系统工程方法论
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统工程
长安大学建筑工程学院 薛文碧
2015/10/18
第2章 系统工程方法论
一二、、概霍念尔三维结构（霍尔方法论） 三方、法软论科）学系统工程方法论（切克兰德
解决系统工程问题所需要的三种知识
有关对象系统领域方面的知识 有关系统共性方面的知识 经验性知识
系统工程方法的四个层次
工具——处理具体问题的手段 设备手段 概念手段 技的术方—法—处理问题的具体行动方式和方法，使用工具 优化技术 预测技术 仿真技术 方术法的(选m择ethod)——完成一个既定目标的具体手段；技 方法论（methodology）——处理系统工程问题的一整 套思想、原则，是运用方法的方法。
我国一般工程项目在制订目标时考虑的方面 ①运行目标，包括战术\技术指标； ②经济目标，包括直接的与间接的经济效益； ③社会目标，包括项目与国家方针政策符合的 程度和社会效益； ④环境目标，包括环境保护与可持续发展。
c)系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选 择的方案。 建筑设计： 装配？整体？装配整体？ d)系统分析：演绎备选方案，通过模型得到可靠的数据、资料和 结论 大跨度建筑 e) 最优化：用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣， 以进行方案选择（综合评价）。 f)决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上， 选择最优方案。 g)实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。
土木系统工程的时间维 ——以长城饭店为例
规初施施装使1更9划步工工修用新84阶设图阶阶阶阶年段计设段段段段6—————阶计月—————段阶212国飞客—段090日际模房80——32正一；陈美—年装流美设国美式修12国招设国月营技标计设1业术计0日日（本试22营/2;业三，叉形）
2
2015/10/18
新的情景 组态织度、上运的行改、革认识、
讨论和辩论 根的概定系念义统上基活的础动描上的述
可能从任意阶段开始，中途有反复；不断反馈和学习
汪应洛《系统工程》
问识题别及与其表环达境的
.
根底定义
比较 寻求改善途径
选择 设计 实施 评估
(目建标立系概统念概模念型化)
问题情景描述（认识问题）：收集有关信息，表达问题现状，寻 找构成因素及其关系，明确问题的结构、现存过程及不适应之处。 根底定义：弄清关联因素，确定对系统的基本看法。 概念模型：对问题抽象描述的结果，应符合根底定义的思想，并 能实现其要求。 改善概念模型（比较及探寻）：明确的问题（第一步归纳的结果） 和概念模型（演绎的结果）进行对比及改善。 设计与实施：形成可操作的方案 评估与反馈：根据实施过程中的新认识，修正前三项。
逻辑维（L）
①时间维
系统工程的工作阶段或进程 a)规划阶段：按照设计要求提出系统目标，制定规划和政策 b)设计阶段：完成的任务是提出具体的方案，进行系统的初
步设计。 c)分析阶段：对所设计的方案进行分析、比较。 （以上三阶段构成系统的开发阶段）
d) 运筹或生产阶段：方案的综合选优，确定 最优实施方案。 e) 实施阶段：系统的设计、安装及调试等。 f) 运行阶段：按照系统预定的用途工作。 g)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统， 代之以新系统，对系统改进。
② 逻辑维
每个阶段的逻辑顺序和工作步骤 a) 明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料（历史、 现状、发展趋势），人财物的提供；主要目的是弄清问题。 钢铁基地的建设地点:明确钢铁实践中的问题（联合企业 与能源 水源、 交通、电力等都有关联） b)系统设计（目标选择）：确定所要解决问题的目标和相应的评价指标 体系\评价准则。 合理确定评价准则很重要。
系统工程与传统方法的区别
传统方法： 问题的目标是单一的/专业知识/单阶段 系统工程： 目标是多维的 专业方面：运用各种专业知识综合考虑 时间：多个阶段 逻程—辑—方逻面辑：顺每序个阶段中处理问题的特殊思维过
1
2015/10/18
二、霍尔三维结构（霍尔方法论）
霍尔三维结构
美国学者霍尔（A D ） 年提出 HALL 1969
5
2015/10/18
