本書的目的是讓系統(tǒng)工程師熟悉創(chuàng)造和創(chuàng)新的實用藝術(shù)。創(chuàng)造的概念在整個人類歷史中不斷發(fā)展。古希臘人認(rèn)為詩歌是唯一合法的創(chuàng)造活動。也就是說,與工匠、商人甚至貴族相比,詩人可以不受任何規(guī)則限制自由創(chuàng)作詩歌。后來,古羅馬人也將視覺藝術(shù)視為一種創(chuàng)意實踐。但是,在中世紀(jì),創(chuàng)造演變?yōu)閲?yán)格意義上的神的創(chuàng)造。因此,創(chuàng)造的概念不再適用于任何人類活動。此后,在文藝復(fù)興時期及以后,創(chuàng)造逐漸發(fā)展,這意味著藝術(shù)表達的自由。直到20世紀(jì)初,人類才將創(chuàng)造的概念開始應(yīng)用于科學(xué)和工程。
本書的一個前提是,人類的創(chuàng)造能力不是與生俱來的、固定的,而是在其一生中不斷發(fā)展、變化的。例如,研究表明,孩子可表現(xiàn)出非凡的能力并提出新的、不同的和創(chuàng)造性的解決方案來解決問題。但是,隨著他們長大成人,這些能力會大大降低。幸運的是,人們還可以學(xué)習(xí)創(chuàng)造性的技能。許多研究表明,精心設(shè)計的培訓(xùn)計劃可以提高不同領(lǐng)域和標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)造力。希望采用本書中討論的一些創(chuàng)造性方法的工程師也能提高創(chuàng)造力。
本書的另一個前提是,許多有創(chuàng)造力的工程師在他們的創(chuàng)新努力中停滯不前,因為那些聲稱要促進創(chuàng)新的組織,實際上卻粉碎了創(chuàng)新的努力。確實,作者(以及其他研究人員)的感覺是,除了夸夸其談外,許多公司和組織都厭惡創(chuàng)造。當(dāng)然,為這樣的組織工作的創(chuàng)意工程師會感到沮喪和氣餒。同樣重要的是,由于忽視了許多創(chuàng)造性的想法,沒有經(jīng)過應(yīng)有的考慮,給組織自身和整個社會造成了累積損失。本書試圖探討這種現(xiàn)象,并為組織以及許多士氣低落的工程師提供實用建議。特別建議工程師擴大其專業(yè)和知識視野,尋求降低其新想法固有的風(fēng)險,并學(xué)會獲得同事的支持以及應(yīng)對保守管理。簡而言之,采取更加創(chuàng)新的態(tài)度。
本書分為5章: 第1章簡介,包含有關(guān)本書原理及其內(nèi)容的材料。第2章系統(tǒng)工程,介紹系統(tǒng)工程基本的概念和標(biāo)準(zhǔn)15288系統(tǒng)生命周期流程,以及簡短的摘要;此外,本章還為每個生命周期流程提供了一套創(chuàng)新方法;最后,本章提供了有關(guān)工程學(xué)的一些哲學(xué)思想。第3章創(chuàng)造性方法,是本書的核心部分,提供了許多實用的、工程師可以使用的創(chuàng)新方法。第4章促進創(chuàng)新文化,探討在組織內(nèi)部增強創(chuàng)新文化的方式方法;此外,本章還為非創(chuàng)意組織雇用的創(chuàng)意工程師提供建議。第5章創(chuàng)造和創(chuàng)新案例研究,展示了一個創(chuàng)造和創(chuàng)新研究與實施工作的例子。
本書是針對兩類讀者來寫的: 第一類是一般的實踐工程師,特別是系統(tǒng)工程師以及一線和二線技術(shù)經(jīng)理。這些人可能從事制造業(yè)(例如,航空航天、汽車、通信、醫(yī)療設(shè)備等),也可能在各種民用機構(gòu)(例如,NASA、ESA等)工作或與軍方(例如,空軍、海軍、陸軍等)合作。第二類是大學(xué)和學(xué)院內(nèi)從事系統(tǒng)、電氣、航空、機械和工業(yè)工程的教師和學(xué)生。本書可作為與系統(tǒng)工程相關(guān)的創(chuàng)造和創(chuàng)新課程的研究生的補充教材。高校師生可在一到兩個學(xué)期內(nèi)完成對本書的相關(guān)學(xué)習(xí)。
最后,讀者應(yīng)注意,本書沒有在創(chuàng)造和創(chuàng)新方面追求新的理論或論點;相反,作者試圖讓系統(tǒng)工程師熟悉行之有效的創(chuàng)造和創(chuàng)新方法。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),作者提供了自己的工程經(jīng)驗,與許多人進行了交流,并從許多資源,例如書籍、文章、博客等收集了信息。本書各章最后的參考文獻給出了寶貴的資料來源,讀者可用于深入理解本書中討論的各個主題。作者從這些資源中學(xué)到了很多知識,感謝創(chuàng)作它們的個人、研究人員和專家。
