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系统工程是分析解决复杂系统的论证、设计、生产和使用中评价决策和权衡优化问题的有效方法和手段。系统工程不仅有完整的理论方法和技术手段构成的科学体系，而且在像航天系统这种经费预算多、研制周期长、运行使用风险高的复杂系统中的具体应用又体现出多样性和复杂性。如何有效地利用系统工程理论和方法针对复杂系统进行组织管理并达到预期目的，需要对系统工程思想有深刻的理解和丰富的工程实践经验。美国国家航空航天局（NASA）的系统工程手册是对其多年系统工程实践经验的总结，本书编译自该手册2016年的版本，主要包括三部分内容：第一部分（第1～3章）结合航天产品的寿命周期介绍由多个系统工程流程构成的航天产品设计开发和控制管理的系统工程引擎；第二部分（第4～6章）针对系统工程引擎中设计流程和管理流程的每个流程，详细介绍流程实施的过程和指南；第三部分（第7～8章）介绍在开展系统工程工作时应当把握的关键技术和相关标准。本书部分章节的阅读需参考“NASA项目寿命周期系统工程视图—飞行和地面系统工程流程”完整尺寸图，读者可登录www.hxedu.com.cn（华信教育资源网）搜索本书免费下载，或发送电子邮件到chenwk@phei.com.cn索取。本书内容翔实、图文并茂，许多问题的阐述结合实例，部分具体操作还在附录中给出了参考样板。本书可以作为工业领域产品开发和系统工程组织管理实践的有益读本，供从事产品研发与项目管理的人员参考阅读；也可以作为高等学校系统工程专业或相近专业高年级本科生、研究生的学习用书。

