系統(tǒng)工程方法論詳解

系統(tǒng)工程概論普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材21世紀(jì)高等院校教材工業(yè)工程系列主講教師：周志華電話：137862445151第2章系統(tǒng)工程方法論§2.1系統(tǒng)分析方法論

------------蘭德公司為代表§2.2霍爾(Hall)的硬系統(tǒng)工程方法論§2.3

Chekland軟系統(tǒng)工程方法論§2.4

綜合集成方法論

-----以錢學(xué)森為代表的從定性到定量的綜合集成方法論2系統(tǒng)工程方法論：以“系統(tǒng)”為中心是系統(tǒng)工程研究和解決問題的一般規(guī)律或模式。系統(tǒng)工程方法論的研究對象：（1）各系統(tǒng)工程方法的形成和發(fā)展、基本特征、應(yīng)用范圍、方法間的相互關(guān)系。（2）如何構(gòu)建、選擇和應(yīng)用系統(tǒng)方法。3§2.1系統(tǒng)分析方法論一、系統(tǒng)分析SA—SystemAnalysis1.產(chǎn)生:20世紀(jì)40年代末期（第二次世界大戰(zhàn)）由美國蘭德RAND公司的研究總結(jié)的解決復(fù)雜問題的方法和步驟。早期用于武器系統(tǒng)的成本和效益分析。定性與定量分析相結(jié)合，解決復(fù)雜問題，為決策提供科學(xué)依據(jù)。------------蘭德公司為代表42.定義①廣義：系統(tǒng)分析系統(tǒng)工程②狹義：系統(tǒng)分析作為系統(tǒng)工程的一個邏輯步驟，系統(tǒng)工程的中心部分。系統(tǒng)分析貫穿于系統(tǒng)工程的全過程。5系統(tǒng)分析的定義（綜述）

是在對系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標(biāo)充分挖掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模及預(yù)測、優(yōu)化、仿真、評價等方法，對系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。

SA是SE的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。系統(tǒng)分析(SA)：6二、系統(tǒng)分析基本要素①目標(biāo)②可行方案（替代方案）③模型(結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真)④費(fèi)用⑤效益（效果）⑥評價基準(zhǔn)72系統(tǒng)分析的基本原理(－)費(fèi)用效果(＋)探索評價模型A4A3A5A1A2目標(biāo)A1A2A4A3A5可行方案評價標(biāo)準(zhǔn)方案排序圖2.1系統(tǒng)分析概念結(jié)構(gòu)圖8三、系統(tǒng)分析的步驟是否提出問題建議的可行方案分析與評價（綜合評價）建立模型構(gòu)成問題目標(biāo)確定收集資料探索可行方案是否滿意圖2.2系統(tǒng)分析的步驟檢驗(yàn)與核實(shí)9一、霍爾結(jié)構(gòu)體系§2.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

1969年，美國工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整個活動過程可以分為前后緊密銜接的六個階段，每個階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)知識和技能的支持。這構(gòu)成了時間維、邏輯維和知識維的“三維空間結(jié)構(gòu)”，概括了系統(tǒng)工程的一般過程。10知識維（K）運(yùn)籌學(xué)控制論社會科學(xué)工程技術(shù)醫(yī)藥衛(wèi)生……邏輯維（L）規(guī)劃階段擬定方案階段研制階段生產(chǎn)階段安裝階段運(yùn)行階段更新階段時間維(T)

明確問題

確定目標(biāo)方案綜合系統(tǒng)分析實(shí)施

決策系統(tǒng)選擇知識維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的知識和專業(yè)技術(shù)。邏輯維：每個階段需進(jìn)行的工作步驟，是運(yùn)用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行思考、分析和解決問題應(yīng)遵循的一般程序。時間維：從規(guī)劃到更新，按時間順序排列的SE全過程。11一)時間維表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始→結(jié)束按時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。規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)擬定方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)階段：零部件→組裝整個系統(tǒng)安裝階段：安裝系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行運(yùn)行階段：運(yùn)行更新階段：評價→改進(jìn)和更新§2.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

12二)邏輯維每個階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。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。§2.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

13確定擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則(標(biāo)準(zhǔn))選擇目標(biāo)過程一般使用價值體系方法：

效用理論費(fèi)用—效益分析：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)風(fēng)險估計(jì)價值工程系統(tǒng)方案綜合：方案策略，對每種方案進(jìn)行說明系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分比較分析各方案→建?！?jì)算或仿真§2.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

14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(內(nèi)生、外生)

建模和仿真：GPSS、SD

可靠性工程系統(tǒng)選擇：選出待選方案集，交決策部門決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素實(shí)施：

企業(yè)：生產(chǎn)計(jì)劃

開發(fā)項(xiàng)目：CPM、PERT§2.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

15三)知識維

知識維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業(yè)知識和管理知識，包括工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會科學(xué)及藝術(shù)等各種專業(yè)知識和技術(shù)?！?.2Hall的硬系統(tǒng)工程方法論

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霍爾管理矩陣邏輯維(步驟)時間維(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)化作出決策付諸實(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a61a62a63a64a65a66a6717小結(jié):霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問題基本上都可歸納成工程系統(tǒng)問題，因此強(qiáng)調(diào)明確目標(biāo);核心內(nèi)容是模型化和最優(yōu)化,應(yīng)用定量分析手段，求得最優(yōu)解答?；魻柸S結(jié)構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)化、綜合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。

