第2章系統(tǒng)工程方法論

第二章系統(tǒng)工程方法論2.1

系統(tǒng)工程基本工作過程2.2

系統(tǒng)分析（SA）原理及應用2.3

系統(tǒng)工程（SE）理論的新發(fā)展2.1

系統(tǒng)工程基本工作過程

系統(tǒng)工程方法論是用于解決復雜問題的一般程序、邏輯步驟和通用方法。系統(tǒng)工程方法論

霍爾方法論（硬系統(tǒng)方法論）軟系統(tǒng)方法論（切克蘭德模式）綜合集成工程方法學

(綜合集成研討廳體系)一、霍爾三維結構1969年，美國工程師霍爾認為系統(tǒng)工程整個活動過程可以分為前后緊密銜接的七個階段，每個階段應遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)知識和技能的支持。這構成了時間維、邏輯維和知識維的“三維空間結構”，概括了系統(tǒng)工程的一般過程。它把系統(tǒng)工程的整個活動過程分為前后緊密銜接的７個階段（按時間劃分的時間段）和７個步驟（按實施步驟劃分的邏輯步驟）。７個階段對應霍爾三維結構的時間維，７個步驟對應霍爾三維結構的邏輯維。

SE基本工作過程（霍爾方法論）擺明問題系統(tǒng)設計方案綜合實施計劃決策最優(yōu)化邏輯維（L）知識維（K）運籌學控制論社會科學工程技術……規(guī)劃階段設計階段：擬定方案階段分析階段運籌階段系統(tǒng)實施階段運行階段更新階段時間維(T)模型化霍爾三維結構一)時間維

表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始→結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：調研、明確目標設計階段：比較分析方案，擇優(yōu)分析或研制階段：實現方案，作生產計劃運籌或生產階段：零部件→組裝整個系統(tǒng)系統(tǒng)實施或安裝階段：安裝、調試運行階段：運行更新階段：評價→改進和更新霍爾方法論

１．擺明問題——需要分析研究系統(tǒng)的結構、有關人員的價值觀念、約束條件、備選方案的選取、方案實施后果以及人們對方案實施后果的反應。

（1）環(huán)境調查研究：二)邏輯維

每個階段內所要進行的工作內容和遵循的思維程序。物理和技術環(huán)境經濟和事務環(huán)境社會環(huán)境。

（2）需求調查研究：需求的一般指標可配置的資源和約束計劃情況和市場特性競爭狀況用戶購買力及其消費心理狀況來自需求研究的設計要求。

２．系統(tǒng)設計——提出目標，制定準則(標準)。是指對系統(tǒng)的指標進行設計，最終確定目標并據此建立價值體系或評價體系。確定目標應注意以下8條原則：長遠觀點整體觀點注意明確性明確目標層次權衡先進性和可行性注意標準化注意恰當的指標數量注意計算簡便目標一經制訂，不得單方面修改；目標體系中出現矛盾時，一是可以剔除次要矛盾，二是可以讓矛盾的目標共存，予以折中兼顧處理。3．系統(tǒng)綜合

系統(tǒng)綜合即方案策略，對每種方案進行說明，并在給定條件下，找出達到預期目標的手段或系統(tǒng)結構。系統(tǒng)綜合的過程要反復多次，直到形成系統(tǒng)方案。初次的系統(tǒng)綜合往往是按問題的性質、目標、環(huán)境、條件擬定若干可能的粗略的備選方案。系統(tǒng)綜合則是建立在闡明問題與確定目標的分析基礎之上的，同時又為后面的系統(tǒng)分析提供基礎。

4．模塊化

系統(tǒng)分析的主要工作是演繹備選方案，為此，需要對每一種方案建立模型，進行計算分析，得出可靠的數據、結論。系統(tǒng)分析時，主要是依靠所建的模型（實物模型、非實物模型、或數學模型）來代替真實的系統(tǒng)，利用演算和模擬代替系統(tǒng)的實際運行，選擇參數，實現優(yōu)化。系統(tǒng)分析的主要內容涉及系統(tǒng)變量的選擇、建模和仿真、可靠性工程等幾個方面。