致謝
許多人為本書的寫作做出了重要的貢獻,我要向他們所有人表示衷心的感謝。
特別要感謝來自以色列原航空航天工業(yè)公司的沙洛姆·沙迦(Shalom Shachar)和得克薩斯州基督教大學(xué)的泰森·布朗寧(Tyson Browning)教授,以及孜孜不倦的同事和朋友們,他們的許多科學(xué)知識、工程著作和智慧之語都被收入本書之中。
由歐洲委員會資助的AMISA項目,使我能夠?qū)W⒂谙到y(tǒng)工程的創(chuàng)造和創(chuàng)新。感謝所有團隊成員,尤其是特拉維夫大學(xué)的約蘭·賴希(Yoram Reich)教授的堅定支持和有益建議,也向Adi Mainly Software(AMS)的邁克爾·加伯(Michael Garber)致敬,其開發(fā)了DFATool軟件包,展現(xiàn)了架構(gòu)選項模型。
有兩個人對這本書的手稿產(chǎn)生了直接影響。一位是特拉維夫大學(xué)的舒拉米思·克雷特勒(Shulamith Kreitler)教授,他鼓勵了我,并就其結(jié)構(gòu)向我提供了建議。另一位是挪威科學(xué)技術(shù)大學(xué)的塞西莉亞·哈斯金斯(Cecilia Haskins)教授,他自愿審讀了本書手稿,并提出了許多寶貴的建議。另外,我還要感謝我的好朋友梅納赫姆·卡哈尼(潘帕姆)(Menachem Cahani(Pampam)),他為這本書貢獻了兩個漫畫。我還要對敬業(yè)且孜孜不倦的威利(Wiley)編輯團隊,特別是維多利亞·布拉德肖(Victoria Bradshaw)、格蕾絲·波林(Grace Paulin),以及謝麗爾·弗格森(Cheryl Ferguson),在我準(zhǔn)備手稿時給予的辛勤幫助表示深深的謝意。
有幾位研究人員授權(quán)我與本書的讀者分享他們的研究成果,我非常感謝他們: 韓國浦項科技大學(xué)的李相。⊿ang Joon Lee)教授,他在韓國從事仿生工程研究;美國加州太平洋大學(xué)的名譽教授拉維·賈恩(Ravi Jain)教授,他負(fù)責(zé)研究、開發(fā)和創(chuàng)新管理;丹麥奧爾堡大學(xué)的克里斯蒂安·里希特·奧斯特加德(Christian Richter stergaard)教授,他致力于創(chuàng)新和員工多樣性研究;瑞典Quadruple Learning的英格·丹尼爾達(Inger Danilda)和瑞典政府創(chuàng)新局的珍妮·格拉納特·索斯倫德(Jennie Granat Thorslund ),他們研究了性別化創(chuàng)新系統(tǒng);還有紐約城市大學(xué)的TK.DAS教授,他研究了認(rèn)知偏見。
我也對以色列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(SII)表示深深的謝意。該機構(gòu)允許我代表國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)復(fù)制國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC/IEEE 15288的完整部分和刪節(jié)部分。此外我也要感謝英國倫敦皇家工程學(xué)院的許可,允許我復(fù)制在2010年6月于該學(xué)院舉行的工程哲學(xué)研討會上發(fā)表的部分重要論文。
最重要的是,我要對我的妻子雷切爾(Rachel)和我的兒子奧弗(Ofer)、阿米爾(Amir)、喬納森(Jonathan)和邁克爾(Michael)表示最深切的謝意,他們的建議、耐心和愛心鼓勵我努力完成這本書。
埃夫納·恩格爾(Avner Engel)
以色列特拉維夫
第1章簡介1
1.1概述1
1.2系統(tǒng)工程3
1.3創(chuàng)造性方法4
1.4促進創(chuàng)新文化5
1.5創(chuàng)造和創(chuàng)新案例研究6
1.6附屬資料7
1.7參考文獻8
第2章系統(tǒng)工程9
2.1概述9
2.2系統(tǒng)工程基本概念10
2.2.1系統(tǒng)工程的本質(zhì)10
2.2.2組織和項目概念11
2.2.3系統(tǒng)概念11
2.2.4生命周期概念13
2.2.5流程概念15
2.2.6延展閱讀16
2.3標(biāo)準(zhǔn)15288流程16
2.3.1協(xié)議流程組16
2.3.2組織項目授權(quán)流程組17
