第三講系統(tǒng)工程方法論

系統(tǒng)工程第三講系統(tǒng)工程方法論

人們關(guān)于世界是什么，怎么樣的根本觀點(diǎn)是世界觀，用這種觀點(diǎn)作指導(dǎo)去認(rèn)識(shí)世界和改造世界，就成了方法論.世界觀主要解決世界“是什么”的問題，方法論主要解決“怎么辦”的問題。系統(tǒng)工程方法論是用于解決復(fù)雜問題的一般程序、邏輯步驟和通用方法。方法論§3.1典型系統(tǒng)工程方法論霍爾結(jié)構(gòu)體系(硬系統(tǒng)方法論)—A.D.Hall切克蘭德模式（軟系統(tǒng)方法論)-P.B.checkland綜合集成法(綜合集成研討廳體系)-錢學(xué)森物理、事理、人理系統(tǒng)方法論-顧基發(fā)、朱志昌一、霍爾結(jié)構(gòu)體系1969年，美國工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整個(gè)活動(dòng)過程可以分為前后緊密銜接的六個(gè)階段，每個(gè)階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)知識(shí)和技能的支持。這構(gòu)成了時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維的“三維空間結(jié)構(gòu)”，概括了系統(tǒng)工程的一般過程。一、霍爾結(jié)構(gòu)體系明確問題時(shí)間維環(huán)境科學(xué)社會(huì)科學(xué)工程技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)管理科學(xué)經(jīng)濟(jì)法律·知識(shí)維邏輯維規(guī)劃階段方案階段研制階段生產(chǎn)階段更新階段運(yùn)行階段選擇目標(biāo)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化付諸實(shí)施做出決策圖3.1霍爾“三維結(jié)構(gòu)”圖一)時(shí)間維表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始→結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過程，反映了系統(tǒng)的生命周期循環(huán)過程。1.規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)2.方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)3.研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃4.生產(chǎn)階段：零部件→組裝整個(gè)系統(tǒng)5.運(yùn)行階段：運(yùn)行6.更新階段：評(píng)價(jià)→改進(jìn)和更新一、霍爾結(jié)構(gòu)體系

每個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。1.明確問題2.選擇目標(biāo)系統(tǒng)分析3.系統(tǒng)綜合4.系統(tǒng)分析5.方案優(yōu)化模型建立6.做出決策7.付諸實(shí)施二)邏輯維一、霍爾結(jié)構(gòu)體系1.明確問題：收集資料(考察、測量、調(diào)研、需求分析、市場預(yù)測)了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分及其聯(lián)系等。把握住問題的要害和實(shí)質(zhì)，使有關(guān)人員做到心中有數(shù)。一、霍爾結(jié)構(gòu)體系2.選擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則(標(biāo)準(zhǔn))選擇目標(biāo)過程一般使用價(jià)值體系方法：

目標(biāo)制定的正確與否，關(guān)系到組織的興衰成敗。目標(biāo)正確，即使遇到暫時(shí)困難也會(huì)向好的方向轉(zhuǎn)化；目標(biāo)錯(cuò)誤，組織就會(huì)處于被動(dòng)地位，遭到失敗。一、霍爾結(jié)構(gòu)體系例子二次世界大戰(zhàn)期間，英美商船通過英吉利海峽時(shí)經(jīng)常遭到德國飛機(jī)的襲擊，為了解決這個(gè)問題，研究要不要把高射炮裝在船上?有人研究這個(gè)問題時(shí)，把擊落敵機(jī)率作為戰(zhàn)略目標(biāo)，實(shí)踐統(tǒng)計(jì)該目標(biāo)價(jià)值只有4％，大大低于陸地高射炮的擊落敵機(jī)率。認(rèn)為效率太低，得不償失。但是有人提出商船裝高射炮的主要目的不是要它一定要打下多少飛機(jī)，而是為了保護(hù)商船，應(yīng)當(dāng)把減少商船被擊沉率做為目標(biāo)。由于商船上的高射炮使敵機(jī)不敢低飛，商船擊沉率由25％下降到10％以下，這樣裝高射炮就是值得的了。當(dāng)英美商船裝上高射炮后，果然減少了損失，為盟軍的勝利作出了貢獻(xiàn)。3系統(tǒng)綜合：方案策略，對(duì)每種方案進(jìn)行說明4系統(tǒng)分析：比較分析各方案→建?！?jì)算或仿真一、霍爾結(jié)構(gòu)體系系統(tǒng)分析主要內(nèi)容：系統(tǒng)變量的選擇：狀態(tài)變量、決策變量建模和仿真可靠性工程方案優(yōu)化：選出待選方案集，交決策部門最優(yōu)化：單目標(biāo)、多目標(biāo)優(yōu)化：約束條件，最優(yōu)解、滿意解線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、大系統(tǒng)理論、組合優(yōu)化等一、霍爾結(jié)構(gòu)體系作出決策：不能十全十美，要考慮人、社會(huì)各種因素付諸實(shí)施：表3.1霍爾管理矩陣

