《系統架構：複雜系統的産品設計與開發》——第1章，第1.2節良好架構的優勢

本節書摘來自華章出版社《系統架構：複雜系統的産品設計與開發》一書中的第1章，第1.2節良好架構的優勢，作者[美]布魯斯·卡梅隆，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。

1.2良好架構的優勢

這些複雜的系統能否滿足利益相關者的需求并展現出價值？它們是否能夠輕松地整合、靈活地進化？它們操作起來是不是很簡單，運作得是不是很可靠？架構良好的系統确實是如此。

用最簡單的方式來說，架構就是對系統中的實體以及實體之間的關系所進行的抽象描述。在由人類所建構的系統中，架構可以表述為一系列的決策。

本書基于這樣一個前提：如果我們能夠找出使系統架構得以确立的決策點，并謹慎地做出決策，那麼系統更有可能取得成功。本書想要把與早期的系統決策有關的經驗與分析方式總結出來，并指出這些決策之間的共性。在過去30年間，分析與計算能力的提升使得我們擁有更多的選項以及更加廣闊的權衡空間（trade space）。在很多領域，權衡空間的增長速度已經超越了我們了解它的速度。系統架構領域的發展，得益于一些從業者的努力，他們試着把在過去的設計工作中所得到的專業經驗總結起來，并加以推廣，使我們可以借此來解決以後可能出現的設計問題。

産品和系統所處的競争環境是殘酷的。波音公司（boeing）對787客機及其複合材料的研發，就是一項“以公司的前途作為賭注”的行動。波音是全球兩個大型客機制造商之一，它的核心業務模式，并不是把風險分散到許多小的項目中，而是把成功的希望寄托在一件産品上。與客機市場相比，移動裝置的市場要更大一些，而且目前的競争還是比較激烈的。盡管移動産品的研發風險顯得更加分散（也就是說，某一件産品的研發投入額，在公司的總資金中所占的比例更小），但依然有黑莓（blackberry）及愛立信（ericsson）這樣的巨頭在競争中衰落。為了占領市場佔有率，系統必須要能夠提供創新的産品、融合新鮮的技術，并滿足多樣的市場需求。為了在緊張的市場競争中占得優勢，設計系統時要優化它的生産成本，而且要通過多層次的供應鍊來進行生産。良好的架構決策可以使公司在艱難的市場環境中取得競争優勢，而不良的架構決策則會使大型的研發活動從剛一開始就變得難以推行。

由人類建構的每個系統，都有其架構。手機軟體、汽車、半導體生産裝置等産品，都是由早期研發環節中的幾個關鍵決策所确定的。比如，在汽車的研發工作中，像發動機的安裝方式等早期技術決策，會影響後續的很多其他決策。如果選擇将發動機橫置，那麼發動機的模組設計、變速箱、傳動系統、懸架系統及乘客艙都要受影響。系統的架構在很大程度上影響着産品的結構。

在設計複雜系統時，有許多早期的架構決策都是在不了解系統最終樣貌的情況下做出的。這些早期決策對最終的設計有重大的影響。它們限定了性能的範圍及可供考慮的生産地點，也決定了供應商是否能夠分得配件市場（aftermarket）的收入份額。有時需要收集下遊的資訊以供上遊使用，例如john deere的農作物噴灑車，其寬度就必須小于生産基地兩個柱子之間的距離。在這種情況下，開發團隊能夠明确地知道寬度的限制，因為它并不是一個未确定的或隐藏的因素，然而在農作物噴灑車的産能方程中，寬度卻是一個主要的變量，是以，開發團隊還是需要收集此資訊。

本書的核心觀點是認為這些早期決策可以加以分析和處理。盡管充滿着不确定的因素，有時甚至不知道各個元件的詳細設計情況，但是我們所做的系統架構依然要能經得起檢驗。架構系統的過程是柔性的，它是科學與藝術的結合。我們并不指望此過程能夠成為或應該成為可以産生最優方案的線性過程，而是想在本書中把我們在系統架構工作中的一些核心理念及做法總結出來。我們的核心觀點是：結構良好的創造活動要優于毫無結構的創造活動。

對決策的關注，使得系統架構師可以直接權衡每個決策的各種選項，而不用深入它們所對應的底層設計，這能夠促使我們去評估更多的概念。同時，這套決策語言也使得系統架構師可以根據每個決策對系統效能的影響力來調整決策之間的順序，很少有哪個系統的架構是一次就定好的，它們一般都是在逐漸評估一系列決策之後才定出來的。

美國國家極軌環境衛星系統（national polar-orbiting environmental satellite system，npoess）的失敗，就是架構決策妨礙系統發展的例子。npoess項目創立于1994年，旨在把原有的兩個氣象衛星項目合并起來，一個是民用的天氣預報項目，另一個是軍用的天氣與雲量圖像項目。這次合并不是完全沒有道理的，因為原有那兩套相關資料的收集系統，展現出了13億美元的合并機會[9]。合并之後的項目，在早期階段就決定把原先那兩個項目的裝置所具有的能力都涵蓋進來。比如，要把原有的三台裝置所具有的功能，都內建到可見紅外光影像輻射儀（visible infrared image radiometer suite，viirs）中。

這項合并計劃有一個假設，認為新項目的功能複雜度與原有那兩個項目的複雜度之和呈線性比例。假如這個項目的需求和概念是從原先那些裝置中得出的，那麼這個假設或許能夠成立。然而接下來還有一項決策，卻令系統的架構完全無法發揮其效能，這項決策列出了一些脫離系統概念的新功能。比如，它要把原有的三台裝置所應完成的任務，全都交給viirs這一台裝置來完成，可是viirs的重量和體積，比原先那三台裝置中的任何一台都小。

早期的一系列架構決策，導緻npoess項目進展得漫長而艱辛，這些決策想要建立的那些詳細設計方案，忽視了系統中的一些基本問題。而且，由于項目早期并沒有指定一位架構師來負責對這些決策進行權衡，是以後面會遇到種種障礙。該項目于2010年取消，原來估計耗資65億美元，實際上花了85億美元。

本書并不會給出一套開發産品所用的公式，也不打算編成一本産品開發手冊。我們不能保證按照本書的做法一定可以成功。經驗告訴我們：錯誤的架構可能會毀掉整個項目，而“正确的”架構僅僅是建立了一個産品開發平台，産品可以依賴這個平台而取得成功，但也依然有可能失敗。

本書的内容在許多方面是可以适用于各種系統的，這些系統有的是由人類建構的，還有的是經過社會發展或自然進化而形成的。無論是建構出來的系統，還是演化而成的系統，我們都可以分析它的架構。比如，研究腦部的學者，想要展開腦部的架構；城市的規劃者，要處理城市的架構；政治學者與社會學者要了解政府及社會的架構，等等。本書所關注的系統，主要是由人類所建構的系統。