系統(tǒng)工程方法論

系統(tǒng)工程方法論第二章系統(tǒng)工程方法論第一節(jié)：系統(tǒng)工程基本工作過程第二節(jié)：系統(tǒng)分析原理及應(yīng)用第三節(jié)：系統(tǒng)工程的新方法論方法論方法和方法論在認(rèn)識上是兩個不同的范疇。方法是用于完成一個既定任務(wù)的具體技術(shù)和操作；方法論是進(jìn)行研究和探索的一般途徑，是對方法如何使用的指導(dǎo)。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。系統(tǒng)工程方法論特點(diǎn):

研究方法強(qiáng)調(diào)整體性技術(shù)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)綜合性管理決策強(qiáng)調(diào)科學(xué)性主要的系統(tǒng)工程方法論霍爾結(jié)構(gòu)體系(霍爾三維結(jié)構(gòu))切克蘭德模式新發(fā)展方法：

物理—事理—人理（WSR）第一節(jié)：SE基本工作過程20世紀(jì)60～70年代具有代表性的SE方法論。1、霍爾的三維結(jié)構(gòu)（1969年提出）將系統(tǒng)的整個管理過程分為前后緊密相連的六個階段和七個步驟，并同時考慮到為完成這些階段和步驟的工作所需的各種專業(yè)管理知識。三維結(jié)構(gòu)由時間維、邏輯維、知識維組成，如圖示：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)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)計劃生產(chǎn)階段：零部件→組裝整個系統(tǒng)運(yùn)行階段：運(yùn)行更新階段：評價→改進(jìn)和更新二、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。系統(tǒng)邊界:問題：社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的邊界如何確定？如“企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營”系統(tǒng):

對該系統(tǒng)有作用的要素包括：——哪些歸于系統(tǒng)要素？哪些歸于環(huán)境要素？根據(jù)什么來確定?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)險估計價值工程系統(tǒng)綜合：方案策略，對每種方案進(jìn)行說明系統(tǒng)分析：比較分析各方案→建?！嬎慊蚍抡婺繕?biāo)確定：

確定目標(biāo)的原則

確定目標(biāo)的方法

目標(biāo)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

---指標(biāo)→量化!

目標(biāo)的量化目標(biāo)的歸一化目標(biāo)的有序化目標(biāo)的一致化作出決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素付諸實(shí)施：企業(yè)：生產(chǎn)計劃開發(fā)項(xiàng)目：CPM、PERT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(xué)學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、計算機(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)社會科學(xué)等。10環(huán)境科學(xué)社會科學(xué)工程技術(shù)計算機(jī)科學(xué)管理科學(xué)經(jīng)濟(jì)法律知識維（科學(xué)技術(shù)）邏輯維（方法步驟）時間維（時間進(jìn)程）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ABCDEFG654321規(guī)劃階段方案階段研制階段生產(chǎn)階段運(yùn)行階段更新階段知識維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的各種專業(yè)知識和管理知識。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。第二節(jié)霍爾“三維結(jié)構(gòu)”模型采用霍爾三維結(jié)構(gòu)解決采礦問題時間維：采礦工程大系統(tǒng)有勘探、建井、生產(chǎn)、末期的邊角煤回收等階段；邏輯維：擺明問題（需進(jìn)行具體的資源考察、實(shí)際測量、調(diào)研、需求分析、煤炭市場預(yù)測等）、系統(tǒng)設(shè)計（采礦開拓系統(tǒng)、采區(qū)設(shè)計、通風(fēng)及其他輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計）、系統(tǒng)綜合、模型化、最優(yōu)化、決策及實(shí)施）。知識維：采礦工程所涉及的學(xué)科（力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等）在這個過程系統(tǒng)中，每一階段都有自己的管理內(nèi)容和管理目標(biāo)，每一步驟都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互聯(lián)系，再加上具體的管理對象，組成了一個有機(jī)整體。霍爾管理矩陣可以提醒人們在哪個階段該做哪一步工作，同時明確各項(xiàng)具體工作在全局中的地位和作用，從而使工作得到合理安排。把系統(tǒng)工程過程系統(tǒng)運(yùn)用于大型工程項(xiàng)目，尤其是探索性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、投資大、周期長的“大科學(xué)”研究項(xiàng)目，可以減少決策上的失誤和計劃實(shí)施過程中的困難。基于“三維結(jié)構(gòu)”模型的系統(tǒng)工程過程系統(tǒng)