邏輯維(步驟)時(shí)間維(階段)1234567明確問題選擇目標(biāo)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化做出決策付諸實(shí)施1規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研制階段a31a32a33a34a35a36a374生產(chǎn)階段a41a42a43a44a45a46a475運(yùn)行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a67一、霍爾結(jié)構(gòu)體系三)專業(yè)維(知識(shí)維）

專業(yè)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業(yè)知識(shí)和管理知識(shí)，包括基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法律、管理科學(xué)和其它相關(guān)社會(huì)科學(xué)等。一、霍爾結(jié)構(gòu)體系

霍爾三維結(jié)構(gòu)不適用于以建立和管理“軟系統(tǒng)”為目的的社會(huì)科學(xué)、管理科學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域；而適用于以研制“硬件系統(tǒng)”為目標(biāo)的自然科學(xué)、工程技術(shù)等“硬科學(xué)”領(lǐng)域，故有人稱霍爾三維結(jié)構(gòu)為“硬科學(xué)”的系統(tǒng)工程方法論。英國的切克蘭德把OR、SE、SA和SD所使用的方法論叫硬系統(tǒng)方法論，并在1981年自己提出一種軟系統(tǒng)方法(SSM)——“調(diào)查學(xué)習(xí)”法。二、切克蘭德模式

切克蘭德軟系統(tǒng)方法論認(rèn)為，人類活動(dòng)系統(tǒng)中的問題不像人造系統(tǒng)中的問題那樣是“公眾的知識(shí)”，“什么是問題”本身成了一個(gè)問題。因此，硬系統(tǒng)方法論的第一個(gè)階段——擺明問題，變成了有關(guān)的人對(duì)問題情境進(jìn)行感知；第二個(gè)階段——確定目標(biāo)，變成了定義相關(guān)系統(tǒng)；運(yùn)用系統(tǒng)方法論的過程也由尋優(yōu)過程變成了學(xué)習(xí)過程，結(jié)果是有關(guān)的人感到問題情境有所改進(jìn)，而不是問題的解決。切克蘭德認(rèn)為軟系統(tǒng)方法論的這些特點(diǎn)是由于人的世界觀，價(jià)值觀的普遍存在且不相統(tǒng)一造成的。因此在人的活動(dòng)系統(tǒng)中存在的問題大多是邊界模糊，難于定義，結(jié)構(gòu)不良的軟問題，這些問題更應(yīng)該用軟系統(tǒng)方法論來處理，而不能應(yīng)用傳統(tǒng)的起源于工程問題解決的思想。二、切克蘭德模式

切克蘭德的調(diào)查學(xué)習(xí)法用概念模型代替數(shù)學(xué)模型，使思路更為開闊；用可行滿意解代替最優(yōu)解是價(jià)值觀方面的重要變化。良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重工程問題、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng)

不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重社會(huì)問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事理型的軟系統(tǒng)。

核心不是尋求“最優(yōu)化”，而是“調(diào)查、比較”或者說是“學(xué)習(xí)”，從模型和現(xiàn)狀比較中，學(xué)習(xí)改善現(xiàn)存系統(tǒng)的途徑，是有很明顯的反饋調(diào)節(jié)思想。