５．最優(yōu)化

所謂優(yōu)化，就是在約束條件規(guī)定的可行域內，從多種可行方案或替代方案中得出最優(yōu)解或滿意解。實踐中要根據問題的特點選用適當的最優(yōu)化方法，目前應用最廣的仍是線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃。

６．決策

決策階段主要由決策者來進行。不能十全十美，要考慮人、社會各種因素決策又有個人決策和團體決策、定性決策和定量決策、單目標決策和多目標決策之分。決策支持系統(tǒng)群決策(團體決策)

７．實施計劃

就是將決策者的方案付諸實施，轉入下一階段的工作。

在這個過程中，不但從實施或決策步驟可以返回到前面的步驟，而且從中間步驟也可以返回到前面的步驟。有的步驟甚至要經過多次反復才能完成?；魻柸S結構—邏輯維擺明問題系統(tǒng)設計系統(tǒng)綜合模型化最優(yōu)化實施計劃決策三)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，包括科學學、基礎科學、工程技術、環(huán)境科學、計算機技術、數學、經濟學、法律、管理科學和其它相關社會科學等?；魻柗椒ㄕ摗顒泳仃?/p>

邏輯步驟時間階段1.規(guī)劃階段2.設計階段（擬定方案）3.分析或研制階段4.運籌或生產階段5.系統(tǒng)實施或安裝階段6.運行階段7.更新階段7.實施計劃6.決策5.最優(yōu)化4.模型化3.系統(tǒng)綜合2.系統(tǒng)設計1.擺明問題a11a12a13a14a15a16a17a21a22a27…

…aij…

…a71系統(tǒng)工程的神羊角模型1a11a12a13a14a15a16a17234567時間階段a21a22a23a24a31a32a33a34a43a53物質信息能量產生理想的系統(tǒng)（輸出）（輸入）規(guī)劃階段設計階段分析或研制運籌或生產實施或安裝運行階段更新階段系統(tǒng)工程的超細結構霍爾方法論小結

霍爾三維結構強調明確目標，核心內容是最優(yōu)化，并認為現實問題基本上都可歸納為工程系統(tǒng)問題，應用定量分析手段，求得最優(yōu)解答。該方法論具有研究方法上的整體性（三維）、技術應用上的綜合性（知識維）、組織管理上的科學性（時間維與邏輯維）和系統(tǒng)工程工作問題的導向性（邏輯維）等突出優(yōu)點。二、切克蘭德方法論

英國的切克蘭德認為：從問題的形成過程和認識問題的主觀與客觀關系來看，問題是一種帶消除的狀態(tài)差異，一種令人擔心的事物。所有問題都包含起始狀態(tài)（給定）、理想狀態(tài)（目標）和環(huán)境狀態(tài)（障礙），它們通常是既定的，而且環(huán)境是多變的，目標是可能調整的。一般便于觀察、便于建模、邊界清晰、目標明確、容易定義的問題，稱為具有良結構的硬問題；而把難于觀測、不便建模、邊界模糊、目標不定、不好定義的問題，稱為具有劣結構的軟問題?；魻柗椒ㄕ摰木窒扌曰魻柗椒ㄕ摏]有為目標定義提供有效的方法；霍爾方法論沒有考慮系統(tǒng)中人的主觀因素；霍爾方法論認為只有建立數學模型才能科學地解決問題，但是，通過模型求解得到的方案往往并不能解決實際問題。

霍爾三維結構不適用于以建立和管理“軟系統(tǒng)”為目的的社會科學、管理科學等科學領域；而適用于以研制“硬件系統(tǒng)”為目標的自然科學、工程技術等“硬科學”領域，故有人稱霍爾三維結構為“硬科學”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)——“調查學習”法。

切克蘭德的調查學習法用概念模型代替數學模型，使思路更為開闊；用可行滿意解代替最優(yōu)解是價值觀方面的重要變化。

良結構系統(tǒng)：指偏重工程問題、機理明顯的物理型的硬系統(tǒng)

不良結構系統(tǒng)：指偏重社會問題、機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“調查、比較”或者說是“學習”，從模型和現狀比較中，學習改善現存系統(tǒng)的途徑，是有很明顯的反饋調節(jié)思想。

