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系统工程的目标是在充分考虑性能、费用、进度和风险等方面因素的基础上，实现系统的设计、建造及运行使用，使得系统能够以最为经济有效的方式安全达到其目的。
一个经济有效的和安全的系统必须能够在效能和费用之间取得特定的平衡。这种因果关系是不确定的，因为通常会存在多个设计方案能够满足效费比的约束条件。将每个可能的设计方案看作效能和费用权衡空间内的一个点。如果画出在当前技术条件下设计所能达到的最大效能与费用的函数关系曲线，通常会得到如图2.5-1所示的图形。图中，纵坐标（纵轴）代表效能尺度，横坐标（横轴）代表费用尺度。换言之，曲线描述出在当前的技术条件下能够实现的设计方案的费用效能包络情况。
图2.5-1 有效设计方案的包络线
曲线上方的点是当前技术条件下不能达到的，也就是说，它们代表的设计方案是不可行的（其中某些点在未来技术进一步发展之后可能会变成可行的点）。包络线以下的点是可行的，但与费用和效能对应点刚好落在包络线上的设计方案相比处于劣势。包络线上的点代表的设计被称为经济有效的解决方案（或称高效方案、非劣解）。
系统的费用、效能和费效比
●费用：
系统的费用是指设计、建造、运行和处置一个系统所需资源的价值。由于资源的形式多种多样（NASA工作人员和承包商的工作，系统消耗的材料和能源，信息技术开销，风洞、厂房、办公室、计算机等设施，以及用户、维护人员和测控人员的费用），因而使用统一货币形式（如指定年代的美元币值）衡量资源的价值将会非常方便。需注意，对于一项工程，对于NASA，或对于公众来说，衡量价值的费用指标可能不在一个维度上。例如，即使对投资和效能进行了平衡，由于工程上的原因（如工期要求），投资在硬件上的比例也可能高于投资在软件上的比例，也可能反过来。
●效能：
系统的效能是系统能够实现目标程度的定量度量。效能的度量通常在很大程度上依赖于单个系统组件（包括硬件、软件和人因组件）或集成组件的性能。在开发过程中，持续对系统运行构想进行验证可能是达成集成系统的计划目标的关键因素。需注意，整个使命任务的效能可以分解为多个使命任务的目标或单个目标中多个可接受的目标变量，如复杂使命任务应包括预设场景、非预设场景或应急场景。
●费效比：
系统的费效比是项目或工程在可用预算内达成目标相对费用和效能产出的比值。
设计权衡研究是系统工程流程的重要部分，通常是试图在不同费用和效能组合的设计选择中寻找更好的设计方案。当设计方案权衡研究的起点在包络线以内时，可选的设计方案满足：或是在整体效能不减的条件下可以降低费用，或是在保持费用不增的情况下可以增加效能，即逐渐趋向于包络线。对于这种“双赢”的情况，系统工程师就很容易做出决定。像缩小子系统的尺寸，便可减轻质量这样“双赢”的设计虽不常见，但绝非罕见。而当设计方案权衡研究中需要在效能和费用之间做出权衡，或在相同费用下进行效能权衡（在水平方向趋向包络线）时，做出决定会更加困难。
系统工程师面临的困境
对于每一个经济有效的解决方案：
●保持风险不变，减少成本，性能一定会降低。
●保持成本不变，减小风险，性能一定会降低。
●保持性能不变，减少成本就会造成风险增大。
●保持性能不变，减小风险就会造成成本增加。
在这种情况下，进度往往是一种关键资源，因而进度起到一种成本的作用。
不确定性的存在，使寻找最佳成本效益设计方案的过程变得更为复杂，如图2.5-2所示。在解决不确定性问题之前，一个特定系统设计方案将会有什么实现结果是不可精确预知的。因此，设计方案反映到项目的费用和效能最好使用概率分布描述，而不是使用单值点描述。这种概率分布可以理解为一种“云”，在最大可能取值处“云”的厚度最大；而距离最大可能取值处越远，“云”的厚度就越薄，如图2.5-2中的设计方案A所示。不确定性很小的设计方案对应的分布结果，是高密度和高度紧凑的“云”，如图2.5-2中的设计方案B所示。对于存在风险的设计方案，有很大可能会产生令人不满意的结果，如图2.5-2中的设计方案C所示。此类风险表现为在所期望的包络线上高密度分布区域之外的一个附加的低效能、高成本对应的“云”。当然，这里所谓“云”的包络线不会像图中那样界线明显，而是更加模糊，而如此清晰的边界线可看作在某一置信水平下的包络线，即达到相应效能指标的特定概率值。