二、切克蘭德模式

不良結(jié)構(gòu)問題情景①其他系統(tǒng)思想④（b）問題情景描述②相關(guān)系統(tǒng)的定義③可行的改革方案⑥概念模型④實(shí)施可行改革方案⑦②和④比較⑤形成系統(tǒng)概念④（a）現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)思維軟系統(tǒng)方法論的思路和步驟二、切克蘭德模式弄清關(guān)聯(lián)因素問題現(xiàn)狀說明建立概念模型改善概念模型比較實(shí)施圖3.2切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”方法流程圖二、切克蘭德模式三、綜合集成工程方法學(xué)(綜合集成研討廳體系)

1.綜合集成方法論的產(chǎn)生

80年代初，錢學(xué)森提出處理復(fù)雜行為系統(tǒng)的定量方法學(xué)。80年代末，錢學(xué)森提出處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論是“從定性到定量綜合集成方法”。1992年，錢學(xué)森提出從定性到定量綜合集成研討廳體系。三、綜合集成法

這套方法論是從整體上研究和解決復(fù)雜巨系統(tǒng)問題的方法，采取人機(jī)結(jié)合以人為主的思維方法和研究方式，對(duì)不同層次、不同領(lǐng)域的信息和知識(shí)進(jìn)行綜合集成，達(dá)到對(duì)整體的定性定量認(rèn)識(shí)。按照我國傳統(tǒng)說法，把一個(gè)復(fù)雜事物的各個(gè)方面綜合起來，達(dá)到對(duì)整體的認(rèn)識(shí)，稱之為“集大成”的智慧，所以錢學(xué)森把這個(gè)方法稱為“大成智慧工程”。三、綜合集成法

在綜合集成研討廳體系這個(gè)概念中，綜合集成是方法特征，研討廳體系是組織形式。綜合集成方法指出了解決復(fù)雜開放巨系統(tǒng)和復(fù)雜性問題的過程性以及過程的方向性和反復(fù)性。

綜合集成研討廳體系本身是個(gè)開放的、動(dòng)態(tài)的體系，也是個(gè)不斷發(fā)展和進(jìn)化的體系。三、綜合集成法2.綜合集成研討廳體系的框架與特點(diǎn)

由三部分組成：機(jī)器體系、專家體系和知識(shí)體系。命題專家體系社會(huì)認(rèn)識(shí)客觀世界知識(shí)體系社會(huì)實(shí)踐機(jī)器體系結(jié)果改造世界認(rèn)識(shí)世界圖3.3研討廳框圖三、綜合集成法

應(yīng)用綜合集成方法(包括綜合集成研討廳體系)必須有總體設(shè)計(jì)部這樣的實(shí)體機(jī)構(gòu)?！拔覀儼烟幚黹_放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法定名為從定性到定量綜合集成方法，把應(yīng)用這個(gè)方法的集體稱為總體設(shè)計(jì)部?！本C合集成研討廳是研究開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論，那么總體設(shè)計(jì)部是實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法論所必須的體制和機(jī)制。

3.總體設(shè)計(jì)部思想三、綜合集成法四、物理、事理、人理系統(tǒng)方法論

物理—事理—人理（WSR）系統(tǒng)方法論從物、事、人三個(gè)角度分析問題。物：獨(dú)立于人的意志而存在的物質(zhì)客體。事：指人們變革自然和社會(huì)的各種有目的的活動(dòng)?！拔锢怼蔽镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?；卮鹞锸鞘裁?，能夠做什么。事理：做事的道理。回答可以怎樣去做。人理：做人的道理，回答應(yīng)當(dāng)如何做。四、物理、事理、人理系統(tǒng)方法論