目    录
第1章  引言	1
1.1  本手册的目的	1
1.2  本手册的适用范围	1
第2章  系统工程基础	2
2.1  通用技术流程与系统工程引擎	4
2.2  按照项目阶段概述系统工程引擎	6
2.3  运用系统工程引擎的示例	7
2.3.1  系统工程引擎详细示例：空间运输系统（航天飞机）	8
2.3.2  示例说明	9
2.4  产品验证和产品确认之间的区别	18
2.5  费用和效能方面的考虑	19
2.6　系统工程流程中的人因系统集成	22
2.7　系统工程师的任职能力模型	23
第3章  NASA工程/项目寿命周期	26
3.1　工程规划和论证阶段	29
3.2  工程实现和运用阶段	31
3.3  项目A前阶段：概念探索	32
3.4  项目阶段A：概念研究和技术开发	33
3.5  项目阶段B：初步设计和技术完善	35
3.6  项目阶段C：详细设计和生产制造	36
3.7  项目阶段D：系统组装、集成、试验和发射	38
3.8  项目阶段E：运行使用和维护	39
3.9  项目阶段F：项目终止（退役/废弃处置）	40
3.10  经费：预算周期	41
3.11  NPR 7123.1中相关需求的剪裁和客户定制	42
3.11.1  引言	43
3.11.2  剪裁的判定准则	43
3.11.3  使用合规矩阵剪裁NASA系统工程需求规范中的需求	44
3.11.4  实施系统工程需求剪裁的途径	45
3.11.5  剪裁和客户定制示例	47
3.11.6  剪裁的审批	49
第4章  系统设计流程	51
4.1  利益相关者期望开发流程	52
4.1.1  流程描述	52
4.1.2  利益相关者期望开发流程指南	58
4.2  技术需求开发流程	64
4.2.1  流程描述	65
4.2.2  技术需求开发流程指南	69
4.3  逻辑分解流程	76
4.3.1  流程描述	77
4.3.2  逻辑分解流程指南	80
4.4  设计方案开发	80
4.4.1  流程描述	81
4.4.2  设计方案开发流程指南	88
第5章  产品实现流程	99
5.1  产品方案实施流程	100
5.1.1  流程描述	100
5.1.2  产品方案实施流程指南	104
5.2  产品集成流程	105
5.2.1  流程描述	107
5.2.2  产品集成流程指南	109
5.3  产品验证流程	111
5.3.1  流程描述	112
5.3.2  产品验证流程指南	118
5.4  产品确认流程	127
5.4.1  流程描述	128
5.4.2  产品确认指南	133
5.5  产品交付流程	134
5.5.1  流程描述	135
5.5.2  产品交付指南	139
第6章  横向关联的技术管理	141
6.1  技术规划流程	141
6.1.1  流程描述	142
6.1.2  技术规划指南	162
6.2  需求管理流程	175
6.2.1  流程描述	175
6.2.2  需求管理指南	179
6.3  接口管理流程	180
6.3.1  流程描述	180
6.3.2  接口管理指南	182
6.4  技术风险管理流程	185
6.4.1  流程描述	187
6.4.2  技术风险管理流程指南	190
6.5  技术状态管理流程	190
6.5.1  流程描述	191
6.5.2  技术状态管理指南	197
6.6  技术数据管理流程	199
6.6.1  流程描述	199
6.6.2  技术数据管理指南	206
6.7  技术评估流程	207
6.7.1  流程描述	207
6.7.2  技术评估指南	213
6.8  决策分析	239
6.8.1  流程描述	241
6.8.2  决策分析指南	247
第7章  项目技术管理的相关专题	260
7.1  合同形式外包的工程	260
7.1.1  引言、目的和范围	260
7.1.2  采办策略	261
7.1.3  签订合同前的工作	265
7.1.4  履行合同期间的工作	272
7.1.5  合同验收	275
7.2  并行工程方法	278
7.2.1  引言	278
7.2.2  并行工程的目的和益处	279
7.2.3  并行工程的历史	280
7.2.4  成功的并行工程团队需具备的关键要素	282
7.3  选择工程设计工具需考虑的事项	290
7.4  环境、核安全和行星保护政策方面的约束	294
7.4.1  美国国家环境政策法案和第12114号行政法令	294
7.4.2  涉核发射的安全性审批	295
7.4.3  风险沟通交流	297
7.4.4  行星保护	298
7.5  公制度量单位的使用	299
7.6  多层级/多阶段工程中的系统工程	301
7.6.1  概念参考模型	302
7.6.2  管理层级命名法	302
7.6.3  多层级系统工程特性	302
7.6.4  多层级系统工程管理的考虑事项	303
7.6.5  多阶段设计与组装需考虑的事项	305
7.6.6  多层级/多阶段工程需要额外考虑的系统工程事项	307
7.6.7  多层级/多阶段工程开发在商业领域的相似场景	307
7.7  故障管理	308
7.7.1  故障管理的要件	308
7.7.2  故障管理和项目寿命周期	311
7.8  技术性余量	314
7.8.1  引言	314
7.8.2  定义	314
7.8.3  项目寿命周期全过程余量管理指南	315
7.8.4  一般性考虑	317
7.8.5  余量管理计划（技术指标体系计划）	318
7.8.6  额外阅读资料和参考文献	318
7.9  系统工程流程中的人因系统集成	319
7.9.1  人因系统集成的领域	320
7.9.2  人因系统集成的角色和责任	321
7.9.3  将人因系统集成映射到系统工程引擎	323
7.9.4  人因系统集成活动	324
7.9.5  产品和工具	326
7.9.6  人因系统集成与寿命周期费用缩减	328
7.9.7  NASA人因系统集成知识体系	329
第8章  其他相关专题	331
8.1  作为工具的统计工程	331
8.2  基于模型的系统工程	333
8.2.1  引言	333
8.2.2  实施基于模型的系统工程	335
8.2.3  系统工程引擎和MBSE	337
8.2.4  模型	339
8.2.5  MBSE方法论	341
8.2.6  实施MBSE所面临的挑战	343
8.2.7  MBSE的益处	344
8.3  概念成熟度水平	345
附录A  英文缩略语	348
附录B  专用术语表	357
附录C  如何撰写一个好的需求—查验清单	386
附录D  需求验证矩阵	390
附录E  创建包含需求确认矩阵的确认计划	391
附录F  功能分析、时序分析和状态分析	393
附录G  技术评估/技术引入	400
附录H  集成计划编写提纲	407
附录I   验证和确认计划编写提纲	409
附录J  系统工程管理计划编写提纲	416
附录K  技术工作计划	427
附录L  接口需求文档编写提纲	428
附录M  技术状态管理计划概要	431
附录N  技术同行评审/检查指南	432
附录O  权衡示例	436
附录P  任务说明评审内容清单	438
附录Q  项目防护规划编写提纲	441
附录R  人因系统集成计划编写提纲	444
附录S  带注释说明的运行使用构想编写提纲	451
附录T  项目阶段E中的系统工程	454
参考文献	460

