第 5 章：系統工程

工程應用科學原理和其他形式的知識來設計、建造和操作執行預期功能的系統。它是一個廣泛的學科，我們將在後面討論其各個部分 第 1.7 節 - 工程專業。在一個簡單的專案中，比如為家庭使用設計一個書架，不需要正式的工程流程。一個人可以透過計算器和一些參考資料自己計算貨架負載和其他引數。然而，大型和複雜的專案需要多個專家的知識，必須滿足多個期望條件和功能，並且涉及大量的時間和資金。因此，需要協調工作，並以最有效的方式確保最終產品滿足預期的目標。系統工程 方法已經為這個協調任務而開發出來。它們已經成為一個專門的領域，並且除了其他工程專業之外被使用。系統工程可用於任何型別的複雜專案。但是，空間系統通常足夠複雜，可以從中受益，並且系統思考和方法論通常應用於該領域。

總體系統工程

什麼是系統？

鑑於確定的需求或願望，如何從無數可能的解決方案中選擇最佳設計來滿足需求？對於一個複雜的專案，“系統”的概念已被證明非常有用。系統被定義為功能性、物理性和/或行為上相關的、定期互動或相互依賴的元素組。它們透過系統邊界（圖 1.5-1）與宇宙的其餘部分割槽分開來。系統不是一個物理實體，而是一個心理構建，由於其有用性而被創造出來，透過在元素集合周圍畫一條線或表面。這些元素之間具有內部關係，並形成一個可以理解的整體。系統邊界之外的宇宙的其餘部分被稱為系統環境，或簡稱為環境。多種型別的流作為輸入從環境進入系統，並作為輸出從系統流出到環境，透過系統邊界進行交叉。因此，給定工程任務的範圍由系統邊界、跨越邊界的因素以及內部因素定義。系統可能包含在其內部的較小系統，稱為子系統。這些子系統可以巢狀到任何級別，但流入和流出子系統的流必須出現在父系統中，或出現在環境中的頂層。這條規則可以被稱為流守恆——流不會憑空出現或消失。遵循這條規則可以確保所有必要的輸入和輸出都被考慮在內。

系統工程方法

一個人可能擁有進行初步概念或設計的時間和知識。一個完整的空間專案通常過於複雜或一個人的時間太長，無法完成。所以系統工程方法可以用來幫助執行此類專案。航空航天專案，包括空間系統，特別適合，因為它們很複雜，並且是該方法開發的主要專案之一。該方法側重於如何設計和管理專案及其整個生命週期，即從最初的概念到最終處置。由於它適用於整個專案，因此它是跨學科的，將系統工程專家的任務與其他工程分支的任務聯絡起來。該過程的關鍵部分包括

以一種方式分解複雜的專案，使最小的部分足夠簡單，以便人類可以設計。
對系統進行建模，以便可以對其進行分析和最佳化，並將實際物理系統與模型進行比較。
控制和跟蹤各個部分的資訊和設計及其關係，以確保整個系統按預期工作。

圖 1.5-2 概括說明了系統工程過程中的步驟。趨勢是從上到下，但我們沒有顯示連線步驟的箭頭，因為它不是一個嚴格的線性流程。在任何任務中獲得結果後，它們可以以迭代的方式反饋到早期步驟，直到達到穩定的設計解決方案。因此，這些任務可以並行發生，並且應用於生命週期的不同階段。這些任務也可以應用於不同級別的細節。它們從一般級別開始。一旦在一個級別上達到了穩定的配置，它就會在較低級別上重新應用，直到可以對單個元素進行詳細設計。在所有級別上，都會與設計專業以及外部實體（如客戶、供應商和其他科學和工程組織）進行溝通。這些步驟將在下面第 3 節和第 4 節以及第 2 頁中更詳細地描述。需要注意的是，能夠設計和建造複雜空間系統的組織本身就是一個複雜系統。雖然這並不常見，但系統工程方法可以應用於組織本身，以設計和最佳化其運作方式，或應用於任何型別的複雜系統，而不僅僅是空間硬體。

系統工程過程受到自然和人為約束的限制。許多人為約束與材料物理特性無關。這些間接約束包括經濟、法律以及生命和財產安全。因此，該過程也面向外部，超越了設計本身。其他工程專業更側重於設計的內部細節。

