力、问题解决能力和决策能力。技术洞察力帮助 SE 把握技术发展趋势，为产品选择最合适的技术方案；沟通协调能力则确保 SE 能与不同背景的团队成员顺畅交流，避免信息误差和工作冲突。此外，由于市场需求变化、客户要求调整等原因，需求往往会发生变更。这可能会导致项目进度延误、成本增加以及前期工作的部分返工。针对需求变更，建立严格的需求变更管理流程是关键。及时对变更的影响进行评估，包括对项目进度、成本、技术方案等方面的影响。根据评估结果，与客户协商调整项目计划和资源分配，确保项目能够在可控的范围内继续推进。缩短研发周期，使产品能够更快地推向市场，抢占先机。