ch2 系統(tǒng)工程理論與方法論

1、第二章 SE理論與方法論第一節(jié) SE理論第二節(jié) SE基本工作過(guò)程1系統(tǒng)理論論包括：1、老三論（形成于于20世世紀(jì)四十十年代）：一般系統(tǒng)統(tǒng)論、控控制論和和信息論論。2、新三論（形成于于20世世紀(jì)七十十年代）：耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)理論、協(xié)同論論和突變變論。3、其他理論論：運(yùn)籌學(xué)、高等數(shù)數(shù)學(xué)、集集合論等等等第一節(jié)系系統(tǒng)統(tǒng)工程的的理論基基礎(chǔ)2系統(tǒng)工程程的理論論基礎(chǔ)系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)及其工具一般系統(tǒng)論控制論運(yùn)籌學(xué)信息論發(fā)展（理論基礎(chǔ)）耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論集合論3一般系統(tǒng)統(tǒng)論、控控制論、信息論論、耗散散結(jié)構(gòu)理理論、協(xié)協(xié)同學(xué)及及突變論論等是系系統(tǒng)理論論的重要要內(nèi)容和和SE的理理論基礎(chǔ)礎(chǔ)41、一般般系統(tǒng)論論（gene

2、ralsystem theory)創(chuàng)始人：美籍奧奧地利理理論生物物學(xué)家L.V貝貝塔朗菲菲1945年發(fā)表表關(guān)于于一般系系統(tǒng)論研究復(fù)雜雜系統(tǒng)一一般規(guī)律律的學(xué)科科5一般系統(tǒng)統(tǒng)論的產(chǎn)產(chǎn)生背景：本本世紀(jì)初初，物理理學(xué)、力力學(xué)、化化學(xué)等已已得到深深入發(fā)展展、學(xué)科科體系已已趨于完完整。生物學(xué)卻卻仍處于于一種想想象，試試驗(yàn)的階階段。例例如，生生命的起起源、生生命的本本質(zhì)等問(wèn)問(wèn)題，就就存在兩種激烈爭(zhēng)論論的觀點(diǎn)點(diǎn)6機(jī)械論與與活力論論機(jī)械論觀觀點(diǎn)：認(rèn)為生物物體應(yīng)像像機(jī)械體體一樣服服從物理理學(xué)、化化學(xué)所闡闡明的各各種規(guī)律律，也就就是說(shuō)，把生命命問(wèn)題簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為物物理和化化學(xué)問(wèn)題題，純粹粹用物理理原因和和化學(xué)原原因來(lái)說(shuō)說(shuō)明

3、一切切生命的的生理現(xiàn)現(xiàn)象和心心理過(guò)程程。-無(wú)無(wú)法說(shuō)明明生命體體的統(tǒng)一一性.活力論觀觀點(diǎn)：認(rèn)為不能能把生命命現(xiàn)象簡(jiǎn)簡(jiǎn)單地歸歸結(jié)為物物理與化化學(xué)過(guò)程程，但卻卻用“超超自然的的活力”來(lái)解釋釋生命現(xiàn)現(xiàn)象，認(rèn)認(rèn)為有機(jī)機(jī)界和無(wú)無(wú)機(jī)界之之間有一一道不可可逾越的的鴻溝，支配生生物體的的是一種種超物質(zhì)質(zhì)力量。有機(jī)體7有機(jī)體美藉奧地地利生物物理論專(zhuān)專(zhuān)家貝塔塔朗菲等等人不滿滿于機(jī)械械論和活活力論的的解釋?zhuān)岢鲇杏袡C(jī)體概概念，強(qiáng)強(qiáng)調(diào)要從從整體關(guān)關(guān)聯(lián)角度度看問(wèn)題題。后來(lái)，“有機(jī)體體”概念念被進(jìn)一一步發(fā)展展為“一一般系統(tǒng)統(tǒng)論”。8一般系統(tǒng)統(tǒng)論堅(jiān)決決反對(duì)活活力論與與機(jī)械論論1、反對(duì)對(duì)簡(jiǎn)單相相加的觀觀點(diǎn)，認(rèn)認(rèn)為系統(tǒng)統(tǒng)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)

