第二章系统工程的基础理论及方法论

2.2 还原论与整体论
第二章
系统工程的基础理论与方法论
尽管过去几百年以还原论为基础的西方科学 取得了巨大成功，但是，２０世纪基础科学的三大 成就相对论、量子论和复杂科学的核心思想和结论 分别从宇观、微观和宏观尺度下证实了还原论的局 限性： 相对论认为宇宙是一个无法彻底还原的整体： 还原论的宇宙观认为，时间和空间是分离的，宇宙 内发生的事件与时空是分离的，宇宙仅仅是事件发 生的舞台。但科技的发展证明，宇宙远不是还原论 描述的那么简单。时间、空间、物质和能量乃至整 个宇宙本身就是一个整体，必须作为一个整体来研 究。
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系统工程的基础理论与方法论
2.2 还原论与整体论
生物学研究中的还原论表现最为明显，有人试图把生命运动 形式归结为物理-化学运动形式，用物理-化学运动规律取 代生物学规律。 心理学研究中的还原论痕迹十分明显。心理学独立后的第一 个心理学派—构造心理学认为，心理学应该用实验内省的 方法分析意识经验的内容或构造，从而找出意识的各个组 成部分以及它们连接成为各种心理过程的规律。行为主义 的创始人J.B.华生认为，心理学应以客观的、可观察的行 为为研究对象，放弃对捉摸不定的主观心理状态或意识状 态进行探讨。对于思维，华生也把它归结为细小的肌肉运 动。
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系统工程的基础理论与方法论
第二章 系统工程的基础理论和方法论
1 系统工程的基础理论（课外自学） 2 系统工程的方法论
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系统工程的基础理论与方法论
2.1、系统工程方法论
方法和方法论在认识上是两个不同的范畴。方法是 用于完成一个既定任务的具体技术和操作；而方法论是进 行研究和探索的一般途径，是对方法如何使用的指导（或 研究和处理问题的思想、程序或基本原则）。系统工程方 法论是研究和探索（复杂）系统问题的一般规律和途径。 系统工程方法论特点: – 研究方法强调整体性 – 技术应用强调综合性 – 管理决策强调科学性
2.2 还原论与整体论
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系统工程的基础理论与方法论
量子论从根本上动摇了还原论：描述微观世 界最为成功的理论是量子论。量子论认为，我们 的世界是一个非机械的、相互联系的、不可分割 （还原）的世界。物质世界的根本元素就不是被 分割的机械的原子、质子、中子，而是一个有机 联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提 出。测不准原理认为无法还原位臵和速度两个基 本量。这表明，在对待位臵和速度这两个基本量 上，还原论是失效的。微观层次上的还原论失效， 导致了机械的决定论的失效。
2 选 择 目 标
3 系 统 综 合
4 系 统 分 析
5 方 案 优 化
6 作 出 决 策
7 付 诸 实 施
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系统工程的基础理论与方法论
基于 “三维结构”模型的 系统工程过程系统
在这个过程系统中，每一阶段都有自己的管理内容和管 理目标，每一步骤都有自己的管理手段和管理方法，彼此相 互联系，再加上具体的管理对象，组成了一个有机整体。 霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作， 同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作 得到合理安排。 把系统工程过程系统运用于大型工程项目，尤其是探索 性强、技术复杂、投资大、周期长的“大科学”研究项目， 可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难。
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系统工程的基础理论与方法论
2.2 还原论与整体论
还原论是将物质的高级运动形式（如生命运动）归结 为低级运动形式（如机械运动），用低级运动形式的规律 代替高级运动形式的规律的形而上学方法。还原论认为， 各种现象都可被还原成一组基本的要素，各基本要素彼此 独立，不因外在因素而改变其本质。通过对这些基本要素 的研究，可推知整体现象的性质。比如，物质是由分子组 成的，分子是由原子组成的，原子又是由电子和原子核组 成的，等等，研究微观粒子就可以推知整体的规律。还原 论是把事物分割开来，进行实验，然后再综合起来。还原 论是西方科学的灵魂。
2.2 还原论与整体论
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系统工程的基础理论与方法论
还原论与分析的方法相辅相成。分析的方 法是科研的重要方法，最能体现还原论思想的 分析方法是西方的公理化方法。西方科学的源 头是古希腊文明。古希腊的还原论思想和公理 化方法经过弗兰西斯· 培根、笛卡尔和伽利略的 继承和发扬，奠定了近代科学的基础。基于还 原论的西方科学体系经过几百年的发展已经非 常庞大和完整，在它的基础上诞生的工程技术， 创造了空前繁荣的人类文明。
