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这门课是我跟陈潇凯老师共同开设的双师同堂课，是兵器卓越工程师学院和北理式卓越工程师学院的实践课程。共有六个部分，其中陈老师讲第四部分。

这门课的主要内容以前给在我们单位的所培研究生讲过两次（感兴趣的话可阅读以下链接文章），有点像是系列讲座，内容也不似教科书般精准无误，这次讲课力求能有改观。

课件：基于模型的系统总体设计(序言）；

课件：基于模型的系统总体设计(一）；

课件：基于模型的系统总体设计课程(二）；

课件：基于模型的系统总体设计课程(三）；

课件：《系统架构：复杂系统的设计与开发》领读；

课件：基于模型的系统总体设计课程(五)；

课程答疑：基于模型的系统总体设计课程(六)；

以下是这次课件的胶片，所附内容是课堂录音删节整理出的文字。

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这门课程也可以MBCPSD，基于模型的复杂产品总体设计，或者，基于经验的系统工程，工程思维和技术方法学概念。

总体设计这个词，在笔者的修辞逻辑中，和系统设计等同。

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这个课程的最低纲领是学会以工程思维进行系统思考，是不是有点高？最高纲领是培育清晰的事业信念、工程理念和抓总能力，是不是很难？

实话说，信仰和信念并不象字面上差得那么大。有人说中国人没信仰，但我们中国人是宗祖，对家庭有执念，也可谓是信念。

那么，信念可以立于事业域么？一辈子做一件事儿，成就一个自己的愿望，或者叫理念或初心。必须要自问初心是什么，初心能否一以贯之整个人生。推而广之，事业心能否一以贯之整个事业生涯，也就是最宝贵的30到60岁。

如何理解左上角的“成长是以时间换空间的单调过程”？

马克思认为，按照社会学的角度，人是其所有社会关系的总和。你想知道你是谁么？看看你和谁打交道就知道了。凡是跟你有关系的人形形色色的人组起来，包成一个全集，就是你。

子在川上曰，逝者如斯夫。我始终认为，就自身的视点来说，人是既往所有经历的总和，现在的你是过去所有时间打包出来的集合。空间是你自己的内在和内涵，你学到的东西，是否能够以工程思维进行系统思考是你自己内涵的一个子集。

右上角的“讲科学、创概念、钻技术、做工程”，也是笔者反复倡导的一个工程理念。

科学的机理简单明了，稳定长久，而且数得过来。比如，汽车的科学机理可以理解为滚动，飞机是气动，船舶就是浮动。而气动和浮动都是流体动力学为理论基础。再有，我们日常生活工作是，最常见的体会还是围绕宏观的牛顿力学。或问，量子力学和你的工作生活有什么直接关系么？

英文语境中的concept这个词，更偏于具象，而在中文更偏于抽象。做工程的对于概念这个术语理解要具象化，可以理解成“构型”或者“方案”。国外叫concept design，基本对应于我们的方案设计。concept需要Conceive（构思），创概念就是构思技术方案。

构型（概念）可以有多种多样形态，比如一个杯子可以有很多种形态。但从技术视点来分类，数量就又要少了，金属杯子就是金属杯子，陶瓷杯子就是陶瓷杯子，木杯子就是木杯子，一类材料就是一类技术。

然后，什么是做工程？比如皇帝的杯子要贵，老百姓的杯子要耐用，一次性杯子要成本低。做工程，更多的是要权衡和科学技术同样重要的其他因素，比如成本、时间、人员调配、应用场景、政治文化导向等，这些因素，加起来要比技术的权重大得多。这都是属于工程理念的问题。

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这十个方面的目标是不是还能更具体？大家可以去进一步思考，把打造系统思维能力的总目标进行分解，看看能够映射出哪些方面，什么方法、工具和知识。

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从笔者自身的职业经历来看，很幸运地从事了坦克装甲车辆这个最复杂的产品系统：把车上的电子装置，元器件有4万多个，把各总成部件都拆成机械零件，有6万多个。

装甲车辆总体设计这个领域，几乎什么技术都会接触到：激光、雷达、导弹、炸药与火工品、发动机，以及各种形形色色的机械、光学、液压、电子、电气装置、有机与无机材料、化学与化工制品，还包括各种产品属性的分析、评定，以及对于作战使用的全面感悟。