4、單地等等于各部部分之和和；2、反對(duì)對(duì)機(jī)械觀觀點(diǎn)，認(rèn)認(rèn)為有機(jī)機(jī)整體各各部分的的關(guān)系不不能用機(jī)機(jī)械關(guān)系系來(lái)解釋釋?zhuān)?、反對(duì)對(duì)被動(dòng)反反應(yīng)觀點(diǎn)點(diǎn)，即生生物活動(dòng)動(dòng)不是受受環(huán)境刺刺激作出出簡(jiǎn)單信信息，而而是具有有自調(diào)功功能的活活動(dòng)，有有機(jī)體對(duì)對(duì)于環(huán)境境的干擾擾具有調(diào)調(diào)節(jié)能力力。92、信息息論信息論產(chǎn)產(chǎn)生于20世紀(jì)紀(jì)40年年代末，主要?jiǎng)?chuàng)創(chuàng)立者是是美國(guó)的的數(shù)學(xué)家家香農(nóng)（C.E.Shannon）和維納納。（信息科科學(xué)）研究對(duì)象象：信息息研究?jī)?nèi)容容：信息息的運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)律和和應(yīng)用方方法研究工具具：計(jì)算算機(jī)、光光導(dǎo)纖維維研究目標(biāo)標(biāo)：擴(kuò)展展人類(lèi)的的信息功功能。10什么是信信息香農(nóng)對(duì)信信息的定定義：不不確定性性的減少少即：

5、信息息量是把把某種不不確定性性趨向于于確定的的一種度度量，信信息量的的大小取取決于消消息的不不確定減減少程度度，不確確定減少少程度越越大，則則信息量量越大；不確定定減少程程度小則則信息量量越少。消息與信信息的關(guān)關(guān)系？判斷：消消息等同同于信息息？消息息是信息息的攜帶帶者，但但并非每每條消息息都帶有信息，或帶有有同等信信息量的的信息11例：到會(huì)會(huì)場(chǎng)找人人消息A：某人在在會(huì)場(chǎng)里里消息B：某人在在會(huì)場(chǎng)的的偶數(shù)排排消息B所所含的信信息量比比消息A大，因因?yàn)橄⑾更容容易減少少不確定定性。12信息論的的基本思思想信息論：是一門(mén)門(mén)研究信信息傳輸輸和信息息處理一一般規(guī)律律的學(xué)科科。信息論起起源于通通訊理論論

6、。信息論的的基本思思想：通訊和控控制系統(tǒng)統(tǒng)：信息的的傳輸和和加工處處理系統(tǒng)統(tǒng)；系統(tǒng)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)：信息變變換過(guò)程程，通過(guò)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部的信信息交流流使系統(tǒng)統(tǒng)維持正正常的有有目的的的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)，在信息息論的框框架中，是一個(gè)個(gè)進(jìn)行信信息變換換和信息息處理的的機(jī)構(gòu)。13信息論的的類(lèi)型狹義信息息論：即香農(nóng)農(nóng)信息論論。主要要研究消消息的信信息量、信道（傳輸消消息的通通道）容容量以及及消息的的編碼問(wèn)問(wèn)題。一般信息息論：主要研研究通訊訊問(wèn)題，但還包包括噪聲聲理論、信號(hào)濾濾波與預(yù)預(yù)測(cè)、調(diào)調(diào)制、信信息處理理等問(wèn)題題。廣義信息息論：不僅包包括前兩兩項(xiàng)的研研究?jī)?nèi)容容，而且且包括所所有與信信息有關(guān)關(guān)的領(lǐng)域域。143、控制制論

7、（Cybernatics）概念：控控制論是是以研究究各種系系統(tǒng)共同同存在的的控制規(guī)規(guī)律為對(duì)對(duì)象的一一門(mén)科學(xué)學(xué)。包括括系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)方方案、穩(wěn)穩(wěn)定性、最優(yōu)化化、建模模及簡(jiǎn)化化等。標(biāo)志：維維納于1948年出版版了控控制論一書(shū)發(fā)展：經(jīng)經(jīng)典控制制論現(xiàn)代控控制論大系系統(tǒng)控制制理論154、“新三論論”等新新的系統(tǒng)統(tǒng)理論耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論165、運(yùn)運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)形形成于二二戰(zhàn)期間間。運(yùn)籌學(xué)（Operationalresearch，OR）是為領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)關(guān)對(duì)其控控制下的的事務(wù)、活動(dòng)采采取策略略而提供供定量依依據(jù)的科科學(xué)方法法；是在在實(shí)行管管理的領(lǐng)領(lǐng)域，運(yùn)運(yùn)用數(shù)學(xué)學(xué)的方法法，對(duì)需需要進(jìn)行行管理的的問(wèn)題進(jìn)進(jìn)行統(tǒng)