根底定義問題及其環(huán)境的識別與描述比較建立概念模型（目標系統(tǒng)概念化）尋找改善途徑選擇實施設計評估切克蘭德的“調查學習”方法流程圖切克蘭德方法論擺明問題系統(tǒng)設計系統(tǒng)綜合模型化最優(yōu)化實施計劃決策霍爾方法論根底定義建立概念模型比較選擇評估與反饋設計與實施認識問題兩種方法的比較

霍爾方法論切克蘭德方法論研究對象工程系統(tǒng)

更適合社會經濟和經濟管理等“軟”系統(tǒng)問題的研究研究核心優(yōu)化分析

比較學習研究方法定量分析

比較強調定性或定性與定量有機相結合的基本方法

相同點：均為系統(tǒng)工程方法論，均以問題為起點，具有相應的邏輯過程。區(qū)別：

三、綜合集成工程方法學

(綜合集成研討廳體系)1.綜合集成方法論的產生

80年代初，錢學森提出處理復雜行為系統(tǒng)的定量方法學。

80年代末，錢學森提出處理開放的復雜巨系統(tǒng)的方法論是“從定性到定量綜合集成方法”。

1992年，錢學森提出從定性到定量綜合集成研討廳體系。2.綜合集成研討廳體系的框架與特點

由三部分組成：機器體系、專家體系和知識體系。專家體系社會認識客觀世界知識體系社會實踐機器體系圖3.3研討廳框圖結果命題認識世界改造世界分析作戰(zhàn)訓練中心演習研制與試驗分布交互仿真次研討廳低層次研討廳高層次研討廳分析圖3.4研討廳體系一例

這套方法論是從整體上研究和解決復雜巨系統(tǒng)問題的方法，采取人機結合以人為主的思維方法和研究方式，對不同層次、不同領域的信息和知識進行綜合集成，達到對整體的定性定量認識。按照我國傳統(tǒng)說法，把一個復雜事物的各個方面綜合起來，達到對整體的認識，稱之為“集大成”的智慧，所以錢學森把這個方法稱為“大成智慧工程”。

在綜合集成研討廳體系這個概念中，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雜開放巨系統(tǒng)和復雜性問題的過程性以及過程的方向性和反復性。

綜合集成研討廳體系本身是個開放的、動態(tài)的體系，也是個不斷發(fā)展和進化的體系。

應用綜合集成方法(包括綜合集成研討廳體系)必須有總體設計部這樣的實體機構?！拔覀儼烟幚黹_放的復雜巨系統(tǒng)的方法定名為從定性到定量綜合集成方法，把應用這個方法的集體稱為總體設計部?！本C合集成研討廳是研究開放的復雜巨系統(tǒng)的方法論，那么總體設計部是實現這個方法論所必須的體制和機制。

3.總體設計部思想2.2

系統(tǒng)分析原理及應用

系統(tǒng)分析（SA）是在對系統(tǒng)問題現狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等方法，對系統(tǒng)的有關方面進行定性與定量相結合的分析，為決策者選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據的分析研究過程。系統(tǒng)分析SA的意義

（1）是研究大型工程項目等大規(guī)模復雜系統(tǒng)問題的一種方法論。

系統(tǒng)外部要求系統(tǒng)內部要求

（2）最終為系統(tǒng)決策提供服務。SA的特點：

定性分析與定量分析相結合：因為如果定性分析是錯誤的，定量的結果再好，也是不可信的。SA是SE的核心內容、分析過程和基本方法。

SA要素①問題②目的及目標③方案④模型（結構、數學、仿真）⑤評價⑥決策者

系統(tǒng)分析的基本原理否問題的形成1.確定問題的范圍2.明確構成因素之間的相互依存關系3.了解環(huán)境狀況和約束條件明確目標1.明確目標2.采用手段能否實施繼續(xù)進行分析工作是確定目標工作圖環(huán)境分析政策分析資源分析同類系統(tǒng)狀況分析人、財、物、技術分析及運行機制分析等SA程序認識問題探尋目標綜合方案優(yōu)化或仿真分析系統(tǒng)評價決策（分析）不滿意初步SA規(guī)范分析綜合分析滿意

