摘要：技术方法的优选与组合在科研系统工程活动中具有重要意义，拟将通用的系统工程方法“霍尔三维结构”发展为科研系统工程“四维结构”，即增加第四维—技术维。对于具有强烈时空特征的复杂科研系统工程来说，仅采用定性与定量分析相结合的方法是不够的，应将其发展为定性—定量—定时—定位分析相结合的“四定分析综合集成法”。

中图分类号：N94      文献标识码：A

美国系统工程学家霍尔（A.D.Hall）在1969年提出了系统工程应用中具有普遍意义的方法，即“霍尔三维结构”(见图1)，得到了广泛认同。霍尔认为，一般工程技术项目的系统工程按时间维可分为七个阶段：①规划阶段→②设计阶段→③系统研制→④生产阶段→⑤安装阶段→⑥运行阶段→⑦更新阶段；系统工程的逻辑维是指解决问题的逻辑步骤，针对时间维的每个不同阶段在逻辑程序上都应遵循七个步骤：①明确问题→②系统指标设计→③系统方案设计→④系统分析→⑤系统优化→⑥系统决策→⑦实施计划。知识维是指为完成各阶段、各步骤所需的各种知识和专门技术的总合。霍尔三维结构强调了逻辑、知识及时间三要素在系统工程管理中的重要性与普适性。通用系统工程方法的“霍尔三维结构”可在科研系统工程中予以灵活运用，但又应在现代科技组织管理实践中加以创造性发展。

1. 科研系统工程的逻辑维

逻辑维强调在系统工程的各个阶段都应使用系统工程的方法来思考和解决问题，要善于从系统目标出发，不断提出问题和解决问题。通常，人们把系统工程的这个逻辑程序归结为系统分析—系统综合—系统评价三大环节。但是，通过考察国家305项目和有关国内外重大科技攻关项目的管理实践，本文则将科研系统工程归结为“六部曲”：系统分析→系统综合→系统评价→系统设计→系统决策→系统运行（见图2）。这种系统思维的逻辑程序的核心是将具有相对模糊的内涵与外延的问题分解为一组可以操作的目标或可进一步分解的问题，而这个过程不是一次就能完成的，必须经过具有反馈机制的多层次、多环节间的互动作用和多次迭代才能最终完成。

在这科研系统工程的六部曲中，系统工程的节奏和谐与否决定于认识与解决问题的系统思维方法是否正确，六大环节(六部曲)事实上构成了一个以反馈机制调控的完整的闭环控制模式。以国家305项目为例，系统分析表现为进行多层次、多学科、多维立体的周详分析。首先，以21世纪我国经济建设重点西移的国家战略目标和输入信息为依据，将“提供国家后备矿产资源基地”的国家总要求具体化为实现新疆“有色、贵重金属矿产资源的加速查明”问题；然后，依据初步构思的指导思想与技术路线，进一步将这一问题分解为不同研究层次的课题与专题。系统综合，体现为国家305项目力求产出高质量的科技攻关成果和以成熟的科研成果推动科技经济一体化两个重要功能的集成。系统评价在系统分析与系统综合的基础上进行，表现为对前两个环节的反馈与深化，从而为进行系统设计奠定坚实基础。系统设计是指在项目—课题—专题可行性论证的基础上，编制项目总体设计书和课专题设计书。系统决策包括项目总目标和总任务、课专题子目标和子任务的确定，以及科技攻关和成果产业化战略、战术与战役展开及其实施方案(各种设计书)的确定等复杂内容。系统运行则是决策领导层（项目委员会）通过执行管理层（项目办公室）向项目操作层（课题组－专题组－子题组）提供人财物和时间保证，并发出指令信息，启动项目及其课专题，直至最终成果输出和实现成果产业化的全过程。在系统设计、系统决策，特别是系统运行阶段都将发出反馈信息，项目决策管理者则依据这些信息反馈，再作深入的系统分析与系统综合，借助高效的管理手段进一步优化整个系统，并达到对各级子系统的实时控制，以利最终实现项目总目标和总任务。