8、籌籌規(guī)劃、做出決決策的一一門(mén)應(yīng)用用學(xué)科。17運(yùn)籌學(xué)的的主要內(nèi)內(nèi)容運(yùn)籌學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)劃對(duì)策論決策論線性規(guī)劃非線性規(guī)劃動(dòng)態(tài)規(guī)劃一般線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃目標(biāo)規(guī)劃排隊(duì)論圖論存儲(chǔ)論可靠性理論論18第二節(jié)系系統(tǒng)統(tǒng)工程方方法論方法（method）是完成成一個(gè)既既定目標(biāo)標(biāo)的具體體技術(shù)與與工具；方法論（methodology）即關(guān)于于方法的的理論，是進(jìn)行行探索的的一般途途徑，它高于方方法，是是對(duì)方法法使用的的指導(dǎo)。19系統(tǒng)工程程方法論論系統(tǒng)工程程方法論論是系統(tǒng)工工程思考考問(wèn)題和和處理問(wèn)問(wèn)題的一一般方法法和總統(tǒng)統(tǒng)框架；系統(tǒng)工程程方法論論也是系統(tǒng)統(tǒng)工程的的基本工作作過(guò)程的一個(gè)體體現(xiàn)。20系統(tǒng)工程程基本工工作過(guò)程程-霍爾三維維

9、結(jié)構(gòu)-切克蘭德德方法論論21 規(guī)劃階段段 設(shè)計(jì)階段段 分析階段段 運(yùn)籌階段段 實(shí)施階段段 運(yùn)行階段段 更新階段段 運(yùn)籌學(xué) 控制論 社會(huì)科學(xué)學(xué) 工程技術(shù)術(shù) 邏輯維 知識(shí)維 時(shí)間維 實(shí)施計(jì)劃劃 決策 最優(yōu)化 模型化 系統(tǒng)方案案綜合 系統(tǒng)指標(biāo)標(biāo)設(shè)計(jì) 擺明問(wèn)題題 霍爾三維維結(jié)構(gòu)示示意圖 美國(guó)學(xué)者者ADHall1969系統(tǒng)工程程活動(dòng)矩矩陣T-L一、霍爾爾三維結(jié)結(jié)構(gòu)22霍爾三維維結(jié)構(gòu)一項(xiàng)復(fù)雜雜工程，可以從從三個(gè)方方面加以以考察時(shí)間方面面：各項(xiàng)工工作在時(shí)時(shí)間上有有先后并并且互相相依賴(lài)；邏輯思維維方面：圍繞決決策的一一系列工工作相互互依存并并按一定定的邏輯輯順序展展開(kāi)；知識(shí)方面面：工程需需要多項(xiàng)項(xiàng)知識(shí)的的支撐

10、。23（一）時(shí)時(shí)間維規(guī)劃階段段設(shè)計(jì)階段段分析或研研制階段段運(yùn)籌或生生產(chǎn)階段段系統(tǒng)實(shí)施施或安裝裝階段運(yùn)行階段段更新階段段24上述7個(gè)個(gè)階段是是按時(shí)間間先后順順序排列列的，故故稱(chēng)之為為“時(shí)間間維”；由于時(shí)間間維上的的每一階階段又可可細(xì)分為為許多相相互聯(lián)系系的活動(dòng)動(dòng)，這種種劃分又又稱(chēng)為系系統(tǒng)工程程方法論論的粗結(jié)結(jié)構(gòu)。25案例：三三峽工程程第一階段段：規(guī)劃劃1919年孫中中山建建國(guó)方略略：利利用三峽峽的水利利資源發(fā)發(fā)電1946年薩薩凡奇計(jì)計(jì)劃50年代代初期林林一山為為首的長(zhǎng)長(zhǎng)江流域域規(guī)劃辦辦公室26第二階段段：初步步設(shè)計(jì)解決四個(gè)個(gè)方面問(wèn)問(wèn)題：目標(biāo)進(jìn)行行分解和和量化；協(xié)調(diào)目標(biāo)標(biāo)，提出出實(shí)現(xiàn)目目標(biāo)的具具體