序
我国航天事业经过50多年的发展，取得了举世瞩目的成就。在钱学森等老一辈科学家的带领下，我国航天系统工程伴随着中国航天事业的发展而逐步成长、成熟。航天系统工程是运用系统工程的理论和方法对航天工程从需求论证到设计研制、生产制造，以及运行维护等全寿命过程所进行的技术和管理活动的统称，主要关注并解决复杂工程系统总体权衡与优化问题，在“两弹一星”“载人航天”“北斗”等大型复杂工程的建设实践中得到充分运用，对保障我国航天工程的顺利实施、增强我国综合实力、带动科技进步、促进经济发展发挥了重大作用。
我国正处于由航天大国向航天强国迈进的关键时期，航天工程的使命任务更加多样化，系统功能越来越复杂，需要进一步探索航天系统工程规律，提升现代宇航能力，积极推动航天事业科学发展。中国卫星导航系统管理办公室一直致力于促进航天系统工程理论和方法在北斗卫星导航系统建设和应用实践中的运用。2012年底北斗卫星导航系统将完成区域系统建设，提供覆盖亚太地区的导航服务，2020年将建成全球卫星导航系统。面对前所未有的系统规模、高可靠高质量的应用服务要求、日趋激烈的国际竞争，迫切需要进一步研究航天系统工程理论和方法，有力保障北斗卫星导航系统建设和应用的顺利实施。
在中国卫星导航系统管理办公室的支持下，由国防科技大学系统工程系组织开展了《NASA系统工程手册》的翻译、出版工作。该书是NASA对航天系统工程管理方法、技术和经验的最新概括和总结，反映了NASA在航天系统工程领域积累的成功经验。书中介绍的航天系统工程技术和管理方法，对我国航天工程组织实施具有积极的借鉴意义。

中国科学院院士　 孙家栋
  
  
译者序
20世纪后半叶，在钱学森先生创导下，系统工程如雨后春笋般蓬勃发展，在我国的社会发展和经济建设中得到广泛应用并发挥了积极作用。而随着系统工程理论和方法的日渐丰富，以及系统工程技术在社会、经济和军事领域应用的不断深入，对于如何利用系统工程有效解决复杂系统问题，还存在不少认识误区和实践偏差。甚至某些时候复杂的系统工程成为了某些部门回避困难的借口。实际上，在系统的设计研发过程中，系统工程不仅仅是对于系统预测、评价和优化等技术的应用，更多情况下是从宏观上和整体上分析系统，在系统集成设计框架下采用专门技术解决具体问题，寻求系统整体最优的理念和过程。系统工程的实践过程是长期和复杂的，其核心作用在于将所涉及的人员、技术和资源有机地结合在一起，以最有效的方式达到系统目标，而这一点恰恰就是系统工程实践中的困难所在。
美国国家航空航天局（NASA）曾经组织过多个大型复杂航天系统项目，有着丰富的经验积累和理论沉淀；“阿波罗”载人登月工程和天地往返运输系统（“航天飞机”）就是系统工程应用的成功典范。《NASA系统工程手册》是对系统工程应用实践经验的总结，该手册结合系统全寿命周期，对系统寿命周期各个阶段对应的系统工程流程，以及各个系统工程流程中的系统工程管理技术进行了详细说明。可以说，这本手册对于系统前期论证和产品设计开发过程中的系统工程方法运用和实践具有极高的借鉴和参考价值。
复杂的航天系统各项工程都有各自的具体问题，解决问题的手段和途径也不尽相同，但利用系统工程方法解决系统问题的思路是相通的。《NASA系统工程手册》一公布，就引起了“北斗”卫星导航专项管理办公室的极大关注。在“北斗”卫星导航专项管理办公室的鼓励和支持下，我们组织力量对《NASA系统工程手册》进行了翻译，希望这项工作能够对像“北斗”卫星导航工程这样的复杂系统工程项目中的产品设计和项目管理起到辅助作用。由于手册中涉及的学科专业知识广泛、工程历史背景繁杂，翻译中难免有不准确和不精致之处，敬请读者批评指正。
在本手册的翻译过程中，得到了许多同行和专家的指导和帮助，在此表示感谢！感谢“北斗”卫星导航专项管理办公室的领导对本手册的翻译给予的支持和协作；感谢电子工业出版社工业技术出版分社的徐静社长和陈韦凯编辑为本手册的顺利翻译、出版在版权联系和文稿编辑方面付出的努力和给予的指导；感谢王维平教授、郭波教授对于本手册翻译的理解和鼓励，以及总体上的把关和具体事务上的支持。

