从霍尔模型这一技术系统的发展进化看传统系统工程到现代系统工程的演变
段海波
1问题的提出
长期以来，人们对产品设计和制造、特别是复杂产品全生命期中的设计和制造活动有个
误解，即误认为产品设计活动只发生在产品全生命期的早期阶段，如立项论证或需求分析、
概念设计和详细设计阶段；产品制造活动只发生在产品全生命期的中期阶段，如工程研制和
生产阶段。然而实际情况是，设计和制造、特别是设计是贯穿产品全生命期的活动，而不仅
仅局限于产品生命期的某个阶段，对于复杂产品尤其如此。例如，在立项论证阶段的验证机
试制、工程研制阶段工艺设计和工装设计、使用维护阶段的维修性改进设计等等。
造成这一误解的原因是，把产品的设计制造和全生命期简单化地看成是沿时间轴的一维
线性串行活动，混淆了产品由无到有由生到死的、物的成熟度不断提升的过程和在产品全生
命期中各利益相关方、特别是研发人员不断解决各种问题的人的思维过程。
2基于霍尔模型的传统系统工程方法
实际上，早在上世纪60年代，伴随系统工程在核潜艇、洲际导弹、阿波罗登月等重大
项目上的成功实践，美国工程界总结了系统工程的理论和方法，提出了后来大家熟知的“硬
系统”方法论。其中的重要标志是：1962年，霍尔（ArthurD.Hall）出版了《系统工程方法
论》（AMethodologyforSystemsEngineering）一书，强调要把系统工程看做一种解决实际问
题的程序，用形态分析的方法把系统生命期阶段和问题求解的逻辑步骤分成两个维度，用时
间维和逻辑维的二维形态分析矩阵定义和组织系统工程活动；1969年，霍尔提出了系统工
程的三维形态分析模型（即霍尔模型，见图1）；进而美国国防部于1974年正式发布了基于
霍尔模型的系统工程标准MIL-STD-499A。
图11969年发表的霍尔模型原版
霍尔模型的时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，分为规划、
拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新七个时间阶段；逻辑维表示时间维的每一个阶段
内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，包括明确问题、确定目标、系统综合、系统
分析、优化、决策、实施七个逻辑步骤；知识维（见图1）按照数学意义上的形式化或结构
化程度由高到低列举了时间维-逻辑维构成的二维系统工程方法可应用的学科领域：工程、
医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等各学科知识和技能，这样就形成了由时
间维、逻辑维和知识维所构成的三维空间结构。其中时间维和逻辑维将各时间阶段和逻辑步
骤综合起来，形成所谓的系统工程活动矩阵（见表1），是系统分析和设计的有效工具，为
解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法，因而得到广泛应用。
表1时间维和逻辑维构成的系统工程二维活动矩阵
霍尔模型的最大优点是将系统工程过程按逻辑维（人和组织分析问题解决问题的维度）
和时间维（物演化成熟的维度）严格分开，把产品研发的一维线性过程，增加了一个维度，
变成了二维平面。由TRIZ（发明问题解决理论）里解决矛盾问题的第17号创新原理——一
维变多维——可知，增加一个维度意味着看待问题或系统视角的改变，利用空间和新特征来
寻找解决问题和系统增值的机会。这一维度的增加不是凭空产生的，而是应和了二战之后从
40年代到60年代美苏争霸世界的军事需求，应和了一方面运筹学、控制论等学科和计算机、
核能、喷气推进等技术的发展和应用拓展了人类认识自然改造自然的能力，另一方面也使人
们在掌控复杂系统的研发和运行上遇到了新挑战的局面。如果把人们建立的产品研制和全生
命期管理的各种模型看作一个系统，那么这个技术系统的进化应该符合TRIZ八大技术系统
进化法则中的协调性法则，即人们对产品研制和全生命期管理的认知要沿着整个系统（各种
模型）的各个子系统之间互相更协调、且与超系统（如产品研制和全生命期管理的工程实践）
交互更协调的方向发展。霍尔模型应用形态分析将系统工程过程模型由一维变二维、由二维
变三维，正好应和了技术系统协调性进化法则下的几何形状进化路线（点-线-面-体），使
得产品研制和全生命期管理模型系统内的研制人员的思维过程模型和研制对象的产品成熟
度演进模型两个子系统之间，以及模型系统和超系统环境（如新科技革命和产业革命所代表
的外围环