系统工程方法论.ppt

系统工程 第二章 系统工程方法论 第一节：系统工程基本工作过程 第二节：系统分析原理及应用 第三节：系统工程的新方法论 方法论 • 方法和方法论在认识上是两个不同的范畴方法 是用于完成一个既定任务的 具体技术和操作 ； 方法论 是进行 研究和探索的一般途径 ，是对方法如何使用的指导 • 系统工程方法论 是用于解决复杂问题的一般程序、逻辑步骤和通用方法 • 系统工程 方法论特点 : ① 研究方法强调整体性 ② 技术应用强调综合性 ③ 管理决策强调科学性 主要的系统工程方法论 ① 霍尔结构体系(霍尔三维结构 ) ② 切克兰德模式 ③ 综合集成工程方法学 (综合集成研讨厅体系 ) • 并行工程方法学 • 物理 —事理 —人理（ WSR） 第一节： SE基本工作过程 20世纪 60～ 70年代具有代表性的 SE方法论 1、霍尔的三维结构（ 1969年提出） 将系统的整个管理过程分为前后紧密相连的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知识三维结构由 时间维 、 逻辑维 、 知识维 组成，如图示： 1.霍尔三维结构 系统工程活动 矩阵： T-L-K 霍尔三位结构集 中体现了系统工 程方法的 系统化 、综合化、最优 化、程序化和标 准化 等特点，是 系统工程方法论 的重要基础内容。

美国、香港、中国大陆警察抓兔子的故事 : 为了测试美国 , 香港 , 中国大陆三地警察的实力 , 联合国将三只兔子放在三个森林中 , 看三地警察谁先找出兔子 . 任务 :找出兔子 第一个森林前是美国警察 , 他们先花整整半天时间开会制定作战计划 , 严格分工 , 然后派特种部队快速进入森林进 行地毯式搜索 ,结果开会耽搁了时间 ,兔子跑了 ,任务失败 ! 然后轮到香港警察 ,他们派了一百多号人和几十辆警车在身临其境外一字排开 ,由带头人用喇叭喊话 :"兔子 ,兔子 ,你已经被包围了 ,快出来投降 ." 半天过去了 ,没动静 .飞虎队进入森林 ,搜索一遍 ,没结果 ,任务失败 ! 最后是中国大陆警察 , 只有四个 ,先打了一天麻将 ,黄昏时一人拿一警棍进入森林 ,没五分钟 ,听到森林里传来一阵动物的惨叫 ,中国大陆警察一人抽着一根烟有说有笑的出来 ,后面拖着一只鼻青脸肿的熊 ,熊奄奄一息的说到 :"好吧，好吧，我承认 ,我就是兔子 ." 霍尔管理矩阵 逻辑维 (步骤 ) 时间维 (阶段 ) 1 2 3 4 5 6 7 明确问题 选择目标 系统综合 系统分析 方案优化 做出决策 付诸实施 1 规划阶段 a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 2 方案阶段 a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 3 研制阶段 a31 a32 a33 a34 a35 a36 a37 4 生产阶段 a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47 5 运行阶段 a51 a52 a53 a54 a55 a56 a57 6 更新阶段 a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67 同时，形成了所谓的霍尔管理矩阵 一 ) 时间维 表示系统从规划到更新，从开始 → 结束按时间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期循环过程。

规划阶段：调研、明确目标 方案阶段：比较分析方案，择优 研制阶段：实现方案，作生产计划 生产阶段：零部件 → 组装整个系统 运行阶段：运行 更新阶段：评价 → 改进和更新 二 ) 逻辑维 每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序 明确问题：收集资料 (考察、测量、调研、需求分析、市场预测 ) 了解系统的环境、目的、系统的各组成部分及其联系等 系统边界 : 问题： 社会经济系统的边界如何确定？ 如 “ 企业生产经营 ” 系统 : 对该系统有作用的 要素 包括： —— 哪些归于 系统要素 ？ 哪些归于 环境要素 ？ 根据什么来确定 ? 直观经验方法：头脑风暴法  预测法：德尔菲法、情景分析法、交叉影响法、时间序列法  结构模型法：解释结构模型法 (ISM)、决策实验室法、图论法  多变量统计方法：非结构、半结构问题，因子分析、主成分分析法  其他：一般系统理论和模糊集理论等 问题的设定方法： 选择目标：提出目标，制定准则 (标准 ) 选择目标过程一般使用价值体系方法：  效用理论  费用 —效益分析：经济系统  风险估计  价值工程 系统综合：方案策略，对每种方案进行说明 系统分析：比较分析各方案 → 建模 → 计算或仿真 目标确定：  确定目标的原则  确定目标的方法  目标实现标准 ---指标 → 量化 ! 目标的 量化 目标的 归一化 目标的 有序化 目标的 一致化 系统分析主要内容：  系统变量的选择：状态变量、决策变量 (内生、外生 )  建模和仿真： ISM、 SD  可靠性工程 方案优化：选出待选方案集，交决策部门 最优化：单目标、多目标 优化：约束条件，最优解、满意解 线性规划、动态规划、非线性规划、 大系统理论、组合优化等 作出决策：不能十全十美，要考虑人、社会各种因素 付诸实施： 企业：生产计划 开发项目： CPM、 PERT 三 ) 知识维 知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括科学学、基础科学、工程技术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等 。

