一、系统工程

        系统工程是运用系统方法，对系统进行规划、研究、设计、制造、试验和使用的组织管理技术。是人们用科学方法解决复杂问题的一门技术。系统工程方法的特点是整体性、综合性、协调性、科学性和实践性。系统工程是利用计算机作为工具，对系统的结构、元素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。

        系统之系统 (System of System,SoS)：适用于其系统元素本身也是系统的情况。这些系统之系统带来了大规模跨学科问题，涉及多重、混合和分布式的系统。这些部件系统的互操作集合通常能产生单个系统无法单独达成的结果。例如，全球定位系统 (GPS)是飞机机载导航系统的基本组成部分，作为一个子系统其自身的复杂性不亚于航空运输系统。 SoS的另一个特点是部件系统可以是其他无关系统的一部分。例如， GPS 也是汽车导航系统的基本组成部分。

1.1 系统工程的方法

        系统工程方法是一种现代的科学决策方法，也是一门基本的决策技术。它针对主要问题、主要情况和全过程，运用有效工具进行全面的分析和处理。

1.1.1 霍尔的三维结构

        集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点是系统工程方法论的重要基础内容。

        霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的7个阶段和7个步骤，同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。这样，就形成了由时间维、逻辑维和知识维组成的三维空间结构。
        时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程， 分为规划、拟订方案研制、生产、安装、运行、更新7 个时间阶段。

        逻辑维是指时间维的每个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，包括明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施7 个逻辑步骤。

        知识维需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等各种知识和技能。

1.1.2 切克兰德方法

        P.切克兰德认为完全按照解决工程问题的思路来解决社会问题或“软科学”问题。社会经济系中的问题往往很难和工程技术系统中的问题一样，事先将需求确定清楚，难以按价值系统的评价准则设计出符合这种需求的最优系统方案。切克兰德方法论的核心不是“最优化”而是“比较”与“探寻”。从模型和现状的比较中来学习改善现状的途径。
        切克兰德方法将工作过程分为7个步骤。

         1.认识问题。收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成和影响因素及其关系，以便明确系统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体。

        2.根底定义。初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系。根底定义的目的是弄清系统问题的关键要素以及关联因素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点。

        3.建立概念模型。在不能建立精确数学模型的情况下，用结构模型或语言模型来描述系统的现状。概念模型来自于根底定义，是通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求。

        4.比较及探寻。将现实问题和概念模型进行对比，找出符合决策者意图且可行的方案或途径。有时通过比较，需要对根底定义的结果进行适当修正。

        5.选择。针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其他社会、行为等因素，选出现实可行的改善方案。

        6.设计与实施。通过详尽和有针对性的设计，形成具有可操作性的方案，并使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力。

        7.评估与反馈。根据在实施过程中获得的新认识，修正问题描述、根底定义及概念模
型等。

1.1.3 并行工程方法

        并行工程 (Concurrent Engineering)是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。它要求产品开发人员从设计开始就考虑产品生命周期的全过程，不仅考虑产品的各项性能，如质量、成本和用户要求，还应考虑与产品有关的各工艺过程的质量及服务的质量。

        并行工程的目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。

        并行工程强调以下3点：

                1.在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。
                2.各项工作由与此相关的项目小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以随时或定期反馈信息，并对出现的问题协调解决。
                3.依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM 技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。

1.1.4 综合集成法

        钱学森等首次把处理开放的复杂巨系统的方法命名为从定性到定量的综合集成法。综合集成是从整体上考虑并解决问题的方法论，是现代科学条件下认识方法论上的一次飞跃。从系统的本质出发，可以把系统分为简单系统和巨系统两大类。

                1.如果组成系统的子系统数量比较少，它们之间的关系比较单纯的系统称为简单系统，
如一台测量仪器。
                2.如果子系统数量非常巨大(如成千上万),则称作巨系统。
                3.如巨系统中子系统种类不太多(几种、几十种),且它们之间的关联关系又比较简单，就称作简单巨系统，如激光系统。
                4.如果子系统种类很多并有层次结构，它们之间的关联关系又很复杂，这就是复杂巨系统，如果这个系统又是开放的，就称作开放的复杂巨系统 (Open Complex Giant Systems)。

        开放的复杂巨系统的一般基本原则与一般系统论的原则相一致：一是整体论原则;二是相互联系的原则; 三是有序性原则;四是动态原则。

        开放的复杂巨系统主要性质：开放性、复杂性、进化与涌现性、层次性、巨量性。

        综合集成方法的主要特点有:
                1.定性研究与定量研究有机结合，贯穿全过程。
                2.科学理论与经验知识结合，把人们对客观事物的知识综合集成解决问题。
                3.应用系统思想把多种学科结合起来进行综合研究。
                4.根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来。
                5.必须有大型计算机系统支持，不仅有管理信息系统、决策支持系统等功能，而且还要有综合集成的功能。

1.1.5.WSR 系统方法。

        WSR 是物理 (Wuli)-事理 (Shili)-人理 (Renli)方法论的简称，物理、事理和人理三者如何巧妙配置、有效利用以解决问题的一种系统方法论。“懂物理、明事理、通人理”就是WSR 方法论的实践准则。