社会系统工程（软问题）举例 例：美国加利福尼亚州应用硬系统方法论解决 公共政策方面的问题 20世纪60年代初，该州州长决定建立一个有关 审判、信息处理、垃圾管理和大量运输事务的 管理信息系统（MIS），目的是处理公众和政 府机构之间的各种信息。 不能用硬系统方法论求解。Why？
P68
不同阶段使用不同的方法；重要的是吸 收两者的精神，在处理问题时灵活运用
还原论、整体论和系统论 综合集成法和wsr方法（自学了解）
思考题
软系统方法论和硬系统方法论的比较 阅读《矛盾论》、《实践论》
7
讨论：
应用系统工程方法论研究某一小区的开发建设问题， 写出研究报告。 应用切克兰德的调查学习方法编制自己的人生规划。
不足
不适合解决突发事件，不能希望其立竿见影 缺乏明确的组织变革理论，只能通过参与者之间的沟 通来激发变革 在不平等权利的利益集团之间存在着基本冲突的情况 下，没有实质结果； 没有提及行为措施的合理性与合法性的关系，人们往 往忽视问题的合理解决方法与当权者利益之间的冲突
4软系统方法论和硬系统方法论的比较
活动矩阵
时结间构维，和称逻为辑活维动结矩合阵起。来形成一个二维 课矩本阵元p6素2 可以表明哪阶段做哪一步工作 系统工程活动的超细结构： 逻循辑环维汇的聚成7个一步个骤理为想一的个系循统环周期，多次
③ 专业(知识)维
各工作步骤所需的各门专业知识。 综合性的交叉学科，会涉及多种专业技 术，如社会科学、工程技术、法律、商 业、医药、艺术等等。 (钱学森：14门专 业)
2015/10/18
8
一、系统工程方法论的概念
系统工程思考问题和处理问题的一般方法。解决系统 工程实践中的问题的思维方式以及应该遵循的步骤、 程序和方法。 把分析对象作为一个整体系统来考虑，进行分析设计 制造和使用时的基本思想方法和工作方法； 运用技术知识实现系统的模型化和最优化，进行系统 分析和系统设计。 系统工程的方法论是系统工程应用的基础和关键所在; 是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之一。
三、软科学系统工程方法论 （切克兰德方法论）
英国学者切克兰德（P ） Checkland （ ） Hall Hard System Thingking/ HSM （ ） SST/SSM
1对问题的认识
良结构的硬问题 便于观察、建模、边界清晰、目标明确、好定义 劣结构的软问题 难以观测、不便建模、边界模糊、目标不定的问 题
4
2015/10/18
硬系统方法论的局限性
（1）没有为目标定义提供有效的方法。 对于大多数系统管理问题来说，目标定义本身就是需 要解决的首要问题。 （其2他）物没质有因考素虑等系同统起中来人，的忽主视观人因对素现，实把的系主统观中认的识人。与 （3）认为只有建立数学模型才能科学地解决问题 对于复杂的社会系统来说，建立精确的数学模型往往 是不现实的。即使建立了数学模型，也会因为建模者 对问题认识上的不足而不能很好地反映其特性。
工程系统工程要解决的问题叫“问题”（problem）， 研究的对象称为硬系统或结构化问题（hard system／ structured problem）) 社会系统工程要解决的问题叫“议题”（issue）， 即有争议的问题 研究的对象称为软系统或非结构化 问题（soft system／non-structured problem）) 前者是用数学模型寻求最优解，后者是寻求满意解。
⑤权衡先进性和可行性：目标应该是先进且经过努力 可以实现的，要注意实现目标的约束条件； ⑥注意标准化，以便于同国际国内的同类系统进行比 较，争取实现先进水平； ⑦指标数不宜过多，不要互相重叠与包含； ⑧标或指者标利计用算简宜单简换不算宜可繁以，尽得量到采的用指现标有。统计口径的指
3
2015/10/18
硬系统方法论在处理问题时要求有明确的目标。 目标？ “在适当的时候以恰当的方式提供足够精确的 各种信息以满足公众的需要” 太含糊 系统建立后，无法提供决策所需要的信息，对 该州的管理帮助甚小。
2软科学的系统工程方法论
核心是比较或学习，而不是最优化。 解决问题的步骤 如下图
对考过问察程题；、情要关景素系、 表考然达察语问结言题果、情；图景自像 对要系描统述的c看atw法o；e 简
系统工程的软科学性
20世纪70年代以来，系统工程越来越多地用于 研究社会经济的发展战略和组织管理问题，涉 及人、信息和社会等因素，使其对象软化，系 统工程呈现出软科学的特征。 软科学性所表现出的特点有：
1研究的问题没有限制，但以人和社会问题为主；处 理的对象主要是信息。 2问题多数是带有政策性的，同时多半带有探讨未来 的性质，十分关心未来的不定因素； 3问题包括了大量事实上不明确的东西； 4跨学科的性质很强。 5需要有决策者的支持，否则将失去意义。 霍尔三维结构不适用，需要新的方法论。