2. 科研系统工程的时间维

几乎任何科研和工程技术活动都是有时间限制的，时间维关注的是追求高速度和高效率。如何在有限的时间内高质量地完成科研或工程任务？如何根据工作的阶段性，有计划、有效率地分配科技资源投入量？这些都是科研与工程活动组织管理者所必须解决的问题。重大科研系统工程总是要处于源自系统内部组织结构相互协同的复杂性与应对外部环境变迁的复杂性之中，这些复杂性均可能使科研系统工程出现“低概率”事件，其直接后果就是巨量科技资源投入的血本无归。因此，重视科研与工程活动的阶段性，本质上就是对科研探索与科技管理复杂性的关注，科学合理的工作部署是重大科研系统工程取得成功的重要保证。例如，美国阿波罗登月计划（1961－1972）的成功实施就经历了三大步骤：第一步是“水星计划”，即将宇航员送上太空，以测试人在太空中的活动能力；第二步是“双子星座计划”，主要解决人在太空中长时间停留可能引起的生理问题及航天器在太空中的对接问题，从而奠定登月技术基础；第三步是“土星计划”，即制造能将载人飞船送出地球进入月球轨道的大动力火箭，并最终实现宇航员登月进行科学探测的目标。这种科学而合理的工作部署，确保了美国最终完成登月计划的宏伟目标。当然，科研系统工程在时间维上的相继性与相对独立性并不意味着各阶段的相互脱离，各阶段相对的独立性与紧密联系性之间存在着“必要的张力”。

3. 科研系统工程的知识维

知识维的重要性是毋庸置疑的，具体是指为完成上述各阶段、各步骤所必需的理论知识和专门技术。霍尔的知识维囊括了几乎所有的知识，按学科大致有自然科学、工程技术、系统科学、经济学、技术经济学、管理学、法学和其它社会科学等。国家305项目15年的科技攻关实践涉及地质、矿产、物探、化探、遥感、采矿、选矿、冶金、经济学、管理学、计算机技术等众多知识领域。国际著名的阿波罗登月计划更是建立在空前巨大的科技资源（人、财、物）投入的基础上——美国政府动员了42万科学家和工程师参加、约2万家公司和科研机构、120所大学参与协作，分工承包了制作了700多万个零部件，历时长达11年，耗资300多亿美元。因此，这一规模空间的科研系统工程更是以空间科学与航天技术为主导的众多学科知识大交叉的成功典范。

但是，霍尔系统工程三维结构中的知识维倾向于知识内容上的全面性与综合性，强调结合多学科知识的重要性，对知识的应用领域未给予充分关注。对于具有明确科技攻关目标的科研系统工程来说，往往不是缺少既有的理论知识，而是要在众多既有的知识集合中找到适于科技攻关目标的具有创新性的特定技术方法组合。

4. 创建科研系统工程的第四维—技术维

科研系统工程中的技术主要是指工程学涵义上的技术，即技术是具有特定应用目标的手段和方法体系。任何技术都有目的，服务于某个特定的应用目标，采用正确的技术和手段方法是科研系统工程成功的重要保证。“霍尔三维结构”将技术归并入“知识维”，但技术并不等同于知识。美国技术哲学家米切姆对技术的分类具有广泛影响，他将技术区分为[4]：作为对象的技术（装置、工具、机器），即实体性技术；作为知识的技术（技能、规划、理论），即观念性技术；作为过程的技术（发明、设计、制造和使用）；作为意志的技术（意愿、动机、需要、设想）。可见，技术的内涵绝不仅限于知识层面的理解。通常意义上的“知识”总是与认识世界相联系的理性认识，而技术活动却与改造世界的实践紧密相关，是介于科学探索、生产活动之间的具有生产、研究双重性的特殊社会活动。知识主要是以观念性形态存在(如理论知识)，而实体性技术却可作为直接的生产工具应用于生产。相对于技术突出的目的性，知识是相对零散的、不具有明显的应用性目的。因此，不宜将技术简单地归入“知识维”的范畴，否则会抹煞了它不同于知识的应用性特征。

随着现代科研系统工程活动的日趋复杂，加上技术体系自身结构庞杂，就对技术的应用性提出了越来越高的要求，高效、合理地运用技术手段已成为一个重要问题。霍尔的“知识维”指出了综合运用各门知识的重要性，但却没有解释既有知识、技术的集合是如何成为解决问题的直接手段的。单一技术手段的作用是有限的，而技术集合的简单堆砌也不会提高解决问题的效率，反而会彼此制约、相互牵制。国内外成功的科研系统工程实践证明，技术手段的高效性在很大程度上取决于是否能建构出具有明确目标指向的、高效技术手段与方法优化组合的集合体，以突现“协同效应”。因此，在科技攻关技术手段的选择与应用过程中，既需要关注技术个体的可行性、先进性，更要善于发展适于科技攻关目标的技术手段与方法组合系统，才能更好地解决问题，实现科技攻关目标。