        WSR 方法论一般工作过程可理解为这样的7 步：理解意图、制定目标、调查分析、构造策略、选择方案、协调关系和实现构想。

二、系统工程生命周期

2.1 系统工程生命周期7阶段

        1.探索性研究阶段:目的是识别利益攸关者的需求，探索创意和技术。

        2.概念阶段:目的是细化利益攸关者的需求，探索可行概念，提出有望实现的解决方案。

        3.开发阶段:目的是细化系统需求，创建解决方案的描述，构建系统，验证并确认系统。

        4.生产阶段:目的是生产系统并进行检验和验证。

        5.使用阶段:目的是运行系统以满足用户需求。

        6.保障阶段:目的是提供持续的系统能力。

        7.退役阶段:目的是存储、归档或退出系统。

2.2 生命周期方法

        1.计划驱动方法：特征在于整个过程始终遵守规定流程的系统化方法。特别关注文档的完整性需求的可追溯性以及每种表示的事后验证。

       2.渐进迭代式开发：允许为项目提供一个初始能力，随之提供连续交付以达到期望的系统。目标在于快速产生价值并提供快速响应能力。适合需求不清晰，较小的，不太复杂的系统。

        3.精益开发：精益思想是一种整体性的范式，聚焦于向客户交付最大价值并使浪费活动最小化。是一个动态的、知识驱动的、以客户为中心的过程，通过这一过程使特定企业的所有人员以创造价
值为目标不断地消除浪费。

        4.敏捷开发：敏捷的关键目标在于灵活性，当风险可接受时允许从序列中排除选定的事件。适用于系统工程的敏捷原则如下:

                ● 最高的优先级是通过尽早地和持续地交付有价值的软件来满足客户。
                ● 欢迎需求变更，即使是在项目开发后期。敏捷流程利用需求变更帮助客户获得竞争优势。
                ● 不断交付可用的软件，周期从几周到几个月不等，且越短越好。
                ● 在项目中业务人员与开发人员每天在一起工作，业务人员始终参与到开发工作中。
                ● 在开发团队内部和团队之间，传递信息最有效的方法是面对面交谈。
                ● 工作软件是进展的主要度量。
                ● 对技术的精益求精以及对设计的不断完善将提升敏捷性。
                ● 简单性(尽最大可能减少不必要的工作的艺术)是精髓。
                ● 最佳的架构、需求和设计出自于自组织的团队。
                ● 团队要定期反省如何能够做到更加高效，并相应地调整团队的行为。

三、基于模型的系统工程(MBSE)

       是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统需求、分析、设计、验证和确认等活动，这些活动从概念性设计阶段开始，持续贯穿到设计开发以及后来的所有生命周期阶段。系统工程过程的三个阶段分别产生三种图形：

        在需求分析阶段，产生需求图、用例图及包图；
        在功能分析与分配阶段，产生顺序图、活动图及状态机图；
        在设计综合阶段，产生模块定义图、内部块图及参数图等。

        MBSE 的三大支柱分别是建模语言(SysML目的统一系统工程中使用的建模语言)、建模工具(支持系统建模语言画图的计算机和网络环境)和建模思路(如何利用建模语言的图形来建模)。

四、系统性能

        性能指标是软、硬件的性能指标的集成。在硬件中，包括计算机、各种通信交换设备、各类网络设备等；在软件中，包括操作系统、数据库、网络协议以及应用程序等。

4.1 系统性能评价

系统性能评价指标是软件、硬件的性能指标的集成。其中：

        1.评价计算机的主要性能指标有时钟频率（主频）、运算速度、运算精度、数据处理速率（Processing Data Rate，PDR）、吞吐率等。
        2.评价路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、协议支持等。

        3.评价交换机所依据的性能指标有端口速率、背板吞吐量、缓冲区大小、MAC 地址表大等。

        4.评价网络的性能指标有设备级性能指标、网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标和吞吐量。

        5.评价操作系统的性能指标有系统上下文切换、系统响应时间、系统的吞吐率（量）、系统资源利用率、可靠性和可移植性。

        6.衡量数据库管理系统的主要性能指标有最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数等。

        7.评价Web 服务器的主要性能指标有最大并发连接数、响应延迟和吞吐量。

4.2 性能设计(性能调整)

        当系统性能降到最基本的水平时，性能调整由查找和消除瓶颈组成。对于数据库系统，性能调整主要包括CPU/ 内存使用状况、优化数据库设计、优化数据库管理以及进程/线程状态、硬盘剩余空间、日志文件大小等；对于应用系统，性能调整主要包括应用系统的可用性、响应时间、并发用户数以及特定应用的系统资源占用等。

        在开始性能调整之前，必须做的准备工作有识别约束、指定负载、设置性能目标。在建立了性能调整的边界和期望值后，就可以开始调整了，这是一系列重复的、受控的性能试验，循环的调整过程为收集、分析、配置和测试。

五、性能评估

        性能评估是为了一个目的，按照一定的步骤，选用一定的度量项目，通过建模和实验，对一个系统的性能进行各项检测，对测试结果做出解释，并形成一份文档的技术。性能评估的一个目的是为性能的优化提供参考。

5.1 基准测试程序

        大多数情况下，为测试新系统的性能，用户必须依靠评价程序来评价机器的性能。下面列出了4种评价程序，它们评测的准确程度依次递减：真实的程序、核心程序、小型基准程序和合成基准程序。

        把应用程序中用得最多、最频繁的那部分核心程序作为评价计算机性能的标准程序，称为基准测试程序 (benchmark)。基准测试程序有整数测试程序Dhrystone、 浮点测试程序 Linpack、Whetstone基准测试程序、 SPEC 基准测试程序和 TPC 基准程序。

5.2 Web 服务器的性能评估

        在Web 服务器的测试中，反映其性能的指标主要有：最大并发连接数、响应延迟和吞吐量等。

        常见的Web 服务器性能评测方法有基准性能测试、压力测试和可靠性测试。

5.3 系统监视

        进行系统监视的方法通常有3种方式：

        1.是通过系统本身提供的命令，如UNIX/Linux 中的W、ps、last,Windows中的 netstat等；

        2.是通过系统记录文件查阅系统在特定时间内的运行状态；

        3.是集成命令、文件记录和可视化技术，如 Windows 的Perfmon应用程序。