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

人們關于世界是什么，怎么樣的根本觀點是世界觀，用這種觀點作指導去認識世界和改造世界，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)工程方法論霍爾結構體系(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)-錢學森物理、事理、人理系統(tǒng)方法論-顧基發(fā)、朱志昌一、霍爾結構體系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六個階段，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。一、霍爾結構體系明確問題時間維環(huán)境科學社會科學工程技術計算機科學管理科學經濟法律·知識維邏輯維規(guī)劃階段方案階段研制階段生產階段更新階段運行階段選擇目標系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化付諸實施做出決策圖3.1霍爾“三維結構”圖一)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。1.規(guī)劃階段：調研、明確目標2.方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)3.研制階段：實現(xiàn)方案，作生產計劃4.生產階段：零部件→組裝整個系統(tǒng)5.運行階段：運行6.更新階段：評價→改進和更新一、霍爾結構體系

每個階段內所要進行的工作內容和遵循的思維程序。1.明確問題2.選擇目標系統(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.付諸實施二)邏輯維一、霍爾結構體系1.明確問題：收集資料(考察、測量、調研、需求分析、市場預測)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質，使有關人員做到心中有數(shù)。一、霍爾結構體系2.選擇目標：提出目標，制定準則(標準)選擇目標過程一般使用價值體系方法：

目標制定的正確與否，關系到組織的興衰成敗。目標正確，即使遇到暫時困難也會向好的方向轉化；目標錯誤，組織就會處于被動地位，遭到失敗。一、霍爾結構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經常遭到德國飛機的襲擊，為了解決這個問題，研究要不要把高射炮裝在船上?有人研究這個問題時，把擊落敵機率作為戰(zhàn)略目標，實踐統(tǒng)計該目標價值只有4％，大大低于陸地高射炮的擊落敵機率。認為效率太低，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，而是為了保護商船，應當把減少商船被擊沉率做為目標。由于商船上的高射炮使敵機不敢低飛，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。3系統(tǒng)綜合：方案策略，對每種方案進行說明4系統(tǒng)分析：比較分析各方案→建?！嬎慊蚍抡嬉?、霍爾結構體系系統(tǒng)分析主要內容：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、多目標優(yōu)化：約束條件，最優(yōu)解、滿意解線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、大系統(tǒng)理論、組合優(yōu)化等一、霍爾結構體系作出決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素付諸實施：表3.1霍爾管理矩陣

邏輯維(步驟)時間維(階段)1234567明確問題選擇目標系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化做出決策付諸實施1規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研制階段a31a32a33a34a35a36a374生產階段a41a42a43a44a45a46a475運行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a67一、霍爾結構體系三)專業(yè)維(知識維）

專業(yè)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業(yè)知識和管理知識，包括基礎科學、工程技術、環(huán)境科學、計算機技術、數(shù)學、經濟學、法律、管理科學和其它相關社會科學等。一、霍爾結構體系

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。二、切克蘭德模式

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

切克蘭德的調查學習法用概念模型代替數(shù)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(xiàn)狀比較中，學習改善現(xiàn)存系統(tǒng)的途徑，是有很明顯的反饋調節(jié)思想。

二、切克蘭德模式

不良結構問題情景①其他系統(tǒng)思想④（b）問題情景描述②相關系統(tǒng)的定義③可行的改革方案⑥概念模型④實施可行改革方案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施圖3.2切克蘭德的“調查學習”方法流程圖二、切克蘭德模式三、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。三、綜合集成法

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”。三、綜合集成法

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。三、綜合集成法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。命題專家體系社會認識客觀世界知識體系社會實踐機器體系結果改造世界認識世界圖3.3研討廳框圖三、綜合集成法

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(xiàn)這個方法論所必須的體制和機制。

3.總體設計部思想三、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、人三個角度分析問題。物：獨立于人的意志而存在的物質客體。事：指人們變革自然和社會的各種有目的的活動。“物理”物質運動的規(guī)律?；卮鹞锸鞘裁?，能夠做什么。事理：做事的道理?；卮鹂梢栽鯓尤プ觥Ｈ死恚鹤鋈说牡览?，回答應當如何做。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.理解領導意圖2.調查分析3.形成目標4.建立模型5.協(xié)調關系6.提出建議五、系統(tǒng)論方法的若干要點1.哲學基礎2.還原論與整體論相結合3.定性描述和定量表述相結合4.局部描述和整體描述相結合5.確定性描述和不確定型描述相結合6.系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合相結合六、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.預測未來環(huán)境4.建模和估計結果5.比較備選方案原始情況分析結果闡明問題階段分析研究階段

評價比較階段

闡明問題謀劃備選方案建模和預計后果評比備選方案預測未來環(huán)境（1）闡明問題問題的性質和范圍

問題剖析報告：問題的結構、過程和勢態(tài)階段結果報告：由來背景；重要性；可能采取行動的組織和個人；利益相關的組織和個人；目標、評價指標、約束條件、備選方案的初步描述、建議等問題的目標

目標的層次性目標的沖突目標樹

XX1X2X3目標沖突和利害沖突

在目標分析過程中，系統(tǒng)分析人員經常會發(fā)現(xiàn)，許多關鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標造成的。這有兩種情況：一種是純屬專業(yè)性質的，即目標沖突問題；另一種是社會性質的，即利害沖突問題。目標沖突例如在進行產品設計時，所可能強調的兩個目標：一是盡可能低的成本二是盡可能高的質量。解決辦法：建立一個沒有矛盾的目標集，把引起矛盾的分目標剔除掉。

采用所有分目標，尋求一個能達到沖突目標得以并存的方案。

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目標：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：目標方之一放棄自己的利益保持其中一個目標，用其它方式補償或部分補償受損方的利益通過協(xié)商調整目標系統(tǒng)，使之達到目標相容闡明問題環(huán)境和條件

評價指標

合理性層次性收集和分析資料

闡明問題階段結果報告：問題的由來與背景；重要性；可能采取行動的組織和個人；利益相關的組織和個人；目標、評價指標、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“頭腦風暴法”“缺點、希望點”列舉法

特性窮舉法

方案的篩選

強狀性

適應性

可靠性

現(xiàn)實性（可操作性）（3）預測未來環(huán)境

情景分析法：情景分析法對于每種備選方案都確定幾組未來實施環(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)境等進行預測。

數(shù)學模型的方法

確定預測內容

準備數(shù)據(jù)資料

確定預測方法，建立數(shù)學模型

定性預測法

時間序列預測法

因果關系預測法

計算預測值，分析預測誤差

（4）建模和預計后果

每種方案實施后都相應有一系列后果，因