注：A、B、C分别对应不同风险模式的设计方案。
图2.5-2 含有不确定性的多个设计方案的结果估计
对于效能和费用的描述方法可能有许多种。以Echo系列气球
（约1960年）为例，它除完成作为通信卫星的主要任务外，还需要获取电磁环境和大气阻力的科学数据。此外，气球卫星Echo作为最早能被肉眼看见的卫星，本身就具有无可估量的效应，但这在空间竞赛的初期并不被认可。又如Sputnik
（1957年），作为事实上的第一颗人造卫星，其效能体现在多个方面。对于有限资源，如资金、人员、设施等，其相应的使用属性可以归为费用的支出进行度量。进度可以作为效能指标，也可以作为费用指标，还可以作为约束条件。火星探索的使命任务如果错过发射窗口就必须等待约两年后的另一次机会——这是个非常清晰的进度约束实例。
需注意，在将成本效益（根据图2.5-1）描述为两者的优化比率时，“成本”是系统的全寿命周期费用。
通常，工程/项目分为设计开发和运行使用两个阶段，设计开发完成之后启动系统寿命周期的运行使用阶段（阶段E）。如果没有运行使用构想与系统开发之间持续流畅的沟通，设计和开发管理者也许就只能基于设计和生产的成本效益进行决策，而无法考虑由此带来的运行使用费用。有效地应用人因系统集成流程（见2.6节），并且在系统设计和开发早期辨识和驾驭运行使用中的关键性能参数，会有助于控制寿命周期费用。关于划分系统设计开发和运行使用两个阶段的更多内容将在7.1节“合同形式外包的工程”中加以讨论。
图2.5-3显示存在一种趋势，一个工程或项目的寿命周期费用在设计和开发的早期便已“锁定”。从费用曲线可以明显看出，发现并确定问题越晚，在寿命周期后段的花费越多。反过来说，产品性能未达标的问题在项目寿命周期中发生得越晚，能够节省的费用就越少。这幅出自美国国防采办大学的图，给出了寿命周期费用决定于早期系统构想和设计方案的示例。实际中的工程项目多种多样，但它们所对应的费用曲线图形及其中表达的信息是近似的。例如，图中显示在设计过程中仅开支约15%的寿命周期总费用，而设计结果则将固化75%的寿命周期费用。这是因为系统的设计方式将决定系统在试验、制造、集成、运行和维护过程中可能需要花费的费用。如果在设计中不考虑这些因素，则将给寿命周期后期带来极大的费用风险。同时要注意，在寿命周期的后续阶段更改设计方案将会使费用增加。如果直到项目验证时才进行产品试验和分析，任何发现的问题都可能会因需要重新设计和重新验证而产生可观的费用。
某些情况下，在固定预算和固定风险范围内寻找可能的最大效能较为合适；而在其他情况下，寻求给定效能和风险下可能的最低费用也许更适合。对于这些情况，问题是如何指定效能水平或如何确定费用水平。工程实践中，这些指标可以根据性能和费用要求来确定，这样问题就适当地转换为，略微放松效能要求能否使得系统费用显著减少，或增加少许资源消耗能否生产出一个更加有效的系统。当然，通常高质量系统工程始终能认识到近期决策对项目战略性结果的影响，也就是权衡决策对于寿命周期成本的影响。
在确定系统的费效比时，考虑系统全寿命周期的运行使用费用和设计开发费用（参见本手册6.1.2.2节）非常重要。系统失败或无效对寿命周期费用产生的影响不可忽视，必须加以考虑才能完整描述系统寿命周期费用。实施故障管理有助于通过减少宕机时间、维修次数，减小灾难性失败风险，以及提高工程寿命周期的收益来管理寿命周期费用。故障管理的技术和方法在本手册7.7节有更加详细的叙述。
图2.5-3 早期阶段决策对寿命周期费用的影响
图片来自INCOSE-TP-2003-002-04，2015
技术团队可能不得不在属性描述各不相同的众多设计方案之间进行选择。目前，已经开发出多种分析方法，可以用来帮助确定属性参数的选择和量化对属性相对价值的主观评价。有了这些方法之后，属性的权衡就可以采用定量评估。但是，经常会发生属性并不兼容的情况，而最终又可能需要在属性多样性的情况下做出决策。对于这种复杂的决策分析问题，可以借助某些决策分析技术（参见本手册6.8节）。为了能够帮助决策者做出最为经济有效的选择，系统工程师通常应当牢记那些做出决策时可能用到的信息。