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2.3軟系統(tǒng)方法論良結(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)：指偏重社會問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事理型的軟系統(tǒng)。軟系統(tǒng)：以社會、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等管理領(lǐng)域（人類活動為主），針對不良結(jié)構(gòu)問題而提出、問題不明確。難以用數(shù)學(xué)模型表示，一般是概念模型。通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法來處理，吸取人們的判斷和直覺。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。192.3Checkland方法論問題及其環(huán)境的識別與表達(dá)建立概念模型（目標(biāo)系統(tǒng)概念化）根底定義(C,A,T,W,O,E)比較尋求改善途徑評估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇方案20切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”軟方法的核心不是尋求“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。概念模型代替數(shù)學(xué)模型，思路更加開闊。滿意解代替最優(yōu)解，價值觀方面的重要變化。21切克蘭德方法論的核心是“比較”與“探尋”，它強(qiáng)調(diào)從“理想”模式（概念模型）與現(xiàn)實(shí)狀況的比較中，探詢改善現(xiàn)狀的途徑，使決策者滿意（化）。通過認(rèn)識與概念化、比較與學(xué)習(xí)、實(shí)施與再認(rèn)識等過程，對社會經(jīng)濟(jì)等問題進(jìn)行分析研究，這是一般軟系統(tǒng)工程方法論的共同特征。22兩種方法論的比較(1)三維結(jié)構(gòu)方法論Checkland方法論A開始:要求解決一個相對明確的或認(rèn)為是“給定的”問題開始:感到有一個難以定義的問題情景并期望改善之B確定解決問題的目標(biāo)及評價標(biāo)準(zhǔn)通過考察“結(jié)構(gòu)”和“過程”元素及其相互關(guān)系給出與問題情景相關(guān)的系統(tǒng)定義C擬定達(dá)到目標(biāo)可能采取的方案,制定模型,進(jìn)行綜合研究提出相關(guān)系統(tǒng)的定義并據(jù)此構(gòu)造系統(tǒng)的概念模型D選擇能最好滿足需要且可行的方案把概念模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較,并據(jù)此確定現(xiàn)實(shí)中合乎需要和可行的變革E實(shí)施設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)實(shí)施獲得同意的變革23兩種方法論的比較(2)相同點(diǎn)：問題導(dǎo)向；注重程序及階段；…三維結(jié)構(gòu)方法論Checkland方法論研究對象工程系統(tǒng)軟系統(tǒng)處理的問題明確,良結(jié)構(gòu)不明確,不良結(jié)構(gòu)基本方法關(guān)注定量分析概念模型,定性方法核心內(nèi)容最優(yōu)化比較學(xué)習(xí)不同點(diǎn):

研究對象；基本方法；核心內(nèi)容；…24霍爾三維結(jié)構(gòu)與切克蘭德方法論的比較相同點(diǎn)：問題導(dǎo)向；注重程序及階段；…不同點(diǎn)：霍爾方法論主要以工程系統(tǒng)為研究對象，而切克蘭德方法更適合于對社會經(jīng)濟(jì)和經(jīng)營管理等“軟”系統(tǒng)問題的研究。前者的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而后者的核心內(nèi)容是比較學(xué)習(xí)。前者更多關(guān)注定量分析方法，而后者比較強(qiáng)調(diào)定性或定性與定量有機(jī)結(jié)合的基本方法。

25第4節(jié)綜合集成系統(tǒng)方法1987年，錢學(xué)森提出了定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，并把處理復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法命名為定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，把它表述為從定性到定量的綜合集成技術(shù)。1992年，他又提出從定性到定量的綜合集成研討廳體系，進(jìn)而把處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法與使用這種方法的組織形式有機(jī)結(jié)合起來，將其提升到了方法論的高度。26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、專家體系和知識體系。命題專家體系社會認(rèn)識客觀世界知識體系社會實(shí)踐機(jī)器體系結(jié)果改造世界認(rèn)識世界圖3.3研討廳框圖27開放復(fù)雜巨系統(tǒng)系統(tǒng)與子系統(tǒng)分別與外界有各種各樣的能量、信息或物質(zhì)的交換，而且通過學(xué)習(xí)互相取得知識。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅要用定量模型，而且要用定性模型，各個子系統(tǒng)的知識表達(dá)不同，獲取知識方式也各有不同，系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)隨著情況變化會不斷演變。子系統(tǒng)數(shù)量巨大。28調(diào)整模型與參數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)評價決策部門系統(tǒng)機(jī)制分析，優(yōu)化要求判斷建模、仿真、優(yōu)化結(jié)果分析與綜合結(jié)論與建議專家的理論與經(jīng)驗(yàn)知識數(shù)據(jù)與各種信息資料圖2-4綜合集成方法29綜合集成系統(tǒng)方法的特點(diǎn):直接訴諸實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別是專家的經(jīng)驗(yàn)、感受和判斷力，把這些經(jīng)驗(yàn)，知識和現(xiàn)代科學(xué)提供的理論知識結(jié)合起來。專家的經(jīng)驗(yàn)是局部的，多半是定性的，要通過