大型系統

不需要一個組織完成所有系統工程任務。一些經過精心設計的非常大型的系統，例如美國州際公路系統、網際網路以及美國將人類送上月球的計劃，都涉及許多實體共同合作。一個國家政府系統、人類文明或地球生物圈可以被認為是具有輸入和輸出、系統邊界以及外部環境的非常大型的系統。人們越來越認識到，這些大型實體是許多較小系統的系統，無論是否經過設計。將這些大型實體分析為系統有助於理解它們是如何運作的，以及確定是否需要採取糾正措施。儘管已經做出了一些設計政府的嘗試，但它們還沒有根據科學和工程原理進行。氣候工程，即故意影響地球氣候的概念，是生物圈級工程專案的示例。與文明的無意副作用相比，故意進行這些專案仍處於概念階段。在經濟學領域，人們對經濟系統的分析做了更多工作，有時還試圖設計或影響它們。

參考來源

作為一項發展完善的工程專業，系統工程師會使用許多參考書籍、標準、專用方法和軟體。它們被用來理解和管理複雜專案的互動，以及傳達專案的當前狀態。本書第一部分的剩餘內容概述了系統工程方法的部分內容。這包括系統的元素、工程工具、其他設計專業的參與以及經濟學。一個給定的專案也必須在其他現有和未來專案的環境中進行理解。所有這些工具和知識必須正確整合到一個新的專案中。

有關超出本書內容的系統工程的更多詳細資訊，請參見

BKCASE 專案，系統工程知識體系 wiki，v1.8 – 2017 年 3 月 27 日。
DAU 出版社，系統工程基礎，2001 年。
NASA，系統工程手冊，2007 年。
NASA，系統工程課程資料 – 大約從 2008 年開始開發的網站。

系統生命週期

複雜系統會經歷生命週期，就像生物一樣，從概念到報廢。生命週期被劃分為多個階段，在每個階段都會執行不同的任務（圖 1.5-3）。設計階段（圖中前三個方框）可以根據系統的性質以不同的方式組織。這些包括線性、並行、螺旋或閉環序列，或這些序列的某種混合。圖示顯示了一個典型的線性序列。螺旋過程以越來越詳細的方式重複階段，而閉環過程在相同的詳細程度下重複。除了設計階段之外，從生產到測試、安裝、操作和退役，過程通常更線性。

生命週期階段的使用有兩個重要的原因。首先，設計過程應該考慮所有後續階段，以便找到最佳的整體解決方案，而不是僅僅最佳化系統壽命的一部分。其次，按時間分解系統是簡化設計工作的另一種方法，除了按子系統和元件進行分解。這些階段進一步分解為內部任務，這些任務具有連線它們的輸入和輸出，並具有決定何時進入下一階段的決策點。

生命週期是整個系統的面向時間的檢視。同一系統的其他檢視包括功能圖，它顯示了系統執行的任務及其輸入和輸出，以及工作分解，它對構成系統的元素和子元素進行列表化。使用哪種系統檢視取決於手頭的設計任務，但所有檢視都需要保持最新，否則設計過程可能會變得脫節。

生命週期示例

給定專案階段的名稱和任務內容會根據專案的需要而有所不同。但是，航空航天工程（包括與太空相關的專案）通常使用某種標準的線性流程。階段和典型主要任務包括

概念設計

確定需求 – 您希望系統做什麼？這體現在目標和需求中。
建立選擇標準 – 您如何判斷一種設計優於另一種設計？
建立系統概念 – 這包括系統的主要功能、操作和維護。
可行性分析 – 需求是否可以在可接受的成本、時間表和其他引數下滿足。

初步設計

功能分析 – 識別和分解複雜的系統，使其成為更小的功能及其關係，包括備用安排
設計分配 – 將需求細分並分配給較低層級功能
制定替代方案 – 制定替代解決方案 – 都有哪些可能的方案？
系統建模 – 開發系統的數學模型，以便評估變化。
最佳化和選擇 – 使每個選項都儘可能好，然後比較選項並選擇最佳選項。
綜合和定義 – 將所選選項組合成一個完整的方案，並記錄配置和需求細節

