復(fù)雜系統(tǒng)與頂層設(shè)計課件

體系思想與頂層設(shè)計創(chuàng)業(yè)管理與實踐第三講朱曉馳主任2012年2月23日2回顧國家質(zhì)量行動是復(fù)雜大系統(tǒng)現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)方法美國的成功實踐:DoDAF頂層設(shè)計1234體系思想與頂層設(shè)計53中心？…羅格斯？…羅格斯收斂思想力矩陣？？？？？？？？？？？？？？？？？？……中心中心中心形而上世界經(jīng)驗世界5C世界應(yīng)用二：論教育主觀知識客觀知識自然人自然物人造物激活A(yù)世界B世界C世界6人造物系統(tǒng)環(huán)境代價安全代價知識性代價A世界B世界C世界政府應(yīng)該做些什么自利性文明紅利---+7食品、藥品安全代價A世界B世界C世界建立科學(xué)化評價體系自利性文明紅利-+C評價:對物的品質(zhì)的評價A評價:對代價的評價B評價:對主觀感受的評價9回顧國家質(zhì)量行動是復(fù)雜大系統(tǒng)現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)方法美國的成功實踐:DoDAF頂層設(shè)計12345體系思想與頂層設(shè)計10描述性思維與結(jié)構(gòu)化思維11環(huán)境圖結(jié)構(gòu)圖復(fù)雜系統(tǒng)需要結(jié)構(gòu)化思維外觀圖內(nèi)部圖13國家質(zhì)量行動是一個復(fù)雜大系統(tǒng)高技術(shù)復(fù)雜性

-嵌入式,實時,分布式,容錯

-定制，架構(gòu)工程

-高性能低技術(shù)復(fù)雜性

-大多數(shù)是4GL,或基于組件的

-應(yīng)用工程

-無明顯的性能要求高管理復(fù)雜性

-規(guī)模大

-合同

-許多干系人

-項目型低管理復(fù)雜性

-規(guī)模小

-非正式

-單個干系人

-產(chǎn)品型國防

MIS系統(tǒng)國防武器系統(tǒng)電信交換系統(tǒng)CASE工具空中飛行管制系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)用編譯器電子表格小型分布式應(yīng)用小型科學(xué)模擬大型組織/實體仿真

普通項目:-5-10人

-歷時10-15個月

-3-5個外部接口

-幾個風(fēng)險汽車嵌入式軟件小型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用14系統(tǒng)人員因素:

文化,招聘,培訓(xùn),...

生產(chǎn)約束:成本,延遲

運(yùn)作約束:

配置,運(yùn)營、維護(hù)、成本,...環(huán)境約束:

法律、法規(guī),社會,...行業(yè)約束:分包方,多個地點,...技術(shù)約束:標(biāo)準(zhǔn),新技術(shù),...

用戶需要

合同約束:

技術(shù)轉(zhuǎn)移,...環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性15回顧國家質(zhì)量行動是復(fù)雜大系統(tǒng)現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)方法美國的成功實踐:DoDAF頂層設(shè)計1234復(fù)雜大系統(tǒng)與頂層設(shè)計517信息技術(shù)發(fā)展的要求2000年只有28%的項目獲得成功

（在規(guī)定的時間與預(yù)算內(nèi)滿足了所有的功能需求）1994年的成功率只有16%---（這是設(shè)計流程與工具的改進(jìn)帶來的成果）項目成功的原因:明確的商業(yè)目標(biāo)16%用戶的參與6%涉及的范圍較小10%穩(wěn)定的基本需求領(lǐng)導(dǎo)的支持12%18%14%8%6%5%5%項目管理人員的經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)的軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)恰當(dāng)?shù)念A(yù)期規(guī)范的方法其他摘自:“ExtremeChaos”TheStandishGroup-2001.18項目是很難做成功的開發(fā)軟件系統(tǒng)最困難的部分是準(zhǔn)確說明開發(fā)什么；最困難的概念性工作是編寫出詳細(xì)的需求，包括所有面向用戶、面向機(jī)器和其它軟件系統(tǒng)的接口。此工作一旦做錯，將給系統(tǒng)帶來極大的損害，并且以后對它修改也極為困難。--FrederickBrooks《沒有銀彈》1987

