第二章：系统工程方法论2008.3.31

两种方法论的比较
霍尔三维结构与切克兰德方法论均为系统 工程方法论，均以问题为起点，均具有相应的 逻辑过程。在此基础上，两种方法论主要存在 以下不同点： (1)霍尔三维结构主要以工程系统为研究对 象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经 营管理等“软”系统问题的研究。 (2)前者的核心内容是优化分析，而后者的 核心内容是比较学习。 (3)前者更多关注定量分析方法，而后者比 较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法 。
切克兰德方法论 “软系统工程方法论”
切克兰德方法论
对问题的情景加以考虑 描述问题情景 根定义 建立概念模型 比较，修正模型 提出必要而又可能的方案 实现上述改革方案，得到新的情景
问题及其环境的 识别与表达
根 定义 比较 寻求改善途径 选择 设计
建立概念模型 (目标系统概念化)
实施
评估
根定义涉及的问题
霍尔系统工程方法的逻辑维
(1)明确问题——首先要明确要解决的问题，即明确要解决什么问题。 为了了解研究的问题，研究者要尽量全面地收集和提供解决问题的历 史、现状以及发展方面的资料和数据，对每一阶段研究的问题要与决 策者沟通，明确决策者的意图，或通过某种手段、方法，明确所研究 的问题。在明确问题的过程中，研究人员要注重环境方面的调查．因 为新系统与所在的环境密切相关，这里的环境包括物理环境、技术环 境、社会环境、经济环境等。 (2)确定目标(系统指标设计)——系统目标是系统工程活动关注的重 点，确定系统目标是系统工程活动的关键环节。系统问题往往具有多 目标(指标)，在明确研究问题的基础上，应提出系统目标或目标体系， 确定达到目标的程度标准，以此衡量方案的优劣。在确定目标和指标 时要有系统的观点，如整体现点、发展观点，还要考虑操作的可行性； 其次，目标一般应包含经济、社会、环境、技术等方面的内容。当目 标体系中各指标发生矛盾时，可采用折衷兼顾的方法或剔除次要目标。 (3)系统综合(形成系统方案)——系统综合是一个创造性过程，需要 决策者、分析者共同努力。可根据问题的性质、目标、环境、条件等， 运用各种创造性方法，引导系统相关人员提出若干可能的方案，且对 每一方案进行必要的说明。
霍尔系统工程方法的时间维
规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出白己的设想和初步 方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。 计划阶段——根据规划阶段所提出的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 案和选择方案。 研制阶段——以计划为指南，组织人、财、物及各个环节、各个 部门，实现系统的试制方案，并制定生产计划。 生产阶段——生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划 安装阶段——对系统进行安装和调试，提出系统的运行计划。 运行阶段——系统按预定的目标运行。 更新阶段——完成系统的评价、改进或以新系统代替老系统，使 系统更有效地工作，为系统进入下一个研制周期准备条件。
二、工作步骤
1.明确问题 无论开发一个新项目(建立新系统)还是改变现有的状态 (改造原来系统或者把握机遇、摆脱困境)都可以看做是 要解决一个问题，这需要完成下列工作。 辨识主问题和子问题，以及构成问题的因素； 建立所辨识问题的层次结构； 把问题加以分解，分成要求、约束 辨识主要的主观考虑； 辨明系统边界； 辨识影响主问题的未来条件。
霍尔系统工程方法的逻辑维
(4)系统分析——系统分析是应用系统工程技术，对于每一个系统方 案进行比较、分析、计算，为了更好地分析各因素对目标的影响，需 要建立相应的系统模型。建模之前，必须了解、掌握系统内部要素之 间、内外要素之间的相互联系和系统的性能与特点，根据系统优化和 系统决策的需要，所建立的模型应考虑到所需信息资料的采集。在系 统分析中，可能形成新的方案。 (5)系统优化——在一定的约束条件下，人们总是希望选择最优的方 案。系统优化就是寻找满足约束条件的最优方案，或者说挑选出最好 的满足系统目标的方案。通常应根据系统方案对于系统目标满足的程 度，对每一个备选方案进行综合评价，从中选出最忧方案、次优方案、 满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以便决策者做出正确的决 策。 (6)系统决策——由决策者从多个优选方案中选择一个方案进行实施。 出于各方向的考虑，决策者选择的方案不一定是最优方案。 (7)系统实施——对已选方案进行实施、修改，完善以上6个步骤，转 入下一阶段。
模型分类
按照模型描述的内容可分成： 结构模型 描述的是系统中各单元或各因素之间有无联系， 也就是描述它们之间的结构关系。这里有必要强调的是结构模型 不—定反映系统的实体结构，而主要反映功能上各因素间的结构 关系。 数量模型 反映变量间的数量关系。 数量模型又按变量随时间的取值分为 连续模型：变量是时间的连续函数。 离散模型：变量是时间的离散函数。
二、工作步骤
3.生成系统方案 寻找为达到目标与子目标所有可能的方案； 确定方案中活动与措施的度量； 把方案连到目标结构中去。
二、工作步骤
4.为各方案建模 为每一方案建立描述型或预测型的模型或者为整个系 统进行分析； 对模型进行鉴定； 改进以及合并模型； 寻求模型运行的结果。