詳細設計

設計 – 一旦分解到足夠低的級別，單個元素就會分配給工程專業或設計團隊以完成。設計包括物理硬體元件和設施，以及軟體、操作程式、培訓和其他非物理元素。
整合 – 將設計元素組合成更大的功能單元，這些單元協同工作，直到整個系統。
工程模型和原型 – 用於驗證設計的物理部分模型和完整的原型。

製造和組裝

元件生產 – 對於物理物品，這是製造零件的步驟。
組裝 – 將零件組裝成完整的元素。

測試和驗證

元素和系統測試 – 在每個組裝級別，測試組裝是否正常工作，然後向上移動到更大的組裝，直到最終產品。
驗證 – 透過測試、演示、檢查和分析的組合，證明系統滿足規定的設計要求。

安裝和部署

生產之後，可能需要在使用系統的位置進行系統元素的交付、安裝和啟用。

操作和維護

操作 – 在預期環境中將系統用於其設計目的。
支援 – 包括操作員培訓、效能監控和後勤支援。
維護 – 包括計劃性維護和非計劃性維修，以及現場升級。

退役

當系統達到其使用壽命的末期時，對系統元素進行拆卸、回收和處置，並將以前的場地恢復到原始狀態。

生命週期工程

作為一項應用於整個生命週期的過程，系統工程不僅僅在初始設計階段使用。良好的設計實踐的一部分是要知道何時停止設計。設計總可以透過更多工作來改進，但在某個時刻，額外的工作不會帶來足夠的額外改進以證明其合理性。在這一點上，設計應該停止，系統進入下一階段，通常是製造和組裝。隨著時間的推移，專案的原始設計假設（例如可用的技術水平或發射入軌流量水平）將會發生變化。然後可以重新應用系統工程過程來檢視是否需要設計變更、升級，甚至完全更換系統。即使系統在首次建立時是經過最佳設計的，未來的事件也可能需要進行更改。如果系統被正確地建模和記錄，那麼對這些外部變化的監控將顯示何時需要重新開始工程工作。

需求分析

開發新系統始於一種願望或需求，而這種願望或需求無法透過現有系統得到滿足。需求和願望由客戶表達。為了進行系統工程，直接客戶是為專案付費的人或實體，或者可以指導工程人員。例如，在波音公司，這是公司的工程經理和總經理。最終客戶（即航空公司乘客）無法直接表達他們的願望。因此，公司管理層充當代理，將他們的願望作為輸入表達給工程過程。其他方法，例如調查，可用於確定最終客戶的願望。

初始表達可能是以一般性口頭目標、系統屬性、技術性能水平和類似陳述的形式進行的。客戶還將有一些價值偏好，這些偏好描述了從他們的角度來看，更好的設計是什麼。這些可能包括“最低成本”、“最小廢物輸出”和“最高效率”。

第一個主要的系統工程步驟，需求分析，是將這些一般性客戶願望和偏好轉換為可用於設計和評估的特定可衡量特徵的過程。該過程的兩個主要部分是需求定義和效能指標。

需求定義

最高級別的通用需求首先轉換為具體的可衡量特徵和值，稱為系統需求。這些需求隨後被分解為更詳細的低級別需求，分配給系統中稱為功能的邏輯元素來執行。這種分配確保了系統中的某個地方滿足了所有頂層目標。在最詳細的級別，低級別需求的子集被分配給單個功能框。這現在成為該功能的詳細設計條件。假設分析已進行到足夠低的級別，則執行該功能的元素的詳細設計就可以在合理的工作量內完成。

需求定義的第一步是記錄客戶的原始願望或需求，儘可能詳細地提供。我們以阿波羅登月計劃為例。這由肯尼迪總統表達為一個眾所周知的目標，帶有截止日期。這個非常籠統的陳述不足以設計硬體。關鍵任務是將所有需求轉化為可衡量的形式，以便您可以在滿足它們時知道。經驗表明，如果一個理想的特徵或引數沒有被表達和衡量，它就不會按預期發生。這種失敗的一個例子是太空梭計劃。最初的目標是一年飛行 60 次。鑑於有 4 艘軌道器，每艘軌道器每年必須飛行 15 次，或每 24 天發射一次。減去 7 天在軌時間以及發射準備和著陸後恢復前的 1 天，剩下的時間是 15 天完成地面處理。因此，該目標是 160 小時的地面處理時間，由 2 個班次（16 小時）× 10 個工作日（跨越 2 周）組成，因此是 14 天。這個目標是表達出來的，但它可能沒有包含在系統需求中，而且它肯定沒有分配到更低層級的硬體中，也沒有像硬體重量那樣在更低層級進行跟蹤。