综上所述，我们拟应在通用系统工程方法“霍尔三维结构”的基础上，创建第四维——“技术维”，发展为科研系统工程的“四维结构”（见图3）。引入“技术维”是完全必要的，且有其重大意义：一是“技术维”充分体现了技术应用在现代科研系统工程活动中的重要地位；二是表明善于从既有的知识与技术的集合中发展、建构出针对系统目标的技术手段与方法的优化组合体系，将大大提高技术手段整体的应用效率。“技术维”并不是对“知识维”的取代，技术的优化组合是建立在既有知识与技术集合的基础上的。“逻辑维”、“时间维”明确了技术体系的应用目标，也是技术体系有效性的量度。因此，高效的技术系统是一个动态的开放体系，它必须针对系统的不同时段（时间维）的不同问题（逻辑维）和不同问题的不同发展阶段，结合先进的技术设备，既要将已有知识与技术的集合（知识维）优化组合为解决问题的“活手段”，又要善于发展出新的技术手段，不断拓展技术应用的范围。实施重大科研系统工程必须突破单一技术手段的局限性，针对不同的复杂系统，采用最有效的技术方法组合体系，并要根据不同工作阶段的具体要求，制订出最优费用－效能比的技术方法组合体系。

如表1所示，我们运用上述理论对国家305项目在实施科研系统工程中的技术维及其与其它三维的关系进行了具体分析。此系统共分三个应用研究层次与一个开发研究层次，兼顾了技术方法的层次性与整体性，每一阶段都有自己明确的目标和对应的技术方法组合，而这种严格的层次递进性，又服从于技术方法系统的整体布局，科研工作的突破是“从面到点”的整体突破而不仅仅是某一阶段的成果。该系统技术方法的优化组合方式还表现为既遵循了技术方法系统的一般规律，又具有很大的灵活性，针对不同时空条件建构了各具特色的技术应用组合。因此，305项目的技术方法系统，是把科技攻关目标与技术的适用性、先进性结合起来，紧紧针对不同研究阶段的特点（时间维），按照“面中求带，带中求点，点中求矿，矿中求效”的逻辑程序（逻辑维），立足于知识与技术集合（知识维）的基础上，建构了具有显著层次性、目的性、高效性的技术方法的协同系统（技术维），突现出技术手段的整体效应。

再以国际“人类基因组计划”的实施为例。众所周知，美国私营的塞莱拉公司为这一庞大的科研系统工程做出了不小的贡献，使绘制人类基因组序列终图的任务得以大大提前，而塞莱拉公司取得成功的一个重要原因看来是综合集成了科研系统工程的“四维结构”。以克雷格·文特尔为首的塞莱拉公司科技攻关人员在思维方式上实际体现了系统辩证思维方式，表现为从“一分为多”（化整为局）—“合多为一”（合局为整）—“一分为多”（逐一剖析）的逻辑顺序，以及复杂系统方法由分解－综合－分析的逻辑推导；在“时间维”上实现了人类基因组测序、排序、绘图循序渐进的工序“五步骤”，即局部测序→局序组合→电脑排序→绘制DNA序列图谱→逐个测定基因；在“知识维”上拥有精通生命科学、遗传工程、系统科学、科技管理学等知识和智力优势；在“技术维”上则拥有擅长自动化测序仪技术、超级电脑技术等高超技术手段的整合优势。

可见，科研系统工程“四维结构”是逻辑维、时间维、知识维与技术维的综合集成与相互协同。概言之，就是按照工作阶段的时间顺序，遵循科学合理的逻辑程序，运用既有知识对系统进行全面的综合分析，建构出最适合系统总目标的技术方法系统并发展出新知识。这个过程的完成，需要不断地反复与迭代，“每一次循环都产生一个更加精确、更好理解和原则上更为优化的系统” [5]，直到系统总目标的最终实现。

霍尔三维结构揭示出系统工程中带有普遍意义的三大要素，科研系统工程“四维结构”则是对通用系统工程方法“霍尔三维结构”的发展，它特别强调了技术维在现代重大科研系统工程中所占据的重要地位。技术的优化组合使技术超越理论知识形态，质变为具有明确的目标导向和显著应用目的的技术手段与方法系统，这也是熊彼特所指出的技术“新组合”对旧有技术个体存在方式的创造性毁灭，体现为最直接的技术生产力。显然，引入“技术维”，建构现代科研系统工程的“四维结构”具有重大的理论与实践意义。

全文：科研系统工程的“四维结构”与“四定分析”—以国家科技攻关305项目为例（刘劲杨、刘 波、刘德权）