結束模型化5W1H:WhatWhyWhereWhenWhohow系統(tǒng)分析應用實例CH公司外購玻殼進廠入庫搬運路線方案分析

①搬運路線長，曲折迂回；②裝卸次數多，從供應廠家到本廠玻庫共有8次叉車裝卸，而其中在本廠就有3次；③經過廠內鐵路一次，過鐵路時振動劇烈，對玻殼十分不利。

改進方案的生成6組26個決策群體所創(chuàng)建的83個方案及其相互關系編號方案內容

與其他方案關系及特點

01建從南站臺到玻庫的地下鐵路與61、65相似，與14有別02架從南站臺到玻庫的運輸帶與06、11、45相似，與69有別03利用下崗人員，包干低成本運入玻庫欠具體

04拆成品庫西建筑，建站臺并修玻庫專公路與21、66相似

05成品庫與玻庫對調位置與43、62相似

06站臺處設置一長臂吊車與02、11、45相似

07外購玻璃制品包裝增加防震物08在站南租一玻庫房09在站南邊租一成品庫房，523改為玻庫房與70相似

10改玻殼火車運輸為汽車運輸，一次到位11在站臺與玻庫中間架橋與02、06、45相似

12在站臺邊上修地下倉庫與13、20相似

13在站臺邊上建空中倉庫與12、20相似

14直接修鐵路支線至玻庫與01有別

15總裝廠下、上或邊建玻庫，汽車運輸一次到位與22、63有別

16砂庫與玻庫對調，火車直接進入與67有別

17改砂庫左邊的鐵路為公路，減玻璃制品運輸振動18建一集散地，統(tǒng)一調運，減少環(huán)節(jié)與28相似，欠具體

19成品庫一分為二，與玻庫放置一起與73有別

20道南建一平臺與12、13相似

21道北平臺與玻庫間修一道路與04、66相似

22鐵路線修至總裝廠旁邊，總裝廠旁邊建成品庫與15、41、63有別23成品庫改為玻庫，南庫部分改為成品庫與26有別

24解放路邊新建玻庫與33相似

25改砂庫為玻庫，取消玻璃廠與72相似，與44相對26成品庫大部分改為玻庫，南庫部分改為成品庫與23有別

27擴大玻璃廠生產能力，自己生產所有玻璃制品與44相似

28一個部門統(tǒng)管供應與18相似，欠具體

29JIT管理，實行零庫存生產，撤消成品庫欠具體

30西北處建一庫房欠具體

31廠外所租興平庫廢棄32砂庫至玻庫，玻庫至成品庫，成品庫至砂庫與37相似

33玻庫建在道南，用叉車直接運入其中與24相似

34將再生廠移至總裝一廠和二廠中間與本例關系不大

35將802庫移至右下方36用一高空行車運砂37砂庫至成品庫，成品庫至玻庫，玻庫至砂庫與32相似

38將526改為站臺與04相似

39挪總裝二廠、三廠于玻庫附近40擴砂庫，玻殼與砂合用與75相似，與47有別41挪成品庫至總裝廠旁邊，把成品庫改成玻庫與15、22、46、63有別42交換成品庫與南站臺的位置43成品庫與玻庫對調位置，向北開門運出成品與05、62相似

44引進技術生產二、三廠用玻殼，不再外購與27相似，與25相對

45南站臺與玻庫中間架設傳輸帶、天橋或修地道與02、06、11、65相似46在東南角廠外租建成品庫，把成品庫改成玻庫與15、22、41、71有別47砂庫分做兩用，成品與砂合用與40有別

48改玻庫為熒粉廠，成品庫為玻庫，熒粉廠為成品庫49把南庫改為成品庫，成品庫改為玻庫與74、76相似

50延長鐵路線至二、三廠旁與15、22、41、71有別，欠具體51撤玻璃廠，玻庫、成品庫、外租庫、砂庫平移52將鐵路改至成品庫與玻庫之間，直達砂庫與81相似

53將玻璃廠與玻庫對調54玻璃廠南建成品庫，原成品庫改為砂庫55砂庫西鐵路上建天橋。55砂庫西鐵路上建天橋。56互換820庫與玻庫，并在820庫處加修一鐵路與63相似

