[科普中国]-系统设计

系统设计是根据系统分析的结果，运用系统科学的思想和方法，设计出能最大限度满足所要求的目标 (或目的) 的新系统的过程。系统设计内容，包括确定系统功能、设计方针和方法，产生理想系统并作出草案，通过收集信息对草案作出修正产生可选设计方案，将系统分解为若干子系统，进行子系统和总系统的详细设计并进行评价，对系统方案进行论证并作出性能效果预测。1

简介进行系统设计时，必须把所要设计的对象系统和围绕该对象系统的环境共同考虑，前者称为内部系统，后者称为外部系统，它们之间存在着相互支持和相互制约的关系，内部系统和外部系统结合起来称作总体系统。因此，在系统设计时必须采用内部设计与外部设计相结合的思考原则，从总体系统的功能、输入、输出、环境、程序、人的因素、物的媒介各方面综合考虑，设计出整体最优的系统。进行系统设计应当采用分解、综合与反馈的工作方法。不论多大的复杂系统，首先要分解为若干子系统或要素，分解可从结构要素、功能要求、时间序列、空间配置等方面进行，并将其特征和性能标准化，综合成最优子系统，然后将最优子系统进行总体设计，从而得到最优系统。在这一过程中，从设计计划开始到设计出满意系统为止，都要进行分阶段及总体综合评价，并以此对各项工作进行修改和完善。整个设计阶段是一个综合性反馈过程。1

系统设计通常应用两种方法：一种是归纳法，另一种是演绎法。应用归纳法进行系统设计的程序是：首先尽可能地收集现有的和过去的同类系统的系统设计资料；在对这些系统的设计、制造和运行状况进行分析研究的基础上，根据所设计的系统的功能要求进行多次选择，然后对少数几个同类系统作出相应修正，最后得出一个理想的系统。演绎法是一种公理化方法，即先从普遍的规则和原理出发，根据设计人员的知识和经验，从具有一定功能的元素集合中选择能符合系统功能要求的多种元素，然后将这些元素按照一定形式进行组合（见系统结构），从而创造出具有所需功能的新系统。在系统设计的实践中，这两种方法往往是并用的。

起源系统( System)一词来源于古希腊语，是由部分组成整体的意思。古希腊哲学家把世界分成由水、火、土、气四种元素组成的系统，中国古代则提出金、木、水、火、土的“五行”说。无论东西方都将世界看成是一个系统。虽然各种系统千差万别，但它们都有一个共同的特征。首先每一个系统都包含许多子系统，子系统则由一些更小的分系统组成，后者又包含一些更小的小系统。其次构成一个系统的许多子系统和更小的小系统之间相互联系，相互制约，为了一个共同目标结成一个系统整体。而这个系统总体又从属于一个更大的系统。我们可以给“系统”下一个定义:由相互作用和相互依存的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。2

首先提出“系统论”的是美籍奥地利理论生物学家贝塔郎菲( LudwigVon Bertalanffy，1901-1972)。1937年他在美国芝加哥大学的哲学讨论会上提出了一般系统论概念。贝塔郎菲认为，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。他用亚里士多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性，反对那种认为要素好整体性能就一定好的观点。同时，他还认为，系统中各要素不是孤立地存在，而是每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。要素之间相互关联，并构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素，如将要素从整体中分割出去，它将失去要素的作用。2

现代设计的环境已发生了巨大的变化，影响设计的因素更为复杂，以往那种凭借设计师的直觉和经验开展设计的方法受到了很大的挑战。“系统性思考是非线形的注重纵横向及多向问题的探究，其思维是面的甚至是立体性的。”因此，系统设计需要带着一定的目的，把对象作为整体来看待。系统设计是合理设计、开发和运用系统的思想和方法论，“是将对象看作由多重因素交织构成的一个系统，并以此为基点展开创意”。2

