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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Jen, Erica 编

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:2003-1

价格:$ 73.96

装帧:Pap

isbn号码:9780195165333

丛书系列:

图书标签:

• 鲁棒设计
• 可靠性工程
• 系统工程
• 优化设计
• 不确定性分析
• 容错设计
• 参数设计
• 质量工程
• 工程设计
• 风险评估

稳健之道：工程实践中的抗逆性设计 导论：应对不确定性的工程哲学 在现代工程领域，我们面对的世界充满了变数。无论是气候的突变、材料性能的波动、制造过程的误差，还是用户需求的演进，所有设计都必须在不确定性的迷雾中前行。传统的工程方法往往追求在理想条件下的最优解，一旦实际环境偏离了模型假设，系统便可能瞬间失效或性能急剧下降。 《稳健之道：工程实践中的抗逆性设计》这本书并非探讨“鲁棒设计”（Robust Design）这一特定方法论，而是深入剖析一种更为宏观、更具前瞻性的工程设计哲学——抗逆性设计（Resilience Engineering for Systems）。本书的重点在于，如何构建那些即便在遭遇预期之外的扰动、压力或完全未曾预料的事件时，仍能保持其核心功能、快速恢复并适应新环境的复杂系统。 本书假设读者具备基础的工程或系统科学背景，旨在提供一套全面的框架，用以识别脆弱性、量化风险，并系统性地增强工程系统的内在韧性。 --- 第一部分：理解系统的脆弱性与复杂性 第一章：超越“最佳”：从优化到生存 传统的设计优化往往局限于最小化成本、最大化效率或在特定参数下的性能表现。这种“最佳化陷阱”是系统脆弱性的主要来源。本书首先批判了过度依赖单一优化指标的弊端，指出在高度集成化的系统中，局部最优往往导致全局的灾难。 本章详细探讨了系统复杂性理论在工程中的应用，特别是网络理论视角下的级联失效分析。我们通过分析航空航天、电网和关键基础设施的案例，展示了“弱连接点”如何成为系统崩溃的导火索。我们引入了“冗余的质量”而非“冗余的数量”的概念，强调功能性、分布式冗余的重要性。 第二章：风险的模糊性与未知的未知 工程风险管理通常基于已知的概率分布和可量化的威胁。然而，最大的威胁往往来自于“未知的未知”（Unknown Unknowns）。本书聚焦于如何设计能够抵御“黑天鹅”事件的系统。 我们引入了“情景规划”和“反事实分析”的方法论，指导工程师如何跳出历史数据，构建最坏情况下的性能基线。讨论的重点在于：如何为那些历史上从未发生、但理论上可能发生的故障模式预留设计裕度。我们详细考察了“系统边界模糊化”对风险评估的影响，特别是跨学科、跨部门协作中，职责和信息传递的断层如何累积风险。 --- 第二部分：抗逆性设计的核心原则与工具 第三章：适应性与自我修复能力的设计 抗逆性设计强调的并非是绝对的不可摧毁性，而是系统在受损后快速恢复或维持基本运行的能力。本章深入探讨了“适应性”（Adaptability）的工程化实现。 我们详细剖析了以下关键技术： 1. 功能解耦与模块化隔离： 如何在物理和逻辑层面设计高度自治的子系统，确保一个模块的故障不会通过依赖链迅速蔓延。 2. 动态资源重分配： 探讨软件定义网络（SDN）和智能控制系统在故障发生时，如何实时调整负载平衡、路径选择和优先级排序，以维持关键服务的连续性。 3. 内置的自我诊断与修复机制： 超越简单的报警系统，设计能够主动识别早期退化迹象（Prognostics Health Management, PHM）并自动部署修复或降级策略的系统。 第四章：安全裕度的重新定义：从静态裕度到动态边界 传统的安全裕度是基于静态的材料强度或操作极限设定的。本书提出，在动态系统中，安全裕度必须是可调控的、基于实时状态的。 本章的核心是“设计操作空间边界”的动态管理。我们介绍了如何利用实时传感器数据和预测模型，建立一个随系统健康度变化的“弹性操作区”。当系统性能下降时，该弹性区会自动收缩，限制非关键功能的使用，从而保护核心功能不受影响。我们探讨了如何通过“分层降级路径”（Graceful Degradation Pathways）设计，确保在极端压力下，系统能有序地进入最低可行运行状态（Minimal Viable State），而非瞬间崩溃。 --- 第三部分：组织、流程与文化中的抗逆性 第五章：流程的韧性：人机协作的挑战 工程系统的失败往往是技术与人为因素共同作用的结果。抗逆性设计绝不应仅限于硬件和软件的层面，更要深入到设计、制造和运维的组织流程中。 本章特别关注人机交互界面（HMI）在危机情景下的设计。我们分析了“信息超载”和“警报疲劳”如何导致操作员在关键时刻做出错误判断。我们主张设计那些能够提供“情景感知支持”（Situational Awareness Support）而非仅仅是数据展示的界面。此外，本章还论述了如何在设计阶段就纳入多轮跨职能团队的“压力测试研讨会”，确保设计者对操作者的真实工作环境有深刻理解。 第六章：从“复盘”到“预见”：建立学习型工程文化 一个真正稳健的系统是建立在持续学习的组织基础之上的。本书倡导将工程文化从“事后归因”（Post-Mortem Analysis）转向“事前预见”（Pre-Mortem Foresight）。 我们介绍了如何建立一个健康的“失败文化”，鼓励工程师报告次级事件（Near Misses）和潜在的结构性弱点，而不必担心惩罚。本书提供了一套实用的方法论，用于在项目初期阶段，系统性地寻找并修复那些最可能导致系统在未来十年内失效的设计假设。我们强调，抗逆性设计是一个持续的、迭代的过程，而非一次性的交付成果。 --- 结论：面向未来的系统设计范式 《稳健之道》为工程师提供了一个超越传统“鲁棒性”范畴的蓝图。它不再满足于系统在预料之内的波动下的表现，而是致力于构建那些能够在面对涌现的复杂性、未知的干扰和持续演变的环境中，不仅能生存下来，还能从中汲取经验、适应并最终变得更强的工程实体。本书旨在培养新一代工程师的思维模式，使他们成为不确定性环境下的系统架构师和韧性守护者。

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