直到太空梭已經開始飛行後，才注意到地面處理時間過長，並且開始努力減少它。在這一點上，已經太晚無法對設計進行任何根本性的改變，因此地面處理時間從未低於 800 小時，大約是最初目標的 5 倍。這是太空梭從未達到其預期飛行率的主要原因。為了達到 160 小時的目標，處理時間必須分配給子系統，例如起落架或機動推進器，然後每個子系統都設計為滿足其分配的時間。與處理時間相反，重量一直是航空航天系統中跟蹤的引數，因為飛機如果太重就無法工作。太空梭有非常詳細的重量目標和一個按元件跟蹤的系統，每月報告。它或多或少地達到了其設計有效載荷，即在考慮了飛行器硬體和燃料後剩餘的可用發射重量的 1.5%。

這個例子強調了為什麼理想的特徵不僅要定量說明，還要傳達給工程師在詳細設計中滿足，並進行跟蹤，以便您可以知道是否要滿足它們。可衡量的引數可以是簡單的“是”或“否”，例如“這種飛機設計是否符合 FAA 規定？”，或者它可以是數值、值範圍、表格、公式或圖表，指示該系統特性的可接受值範圍。

效能指標

理想的特徵通常是相反的。例如，更高的效能和可靠性往往以更高的成本為代價。還有一些替代設計，這些設計具有不同數量的每個特徵。建立效能指標是量化方法，用於在整個系統級別考慮這些不同的特徵。與需求一樣，它們來自客戶的願望。在這種情況下，它是比較兩種設計時哪種特徵會“更好”。由於不同的特徵通常具有不同的計量單位，因此需要將它們轉換為共同的計量尺度。這是透過將每個不同的值（如成本或效能）轉換為分數的公式來完成的。這些分數根據它們對客戶的重要性被賦予相對權重。然後，加權指標可以用於單個數學模型或公式中，以確定當元件值跨越不同設計時“更好”的總分。

值尺度通常在 0 到 100% 或 1 到 10 的範圍內，但這只是一個任意值。更重要的是從可衡量的特徵到評分值的明確轉換，以及將它們組合到總分的相對權重和方法。例如，有效載荷為 15 噸時，可能分配 0% 的值，而有效載荷為 45 噸時分配 100% 的值，並在兩者之間進行線性縮放，有效載荷在總分中佔 30% 的重要性。總計分系統成為客戶對系統的願望的數學模型。讓客戶以如此詳細的數字形式定義“更好”通常很困難，因為它剝奪了他們選擇他們在設計中個人偏好的自由，儘管有工程解決方案。然而，如果你真的想要一個最佳答案，這是必要的。至少，這個過程清楚地表明瞭客戶何時正在超越工程流程。

應該始終牢記，與現有系統相比，特定設計解決方案在衡量標準方面可能“不夠好”。可以透過將現有系統作為其中一種被評分的替代設計來找到這一點。在這種情況下，正確的答案是停止開發新系統，並保留現有系統。通常，原因是效能提高不足以彌補成本，但其他指標可能會導致停止開發的決定。

需求型別

以下小標題列出了主要型別的系統需求。並非所有這些都與給定專案相關，並且除了這些之外，其他對客戶可能也很重要，因此它作為考慮的起點。每種型別都可以包含更具體的需求值。這裡列出的型別是連結的，並且在一定程度上是重疊的。例如，高可靠性和高安全性通常是並存的。需求限制了設計，需求之間的重疊實際上重疊了它們施加的限制範圍。只要設計人員瞭解重疊的範圍和需求之間的相互作用，這是可以接受的。當存在這種重疊時，特定設計引數將受最嚴格的需求控制。來自土木工程的一個例子是，地震、風和雪荷載都是建築設計中必須滿足的需求，它們相互重疊，因為它們都影響結構元素所需的強度。