实践出真知，领域拓胸怀。系统思维能力是在“学”与“习”两个环节的反复迭代中提升的。格局宏大，成长空间必然宽广。

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笔者很认可这一点：中国文化在先秦时代已经达到了人类的顶点，这个定义不是中国的顶点，是人类的顶点。姑且仔细琢磨一下《吕氏春秋》中的这段话，都不用拿《四书五经》做论据。

这句话很是一针见血：没有可行措施对应的设想，没有指导能力的管理，只凭强势和短期行为来强推，事情是办不成的。

如果产品开发过程中，始终有某个问题处理不了，一定是最高层次的技术人员有问题。因为，系统设计师可以站到整个项目的角度上来权衡，可以把功能重新划分，重新耦合对吧？这个牛角尖钻不通，可以从那边钻。但做具体部件的设计师做不到，他只有自己那块地盘。

工程师都是系统设计者。什么是抓总能力，是总技术还是总队伍？要考虑团队成员，要能够用人。

在任务撒出去的时候，一定要知道怎么才能收回来。就是，Beginning with end in mind，持终而始，胸有成竹方落笔。

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既然是上课，就要讲讲学习之道。诸己就相当于你有几个自我。写《国富论》的亚当斯密说人有两个自我，一个是内我，一个是外我；搞心理学的弗洛伊德把自我分成了三个：一个叫自我，一个叫本我，一个叫超我。个体本能性，主要是动物性方面的，是本我；相当于人类社会性这个层面的纯理想化、绝对化的属性，是超我；面对现实折衷出来的，是自我。对于中国人来说，我觉得还可以加一个他我，就是你揣摩的在别人眼光你自己的样子，别人眼睛中的我，也是影响你的行为的重要因素。

知所求，那你想要啥？中国人最大的志向是什么？为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平，没有人类没有哪个理想比他更大。当然，你也可以做缩比，诸如：为家庭立心，为职场立命，为老师继传承，为儿孙开太平。

有了理想，无论大小，然后力行不辍，坚持。然后要明白，诚则明矣，明则诚矣。态度端正你就会学习通透，学习通透了以后，自然而然你就态度端正。明和诚是互动的一个过程，明一点诚一点，诚一点，再明一点，进入良性循环。

所以说自明诚谓之信，自诚明谓之教。老师要教育大家端正学习态度，我们这门课，如果学习之后大家有一个很好的人生态度，很好的事业心，我们这个课就没有白学，这就是教。然后是自明而诚这个逻辑，你们自己学到东西，随之调整好自己的态度，找好自己的方向，这是学习的固有属性。

谈到不愤不启不悱不发，什么意思呢？如果学生没有相应的经历，讲课的效果只能达到一半。金庸小《射雕英雄传》中有个郭靖学九阴真经的历程，先是被周伯通逼着背，懵懵懂懂，后来在和欧阳锋打架的时候打着打着理会了一点，这就相当于只有在愤和悱的时候才能得到启和发。

所以说，见过于师，方堪受教。如果没见过怎么办？先见着，头回生，二回熟，在心里埋下种子，等待时机发芽开花。我理解，这就是某种“学，学半”。

教，某种意义上就是“时习之”。学习是两个阶段，学而时习之，学到了这个能力，在急需的时候恰好用到了，你会非常高兴。

至于不可通约，下面还会讲。这里提示一点，人和人类是两个概念，是两回事。当然，换个视点，说是一回事儿也对。

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书到用时方恨少。这是去年一次讲座之前，毕业10年以后的一拨人的学习期盼。

《华盛顿协议》的认证是评价本科教学水平，要基于学校毕业生在5年以后的工作状态，大体体现了学校的教学水平。那么，之后5年就看工作环境了吧？

从这些期待来看，无外乎做人，做事，做学问。人生就这三件事，做人，究天人之际，做事，通古今之变，做学问，成一家之言。司马迁讲的这三句话要牢记，什么叫天人之际，你与环境的交接之处，也就是你所对关注对象的感知与对应思考认知的总和；什么叫古今之变？生老病死；什么叫一家之言？你永远走的是你自己的路，人和人的路都不一样。你现在看看你周围的人有完完全全一样的路吗？