在这个过程系统中，每一阶段都有自己的管理内容和管理目标，每一步骤都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互联系，再加上具体的管理对象，组成了一个有机整体 霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作，同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作得到合理安排 把系统工程过程系统运用于大型工程项目，尤其是探索性强、技术复杂、投资大、周期长的 “ 大科学 ” 研究项目，可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难 基于 “ 三维结构 ” 模型的 系统工程过程系统 国内外许多事例表明，运用科学的系统工程过程系统管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在 15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的 3%～ 6% 在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用的极少部分，但确定了装备一生要花费用的 70%； 全面工程研制之前 ， 花费的费用占到寿命周期费用的 3%， 但固定了寿命周期费用的 85%； 研制结束时 ， 装备寿命周期费用已被基本固定 2. 切克兰德方法论 • 霍尔三维结构不适用于以建立和管理 “ 软系统 ” 为目的的社会科学、管理科学等科学领域；而适用于以研制 “ 硬件系统 ” 为目标的自然科学、工程技术等 “ 硬科学 ” 领域，故有人称霍尔三维结构为 “ 硬科学 ” 的系统工程方法论。

• 英国的切克兰德把 OR、 SE、 SA和 SD所使用的方法论叫硬系统方法论，并在 1981年自己提出一种 软系统方法 (SSM)——“调查学习 ” 法 • 同时， Checkland认为，完全按照解决工程技术问题的思路来解决 社会问题或 “ 软科学 ”问题 ，会碰到许多问题提出了 良结构系统 ：指偏重工程问题、机理明显的物理型的硬系统 不良结构系统 ：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事理型的软系统 • 他认为： 不良结构问题的 核心 不是寻求 “ 最优化 ” ，而是 “ 调查、比较 ” 或者说是 “ 学习 ” ，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想 弄清关联因素 问题现状说明 建立概念模型 改善概念模型 比 较 实 施 切克兰德的 “ 调查学习 ” 方法流程图 实施步骤 切 克 兰 德 的“ 调查学习 ” 软方法的核心不是寻求“ 最优化 ” ， 而是“ 调查 、 比较 ” 或者说是 “ 学习 ” ，从模型和现状比较中 ， 学习改善现存系统的途径 1 . 不 良 结 构 问题 提 出2 . 问 题 的 表 示3 . 有 关 系 统 的基 本 定 义4 . 概 念 模 型4 a . 公 式 化系 统 概 念4 b . 其 他系 统 思 考5 . 模 型 与 问 题的 比 较6 . 可 行 满 意 解7 . 采 取 行 动 改 善实 际 问 题现 实 世 界系 统 思 考概念模型代替数学模型，思路更加开阔。

满意解代 替最优解，价值观方面的重要变化 问题及其环境的 识别与表达 建立概念模型 (目标系统概念化 ) 根底定义 比较，寻求改善途径 选择 设计 实施 评估 他提出的软系统工程方法论的主要内容和工作过程如图所示 3.两种方的比较 (?) 相同点 ：问题导向；注重程序及阶段； … 不同点 ： (研究对象或应用领域、基本方法、 核心内容或关键点、反馈机制、 … ) （ 1）霍尔方法论主要以工程系统为 研究对象 ，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等 “ 软 ” 系统问题的研究 （ 2）前者的 核心内容 是优化分析，而后者的核心内容是比较学习 （ 3）前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的 基本方法 （ 4）后者较之前者具有 反馈 过程 企业管理系统工程活动矩阵 （框架 ——H；内容 ——C） 问题 现状 说明 关联 要素 分析 方向目标及指标设计 对象 系统 的再认识 变革 途径 探索 比较 、分析 、权衡 、评价 组织 行为 分析 实施 与 改进 1.企业诊断与环境分析 2.企业发展战略与规划 3.产品研究与开发管理 4.企业经营决策与计划 5.生产要素的准备及投入管理 6.生产过程的组织与控制 7.销售服务与资金回收管理 8.企业管理系统更新和企业经营环境改善 逻辑 步骤 活动项目 工作过程 第二节：系统分析原理及应用 1.系统分析概念 系统分析（ SA） 是在对系统 问题 现状及 目标 充分挖掘的基础上，运用 建模 及预测、优化、仿真、 评价 等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为 决策者 选择满意的系统 方案 提供决策依据的分析研究过程。

SA是 SE的核心内容、分析过程和基本方法 SA的要素： ①问题 ---界定对象 ②目的及目标 ---目标体系 ③方案 ---多个可替代性的能达方案 ④模型（结构、数学、仿真） ⑤评价 ---经济、效用、环境、社会 ⑥决策者 ----决策者参与的重要性 七个要素组成的 SA要素结构图 A1 A3 A2 A4 A5 目标 模型 效果 （＋） 费用 （－） 准则 A1 A3 A2 A4 A5 可行方案 结论 SA的要素 否 问题的形成 1确定问题的范围 2明确构成因素之间的相互依存关系 3了解环境状况和约束条件 明确目标 1明确目标 2采用手段 能否实施 继续进行分析工作 是 确定目标 工作图 2.SA程序或步骤 认识 问题 探寻目标 综合方案 模型 化 优化或 仿真 分析 系统评价 决策 （分析） N Y 初步 SA 规范分析 综合分析 SA程序图是 SA的一般过程，也为系统分析提供了基本的逻辑框架，因而十分重要在应用上应注意 ①重视 5W1H方法 的应用： ---一种系统工程方。