知识维
核心——用定量分析的手段，求得最优解
工作过程可以表现在三维结构图中。
体现了系统工作方法的系统化、综合化、最优化、程
序化、标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础 内容。
逻辑维
在组织管理大型工程项目中起到了很大作用。
时间维
时间维(T)
知识维（K）
运控社工筹制会程学论科技学术
……
规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 摆明问题 系统设计 方案综合 模型化 最优化 决策 实施计划 更新阶段
6
2015/10/18
3软系统方法论 小结
软系统方法论 通过组织讨论，听取各方面有关 人员的意见；强调反复比较和学习，寻求满意 结果；主要依赖于定性分析 适用于目标不明确、涉及多方面利益的场合； 强调人的活动和身份，从各方面的关系着眼， 适合涉及多种因素的社会、经济环境等系统的 研究。
特点
1、与目标不明、非结构化的麻烦有关； 2、强调过程，与学习和决策相关； 3、与感性认识、世界观及人类把组织现实的内涵与环 境相联系的方式有关 4、是非数量型的； 5、依靠加深对问题情境的理解来进行改进； 6、依赖于解释社会理论 7、对统治人类社会的社会规则的理解有关
例1：商船是否要安装高射炮。 指标一：击落敌机的概率——4%，太低，应转到地面 的高射炮阵地中去； 指标二：商船被击沉的概率——不安装，25%；安装， 10%。 高炮起威胁作用。 例2： 城市是否发展高层建筑
确定目标和指标时应注意的8条Hale Waihona Puke Baidu则：
①要有长远观点：选择对于系统的未来有重大意义的目 标和指标； ②要有总体观点：着眼于系统的全局利益，必要时可以 在某些局部作出让步； ③注意明确性：目标务必具体明确，力求用数量表示； ④多目标时应注意区分主次、轻重、缓急，以便加权计 算综合评价值；
土木系统工程的专业维
建工结筑程构学力工学程学 地施基工与组基织础 企技业术管经理济
硬系统方法论的特点
强核调心明内确容目是标最优化 认量此为分方现析法实手论问段具题有，都求可得归最纳优成解工答程。系统问题，运用定 研技组究术织方应管法用理的的上整综的体合科性性学性（（三知（维识时维间）维）和逻辑维） 系统工程工作的问题导向性（逻辑维）
长安大学建筑工程学院 薛文碧
2015/10/18
第2章 系统工程方法论
一二、、概霍念尔三维结构（霍尔方法论） 三方、法软论科）学系统工程方法论（切克兰德
解决系统工程问题所需要的三种知识
有关对象系统领域方面的知识 有关系统共性方面的知识 经验性知识
系统工程方法的四个层次
工具——处理具体问题的手段 设备手段 概念手段 技的术方—法—处理问题的具体行动方式和方法，使用工具 优化技术 预测技术 仿真技术 方术法的(选m择ethod)——完成一个既定目标的具体手段；技 方法论（methodology）——处理系统工程问题的一整 套思想、原则，是运用方法的方法。
我国一般工程项目在制订目标时考虑的方面 ①运行目标，包括战术\技术指标； ②经济目标，包括直接的与间接的经济效益； ③社会目标，包括项目与国家方针政策符合的 程度和社会效益； ④环境目标，包括环境保护与可持续发展。
c)系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选 择的方案。 建筑设计： 装配？整体？装配整体？ d)系统分析：演绎备选方案，通过模型得到可靠的数据、资料和 结论 大跨度建筑 e) 最优化：用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣， 以进行方案选择（综合评价）。 f)决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上， 选择最优方案。 g)实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。
土木系统工程的时间维 ——以长城饭店为例
规初施施装使1更9划步工工修用新84阶设图阶阶阶阶年段计设段段段段6—————阶计月—————段阶212国飞客—段090日际模房80——32正一；陈美—年装流美设国美式修12国招设国月营技标计设1业术计0日日（本试22营/2;业三，叉形）
2
2015/10/18
新的情景 组态织度、上运的行改、革认识、
讨论和辩论 根的概定系念义统上基活的础动描上的述
可能从任意阶段开始，中途有反复；不断反馈和学习
汪应洛《系统工程》
问识题别及与其表环达境的
.