當分解到系統設計的更低級別時，需求型別和值將變得更加具體和詳細。需要謹慎地維護跨系統級別的邏輯和數字一致性。需求或其部分不應在較低級別插入或刪除。可追溯性是指能夠跟蹤跨系統級別的需求鏈的能力，並透過記錄它們之間的連線來維護。這是必要的，這樣您就可以證明滿足最低級別的詳細資訊實際上滿足了最高級別的系統目標。從歷史上看，前兩種需求型別，效能和成本，是主要考慮的型別。隨著系統變得越來越複雜，它們外部的互動和副作用得到更好地理解，理想的特徵數量以及需求數量也隨之增加。這種趨勢預計將在未來繼續。

除了聖經中的十誡之外，需求很少一成不變。並非所有需求都會在專案開始時被識別。由於與客戶的互動和來自設計過程的反饋，它們最終可能會被修改。例如，可能為火箭指定了 10 次發射，每次發射 100 噸，而後來分析表明 20 次發射，每次發射 50 噸可以降低總成本。然後修改需求以反映這一點。但是，在任何給定時間，當前的需求集都會指導工程工作。隨著時間的推移，需求變得更加固定，通常從高到低、從詳細級別到更詳細級別依次進行。更改需求會導致之前設計的返工。因此，更改需求的成本在流程後期會增加，並且這種成本往往超過更改帶來的任何好處。

效能

效能需求是衡量系統主要預期功能的指標。每個系統都必須至少有一個衡量其功能的效能指標，而且通常會有多個指標。例如，空間運輸系統的設計能力通常用任務模型來表示。任務模型以多個引數量化系統性能，例如日期、飛行率、有效載荷尺寸和質量、任務持續時間、目標軌道、貨物型別和最大 g 力。對於太空艙，效能可能以支援的船員數量、大氣層水平、食物供應和重力以及總居住體積來衡量。工業系統可能對吞吐量有要求，以每天處理的材料噸數來衡量，以及效率，以（理論能量需求）/（實際能量使用）來衡量。重要的特定效能指標會因系統而異。

以阿波羅計劃為例，一個典型的任務模型可能會從以下內容開始，隨著專案進展，會新增更多細節。即使在早期版本中，它也列出了設計需要滿足的許多不同的效能指標。

貨物特性

月球表面人員數量：2人/次任務

最長停留時間：4天/次任務

額外科學裝置：250公斤/次飛行

返回月球樣本：100公斤/次飛行

任務時間表

首飛：儘早，但在1970年1月1日之前

飛行次數：10次到月球表面（這是最初的計劃）

飛行頻率：4次/年

效能要求只關注系統按預期執行時的表現，不考慮以下情況：

在活躍執行之間的間隙，比如上面任務模型中月球任務之間的80天。
系統發生故障時，比如阿波羅13號任務發生的情況。
在5年的載人飛行任務前後。
專案外部的互動，比如專案的技術人員供應、發射對環境的影響，或者月球細菌返回地球。最後一點事實證明是多慮了，但返回宇航員和月球岩石的隔離系統並不是效能指標所涵蓋的內容。

因此，僅憑效能無法涵蓋整個系統在整個生命週期的表現，需要其他型別的需求。

成本

成本代表專案從系統外部獲得的淨資源投入。太空專案不直接使用美元或歐元，而是使用它們來支付他們使用的勞動力、材料和服務。因此，成本是跨越系統邊界的流量的衡量指標，而不是系統的內部屬性。每個系統在其生命週期中都會消耗一些資源，但資金來源不是無限的。因此，成本限制幾乎總是被認為是需求，無論是在隱含或顯式的情況下。整個專案生命週期的總成本稱為生命週期成本。這可以進一步細分為開發、生產和運營成本，然後在系統元素中進行更詳細的核算。除了總成本之外，還可以對支出率進行限制。這在政府機構預算中最明顯，但即使是私人專案也對每年的支出有上限。一些系統會產生收入以抵消成本。當收入超過成本時，整個系統在財務方面產生利潤。收入可能要等到設計和建設階段之後，系統開始運營時才會產生。在收入超過支出之前積累的峰值淨成本被稱為資本或開發成本。客戶通常希望高效能和低成本，因此效能/成本比通常是專案的一個關鍵指標。