國內(nèi)外許多事例表明，運(yùn)用科學(xué)的系統(tǒng)工程過程系統(tǒng)管理方法，決策的可靠性可提高一倍以上，節(jié)約時間和總投資平均在15%以上，而用于管理的費(fèi)用一般只占總投資的3%～6%。在規(guī)劃和方案探索階段，只花去裝備壽命周期費(fèi)用的極少部分，但確定了裝備一生要花費(fèi)用的70%；全面工程研制之前，花費(fèi)的費(fèi)用占到壽命周期費(fèi)用的3%，但固定了壽命周期費(fèi)用的85%；研制結(jié)束時，裝備壽命周期費(fèi)用已被基本固定。2.切克蘭德方法論霍爾三維結(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。同時，切克蘭德認(rèn)為，完全按照解決工程技術(shù)問題的思路來解決社會問題或“軟科學(xué)”問題，會碰到許多問題。提出了良結(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)他認(rèn)為：不良結(jié)構(gòu)問題的核心不是尋求“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，是有很明顯的反饋調(diào)節(jié)思想。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)施切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”方法流程圖實(shí)施步驟切克蘭德的“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。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)根底定義比較，尋求改善途徑選擇設(shè)計實(shí)施評估切克蘭德方法的主要內(nèi)容和工作過程在礦業(yè)工程中的應(yīng)用舉例

某煤礦毗鄰黃河,河灘濕地蘆葦茂密,生態(tài)環(huán)境良好,但該礦擅自排棄矸石填灘造地,嚴(yán)重破壞了濕地生態(tài)資源與環(huán)境。這時可采用切克蘭德方法分析礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生機(jī)制、發(fā)生條件和誘發(fā)機(jī)制等許多指標(biāo),并對其地形地貌、植被覆蓋情況、歷史發(fā)生情況等確定等級。并查明崩塌、泥石流等災(zāi)害誘發(fā)的原因，并提出可行的解決辦法。

有關(guān)切克蘭德方法

切克蘭德認(rèn)為對人類活動系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，是軟系統(tǒng)方法發(fā)展歷史中的里程碑，是最重要的突破之一，以前的系統(tǒng)思想者所要努力建立的模型一般只是面向物質(zhì)系統(tǒng)、設(shè)計系統(tǒng)，或者社會系統(tǒng)，但是當(dāng)他們面對具有目的性的人類系統(tǒng)時，就往往力不從心；人類活動系統(tǒng)是這樣的一種系統(tǒng)模型：人們在其中進(jìn)行各種各樣的活動，并且是為了達(dá)到某一個或某一些特定的目的。

人類活動系統(tǒng)的概念與自然或人工系統(tǒng)的概念有著重大的區(qū)別。人類是自主的，能將意義賦予所感知的事物。因此，一個人類活動系統(tǒng)絕不會只有單一的（可檢驗(yàn)的）解釋，而是根據(jù)不同的維特沙，可以得到一系列有效的解釋。對人類活動系統(tǒng)的研究，需要探究很多相互聯(lián)系但又常常相互沖突的價值，并且系統(tǒng)往往具有多元的、不太明確的目標(biāo)，問題情境中關(guān)于組織政治文化和個人價值觀、世界觀等因素的影響是不能忽略的。因此，可以說，軟系統(tǒng)方法論持有的是詮釋主義立場。3、兩種方法輪的比較相同點(diǎn)：問題導(dǎo)向；注重程序及階段；…不同點(diǎn)：(研究對象或應(yīng)用領(lǐng)域、基本方法、核心內(nèi)容或關(guān)鍵點(diǎn)、反饋機(jī)制、…)（1）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。