模型分类
从模型的本质来说，系统模型可分成： 具体模型 如船舶模型与船池，飞机模型与风洞。把原型按 一定的比例缩小，基本的物理 运动规律是相似的，所以有时也叫做物理模型。 抽象模型 用数学公式、图形或计算机程序来抽象描述系统 某一方面的属性，所以有时也 称为数学模型。
有一句谚语说：做正确的事要比正确地做事 重要得多。著名的系统科学家R．Ackoff 也 曾说过：我们由于解决错误的问题而造成的 失误，要比错误地解决正确的问题所造成的 失误多得多。这都表明正确地提出问题是非 常重要的。
二、工作步骤
2.设置目标 建立评价准则 辨识主要的要求、目的、目标(目的是长远的，目标是 具体可测的)和子目标； 对上述诸因素建立一个层次结构； 辨明目标、约束、可变因素、涉及人与组织这几个方 面的相互关联程度； 辨明主要前提与假设； 建立或确定目标的度量； 建立初步的评价准则。
系统工程
（Systems Engineering, SE）
第2章
系统工程方法
第一节： 系统思想 第二节： 系统工程的方法论和方法 第三节： 硬系统方法论 第四节： 软系统方法论 第五节：其他系统方法简介 第六节：系统方法论的进一步发展
第二节 系统工程的方法论和方法
一、系统工程的方法、工具体系
可以分成4个层次： 工具 这是指一些器物或者概念上的手段，可以用来处理具体 问题，前者如计算机，后者如算法(例如求导数的方法、求平均数 的方法)的计算机程序。 技术 这是指处理问题的具体行动方式方法，是使用工具的方 法。例如优化技术(需要使用求导数或其他工具）、预测技术、仿 真技术(使用计算机)等。 方法 这是指选择什么技术来达到目的的办法，例如，我们解 决一个问题是应用定量方法，还是定性方法，或是两者相结合的方 法。是采取解析方法，还是实验方法等。 方法论 这是指处理系统工程问题的一整套思想、原则，是运 用方法的方法。这在系统工程工作中是最重要的。我们前面讲过的 一些系统思想，系统工程原则，都是这一层次的。
第二节 系统工程的方法论和方法
二、系统工程方法论
方法论是人们认识世界与改造世界的根本方法的哲学学 说。方法论探索各种一般方法的内容、结构、作用、规 律性、使用范围、发展趋势等。系统工程的方法论则是 探索系统研究、开发、运行过程中各种方法的共同规律。 它和系统思想密不可分。 当然，在更一般的科学方法中所使用的抽象方法、归纳 与演绎方法、类比和联想方法、分析和综合方法等，也 是经常采用的。 分析和综合互为前提。
系统的受益者或受害者(Customer，简写为C)； 系统的执行者(Actors，简写为A)； 系统从输入到输出的变换过程(Transformation process，简写为T)； 世界观(Weltranschauung，简写为W，这里还指价值观 和伦理道德观等) 系统所有者(Owners，简写为O)； 系统的环境约束(Environmental constraints，简写为 E)。
在实践工作中，系统综合、系统分析和系统优化存在循 环、不断递进的过程，见下图，即在系统分析和系统 优化的过程中可能产生系统方案，或者对模型进行修 正：
SE活动矩阵：T-L
这个三维结构在20世纪的60年代和70年代有过很大的影响， 一些“硬系统”的开发大体都遵循这一思路。后来有人把这个三 维框架结构加以修改，形成了又一种框架，这个新框架具有下列 几维。 1．步骤维 ①明确问题；②设置目标，建立评价准则；③生成系统方 案；④为各方案建模； ⑤对各方案进行评价；⑥选择一个 方案；⑦规划实施。 它和原来大同小异，但较为具体。 2．应用领域与问题范畴维 其应用领域分为：①工业；②经济，③政治；④社会经济； ⑤环境；⑥心理；⑦保健；⑧教育；⑨军事；⑩社会技术。 问题范畴则分为：①运行效率；②资源分配；③项目评价； ④计划与预算；⑤战略选择；⑥系统的获得。 3．分析工具维 例如，成本效益分析、决策分析等。
模型分类
按照系统所处状态来说可分成： 静态模型 描述系统相对时间来说是相对静止的状态； 动态模型 描述系统的运动状态。Leabharlann 化组合优化问题 一般优化方法
数学解析法 试探法 仿真法
灵敏度分析
二、工作步骤
5.对各方案进行评价 按照主要准则，包括效果、风险、成本、效益等方面， 对各方案在各种条件下进行评价； 估计各种条件出现的概率。
二、工作步骤
6. 选择一个方案 客观地或主观地对每个准则的重要性进行排队，给出 权重； 把评价信息集中起来； 评选出一个方案。
二、工作步骤
7. 规划实施 根据所选方案拟订实施计划； 制订意外情况下的应急措施。
第四节 软系统方法论
硬系统：“良结构化”问题；“如何做？” 软系统：“不良结构化”问题；“做什么？”
第三节 硬系统方法论
一、系统工程的三维形态图 霍尔系统工程方法
1.时间维(T) 2.逻辑维(L) 3.知识维(K)或专业维(P)
霍尔三维结构
A.D.Hall, 1969
从霍尔三维结构模型来看，它主要针对的是硬 系统，如丁程系统、人造系统和人为系统，这 类系统结构清楚，概念明确，易定量化、模型 化，但逻辑维的内容很丰富，对处理任何系统 都具有指导意义。
第六节 系统方法论的进一步发展
一、还原论、整体论和系统论方法 二、综合集成方法 三、集成研讨厅
第五节 其他系统方法简介
一、物理——事理——人理系统方法
第五节 其他系统方法简介
二、螺旋式推进系统方法
螺旋式推进系统方法
宏观旋进的第一环——建立系统的逻辑模型 宏观旋进的第二环——建立系统的物理模型 宏观旋进的第三环——建立系统的数学模型 宏观旋进的第四环——求解模型和系统仿真 宏观旋进的第五环——决策分析