根底定义
比较 寻求改善途径
选择 设计 实施 评估
(目建标立系概统念概模念型化)
问题情景描述（认识问题）：收集有关信息，表达问题现状，寻 找构成因素及其关系，明确问题的结构、现存过程及不适应之处。 根底定义：弄清关联因素，确定对系统的基本看法。 概念模型：对问题抽象描述的结果，应符合根底定义的思想，并 能实现其要求。 改善概念模型（比较及探寻）：明确的问题（第一步归纳的结果） 和概念模型（演绎的结果）进行对比及改善。 设计与实施：形成可操作的方案 评估与反馈：根据实施过程中的新认识，修正前三项。
逻辑维（L）
①时间维
系统工程的工作阶段或进程 a)规划阶段：按照设计要求提出系统目标，制定规划和政策 b)设计阶段：完成的任务是提出具体的方案，进行系统的初
步设计。 c)分析阶段：对所设计的方案进行分析、比较。 （以上三阶段构成系统的开发阶段）
d) 运筹或生产阶段：方案的综合选优，确定 最优实施方案。 e) 实施阶段：系统的设计、安装及调试等。 f) 运行阶段：按照系统预定的用途工作。 g)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统， 代之以新系统，对系统改进。
② 逻辑维
每个阶段的逻辑顺序和工作步骤 a) 明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料（历史、 现状、发展趋势），人财物的提供；主要目的是弄清问题。 钢铁基地的建设地点:明确钢铁实践中的问题（联合企业 与能源 水源、 交通、电力等都有关联） b)系统设计（目标选择）：确定所要解决问题的目标和相应的评价指标 体系\评价准则。 合理确定评价准则很重要。
系统工程与传统方法的区别
传统方法： 问题的目标是单一的/专业知识/单阶段 系统工程： 目标是多维的 专业方面：运用各种专业知识综合考虑 时间：多个阶段 逻程—辑—方逻面辑：顺每序个阶段中处理问题的特殊思维过
1
2015/10/18
二、霍尔三维结构（霍尔方法论）
霍尔三维结构
美国学者霍尔（A D ） 年提出 HALL 1969
5
2015/10/18
社会系统工程（软问题）举例 例：美国加利福尼亚州应用硬系统方法论解决 公共政策方面的问题 20世纪60年代初，该州州长决定建立一个有关 审判、信息处理、垃圾管理和大量运输事务的 管理信息系统（MIS），目的是处理公众和政 府机构之间的各种信息。 不能用硬系统方法论求解。Why？
P68
不同阶段使用不同的方法；重要的是吸 收两者的精神，在处理问题时灵活运用
还原论、整体论和系统论 综合集成法和wsr方法（自学了解）
思考题
软系统方法论和硬系统方法论的比较 阅读《矛盾论》、《实践论》
7
讨论：
应用系统工程方法论研究某一小区的开发建设问题， 写出研究报告。 应用切克兰德的调查学习方法编制自己的人生规划。
不足
不适合解决突发事件，不能希望其立竿见影 缺乏明确的组织变革理论，只能通过参与者之间的沟 通来激发变革 在不平等权利的利益集团之间存在着基本冲突的情况 下，没有实质结果； 没有提及行为措施的合理性与合法性的关系，人们往 往忽视问题的合理解决方法与当权者利益之间的冲突
4软系统方法论和硬系统方法论的比较
活动矩阵
时结间构维，和称逻为辑活维动结矩合阵起。来形成一个二维 课矩本阵元p6素2 可以表明哪阶段做哪一步工作 系统工程活动的超细结构： 逻循辑环维汇的聚成7个一步个骤理为想一的个系循统环周期，多次
③ 专业(知识)维
各工作步骤所需的各门专业知识。 综合性的交叉学科，会涉及多种专业技 术，如社会科学、工程技术、法律、商 业、医药、艺术等等。 (钱学森：14门专 业)
2015/10/18
8
一、系统工程方法论的概念
系统工程思考问题和处理问题的一般方法。解决系统 工程实践中的问题的思维方式以及应该遵循的步骤、 程序和方法。 把分析对象作为一个整体系统来考虑，进行分析设计 制造和使用时的基本思想方法和工作方法； 运用技术知识实现系统的模型化和最优化，进行系统 分析和系统设计。 系统工程的方法论是系统工程应用的基础和关键所在; 是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之一。
三、软科学系统工程方法论 （切克兰德方法论）
英国学者切克兰德（P ） Checkland （ ） Hall Hard System Thingking/ HSM （ ） SST/SSM
1对问题的认识
良结构的硬问题 便于观察、建模、边界清晰、目标明确、好定义 劣结构的软问题 难以观测、不便建模、边界模糊、目标不定的问 题
4
2015/10/18
硬系统方法论的局限性