系统设计原则系统设计总的原则是保证系统设计目标的实现，并在此基础上使技术资源的运用达到最佳。系统设计中，应遵循以下原则。3

系统性原则系统是一个有机整体。因此，系统设计中，要从整个系统的角度进行考虑，使系统有统一的信息代码、统一的数据组织方法、统一的设计规范和标准，以此来提高系统的设计质量。3

经济性原则经济性原则是指在满足系统要求的前提下，尽可能减少系统的费用支出。一方面，在系统硬件投资上不能盲目追求技术上的先进，而应以满足系统需要为前提。另一方面，系统设计中应避免不必要的复杂化，各模块应尽可能简洁。3

可靠性原则可靠性既是评价系统设计质量的一个重要指标，又是系统设计的一个基本出发点。只有设计出的系统是安全可靠的，才能在实际中发挥它应有的作用。一个成功的管理信息系统必须具有较高的可靠性，如安全保密性、检错及纠错能力、抗病毒能力、系统恢复能力等。3

管理可接受的原则一个系统能否发挥作用和具有较强的生命力，在很大程度上取决于管理上是否可以接受。因此，在系统设计时，要考虑到用户的业务类型、用户的管理基础工作、用户的人员素质、人机界面的友好程度、掌握系统操作的难易程度等诸多因素的影响。因此在系统设计时，必须充分考虑到这些因素，才能设计出用户可接受的系统。3

系统设计方法系统设计的方法主要包括:结构化生命周期法(又称瀑布法)、原型化方法(迭代法)、面向对象方法。按时间过程来分，开发方法分为生命周期法和原型法，实际上还有许多处于中间状态的方法。原型法又按照对原型结果的处理方式分为试验原型法和演进原型法。试验原型法只把原型当成试验工具，试了以后就抛掉，根据试验的结论做出新的系统。演进原型法则把试好的结果保留，成为最终系统的一部分。按照系统的分析要素，可以把开发方法分为三类:(1)面向处理的方法( Processing Oriented，PO);(2)面向数据的方法(DataOriented，DO);(3)面向对象的方法( Object Oriented，OO)。4

系统设计通常应用两种方法:一种是归纳法，另一种是演绎法应用归纳法进行系统设计的程序是:首先尽可能地收集现有的和过去的同类系统的系统设计资料;在对这些系统的设计、制造和运行状况进行分析研究的基础上，根据所设计的系统的功能要求进行多次选择，然后对少数几个同类系统作出相应修正，最后得出一个理想的系统。4

系统设计要素所谓系统设计，就是在系统分析的基础上，按照系统思想和优化要求综合运用各有关学科的知识、技术和经验，通过总体研究和详细设计等环节，落实到具体工作或项目上，以创造出满足设计目的的人造系统。在系统开发过程或整个系统生命周期中，系统分析着重回答“千什么”的问题，而系统设计则主要解决“怎么干”的问题。系统设计一般分为工作系统(如生产系统、组织系统等)设计、信息系统(如管理信息系统、决策支持系统)设计以及工程系统设计等，并均在工业工程实践中广泛应用。在进行任何系统的设计时，般要考虑以下几个基本问题或考虑以下几个系统设计的要素。5

(1)系统的功能：主要是指设计系统的目的和对所设计系统各方面结果的期望及要求。5

(2)系统的输入与输出：即要明确进入这个系统需要进行处理和转换的东西及输出结果的形式、性质和数量等。5

(3)系统的程序和层次：要求明确系统内部从输入到输出所经历的必要转换环节及系统的反馈控制方式。5

(4)系统的环境：在系统环境的问题上，要充分考虑到环境因素未来的变化。5

(5)系统的媒介：主要指在整个转换输入物过程中所利用的手段，如生产系统中的设备、工具，信息系统中的计算机等。5

(6)系统中人的因素：这是保证系统正常与高效运作的根本条件之一，在设计中应着眼于发挥人的主观能动性和人机的最佳配合。5

本词条内容贡献者为:

闫晓东 - 副教授 - 中央民族大学信息工程学院