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盲人摸象的故事在中学课本都学过，我们能从这个故事中悟出更多的道理么？

MBSE就是在结构化前提下，有组织地盲人摸象。我从故事中提炼了5个结论，大家仔细体会一下：个人的认知永远局限于子集，你自己得不到全集；意见相左，源于视角不同，不要老说别人不对，要学会与人互补；事实不是真相，事实只是真相的碎片；规律只在对应论域上才有意义，就是函数只在定义域上才有意义；系统工程是一套模型的综合，任何系统的仿真简化都需要有一套模型，比如，这个大象至少要六个。

简单说明一下。大象像根柱子，错。但是你说大象的腿像根柱子，基本是对的吧。或者说，大象的某一部分像根柱子，然后类比，琢磨琢磨已经有的知识，比如原来已经知道了马，马的腿像柱子，我现在摸这个地方应该是大象的腿。

对于系统工程实践而言，探索求知是一个重要方面，你甚至不知道你要摸的是一头大象。所以系统思考，简单而又复杂。简单如看盲人摸象，复杂如不知道摸的是个什么东西，你甚至并不知道问题本身是啥。

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我们再转换一些其他视点，他山之石可以攻玉，他山之玉只能攻石。当然，这也不是绝对的，有可能他山之玉啥都能攻。

前几年，美国海军的某个报告有这么一张图，认为中国海军是兔，美国海军是乌龟，因为其上层的官僚作风，美军要给中国海军输在龟兔赛跑。

但是，客观地讲，我们最多还是个暴发户。我不知道大家对俄罗斯有什么印象，按我的认知，我们许多方面的工业底蕴，还没有赶上俄罗斯。

不同的视角，看问题得到的结论是不一样的。美国海军讲他们国防部和海军上层很官僚，实际上，就像电脑硬盘中的文件一样，时间长了，制度堆砌造成的效率低下，也就是所谓官僚，也是一种成长过程的附带产物。

在追求正确的过程中，必然会投入很多管理的成本在里头，一旦管理的效费比差的时候，自然就是效率低下。

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关于理念和信念，再看看柏拉图的洞穴故事。洞穴比喻的是现实世界，人们如盲人摸象里那般并不能真正的认识清楚环境与自我。柏拉图把太阳比喻信念理念的照耀，把洞穴比作社会环境，把线段比作人生的发展阶段。

信念和理念，要先固化在脑子里，然后慢慢地去理解。因为这些人类认知的精华，已经经过了二千多年不知多少代人的推敲考证和检验，是大浪淘沙淘出来的真金。

道德经里头讲上师闻道，勤而行之；中士闻道，懵懵懂懂，若有若无；下士闻道，就认为很可笑。要反动于下士，就相当于说，我们怎么样才能从看这些道理很可笑的状态中跳出来，感悟出这些理念中的逻辑关系。

柏拉图的线段和孔子讲的阶段很类似。柏拉图讲线段，从人的臆断到知识，从模仿上升到信念，从臆断上升到悟性，从感性上升到理性这么一个认知过程，从17、8岁，20岁、30岁、35岁再往上。孔子讲15有志于学，树立信念和初心，30而立，确定职业领域，知道自己这辈子干啥；40不惑，就是说你在这个领域里干了10年，大概其搞明白这个领域是怎么回事了，50知天命，干了20年了，你就知道这辈子你能达到的最高水平是什么样子，知道你人生天花板在哪儿；60耳顺，你可以听到某个结论或者论点以后，你就可以迅速站到他的视角上去看到他看到的景象。

70从心所欲。智慧的最高水平，对常人来讲是60岁左右，杰出的人会是70岁。许多国家的领导人在这个年龄段是很说明问题的。因此，大家的职业规划还可以再延伸：15岁定目标，30岁定领域，一以贯之地干到70以后。

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好，我们再看看一个具体的系统工程示例。我从魏巍老师写的《装甲车辆设计》书中摘了一个图，是简单的不能简单的单个零件，一根扭杆，这个图里面有个标准的字母是俄文，应该来自是俄罗斯或者前苏联的。既然来源如此，我就认为这张图的正确性，或者说设计表述的完整性没什么问题。