合規性

效能和成本要求由專案客戶在工程團隊的幫助下制定。合規性要求由外部人類規則制定，例如法律、法規、規範和標準。人類規則通常在安全等方面設定最低要求。這並不阻止系統採用更嚴格的標準。人類規則通常是為了防止不良影響而制定的。例如，駕駛速度限制旨在減少事故發生的頻率和嚴重程度。合規性要求的存在與否與它們是否明確納入工程流程無關。最好明確地將它們納入，以避免以後出現問題。其他要求由自然設定，例如穩定地球軌道的最低高度。這些不屬於合規性，而是被計入其他地方。在高度的情況下，這可能是火箭將有效載荷送入250公里高軌道的效能要求。

技術風險

特別是在設計的早期階段，工程過程可能會發現知識差距、效能不確定性、不可用資源或其他問題，這些問題會阻止設計的選擇、最佳化或綜合。這些問題可能會阻止專案進入下一階段，或者會導致最終設計不滿足預期目標。這些未知因素的衡量指標被稱為技術風險。例如，尚未得到證明的新技術，比如聚變火箭，將被評為高風險，而擁有幾十年執行歷史的化學火箭，其風險相對較低。在初步設計階段，質量預算遠遠低於以往經驗或邊際不足，將被視為高風險。可以透過進行新的研究、建模或原型製作來降低風險，或者修改系統以避免風險。在這些風險降低工作完成之前，風險仍然存在，需要對其進行考慮。否則，您將承擔系統無法按預期執行甚至完全無法執行的風險。

並非所有風險在專案開始時都能被發現，但良好的工程實踐是儘早識別它們，並在它們出現時修改開發計劃。根據專案中包含的新技術數量，應該為技術風險導致的意外問題提供足夠的效能、時間和成本餘量。技術風險在系統的設計和生產過程中逐漸消除。一旦系統開始執行，就會剩下少量的關於執行壽命或故障率的不確定性。這些不確定性直到專案運營結束才能消除。即使在系統處置之後，也可能存在一些環境風險。一個典型的例子是核廢料，它在產生它的反應堆被拆除很久之後仍然是一種危害。

安全

安全是指免受對生物的不利後果或對無生命物體的損壞和破壞的保護狀態。它是對上一標題中其他風險的逆向衡量。因此，更高的安全等級意味著更低的風險。根據“保護無辜者”的原則，對自願接受風險的機組人員的危害可以高於允許公眾接受的危害。一個安全的系統，比如核電站或客機，在系統壽命期間發生的意外事故可能少於一次。因此，安全通常涉及對低機率事件的評估。即使發生故障也能保持系統控制的要求、固有的故障安全設計、設計餘量、備份系統和冗餘在正確實施時可以提高安全性。

可靠性

可靠性是指系統在指定時間段內執行其預期功能的機率。反之則是故障機率。它與彈性相關，彈性是指在面對內部損壞或外部故障時繼續運作的能力。它也與魯棒性相關，魯棒性是指在面對外部或內部變數（例如線路電壓或溫度）時繼續運作的能力。一個密切相關的指標是可用性，它是指系統在隨機請求的時間開始執行的機率，或者它是指它可以在總時間間隔內執行的百分比。高可靠性系統可能需要多個單元到位，以便在任何給定時間至少有最低數量的單元可用。例如，客機需要多個發動機才能實現高可靠性，以防一個發動機停止工作。

耐用性

耐用性是指系統能夠執行其預期功能的時間長短。它通常以使用壽命來衡量。元件的使用壽命以及整個系統的使用壽命與其維護有關。如果維護不足，使用壽命就會縮短。一旦專案的壽命結束，它就需要維修或更換。使用壽命可以用使用次數、執行時間或日曆時間來衡量。耐用性與經濟學中的耐用商品概念相關，耐用商品是指隨著時間的推移產生效用的商品，而不是一次性使用。客機具有很高的耐用性，因為它可以執行數十年，飛行數萬次。耐用性的反面是消耗。飛機使用的燃料被消耗（只使用一次），因此不耐用。