11、的方方案；為實(shí)現(xiàn)方方案在技技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)和和社會(huì)方方面、環(huán)環(huán)境方面面的保障障；根據(jù)具體體方案，對(duì)工程程成本費(fèi)費(fèi)用和效效益提出出更加詳詳細(xì)的計(jì)計(jì)算?？偰繕?biāo)：發(fā)電、防洪、供水、航運(yùn)正常蓄水水位：230米米、235米；壩址設(shè)設(shè)在南津津關(guān)27第三階段段：1958年年到1993年年10月月（研制制）實(shí)施系統(tǒng)統(tǒng)工程（生產(chǎn)安安裝）之之前技術(shù)術(shù)性很強(qiáng)強(qiáng)，工作作量最大大的階段段。需要要結(jié)合大大批的相相關(guān)的工工程技術(shù)術(shù)人員，合作完完成。提出實(shí)施施該系統(tǒng)統(tǒng)的詳細(xì)細(xì)的研制制方案；提出詳細(xì)細(xì)的實(shí)施施（生產(chǎn)產(chǎn)或施工工，包括括往后各各階段）計(jì)劃。提出可供供施工的的藍(lán)圖，包括大大壩、船船閘、廠廠房、機(jī)機(jī)電設(shè)備備、輸變變電工程程

12、等方面面的各項(xiàng)項(xiàng)研究工工作以及及最終拿拿出可供供施工和和生產(chǎn)的的圖紙；按照預(yù)預(yù)想的進(jìn)進(jìn)程和可可能性，提出包包括庫(kù)區(qū)區(qū)移民以以及工廠廠的搬遷遷安置、施工進(jìn)進(jìn)度、水水輪發(fā)電電機(jī)組、輔助設(shè)設(shè)備、輸輸變電設(shè)設(shè)備的研研究等，進(jìn)而提提出何時(shí)時(shí)完成第第一期工工程和第第二期工工程、何何時(shí)全面面投產(chǎn)等等詳細(xì)的的系統(tǒng)的的實(shí)施計(jì)計(jì)劃。28第四階段段：生產(chǎn)產(chǎn)根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)研制階階段所提提出的方方案和生生產(chǎn)計(jì)劃劃，生產(chǎn)產(chǎn)出系統(tǒng)統(tǒng)的零部部件和所所有的設(shè)設(shè)備和裝裝置；提出系統(tǒng)統(tǒng)的安裝裝計(jì)劃。完成大大壩以及及全部水水工結(jié)構(gòu)構(gòu)的建筑筑，船閘閘、廠房房的建設(shè)設(shè)，水輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)組、輸輸變電設(shè)設(shè)備、中中央控制制臺(tái)、配配電室以以及其他他各

13、種機(jī)機(jī)電設(shè)備備的制造造；提出未來(lái)來(lái)的安裝裝計(jì)劃；安置庫(kù)區(qū)區(qū)移民。第五、六六、七階階段：安安裝、運(yùn)運(yùn)行、更更新。29時(shí)間上可可以交叉叉研制階段段可部分分進(jìn)行生生產(chǎn)，生生產(chǎn)階段段就可部部分安裝裝，安裝裝階段可可部分進(jìn)進(jìn)行運(yùn)行行。需尋尋求最佳佳方案，用計(jì)劃劃協(xié)調(diào)技技術(shù)（PERT）、圖圖解評(píng)審審技術(shù)（GERT）。30明確問(wèn)題題確定目標(biāo)標(biāo)并據(jù)此此設(shè)計(jì)評(píng)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)體系系統(tǒng)方案案綜合模型化（建模預(yù)預(yù)測(cè)未來(lái)來(lái)環(huán)境與與效果）最優(yōu)化（方案評(píng)評(píng)比）決策實(shí)施計(jì)劃劃（二）邏邏輯維31邏輯框架架擺明問(wèn)題確定目標(biāo)系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)實(shí)施決策32（三）知知識(shí)維該維的內(nèi)內(nèi)容表征征從事系系統(tǒng)工程程工作所所需要的的知識(shí)(如運(yùn)籌籌學(xué)、控控制論、管理科科學(xué)等)，也可可反映系系統(tǒng)工程程的專(zhuān)門(mén)門(mén)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域(如如企業(yè)管管理系統(tǒng)統(tǒng)工程、社會(huì)經(jīng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)統(tǒng)工程、工程系系統(tǒng)工程程等)。33（四）霍霍爾三維維結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)研究方法法上的整整體性（三維）技術(shù)應(yīng)用用上的綜綜合性（知識(shí)維維）組織管理理上的科科學(xué)性（時(shí)間維維和邏輯輯維）系統(tǒng)工程程工作的的問(wèn)題導(dǎo)導(dǎo)向性（邏輯維維）34(PCheckland)教授80年代代中前期期問(wèn)題及其環(huán)境的識(shí)別與表達(dá)建立概念模型（目標(biāo)系統(tǒng)概念化）根底定義比較尋求改善途徑評(píng)估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇切克蘭德方法論軟系統(tǒng)工工程方法法論二、切克克蘭德方方法論35兩