2.3.3技術(shù)管理流程組20
2.3.4技術(shù)流程組25
2.3.5延展閱讀34
2.4工程哲學(xué)34
2.4.1工程與真理34
2.4.2工程設(shè)計的邏輯35
2.4.3工程設(shè)計的背景和性質(zhì)36
2.4.4角色和規(guī)則以及社會技術(shù)系統(tǒng)的建模40
2.4.5綜合工程做正確的事和正確地做事42
2.4.6延展閱讀44
2.5參考文獻45
第3章創(chuàng)造性方法47
3.1概述47
3.2面向個人的發(fā)散方法49
3.2.1橫向思維49
3.2.2解決矛盾54
3.2.3仿生工程62
3.2.4視覺創(chuàng)造力的三種方法65
目錄
系統(tǒng)工程中的實踐創(chuàng)造與創(chuàng)新
3.3面向團隊的發(fā)散方法73
3.3.1經(jīng)典頭腦風(fēng)暴73
3.3.2六頂思考帽76
3.3.3SWOT分析78
3.3.4SCAMPER分析82
3.3.5焦點小組85
3.4面向個人的收斂方法86
3.4.1PMI分析87
3.4.2形態(tài)分析91
3.4.3決策樹分析93
3.4.4價值分析/價值工程97
3.4.5帕累托分析101
3.5面向團隊的收斂方法103
3.5.1Delphi法104
3.5.2SAST分析107
3.5.3因果圖112
3.5.4卡諾模型分析114
3.5.5群體決策: 理論背景117
3.5.6群體決策: 實踐方法124
3.6其他創(chuàng)造性方法129
3.6.1流程圖分析129
3.6.2九屏分析131
3.6.3技術(shù)預(yù)測135
3.6.4設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣分析141
3.6.5失效模式影響分析144
3.6.6預(yù)期失效分析152
3.6.7沖突分析與解決158
3.7參考文獻163
第4章促進創(chuàng)新文化171
4.1概述171
4.2系統(tǒng)演化172
4.2.1系統(tǒng)演化建模S曲線172
4.2.2系統(tǒng)演化法則174
4.2.3延展閱讀187
4.3創(chuàng)新過程建模187
4.3.1創(chuàng)新的類別和類型187
4.3.2技術(shù)創(chuàng)新過程189
4.3.3創(chuàng)新資金195
4.3.4延展閱讀198
4.4衡量創(chuàng)造與創(chuàng)新199
4.4.1定義創(chuàng)新目標(biāo)199
4.4.2衡量創(chuàng)新過程200
4.4.3創(chuàng)新能力成熟度模型204
4.4.4延展閱讀208
4.5創(chuàng)新的障礙208
4.5.1人為因素208
4.5.2成本因素210
4.5.3制度因素210
4.5.4知識因素211
4.5.5市場因素211
4.5.6創(chuàng)新障礙和創(chuàng)新類別211
4.5.7延展閱讀212
4.6促進組織的文化創(chuàng)新212
4.6.1簡介212
4.6.2創(chuàng)新與領(lǐng)導(dǎo)力213
4.6.3創(chuàng)新與組織215
4.6.4創(chuàng)新與人員216
4.6.5創(chuàng)新與資產(chǎn)218
4.6.6創(chuàng)新與文化219
4.6.7創(chuàng)新與價值觀221
4.6.8創(chuàng)新與過程222
4.6.9創(chuàng)新與工具222
4.6.10結(jié)論: 邁向到創(chuàng)新文化的實際步驟224
4.6.11延展閱讀227
4.7推動工程師個人創(chuàng)新227
4.7.1大型組織很少創(chuàng)新227
4.7.2創(chuàng)新工程師的特點231
4.7.3對創(chuàng)意工程師的創(chuàng)新建議236
4.7.4延展閱讀239
4.8人類多樣性與性別化創(chuàng)新240
4.8.1人類多樣性240
4.8.2性別范式的轉(zhuǎn)變242
4.8.3性別差異和創(chuàng)新意義243
4.8.4推進性別化創(chuàng)新246
4.8.5性別化創(chuàng)新實例250
4.8.6延展閱讀253
4.9認(rèn)知偏見與決策制定253
4.9.1認(rèn)知偏見254
4.9.2認(rèn)知偏見與戰(zhàn)略決策258
4.9.3延展閱讀261
4.10參考文獻261
第5章創(chuàng)造和創(chuàng)新案例研究270
5.1概述270
5.2尋求問題的解決方案272