（2）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)。

（3）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。

（4）后者較之前者具有反饋過程。第二節(jié)：系統(tǒng)分析原理及應(yīng)用1、系統(tǒng)分析概念

系統(tǒng)分析（SystemsAnalysis）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。

SA的要素：

①問題---界定對象②目的及目標(biāo)---目標(biāo)體系③方案---多個可替代性的能達(dá)方案④模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真）⑤評價---經(jīng)濟(jì)、效用、環(huán)境、社會⑥決策者----決策者參與的重要性2、SA程序或步驟認(rèn)識問題探尋目標(biāo)綜合方案模型化優(yōu)化或仿真分析系統(tǒng)評價決策（分析）NY初步SA規(guī)范分析綜合分析SA程序圖是SA的一般過程，也為系統(tǒng)分析提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。初步階段常采用“5W1H”方法3、SA的特點(diǎn)及原則（1）問題導(dǎo)向（2）以整體為目標(biāo)（3）多方案模型分析和選優(yōu)（4）定量分析與定性分析相結(jié)合（5）多次反復(fù)進(jìn)行外部環(huán)境與內(nèi)部條件相結(jié)合當(dāng)前利益與長遠(yuǎn)利益相結(jié)合整體效益與局部效益相結(jié)合定性分析與定量分析相統(tǒng)一4、SA的方法SA方法定量分析法——定量方法適用于S結(jié)構(gòu)清楚，收集到的信息準(zhǔn)確，能建立數(shù)模的對象?？刹捎猛度氘a(chǎn)出分析法、成本效益分析法等方法。定性分析法——當(dāng)S結(jié)構(gòu)不清、收集到的信息不太準(zhǔn)確，或是由于評價者的偏好不一，對于所提方案評價不一致，難以形成常規(guī)的數(shù)學(xué)模型時，可采用目標(biāo)-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。1、目標(biāo)—手段分析法將要達(dá)到的目標(biāo)和所需手段按照系統(tǒng)展開，一級手段等于二級目標(biāo)，二級手段等于三級目標(biāo)，依次類推，便產(chǎn)生了層次分明、相互聯(lián)系又逐漸具體化的分層目標(biāo)系統(tǒng)。在目標(biāo)分解過程中，要注意使分解的分目標(biāo)與總目標(biāo)保持一致，分目標(biāo)的集合一定要保證總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。此法的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用效能原理不斷進(jìn)行分析的過程。