从系统工程考虑，这是一个扭杆，这是一个履带车辆行动系统中，作为悬挂弹性元件的扭杆。上两图的文字摘自前苏联在20世纪80年代的一本关于履带车辆行动系统设计的教科书，其中的内容在国内的书中还没看到过就是说我们国内没有过，这里面的结论都有非常高的工程价值。

（前文有设计常识：扭杆弹簧耐久性的影响因素，履带车辆扭杆和减振器设计的经验之谈，在此不再赘述）

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我们为什么要做系统工程？我们每个人都在组织里头，任何工程问题一定是N多因素耦合的好多问题，这就是复杂性。

复杂性只是工程的一个方面，还有不确定性和认知不一致性。如上图文字所言，的确，你都不知道你究竟想要啥，看到了一样东西，忽然大悟，我真喜欢的是就这个。

一个项目，会涉及很多利益相关者，每个人都会坚守本位主义。我有我自己的角色，我必然具备这个角色的认知。但是，作为一个系统，如何融合？总体设计师要兼顾方方面面，产品复杂性和开发过程的不确定性，以及认知的不一致性，交织在一起，需要在渐进的寻中学中慢慢摸索。

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科学的基本研究途径，就是拆分碎片化和对象客体化，这是科学之所以精准的前提——把范围缩小。

认知过程在于细分，而创造过程则需要集成。这种“反科学”的流程，就是工程的特色。所以说，一定要把“讲科学、创概念、钻技术、做工程”四者清晰地区分开来。

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这是美军标的一个定义，讲的是装备研制系统工程。

我把 Define翻译成“界定”，原来的译文是“定义”。我再三强调大家对英语的内涵一定要好好的理解清楚，下一讲我会给大家特别强调“不可通约性”。

要牢interface（接品）这个词，拆分碎片化，前提是要保证interface的正确性，interface是集成回来的根本。要接口间的相容性和合理性，以便优化整个系统的界限和设计方案。

分分合合，合合分分，就是系统工程中要做的。分而治之，系而统之。系统是耦合的，所以要牵一发动全身；但要设计和制造过程中，只能你干你的、他干他的，牵一发只能动一发，否则这个活是没法干的。什么时候分，什么时候合，就是艺术，就要系统思考。

将可靠性、维修性、安全性、生存性人的因素以及其他有关因素综合到整个工程成果中去，以达到费用进度和技术性能的目标，这三者要一起统筹。

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上面是全寿命周期各个阶段和事项的双维度的一个波峰图，实际上这是一个三维空间。

研发周期整个过程的划分，可以从三个视角来看：产品的实物化进程；信息处理系统，比如数字孪生，数字孪生就是投影出来的信息；还有一个是项目管理系统。

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总体设计或者叫系统工程，在产品开发领域，基本可以划等号。如上图所示，总体设计有三个系统工程，或者说是四个系统工程。

需要把握的两个词汇，一个是专业学科（Specialty），一个是传统学科。传统学科，大体就是我们工程专业，电子的、搞热力学的、搞结构的、搞机械的，搞光学的，这是传统学科。

专业学科是属性学科，就是产品的品质学科。相当于只有产品成型后才出现的整体属性，也可以说是技术学科。那么，属性是可以设计的吗？可以这么说。属性是不可设计的吗？某种意义上来讲也可以这么讲，属性是系统完整以后涌现出来的。

我们现在习惯于把通用质量特性从系统性能割裂出来。割裂出来，你就做不好通用质量特性。属性学科和传统学科的割裂，这是现在最大的问题。

然后，是系统集成制造。这里面包括设备和装备，一个是用来检测系统性能的评估测试仪器，还有一个是制造这些部件的生产设备。

设计师一定要懂工装工艺，一定要懂产品是怎么做出来的。否则，不会设计出好产品。

有这么一句话，木匠的工具铁匠造，铁匠的工具自己造。你是世界顶级的科研水准的话，你的工具一定是自己做的。你在做工具的时候，会对你的研究领域有更为深刻的认识。

做总体设计，一定要理解产品全寿命周期各环节所涉及的方方面面，理解所有学科的全面把控。

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这个片子有前文持满者与天，节事者与地，安危者与人，不再啰嗦。