需求錯誤與變更引起的費用:16%6%12%18%14%8%6%5%用戶需求變更43%數(shù)據(jù)格式變更17%緊急修復(fù)12%日常維護(hù)9%硬件變更6%文檔6%改進(jìn)效率4%其它3%500個大項目維護(hù)費用的統(tǒng)計所有項目費用總和的70-85%是由于需求錯誤引起的19為什么需要架構(gòu)？從“煙囪”系統(tǒng)到體系結(jié)構(gòu)N×N階接口N階接口21170防空驅(qū)逐艦設(shè)計生產(chǎn)單位綜合各方面意見先后下達(dá)了6000多張修改通知單。戰(zhàn)艦的隱身性是現(xiàn)代高科技裝備的一個重要指標(biāo)。總代表高峰在一次檢查中發(fā)現(xiàn)，艦上的后桅桿設(shè)計犧牲了一些隱身性指標(biāo)。當(dāng)時，桅桿已裝艦，修改設(shè)計技術(shù)難度大，重新生產(chǎn)需要一個月的時間，直接影響戰(zhàn)艦的建造進(jìn)度，工廠蒙受上百萬元的經(jīng)濟(jì)損失。

170具有遠(yuǎn)程目標(biāo)指示和預(yù)警能力、具備空中、水面、水下攻擊能力、超視距打擊能力、區(qū)域防空能力22F-22四代機(jī)F22的研制總成本是626億美元，單機(jī)價格原來設(shè)想是7500萬美元，現(xiàn)在大概是4億美元。由于技術(shù)高、周期長、價格貴，因此飛機(jī)數(shù)量一減再減，最初定為750架，后來降到648，438，339，295，現(xiàn)在是183架大型系統(tǒng)的開發(fā)如何兼顧經(jīng)濟(jì)承受性要求23架構(gòu)的用途問題/難點現(xiàn)實世界架構(gòu)OV-2SV-3TV-1SV-1AcV-2抽象分析靜態(tài)分析動態(tài)分析實驗試用提供信息驗證提煉模型答案25

架構(gòu)框架(ArchitectureFramework)：框架提供了開發(fā)和表達(dá)架構(gòu)描述的規(guī)則和指南;框架定義的產(chǎn)品是架構(gòu)開發(fā)的工作成果和架構(gòu)溝通的工件;框架指導(dǎo)如何描述架構(gòu)。但對于如何構(gòu)建/實現(xiàn)特定架構(gòu)，如何開發(fā)、獲取系統(tǒng)，框架并不提供指南。架構(gòu)框架（AF）26回顧國家質(zhì)量行動是復(fù)雜大系統(tǒng)現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)方法美國的成功實踐:DoDAF頂層設(shè)計1234復(fù)雜大系統(tǒng)與頂層設(shè)計529EAF發(fā)展路線圖1987199230DoDAF美國國防部開發(fā)創(chuàng)建跨越組織和國界的IT系統(tǒng)架構(gòu)為FoS(系統(tǒng)族)、SoS的理解、比較、集成、互操作提供共同的架構(gòu)基礎(chǔ)DoDAF包含4類主要指南:架構(gòu)開發(fā)的原則和指南開發(fā)架構(gòu)描述的高層流程架構(gòu)數(shù)據(jù)和工具產(chǎn)品的詳細(xì)描述31DoD架構(gòu)協(xié)調(diào)委員會C4ISR架構(gòu)工作組C4ISRAFV1.0C4ISRAFV2.01996.61997.12C4ISRITF集成架構(gòu)以前的經(jīng)驗DoDAFV1.02002OSDMandate1998.2DoDAF的發(fā)展歷程OASD(C3I)架構(gòu)和集成主任領(lǐng)導(dǎo)