计划阶段
研制阶段
生产、安装阶段
运行阶段
按预定的目标运行服务。
更新阶段
完成评价，改进或以新系统代替老系统，使系统更 有效的工作，为进入下一个研制周期准备条件。
HALL系统工程方法的逻辑维
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系统工程的基础理论与方法论
3.3
霍尔系统工程方法
明确问题 明确要解决什么问题。要尽量全面地收集和提供解决 系统优化就是寻找满足约束条件的最优方案，或者 每一个方案进行比较、分析计算，为了能更好地分析 系统指标设计，系统目标是系统工程活动关注的重点， 由决策者从多个优选方案中选择一个方案进行实施。 形成系统方案，可根据问题的性质、目标、环境、 问题的历史、现状以及发展方面的资料和数据，对每 说挑选出最好地满足系统目标的方案。通常应根据 各因素对目标的影响，需要建立相应的模型。建模之 确定系统目标的是系统工程活动的关键环节。系统问 出于各方面的考虑，决策者选择的方案不一定是最 条件等，运用各种创造性方法，引导系统相关人员 一阶段要研究的问题要与决策者沟通，明确决策者的 系统方案对于系统目标满足的程度，对每一个被选 前，必须了解、掌握系统内部要素之间、内外要素之 题往往具有多目标（指标），在明确研究问题的基础 优方案。 提出若干可能的方案，并对方案做出说明。 意图、或通过某种手段、方法，明确所研究的问题。 方案进行综合评价，从中选出最优方案、次优方案、 间的相互联系和系统的性能与特点，根据系统优化和 上，应提出系统目标或目标体系，确定达到目标的程 对已选方案进行实施、修改，完善以上 6个步骤， 满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以便决 系统决策的需要，所建立的模型应考虑到所需信息资 度标准，以此衡量方案的优劣。 转入下一阶段。 策者做出正确的决策。 料的采集。
2.2 还原论与整体论
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系统工程的基础理论与方法论
整体论把世界宇宙看作是一个统一的整 体，各种事物之间相互联系，不可机械地分 割。整体论思想是：整体的性质和功能不等 同于其各部分（要素）的性质和功能的迭加； 整体的运动特征只有在比其部分（要素）所 处层次更高的整体层次上才能进行描述；整 体与部分（要素）遵从不同描述层次上的规 律。简言之整体性也就是非还原性或非加和 性。
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思考题
从时间维角度谈谈“产品的生产过程”经历 的 七个时间环节。
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霍尔管理矩阵
运用SE知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个 逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：
逻辑维（步骤） 明 确 问 题 时间维（阶段） 1.规划阶段 2.方案阶段 3.研制阶段 4.生产阶段 6.更新阶段 1
a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 a31 a32 a33 a34 a35 a36 a37 a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47 a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67
5.运行阶段 代表一项具体的管理活动 a51 a52 a53 a54 a55 a56 a57
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2.2 还原论与整体论
系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系 的观念、演化发展的观念。即全面而不是片面的、 联系的而不是孤立的、发展的而不是静止的看问题。 （1）古代的系统思想：“不见树木，只见森林” （2）近代的分析方法：“只见树木，不见森林” （3）现代的系统思想：“既见树木，又见森林”
2.2 还原论与整体论
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系统工程的基础理论与方法论
钱学森提出将还原论方法和整体论方法结合 起来，他提出“从定性到定量综合集成方法”。 综合集成方法论的实质是把专家体系、数据 和信息体系以及计算机体系有机结合起来，构成 一个高度智能化的人、机结合，人、网结合的体 系。运用这个方法也需要系统分解，在系统分解 后研究的基础上，再综合集成到整体，实现 “1+1﹥2”的飞跃，达到从整体上研究和解决问 题的目的。综合集成方法既吸收了还原论方法和 整体方法的长处，同时也弥补了各自的局限性， 既超越了还原论方法，也发展了整体论方法。
2.2 还原论与整体论
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系统工程的基础理论与方法论