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这个片子也有前文工程师的“顶天立地”：问题解决系统之使命任务、资源利用与适存能力，不再啰嗦。

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系统方法论有9个维度，简单说，无所不包这4个字。

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美国人在讲装备系统工程的时候，搞装备先进武器系统构想，要符合文化美国文化，要讲美国政治，要讲技术可行。所以，装备系统工程，要确认符合政治和文化，要资源足够使用。

政治是讲给我们搞装备的人的，是讲给社会中的每一个人的。

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讲系统工程就离不开钱老，钱学森。原来系统论、信息论、控制论和运筹学，这是一个老三论，后边有了耗散结构理论、超循环理论和协同学。

人生B和D之间的C。B是Birth,D是Deith,C是Choice。人生无时无刻都在做choice，每时每刻都在做决策和取舍，都在围绕系统工程和系统思维。

博学而详说之，以反说约也，反说就是个model。基于自己的model的系统工程就是你的人生，做项目也一样。

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这几页是课程大纲。第一部分讲复杂产品的设计概念与理念；第二部分是系统工程与系统分析，第三部分是总体设计与产品实现，第四部分是多学科的设计优化体系，理论水平高且严谨，对做学位课题很有用，由陈老师讲。第五部分是技术管理和设计创新。第六部分讲项目团队建设。

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先讲一个什么叫小学？现在要反思“小学毕业了没有”，对于研究生来说，这件事依然很有意义。

小学是什么？《四书五经》的《礼记.学记》里说，一年离经辩治敬业、三年敬业乐群、五年博习亲师、七年论学取友之，九年知类通达强立而不反。就是说小学读完了，意志坚定，已经坚牢固地树立了自己的信念，即便是没人叨叨和点拨强迫，也能够按照固化的三观信念理念，按照培育的行为习惯，自觉行动而不会“把知识还回老师”。

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大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善。《四书五经》第一本《大学》的第一句话。和共产党的三大作风，表述的是同样的理念。

儒家是信仰，法家是制度。我们原来老说中国历史呈现的是外儒内法，大家把仁义道德讲得很高，而实际上全搞的是法家那一套。实际上，道德不应用来指责他人，要用来修己；法律和规则才是用来进行社会约束和整治的。

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人生可以划为4个阶段：大学之前家校哺育，大学之后独立自主，工作以后自力更生，成家以后启下开来。人类是需要传承的，一代一代的传下去，就是启下开来。

这片子也有前文十五则《劝学》理念：不封顶的人生，与“学”俱进。

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本科教育要学会教大家查书，研究生教育则是要让大家学会自己干事儿。

99年的时候，我在新东方上了两个班，一个是托福班，一个是GMAT班。新东方教育有个特点，他点到为止，你在那上一节课，你要花出两节课到三节课的时间在课下补，你才能跟上老师的讲。相当于说，老师提纲契领，学生在课后把功课做足。这是研究生阶段的学习方式，我希望大家在做功课的时候跟本科要有截然不同的区别。本科，可以是灌多少是多少，但是研究生一定要思考，一定要拓展发挥。

少壮不努力，老大徒伤悲。现在所有学校的本科教育都不充分，要反省，你们本科究竟毕业了没有？要认真思考本科的课程怎么补。

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华盛顿协议，以解决复杂工程为标的。我们现在卓越工程师学院讲的就是要解决复杂工程问题。按照华盛顿协议来讲的话，本科就要做到，你们做到了吗？为啥没做到呢？

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cpio是麻省理工学院倡导的基于项目的学习。工程的学习目标有5个E，Engineering,Enterprises,Educating,Environment，Ensembling，我翻译成工程技术、组织经营、学习成长、升华境界，天人合一，融入整体。

CDIO教学模式，C是Conceive构思， d是design设计，I是implement实现，O是operation。

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cdio的教学大纲，一是学科知识，二是个人能力，三是人际交往，四是在环境中创造。

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关于人的成长节奏，20~30是一个黄金时代。要在20~30之间把自己的工作观、爱情观、健康观搞定。

begin with the end，持终而始，一定要把目标确立清楚了以后，再着手行动，一以贯之。

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第三个关于科学素质。托马斯库恩的科学革命有4个主题，第一个是成败论英雄。第二个，社会科学是一种社会事业，要有奉献精神，说眼光不要太短，不要一投入就要回报。第三个是说，社会的分工细化造就了社会的进步，分工越细意味着社会进步程度越高。第四个是不可通越，语言之间完整的通约是不可能的。