質量

質量是指系統滿足預期的程度。質量的一個方面是衡量生命週期中設計和製造階段缺乏可變性或缺陷的程度。可變性和缺陷會增加效能超出要求範圍的可能性。換句話說，它是對初始規格的符合程度。在正常執行過程中造成的磨損或缺陷不是質量問題，除非它們出乎意料地大。正常磨損屬於維護要求。另一個質量因素是電子裝置中的信噪比和誤位元速率等引數。噪聲和量子效應是無法消除的自然變化，但比這些變化大得多的裕量會降低可變性，提高質量。

可持續性

可持續性是指系統能夠持久的能力。例如，系統是否消耗稀缺資源或產生限制其長期使用的廢物輸出？如果是，它在長期內是不可持續的，儘管它可能持續到預期的系統壽命。一個現成的例子是碳氫燃料火箭。如果從化石燃料來源獲得，它們既供應有限，又會對大氣造成不必要的改變。如果它們作為生物燃料生產，它們可以是可持續的。

社群

這些要求是要求對周圍的人類社群產生積極影響，或者至少是負面影響最小。這可能意味著僱傭當地員工，或者避免在換班期間出現交通問題，或者避免火箭發射造成的噪音影響。積極的教育影響是另一個社群效應。

環境

與社群一樣，這些要求也與對周圍環境的影響相關，但在這裡，環境指的是非人類部分。對於太空專案來說，一個關鍵的環境要求是避免汙染，無論是生物、化學還是輻射汙染，包括任務結束時正向和反向的汙染。

製造

這類要求涵蓋了諸如給定製造方法有多少來源，或者公差要求有多嚴格等內容。總而言之，它們衡量了系統生產的難易程度。

測試

這些要求涉及系統所需的測試型別和數量。開發測試在設計階段進行，合格性測試在批准階段進行，而定期檢查和測試可能在執行階段需要。

維護

這些要求包括引數，例如將系統維持在執行狀態的小時數和成本、系統故障機率以及所需備件的級別。系統可能會在沒有安全風險的情況下發生故障。例如，您的汽車可能無法啟動，這與剎車失靈不同。物品越頻繁地無法正常執行，庫存中需要的備件就越多，維修或更換物品所需的時間和金錢就越多。因此，各種維護要求是相互關聯的。維護要求可以分為預防性的，即在某樣東西停止工作之前，以及糾正性的，即在某樣東西停止工作之後。

靈活性/適應性

這是系統適應新任務或功能，或為最初設計的功能執行不同效能級別的能力。類似的要求被稱為**擴充套件**，即在保持原始功能的同時新增新任務或功能，或**敏捷性**，即關注系統適應的速度。**重新配置**是指更改系統排列以執行不同功能的能力。例如，好奇號漫遊車具有一個用於覆蓋前往火星並著陸火星的物理形狀和軟體負載，以及一個用於表面操作的不同車輪排列、攝像頭桅杆和軟體。狀態變化是透過機械設計、計劃序列和新軟體上傳的組合來實現的。

可擴充套件性

這是系統透過擴充套件單位的大小或安裝更多單位來改變大小的能力。總是有一些物理約束限制了擴充套件。如果系統可以擴充套件以滿足對其的全部需求，而不會達到擴充套件限制，那麼可以說它是可擴充套件的。**模組化**是一個相關的引數，關注系統的各個元素是多麼獨立，以及用相同或不同型別的其他元素替換它們的難易程度。模組化的例項可以是水平的——在系統的同一層級，也可以是垂直的，例如在網際網路協議棧的各層。

演化

這種型別的需求考慮了系統隨時間推移轉變為不同型別的系統的程度。它與靈活性有關，靈活性更多地是關於保持相同型別系統的變化。**重新設計**關注的是進行更改的難度和成本。

可用性

可用性要求涉及人機互動。當一個系統可以在沒有大量規劃、準備、身體負擔或培訓的情況下使用時，據說它具有很高的可用性。

互操作性

這是系統如何與其他系統相適應的衡量標準。例如，一架新飛機的門與現有的登機口不匹配，或者一個僅使用沒有人使用的全新協議的計算機網路，在這方面將失敗。**相容性**更多地關注系統之間的直接介面，例如計算機顯示卡的輸出與顯示器的輸入匹配。由於必須一起工作的硬體和軟體元素的數量和種類龐大（並且成功程度各不相同），因此這些特性在資訊科技領域更為突出。

開放性

這是系統由專有或秘密元素組成的程度，與開放、公共或標準元素相比。

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