系統(tǒng)分析的定性分析方法目標(biāo)手段目標(biāo)手段目標(biāo)發(fā)展能源發(fā)展能源生產(chǎn)開發(fā)新能源節(jié)能資源勘探基地建設(shè)運(yùn)輸太陽能生物能潮汐能綜合利用節(jié)能設(shè)備目標(biāo)—手段分析法2、因果分析法利用因果分析圖（魚刺圖）來分析影響系統(tǒng)的因素，并從中找出產(chǎn)生某種結(jié)果的主要原因的一種定性分析方法。此法形象簡單，一目了然，問題越復(fù)雜越能發(fā)揮其長處，適宜于集體討論，統(tǒng)一意見和向領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)匯報工作。x2xix1x3xnyx21x23x12x14x13x11x32x31x33x34xn1xn3xn2xn4x22x24xij例：某工廠用于分析產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的因果分析圖3、KJ法日本東京工業(yè)大學(xué)的川喜田二郎(KauakidaJir)教授提出的一種直觀的定性分析方法。它的基本原理是：把一個個信息做成卡片，將這些卡片攤在桌子上觀察其全部，把有“親近性”的卡片集中起來合并，依次做下去，依據(jù)信息的相關(guān)性（“親近性”）逐漸合并成小組→中組→大組，然后畫出問題的整體結(jié)構(gòu)圖，分析其含義，取得對問題的明確認(rèn)識，最后求得問題整體的構(gòu)成。它是從很多具體信息中歸納出問題整體含義的一種分析方法，故又稱信息卡片歸類法。這種方法把人們對圖形的思考功能與直覺的綜合能力很好地結(jié)合起來，不需要特別的手段和知識，不論是個人或者團(tuán)體都能簡便地實(shí)行，因此，是分析復(fù)雜問題的一種有效的方法。例：我國社會的老齡化問題分析。1、勞動力不足16、年輕人提拔難31、社會需求改變2、家庭不和睦17、管理制度不適應(yīng)32、生活環(huán)境變化3、出生率下降18、教育設(shè)施不適應(yīng)33、食物結(jié)構(gòu)改變4、需照顧的老人增多19、社會福利開支大34、服務(wù)行業(yè)增加5、平均壽命增加20、要求退休年齡增大35、服務(wù)人員不足6、生活水平下降21、青少年感到孤獨(dú)36、教育設(shè)施不適應(yīng)7、老年人孤獨(dú)22、老年人不受尊敬37、娛樂設(shè)施不適應(yīng)8、思想僵化23、社會創(chuàng)造力下降38、青年人受壓抑9、社會缺乏活力24、衣著式樣不適應(yīng)39、不易產(chǎn)生新思想10、“代溝”加深25、社會道德觀念不適應(yīng)40、不易出研究成果11、老年醫(yī)療設(shè)施不足26、體育設(shè)施不適應(yīng)41、社會矛盾增加12、能源消耗大27、兵源不足42、年輕人缺乏獨(dú)立性13、住房緊張28、經(jīng)濟(jì)缺乏競爭力43、年輕人嫌棄老年人14、組織新家庭阻力大29、工資結(jié)構(gòu)不合理44、經(jīng)濟(jì)增長減慢15、交通設(shè)施不適應(yīng)30、生產(chǎn)成本上升45、鮮艷色彩減少，生活單調(diào)枯燥社會老齡化問題的有關(guān)信息3、5、20老年人口增多1、34、35勞動力不足6、30、28、44經(jīng)濟(jì)困難大12、19、29社會負(fù)擔(dān)重27兵源不足人力資源下降創(chuàng)造力下降

892340經(jīng)濟(jì)問題經(jīng)濟(jì)增長減慢26、37、45文體設(shè)施不適應(yīng)17、18、36教育、管理、不適應(yīng)13、15、24、32、33衣食住行不適應(yīng)31社會需求變化社會需求發(fā)生變化青年人受到壓抑

16213342老年人不幸福

472210、25、41社會問題2、13、14家庭問題社會矛盾加深社會問題

1）要對復(fù)雜的系統(tǒng)或問題進(jìn)行分析研究，就必須首先建立數(shù)學(xué)模型，然后借助模型和計算機(jī)進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析。因此，數(shù)學(xué)模型和建模技術(shù)是分析的基礎(chǔ)，是必須掌握的重要手段。

2）系統(tǒng)分析的要點(diǎn)就是運(yùn)用邏輯思維推理的方法，通過“5W1H”，找到解決問題的關(guān)鍵，從而使問題得到圓滿的解答。

3）系統(tǒng)分析方法論很重要，遇到工程問題可采用霍爾的“三維結(jié)構(gòu)”方法，遇到“軟”問題可采用切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”方法，研究解決開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)問題可采用從定性到定量的綜合集成方法。系統(tǒng)分析小結(jié)第三節(jié)：系統(tǒng)工程的新方法論

系統(tǒng)工程的方法論一直是系統(tǒng)工程研究的重要內(nèi)容。

20世紀(jì)90年代初提出了從定性到定量的綜合集成系統(tǒng)方法論。1、錢學(xué)森從定性到定量的綜合集成方法圖系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)評價決策部門提出問題形成判斷建模仿真分析優(yōu)化結(jié)果分析綜合集成結(jié)論建議統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息資料專家群體綜合集成即創(chuàng)造；綜合集成是實(shí)現(xiàn)大科學(xué)、大工程的基本途徑；綜合集成的關(guān)鍵是