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《全国科学素质行动纲要》说2025年要让公民具备科学素质的比例超过15%。

2020年大学学历的公民占比达到15%，而2020年具备科学素质的比例是10.58%，就是说大学毕业的学生里头大概有1/3的人不具备科学素质，大家可以对照反思一下是否是个事实？

第一要对人文背景很理解，整个科技和人包括人类国家的群体，就我们自己群体，国家和世界三个范畴，第二要有端正的科学态度，第三是有知识，包括对掌控知识的理解；第四是有能力，这个能力是competence，有竞争性的能力，在人力资源领域，往往会把competence叫胜任特征。

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我们再看看历史。蒙古人横扫欧亚，终结了欧洲的黑暗的中世纪，如果没有蒙古人把东方文明带古带到西方，西方不会有启蒙。

再往前看，欧洲没有秦始皇，现在是一盘散沙，如果中国没有秦始皇，大家鸡同鸭讲，也会和欧洲一样。历史是History，是他的故事，要让历史赋予我的自信。

理论自信和道路自信，是历史告诉我们的结论。因为前人把其他的路都试过了，都不行。

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李约瑟之问，做技术的必须要思考这个问题。我们领先了世界1500年，无疑，公元到1500年至少到万历那个时候，那么为什么中国没有产生现代科学？

钱学森先生说为什么学校总是培养不出来杰出人才？我觉得我们现在培养的政治家企业家都很杰出，只是需要问问好的科学家有多少？

李培根李院士，根叔问我们出了郑和，为什么出不了马斯克？

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爱因斯坦回答了李约瑟的问题。但是爱先生也在困惑，既没有形式逻辑，也不做系统实验，中国人怎么会领先世界1500年？

这里头有它的道理，所以说中国式现代化，中国特色道路有其必然性，问题是我们怎么走，怎么有效的走，怎么更快的走。

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马斯克这个人值得反思。或问，他要把这些公司全做成了，人类会成什么样子？

特斯拉，几十万上百万的人每天给他跑数据，不尽数据滚滚来，然后从数据堆出机理，已经变成了一个很好的现代科研范式。特斯拉拿到的人体的行为大数据，可以反过来支撑它去投射出来一个擎天柱人形机器人。

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每个人都需要一面镜子。就对于我来讲，公众号相当于一个具有时间维度的一面镜子。这个公众号是17年3月12日开始写的，那么现在总共写了1200篇文章。

回头看看几年前写的东西，如果一看很烂我就很高兴，说明我在成长，这几年没白过；如果感觉有些文章写得很好，现在看起来很不错，那就说明我已经在这个方面成熟，这个观点已经经得起时间的考验。

真正好的东西，是要经过时间的考核的，能够经得起历史的冲刷。

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一流的智慧要容纳截然不同的观点，还能够正确的思考。我们有时候往往会简单说这个人是个好人，这个人是坏人，给贴个标签。实际上，每个人又有优点又有缺点，如果你能够一分为二去分析判断，然后统筹来看，你就更高了一个境界，相当于到了一流的智慧。

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下边要说这三条，我希望大家能够背下来。

在这我想提一下“老三篇”，我小时候背过，毛泽东写的《愚公移山》、《纪念白求恩》、《为人民服务》。愚公移山就是力行不辍，对应于人生观；《为人民服务》对应于价值观，先投入，因上努力，果上必然；《纪念白求恩》在某种意义上讲的是格局，是世界观。

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古为今用，洋为中用，他为我用。这是ChatGPT的模型，可以按照人工智能给你找的方法，训练自己。水涨船高，让自己是船，让人类的智慧成为载船之水。

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回过头来我们也要再讲系统和学科是什么样的关系？

比如说物理学和化学是学科，工程搞的是系统，或者叫产品。比如汽车是一个很大的系统。系统也可以是个器件，可以是个组件，甚至可以是个装置。

要把握好系统和学科。做研究生要注意两个，一个是领域，一个是理论，你的课题一定是某种理论在某种领域的应用。

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