（1）没有为目标定义提供有效的方法。 对于大多数系统管理问题来说，目标定义本身就是需 要解决的首要问题。 （其2他）物没质有因考素虑等系同统起中来人，的忽主视观人因对素现，实把的系主统观中认的识人。与 （3）认为只有建立数学模型才能科学地解决问题 对于复杂的社会系统来说，建立精确的数学模型往往 是不现实的。即使建立了数学模型，也会因为建模者 对问题认识上的不足而不能很好地反映其特性。
工程系统工程要解决的问题叫“问题”（problem）， 研究的对象称为硬系统或结构化问题（hard system／ structured problem）) 社会系统工程要解决的问题叫“议题”（issue）， 即有争议的问题 研究的对象称为软系统或非结构化 问题（soft system／non-structured problem）) 前者是用数学模型寻求最优解，后者是寻求满意解。
⑤权衡先进性和可行性：目标应该是先进且经过努力 可以实现的，要注意实现目标的约束条件； ⑥注意标准化，以便于同国际国内的同类系统进行比 较，争取实现先进水平； ⑦指标数不宜过多，不要互相重叠与包含； ⑧标或指者标利计用算简宜单简换不算宜可繁以，尽得量到采的用指现标有。统计口径的指
3
2015/10/18
硬系统方法论在处理问题时要求有明确的目标。 目标？ “在适当的时候以恰当的方式提供足够精确的 各种信息以满足公众的需要” 太含糊 系统建立后，无法提供决策所需要的信息，对 该州的管理帮助甚小。
2软科学的系统工程方法论
核心是比较或学习，而不是最优化。 解决问题的步骤 如下图
对考过问察程题；、情要关景素系、 表考然达察语问结言题果、情；图景自像 对要系描统述的c看atw法o；e 简
系统工程的软科学性
20世纪70年代以来，系统工程越来越多地用于 研究社会经济的发展战略和组织管理问题，涉 及人、信息和社会等因素，使其对象软化，系 统工程呈现出软科学的特征。 软科学性所表现出的特点有：
1研究的问题没有限制，但以人和社会问题为主；处 理的对象主要是信息。 2问题多数是带有政策性的，同时多半带有探讨未来 的性质，十分关心未来的不定因素； 3问题包括了大量事实上不明确的东西； 4跨学科的性质很强。 5需要有决策者的支持，否则将失去意义。 霍尔三维结构不适用，需要新的方法论。
知识维
核心——用定量分析的手段，求得最优解
工作过程可以表现在三维结构图中。
体现了系统工作方法的系统化、综合化、最优化、程
序化、标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础 内容。
逻辑维
在组织管理大型工程项目中起到了很大作用。
时间维
时间维(T)
知识维（K）
运控社工筹制会程学论科技学术
……
规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 摆明问题 系统设计 方案综合 模型化 最优化 决策 实施计划 更新阶段
6
2015/10/18
3软系统方法论 小结
软系统方法论 通过组织讨论，听取各方面有关 人员的意见；强调反复比较和学习，寻求满意 结果；主要依赖于定性分析 适用于目标不明确、涉及多方面利益的场合； 强调人的活动和身份，从各方面的关系着眼， 适合涉及多种因素的社会、经济环境等系统的 研究。
特点
1、与目标不明、非结构化的麻烦有关； 2、强调过程，与学习和决策相关； 3、与感性认识、世界观及人类把组织现实的内涵与环 境相联系的方式有关 4、是非数量型的； 5、依靠加深对问题情境的理解来进行改进； 6、依赖于解释社会理论 7、对统治人类社会的社会规则的理解有关
例1：商船是否要安装高射炮。 指标一：击落敌机的概率——4%，太低，应转到地面 的高射炮阵地中去； 指标二：商船被击沉的概率——不安装，25%；安装， 10%。 高炮起威胁作用。 例2： 城市是否发展高层建筑
确定目标和指标时应注意的8条Hale Waihona Puke Baidu则：
①要有长远观点：选择对于系统的未来有重大意义的目 标和指标； ②要有总体观点：着眼于系统的全局利益，必要时可以 在某些局部作出让步； ③注意明确性：目标务必具体明确，力求用数量表示； ④多目标时应注意区分主次、轻重、缓急，以便加权计 算综合评价值；
土木系统工程的专业维
建工结筑程构学力工学程学 地施基工与组基织础 企技业术管经理济
硬系统方法论的特点
强核调心明内确容目是标最优化 认量此为分方现析法实手论问段具题有，都求可得归最纳优成解工答程。系统问题，运用定 研技组究术织方应管法用理的的上整综的体合科性性学性（（三知（维识时维间）维）和逻辑维） 系统工程工作的问题导向性（逻辑维）