四、物理、事理、人理系統(tǒng)方法論主要步驟：1.理解領(lǐng)導(dǎo)意圖2.調(diào)查分析3.形成目標(biāo)4.建立模型5.協(xié)調(diào)關(guān)系6.提出建議五、系統(tǒng)論方法的若干要點(diǎn)1.哲學(xué)基礎(chǔ)2.還原論與整體論相結(jié)合3.定性描述和定量表述相結(jié)合4.局部描述和整體描述相結(jié)合5.確定性描述和不確定型描述相結(jié)合6.系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合相結(jié)合六、系統(tǒng)工程方法論基本環(huán)節(jié)1.闡明問題2.謀劃備選方案3.預(yù)測未來環(huán)境4.建模和估計(jì)結(jié)果5.比較備選方案原始情況分析結(jié)果闡明問題階段分析研究階段

評(píng)價(jià)比較階段

闡明問題謀劃備選方案建模和預(yù)計(jì)后果評(píng)比備選方案預(yù)測未來環(huán)境（1）闡明問題問題的性質(zhì)和范圍

問題剖析報(bào)告：問題的結(jié)構(gòu)、過程和勢態(tài)階段結(jié)果報(bào)告：由來背景；重要性；可能采取行動(dòng)的組織和個(gè)人；利益相關(guān)的組織和個(gè)人；目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、約束條件、備選方案的初步描述、建議等問題的目標(biāo)

目標(biāo)的層次性目標(biāo)的沖突目標(biāo)樹

XX1X2X3目標(biāo)沖突和利害沖突

在目標(biāo)分析過程中，系統(tǒng)分析人員經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多關(guān)鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標(biāo)造成的。這有兩種情況：一種是純屬專業(yè)性質(zhì)的，即目標(biāo)沖突問題；另一種是社會(huì)性質(zhì)的，即利害沖突問題。目標(biāo)沖突例如在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，所可能強(qiáng)調(diào)的兩個(gè)目標(biāo)：一是盡可能低的成本二是盡可能高的質(zhì)量。解決辦法：建立一個(gè)沒有矛盾的目標(biāo)集，把引起矛盾的分目標(biāo)剔除掉。

采用所有分目標(biāo)，尋求一個(gè)能達(dá)到?jīng)_突目標(biāo)得以并存的方案。

利害沖突例如企業(yè)在減員增效的過程中就至少有如下兩個(gè)目標(biāo)：一是提高企業(yè)的效益二是保證工作崗位不減員。

處理的方法：目標(biāo)方之一放棄自己的利益保持其中一個(gè)目標(biāo)，用其它方式補(bǔ)償或部分補(bǔ)償受損方的利益通過協(xié)商調(diào)整目標(biāo)系統(tǒng)，使之達(dá)到目標(biāo)相容闡明問題環(huán)境和條件

評(píng)價(jià)指標(biāo)

合理性層次性收集和分析資料

闡明問題階段結(jié)果報(bào)告：問題的由來與背景；重要性；可能采取行動(dòng)的組織和個(gè)人；利益相關(guān)的組織和個(gè)人；目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、約束條件、備選方案的初步描述、建議等闡明問題階段約占系統(tǒng)分析全過程的時(shí)間的20%-25%（2）謀劃備選方案

方案的提出

“集體創(chuàng)造”法或“頭腦風(fēng)暴法”“缺點(diǎn)、希望點(diǎn)”列舉法

特性窮舉法

方案的篩選

強(qiáng)狀性

適應(yīng)性

可靠性

現(xiàn)實(shí)性（可操作性）（3）預(yù)測未來環(huán)境

情景分析法：情景分析法對(duì)于每種備選方案都確定幾組未來實(shí)施環(huán)境的特征和條件，如按“樂觀”、“正?！焙汀氨^”的環(huán)境；也可按出現(xiàn)可能性大、正常和特殊的環(huán)境等進(jìn)行預(yù)測。

數(shù)學(xué)模型的方法

確定預(yù)測內(nèi)容

準(zhǔn)備數(shù)據(jù)資料

確定預(yù)測方法，建立數(shù)學(xué)模型

定性預(yù)測法

時(shí)間序列預(yù)測法

因果關(guān)系預(yù)測法

計(jì)算預(yù)測值，分析預(yù)測誤差

（4）建模和預(yù)計(jì)后果

每種方案實(shí)施后都相應(yīng)有一系列后果，因