5.2.1問題及其產(chǎn)生272
5.2.2初始資金投入273
5.2.3延展閱讀273
5.3深入了解274
5.3.1問題與對策274
5.3.2擬開展工作的主要思路276
5.3.3量化的項目目標(biāo)277
5.3.4預(yù)測目標(biāo)的依據(jù)278
5.3.5系統(tǒng)適應(yīng)性: 發(fā)展現(xiàn)狀281
5.3.6延展閱讀284
5.4項目計劃285
5.4.1項目計劃活動285
5.4.2詳細(xì)的工作模塊說明293
5.4.3風(fēng)險和應(yīng)急計劃300
5.4.4管理架構(gòu)和程序303
5.4.5項目參與者308
5.4.6所需資源311
5.5AMISA項目312
5.5.1AMISA啟動312
5.5.2確定DFA的發(fā)展現(xiàn)狀314
5.5.3建立AMISA的要求314
5.5.4實施軟件支持工具314
5.5.5開發(fā)6個試點項目315
5.5.6生成可交付成果321
5.5.7AMISA之外的規(guī)劃開發(fā)321
5.5.8傳播項目成果322
5.5.9評估AMISA項目322
5.5.10聯(lián)盟會議324
5.5.11EC項目摘要326
5.5.12延展閱讀329
5.6架構(gòu)選項理論329
5.6.1財務(wù)和工程選擇329
5.6.2交易成本和接口成本330
5.6.3架構(gòu)適應(yīng)性價值331
5.6.4設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣332
5.6.5動態(tài)系統(tǒng)價值建模334
5.6.6延展閱讀336
5.7架構(gòu)選項示例337
5.7.1步驟1: 定義系統(tǒng)及其環(huán)境338
5.7.2步驟2: 分解系統(tǒng)架構(gòu)338
5.7.3步驟3: 確定系統(tǒng)升級的周期339
5.7.4步驟4: 確定每個組件的期權(quán)價值(OV)340
5.7.5步驟5: 確定每個接口的接口成本(IC)345
5.7.6步驟6: 通過設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)對系統(tǒng)進行建模345
5.7.7步驟7: 計算基本系統(tǒng)的AAV346
5.7.8步驟8: 定義組件的排除集346
5.7.9步驟9: 優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)(合并)348
5.7.10步驟10: 執(zhí)行靈敏度感性分析350
5.7.11步驟11: 評估備選系統(tǒng)架構(gòu)353
5.7.12步驟12: 定義系統(tǒng)變量354
5.7.13步驟13: 估算最佳升級時間355
5.7.14延展閱讀356
5.8AMISA文章末注356
5.9參考文獻357
附錄A生命周期流程與推薦的創(chuàng)造性方法361
附錄B技術(shù)系統(tǒng)演化的擴展法則364
B.1法則1: 系統(tǒng)融合365
B.2法則2~7: 系統(tǒng)合并365
B.2.1法則2: 相似系統(tǒng)合并365
B.2.2法則3: 卷積系統(tǒng)合并366
B.2.3法則4: 替代系統(tǒng)合并366
B.2.4法則5: 逆系統(tǒng)的集成367
B.2.5法則6: 不同系統(tǒng)的集成367
B.2.6法則7: 組合多個系統(tǒng)368
B.3法則8: 流導(dǎo)率369
B.3.1法則8 A: 增加有用流的積極影響369
B.3.2法則8 B: 減少有害流的負(fù)面影響369
B.4法則9~14: 加強協(xié)調(diào)370
B.4.1法則9: 形狀和形式協(xié)調(diào)370
B.4.2法則10: 時間和節(jié)奏協(xié)調(diào)370
B.4.3法則11: 材料協(xié)調(diào)371
B.4.4法則12: 行動協(xié)調(diào)372
B.4.5法則13: 空間協(xié)調(diào)372
B.4.6法則14: 參數(shù)協(xié)調(diào)373
B.5法則15: 可控性374
B.6法則16: 動態(tài)化375
B.7法則17: 過渡到超級系統(tǒng)375
B.8法則18: 提高系統(tǒng)完整性376
B.9法則19: 人類的可取代性377
B.10法則20: 系統(tǒng)的不平衡演化378
B.11法則21: 技術(shù)總體進步378
附錄C縮略語列表380