[论文解读] Complex Systems + Systems Engineering = Complex Systems Engineeri

Russ Abbott|ArXiv.org|Mar 30, 2006

Chaos, Complexity, and Education参考文献 11被引用 11

一句话总结

本文主张系统工程本质上涉及复杂系统的设 计与管理，弥合了复杂系统科学与传统系统工程之间的鸿沟。通过将工程系统视为类似于自然复杂系统的多尺度交互系统，作者提出一个统一的概念框架，借助复杂性科学的洞见，提升系统设计、分析与韧性。

ABSTRACT

One may define a complex system as a system in which phenomena emerge as a consequence of multiscale interaction among the system's components and their environments. The field of Complex Systems is the study of such systems--usually naturally occurring, either bio-logical or social. Systems Engineering may be understood to include the conceptualising and building of systems that consist of a large number of concurrently operating and interacting components--usually including both human and non-human elements. It has become increasingly apparent that the kinds of systems that systems engineers build have many of the same multiscale characteristics as those of naturally occurring complex systems. In other words, systems engineering is the engineering of complex systems. This paper and the associated panel will explore some of the connections between the fields of complex systems and systems engineering.

研究动机与目标

• 通过识别共享的多尺度、涌现现象，建立复杂系统科学与系统工程之间的概念桥梁。
• 论证由于大规模工程系统固有的复杂性，系统工程本质上是复杂系统的工程。
• 探讨复杂系统研究中的原则如何能够指导并改进系统工程实践。
• 将系统工程定位为复杂性理论可应用以增强系统鲁棒性与适应性的领域。
• 通过在系统工程研究会议上的专题 panel 讨论，激发跨学科对话，推动这些领域的融合。

提出的方法

• 将复杂系统定义为由于组件与环境之间多尺度相互作用而表现出涌现现象的系统。
• 将系统工程作为一门设计和管理大量并发、相互作用的组件（包括人类与技术组件）的学科进行分析。
• 通过类比自然发生的复杂系统（如生物或社会系统）与工程系统，突出其共有的结构与动态特性。
• 使用概念建模将工程系统框架化为复杂系统，强调反馈、适应性与非线性行为。
• 提出系统工程应采用基于复杂性的方法论，以更好地应对不确定性、涌现现象与系统整体行为。
• 提交立场论文并组织专题讨论，以促进复杂系统研究人员与系统工程师之间的跨学科合作。

实验结果

研究问题

• RQ1 工程系统的结构与动态特性在多大程度上与自然发生的复杂系统一致？
• RQ2 复杂系统科学的洞见在哪些方面能够改进工程系统的设 计与管理？
• RQ3 将系统工程视为复杂系统工程，对方法论与实践意味着什么影响？
• RQ4 如何系统地对大规模系统中的多尺度交互与涌现行为进行建模与控制？
• RQ5 需要哪些新的框架或工具，才能将复杂性理论整合到系统工程流程中？

主要发现

• 工程系统，尤其是包含人类与技术组件的大规模系统，表现出与自然发生的复杂系统相同的多尺度、涌现行为。
• 系统工程本质上处理复杂性，使其成为应用复杂系统理论的天然领域。
• 复杂系统与系统工程的融合，能够实现更具鲁棒性、适应性与弹性的系统设计。
• 工程系统中的涌现现象源于跨多个尺度的相互作用，这要求采用新的建模与分析方法。
• 复杂系统研究人员与系统工程师之间亟需加强跨学科合作，以推进系统设计方法的发展。
• 本文将系统工程定位为复杂性科学的关键应用领域，具有变革系统开发实践的潜力。