3.1　系统工程方法论

从中国古代阴阳八卦与阴阳五行说，到完整的人体系统思想，再到宋明理学中天地人系统模式思想等，无一不折射着系统思想的智慧。本节以系统思想为核心，首先讲解了系统工程的基本概念和逻辑步骤，然后分析了相关基本方法，为边缘智能体系架构模型的建立提供指导。

3.1.1　系统工程概述

1978年，钱学森院士指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。”因此，系统工程是组织管理系统的一种综合技术，涉及线性规划、非线性规划、博弈论、排队论、库存论、决策论等一系列运筹学方法。

系统工程所研究的问题具有多主体、多属性和多层次特征，所涉及的优化和决策方法具有交叉融合特点。其研究对象是由相互联系、相互制约的多个组成部分构成的整体，可以利用运筹学理论和方法以及信息技术进行分析、预测、评价、综合集成，从而使系统性能达到最优。因此，系统工程既是技术过程，又是管理过程。其技术过程遵循“分解—集成”的系统论思路和渐进有序的开发步骤；管理过程包括技术管理过程和项目管理过程。

在工程系统的研制方面，其本质是建立工程系统模型的过程，即从技术过程层面进行系统模型的构建、分析、优化和验证工作；从管理过程层面进行系统建模工作的计划、组织、领导和控制。因此，系统工程包括系统建模技术和建模工作的组织管理技术两个方面，其中，系统建模技术包括建模语言、建模思路和建模工具。

系统工程方法包括传统的霍尔三维结构模型、切克兰德软系统工程方法论、钱学森提出的从定性到定量的综合集成系统方法论以及顾基发等创建的物理-事理-人理（Wu-li-Shili-Renli，WSR）系统方法论等。系统工程中各阶段逻辑步骤的先后顺序并不严格，在实践中往往会出现反复、循环，如图3-1所示。

3.1.2　基本方法

系统工程方法论是指处理系统工程问题的一整套思想和原则，是运用方法的方法。其中，处理与实物有关系统的方法论称为硬系统方法论（Hard Systems Methodology，HSM），处理实物层次以上人类活动系统或者两类交织系统的方法论，称为软系统方法论（Soft Systems Methodology，SSM）。

系统工程不仅研究物质系统，也研究非物质系统，并从全局、整体角度处理系统。具体讲：

一方面，硬系统方法论按照目标导向的优化过程，可以解决给定的结构化或程序化问题，但是对于有人参与的社会经济类系统问题却无能为力；

另一方面，为解决含有大量社会、政治以及人为因素的非系统性问题，问题导向的软系统方法论认为对社会系统离不开人的主观意识，即社会系统是人主观构造的产物，可为系统内成员自由开放辩论、表现各种世界观、改进系统方案提供一套系统方法。软系统方法的步骤如图3-2所示。

以处理硬系统工程问题的霍尔三维结构为例，如图3-3所示，其主要涵盖时间、逻辑、知识三个空间维度。

·时间维度包括最初规划阶段至后期更新阶段所必须遵循的七大基本程序，即规划阶段（调研、工作程序设计阶段）、拟定方案阶段（具体计划阶段）、研制阶段、生产（施工）阶段、安装阶段、运行阶段和更新（改进）阶段。

·逻辑维度明确了时间维度上各个阶段所应遵循的相关逻辑先后顺序，包括问题确定、目标选择、系统综合、系统分析、优化、决策和实施计划。

·知识维度阐释了为确保各个阶段、步骤顺利展开所应用到的全部知识、技术等。

另外，通过将时间划分阶段以及逻辑实施步骤进行相应的集成与综合，可以建立用于系统分析、设计、优化的系统工程活动矩阵。

此外，钱学森院士提出的定性定量相结合的系统工程方法在社会、经济、生态等方面也产生了深远影响，该方法具体包括系统建模、系统仿真、系统分析、系统优化、系统运行、系统评价六个方面：

·系统建模是指利用数学模型、逻辑模型等描述系统结构、输入/输出关系和系统功能的过程，即用模型研究来反映对实际系统的研究；

·一系统仿真是借助计算机对系统模型进行系统行为和功能模拟，相当于在实验室内进行系统实验研究；

·一系统分析是通过系统仿真研究系统在不同输入下的反应、系统动态特性以及系统未来行为的预测等；

·一系统优化的目的是要找出使系统具有最优、次优或满意的功能策略和决策；

·一系统运行是指决策的实施过程，即系统的实际运行过程，也是决策的实践检验过程；

·一系统评价是对系统决策的实施进行全面评价，以找出问题，提出新目标，并开始下一循环。

因此，结合边缘智能不断演进的“云-边-端”一体化计算新格局，按照系统工程面向过程的状态序列分解，以及由“硬”到“软”再到“整合”的技术脉络，可为边缘智能体系架构研究以及主要问题的解决提供从定性到定量的方法论指导。尤其是在体系架构模型的概念框架定义、层次结构设计方面具有极为重要实践意义。