复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论推动了复杂科学的 诞生，排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂 科学的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似描述的仅仅 是我们世界的很小的一部分。 • 混沌理论认为在混沌系统中，初始条件十分微小的变化，经过 不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用 在西方世界流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说： • 钉子缺，蹄铁卸；蹄铁卸，战马蹶；战马蹶，骑士绝；骑士绝， 战事折；战事折，国家灭。 • 马蹄铁上一个钉子是否会丢失，本是初始条件的十分微小的变 化，但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就 是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。
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Байду номын сангаас
系统工程的基础理论与方法论
基于 “三维结构”模型的 系统工程过程系统
国内外许多事例表明，运用科学的系统工程过程系统管 理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资 平均在15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3%～ 6%。 在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用的极 少部分，但确定了装备一生要花费用的70%； 全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%， 但固定了寿命周期费用的85%； 研制结束时，装备寿命周期费用已被基本固定。
逻辑维（方法步骤）
A B C D
E
F
G
时间维：从规划到更新，按 时间顺序排列的SE全过程。
HALL系统工程的时间维
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系统工程的基础理论与方法论
规划阶段
调查研究、明确研究目标，提出设想和初步方案， 制定活动的方针、政策或规划。 根据规划阶段所提出设计思想和初步方案，从社会、 经济、技术、可行性方面进行综合分析， 提出具体 的计划方案和选择一个最优方案。 以计划为指南，组织人、财、物及各个 环节、各 个部门，实现试制方案，并制定生产计划。 生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划。 对系统进行安装和调试，提出系统的运行计划。
第二章 系统工程的基础理论与方法论 2.3.1 霍尔“三维结构”模型
知识维：指在完成上述各 阶段和各步骤所需要的各 知识维（科学技术） 种专业知识和管理知识。
逻辑维：每个阶段需进行的工 作步骤，是运用系统工程方法 进行思考、分析和解决问题应 遵循的一般程序。
环境科学 社会科学 工程技术 计算机科学 管理科学 经济 法律 规划阶段 方案阶段 研制阶段 生产阶段 运行阶段 更新阶段
确定目标
系统综合
系统分析
系统优化
系统决策
系统实施
HALL系统工程方法的专业维
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系统工程的基础理论与方法论
3.3
霍尔系统工程方法
• HALL系统工程方法专业维是解决一个系统工程问题，需要有相 应专业知识。 如进行社会经济系统的规划研究，需要有宏观经济学、微观经 济学、社会学、心理学、环境科学、管理科学、法律、工程技 术等学科的知识。
如研究某项技术的发展与技术的评估问题，需要具备所研究的
某项技术的专业知识，了解它的特性，发展规律等。 • 一般来讲，进行某项工程研究，研究工作者应具备法律、经济、 管理科学、社会科学、环境科学、信息技术和和相应的工程技 术，才可能有效的进行系统工程的研究，解决相应的问题。
2.3.1 霍尔“三维结构”模型
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系统工程的基础理论与方法论
2.3 最具代表性的系统工程方法论
最具代表性的 系统工程方法论有 :
• 霍尔“三维结构 ” • 并行工程 • 综合集成方法
• 切克兰德的“学习调查” 法 • 物理—事理—人理（WSR）
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系统工程的基础理论与方法论
2.3.1 霍尔“三维结构”模型 20世纪60～70年代具有代表性的SE方法论。 1、霍尔(A.D. hall)的三维结构（1969 年提出） 美国工程师霍尔在总结多方面系统工程实 施经验的基础上,将系统的整个管理过程分为 前后紧密相连的六个阶段和七个步骤，并同时 考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各 种专业管理知识。三维结构由时间维、逻辑维、 知识维组成，如图示：