前    言
自从1995年NASA/SP-6105《系统工程手册》首次发布，以及2007年该手册的第1次修订版发布以来，系统工程作为美国国家航空航天局（NASA）的基础学科经历了快速而持续的进展。这些进展包括实施国际标准化组织（ISO）的9000系列标准，运用基于模型的系统工程（MBSE）来改进产品的开发与交付，并且适时地更新NASA技术规程要求文件NPR 7123.1。那些由NASA一体化行动团队（NIAT）、哥伦比亚号事故调查委员会（CAIB）提交的报告，以及后来的迪亚兹报告 中得出的系统工程方面的经验教训，已经体现在归档资料中；来自其他无人使命任务，如起源号探测器 和火星勘测轨道飞行器 的经验教训，以及来自地面操作运行任务和航天企业商业空间飞行事故的经验教训，皆有所记录。基于这些报告，NASA首席工程师办公室（OCE）倡议改善整个NASA机构的系统工程基础建设，使NASA系统工程的开发更加高效和实用，并能够生产出高质量的产品，成功完成使命任务。这本手册的更新是NASA首席工程师办公室发起的全NASA机构系统工程建设倡议的一部分。
1995年，SP-6105的最初发布为NASA雇员带来了系统工程的基本概念，使他们认识到NASA系统及其环境的本质。2007年，手册的修订版（第1版）完成并发布。在将NASA系统工程手册2007修订版（第1版）更新为第2版时，来自NASA各部门的作者带来了丰富的信息，不仅扩展了早期版本的内容，而且增加了许多新的章节，在保持了SP-6105原有理念的基础上，更新了NASA机构的系统工程知识体系，为体会和洞察当前NASA最佳实践经验提供了指导，并使手册保持与NASA的系统工程政策相一致。其中的信息可以作为NASA大型系统工程团体中成员的相关参考资料 。
 本手册的更新延续了之前版本的修订方法：自顶向下地兼容更高级别的NASA机构的政策和自底向上地融合来自NASA基层从业人员的指导意见。这种方法提供了从NASA内部获得最佳实践经验的机会，通过将工程/项目信息与已建立的NASA系统工程流程相关联，可以交流最佳实践经验中的应用原则及可选的方法途径，而不是寻求为完成特定任务所适用的特定方法。本手册所包含的是NASA独有的系统工程实践的顶级实现方法。用于更新本手册的材料有许多来源，包括NPR、NASA各中心系统工程手册和流程。其他机构最佳实践经验，以及NASA外部的系统工程教科书和指南。
本手册由8章组成。其中，第1章是引言；第2章是对系统工程基础的讨论；第3章讨论NASA工程/项目的寿命周期；第4章介绍从概念探索到方案设计的系统设计流程；第5章介绍从方案实施到最终产品的实现流程；第6章讨论与系统开发流程横向关联的技术管理流程；第7章讨论项目技术管理的相关专题；第8章讨论与系统工程相关的其他专题，这些专题在NASA机构中尚未形成最佳实践经验，但是可以作为系统工程实践者的参考和资料来源。此外还补充有若干附录，针对各章中的主题提供了大纲、示例和进一步的说明信息。本手册广泛使用注解框和图形，用于定义、提炼、说明和扩展各个章节中的概念。
最后，应该指出的是，本手册为开展良好的系统工程实践提供了顶层指导，但它并不试图以任何方式成为一个指令性文件。
NASA/SP-2016-6105《系统工程手册》第2版修订版正式取代了2007年12月发布的NASA/SP-2007-6105《系统工程手册》第1次修订版。	

编译者

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NASA系统工程手册（第2版）