57南庫和成品庫互換58拆掉部分房，重新布局欠具體

59化工庫與玻庫互換60改砂庫為玻庫，玻璃廠為成品庫，取消玻璃廠與25、72、78相似

61從站臺到玻庫挖地洞與01、65相似

62玻殼直接卸入成品庫，成品庫房另行考慮與05、43相似

63總裝廠下、上或邊建玻庫，鐵路運輸一次到位與15、22、41有別64調整改進鐵路線，在北站臺卸貨欠具體

65在鐵路線修地下通道或修立交橋與01、45、61相似，地點不明

66道北玻庫附近修一平臺，南站臺輔助用與04、21相似

67砂庫與成品庫對調與16有別

68將成品庫與南庫交換，以縮短成品外運路徑69外購玻殼過鐵路處架天橋與02有別

70在站南邊重建成品庫房，原成品庫改為玻庫與09相似

71在東南角修建一新成品庫，把成品庫改成玻庫與15、22、41、46有別72改砂庫為成品庫，成品庫為玻庫，取消玻璃廠與25、60、78相似73成品庫擴建成立體式，與玻庫放置一起。與19有別

74綜合庫改為成品庫，成品庫為玻庫與49、76相似

75砂庫加層，成品與砂合用與40相似，與47有別

76綜合庫為成品庫,成品庫為玻庫,玻庫為綜合庫與49、74相似77成品庫與玻庫互換，化工庫改為玻庫78改砂庫為成品庫和玻庫，取消玻璃廠與25、72相似

79撤消玻璃廠，二、三廠遷至原玻璃廠80二、三廠房上建成品庫，原成品庫改為玻庫81鐵路經過成品庫與玻庫之間，玻庫移至砂庫北與52相似

82北側開門使成品直接運出。83在南邊出廠處建成品庫方案選擇方案73：成品庫擴建成立體式，與玻庫放置一起。當成品量增加時，可減少外購玻殼量，防止庫存過大，反之亦然。然而，本方案要求銷售公司和供應公司共用一個庫，管理中難度較大?；疖嚥孳嚨却孳嚻嚥孳嚾霂靾D8-2-2改進前后玻殼進廠入庫對比火車叉車入庫方案64：改進鐵路線，在北站臺卸貨。改用北站臺后，玻殼供應物流流程為：①用火車運至北站臺；②用吊車將集裝箱堆放在站臺；③將集裝箱拆開④用叉車取貨；⑤運至玻庫（距離約100m）；⑥堆垛。方案05：成品庫與玻庫對調位置（玻殼卸貨在北站臺）。方案評價表因素/指標權重評定及加權評定方案73方案64方案051.物流及搬運經濟性0.254352.投資少0.204343.便利服務0.103324.靈活性0.152335.易于管理0.152436.可操作性0.15343合計1.003.153.303.60注：方案得分采用5分制。改進前后玻殼進廠入庫對比火車吊車或叉車等待(打開集裝箱)叉車汽車叉車入庫火車叉車入庫實例分析與啟示1．需要站在公司的高度進行整體分析本實例中，就局部來看，供應物流和銷售物流都是相對合理的。將公司總物流作為一個系統(tǒng)進行分析，方可發(fā)現問題癥結所在。為了真正找到問題，除了掌握工業(yè)工程與管理的一般原理之外，關鍵在于摸清現狀，靈活應用，此時想象力很重要。2.本實例的問題是如何找到的競爭激烈，企業(yè)生存壓力大，且意識到自身可能存在問題國家正在提倡產學研相結合的活動廠校結合，專家診斷（財務、生產運作、物資等方面診斷）專家(現場管理方面)現場管理優(yōu)化(定額制定、安全管理、設備利用率，物流等方面)企業(yè)在定額制定、安全管理等方面已經逐步完善，但物流方面還有待改進廠內物流優(yōu)化(玻殼、蔭罩、防暴帶、電子槍零件等千種物流）主要運輸方式改變，平均玻殼破損率已達到3%~5%之多如何減少玻殼的破損率采用ABC分類法，得出玻殼運送的物流優(yōu)化問題對企業(yè)影響重大3．關于“取消玻璃廠”公司總裝一廠班組長對83方案選3的結果

群體優(yōu)選方案編號群體12227

31

群體2

151531

群體3

7

41

群體4

27

3344

群體5

27

8183

群體6

27

31

13

群體7

44

1054

群體8

27

33

40

群體9

27

470

群體11

27

44

25

群體12