架構(gòu)框架工作組200332邊界交互戰(zhàn)法多變、技術(shù)密集、學(xué)科交叉、系統(tǒng)龐大、涉眾面廣、管理復(fù)雜…C4ISR

復(fù)雜大系統(tǒng)（SoS）33DoDAF的視圖作戰(zhàn)視圖需要完成的任務(wù)及其執(zhí)行者系統(tǒng)視圖滿足作戰(zhàn)需求的相關(guān)系統(tǒng)及其特征技術(shù)視圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指南需要完成什么誰來執(zhí)行完成任務(wù)所需交換的信息支持所需活動和信息交換的系統(tǒng)滿足信息交換所需的系統(tǒng)能力管控系統(tǒng)互聯(lián)互通的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和原則作戰(zhàn)視圖（OV）:OV描述完成作戰(zhàn)任務(wù)的活動、人員/組織及其相互間的關(guān)系。

OV揭示了作戰(zhàn)能力和互操作性方面的需求。系統(tǒng)視圖(SV)：描述已有系統(tǒng)、待建系統(tǒng)的功能和物理互聯(lián)，以支持OV中記錄的作戰(zhàn)需求。

技術(shù)視圖(TV)：系統(tǒng)部件/組件及其互聯(lián)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包含技術(shù)細(xì)節(jié)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的預(yù)測。

全景視圖(AV)：綜述、概要信息和術(shù)語字典。全景視圖34DoDAF的視圖作戰(zhàn)視圖(OV)

：描述要支持的作戰(zhàn)概念，在OV中，主要的建模項目是完成作戰(zhàn)任務(wù)的活動和人員/組織之間的相關(guān)信息交換。OV揭示了作戰(zhàn)能力和互操作性方面的需求。系統(tǒng)視圖(SV)：描述已有系統(tǒng)、待建系統(tǒng)和物理互聯(lián)，以支持OV中記錄的作戰(zhàn)需求。技術(shù)視圖(TV)：系統(tǒng)部件/組件及其互聯(lián)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包含技術(shù)細(xì)節(jié)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的預(yù)測。全景視圖(AV)：上下文、摘要和綜合術(shù)語字典。35DoDAF產(chǎn)品說明作戰(zhàn)視圖系統(tǒng)視圖技術(shù)視圖高層作戰(zhàn)概念(OV-1)作戰(zhàn)節(jié)點(OV-2)XYXZXYY系統(tǒng)接口

(SV-1)作戰(zhàn)活動(OV-5)信息交換(OV-3)作戰(zhàn)活動與系統(tǒng)功能跟蹤(SV-5)系統(tǒng)功能描述(SV-4)組織關(guān)系

(OV-4)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換

(SV-6)作戰(zhàn)活動時序

(OV-6a/b/c)系統(tǒng)通訊(SV-2)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)(SV-3)系統(tǒng)技術(shù)預(yù)測(SV-9)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測

(TV-2)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概要

(TV-1)系統(tǒng)性能參數(shù)

(SV-7)

--------------------------------?.....?.....?.....邏輯數(shù)據(jù)模型(OV-7)系統(tǒng)功能的時序描述

(SV-10a/b/c)系統(tǒng)演進(jìn)

(SV-8)物理數(shù)據(jù)模型(SV-11)ABCT1T2T3NODESTIME36OV-1高層作戰(zhàn)概念圖OV-2作戰(zhàn)節(jié)點連接描述

OV-3作戰(zhàn)信息交換矩陣OV-4組織關(guān)系描述OV-5作戰(zhàn)活動模型

OV-6a作戰(zhàn)規(guī)則模型OV-6b作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖OV-6c事件跟蹤描述OV-7邏輯數(shù)據(jù)模型TV-1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概要TV-2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測SV-1 系統(tǒng)接口描述SV-2 系統(tǒng)通信描述 SV-3 系統(tǒng)-系統(tǒng)矩陣 SV-4 系統(tǒng)功能描述 SV-5 系統(tǒng)功能跟蹤矩陣 SV-6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互矩陣 SV-7 系統(tǒng)性能參數(shù)矩陣 SV-8 系統(tǒng)發(fā)展描述 SV-9 系統(tǒng)技術(shù)預(yù)研 SV-10a 系統(tǒng)規(guī)則模型 SV-10b 系統(tǒng)狀態(tài)遷移描述 SV-10c 系統(tǒng)事件跟蹤描述 SV-11 物理數(shù)據(jù)模型 AV-1綜述和概要信息AV-2綜合詞典DoDAF產(chǎn)品說明37Why戰(zhàn)略What產(chǎn)品How功能Where存儲Who機(jī)制When行動系統(tǒng)視圖生成目標(biāo)核心目標(biāo)數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能接口數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)節(jié)點任務(wù)網(wǎng)絡(luò)過程性能和能力設(shè)計戰(zhàn)略生成目標(biāo)核心目標(biāo)信息活動需求線信息交換作戰(zhàn)節(jié)點任務(wù)組織過程知識技能和能力作戰(zhàn)理念作戰(zhàn)視圖DoDAF的概念模型38作戰(zhàn)視圖OVOV-1高層作戰(zhàn)概念1OV-5作戰(zhàn)活動模型2OV-2作戰(zhàn)節(jié)點連接3OV-7邏輯數(shù)據(jù)模型3OV-6a作戰(zhàn)規(guī)則3OV-6b作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述3OV-6c作戰(zhàn)事件跟蹤描述3OV-4組織關(guān)系圖4OV-3作戰(zhàn)信息交換4節(jié)點連接性：識別群組、角色和設(shè)施之間的需求線活動模型：什么活動、發(fā)生地點和執(zhí)行者事件跟蹤用于對活動線索或流程動態(tài)建模狀態(tài)圖用于流程建模作戰(zhàn)規(guī)則定義活動的約束作戰(zhàn)規(guī)則也是邏輯數(shù)據(jù)模型的約束用邏輯數(shù)據(jù)模型表達(dá)信息流用信息交換矩陣表達(dá)活動模型中的信息流將需求線映射到信息交換矩陣節(jié)點通過組織和資源的關(guān)系來連接OV7代表活動模型中的輸入和輸出活動模型：識別節(jié)點、角色和活動之間的關(guān)系39SV-5作戰(zhàn)活動/系統(tǒng)功能跟蹤1SV-4系統(tǒng)功能描述1SV-10a系統(tǒng)規(guī)則模型2SV-10b系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述2SV-10c系統(tǒng)事件跟蹤描述2SV-11物理數(shù)據(jù)模型2SV-1系統(tǒng)接口描述2SV-6系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換3SV-2系統(tǒng)通訊描述4SV-7系統(tǒng)性能參數(shù)4SV-3系統(tǒng)關(guān)聯(lián)矩陣5SV-8系統(tǒng)演進(jìn)描述7SV-9系統(tǒng)技術(shù)預(yù)測6系統(tǒng)規(guī)則約束物理模型匯總系統(tǒng)間的交聯(lián)關(guān)系系統(tǒng)接口實現(xiàn)和棄用的進(jìn)度安排將在SV1定義的連接細(xì)化為節(jié)點、路徑和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的提升與預(yù)測的技術(shù)變化相關(guān)性能參數(shù)需滿足當(dāng)前的或未來要求的特征通過接口交換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交換需求可能影響物理數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)接口會約束物理數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)功能模型包括數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)規(guī)則約束系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)事件和狀態(tài)相關(guān)事件跟蹤說明系統(tǒng)節(jié)點的事件觸發(fā)順序系統(tǒng)