系统工程和分析方法导论教案3--系统工程方法论
系统工程教案3
System Engineering
系统工程方法论概述
系统工程是一门技术与艺术的综合。对 待同样的问题，每个分析者均可根据其 专业经验和主观判断选择不同的分析方 法。而应用同样的分析方法，某个分析 者能得出有价值的见解，另一个分析者 也许会导出错误的结论。 根据大量的实践经验，可以将系统工程 分析过程的典型行为概括成教材P46页 图4-1所示的逻辑结构。
System Engineering
【课时分配】 本讲4课时。 讨论、思考题、作业 讨论1 某企业实行以优化控制为主线的 系统分析与科学决策，得出解决方案。 2 某旅游胜地的环境恶化的改进措施
【作业】 复习思考题:P71 2 参考资料 汪应络主编．系统工程（第三版）．北 京：机械工业出版社，2004
每项系统工程都要预测各种备选方案的后果， 而每种方案的后果和将来付诸实施时所处的环 境有关。
环境指的是决策人无法控制的自然、经济、社会和技术的 未来状态。
系统工程对未来环境预测分析时，通常采用情 景分析法。 如乐观法、悲观法、正常法——>可能性大、 正常、特殊的环境等。 表达后果的形式可概括为“如果未来环境如此， 则该备选方案的实施后果将是……”。
阐明问题阶段的工作内容（目标）
目标是决策者在分析问题一开始就要明确提出 的所要达到的目的。 系统工程分析人员作为决策的智囊，归根结底 要帮助决策者达到真正的目标，并找出适当的 途径。在进行目标分析时，系统工程分析人员 需要全面分析目标结构，选择适当层次的目标。 因为在决策者的思考中，同一层次的目标往往 不止一个，在众多目标的情况下，可以采用一 些筛选的办法，选出最优先的目标或最重要的 目标，其余的目标作为约束条件。
《系统工程方法论》课件
总结
课程总结
回顾本课程的主要内容和学习收获。
学习建议
提供一些建议，帮助学员更好地学习和应用系统工程方法论。
参考资料
书籍推荐
推荐一些与系统工程方法论相关的优秀书籍。
网站链接
提供一些有关系统工程方法论的优质网计方法来创建 系统的结构和模块。
系统架构模型
常用的系统架构模型和其应 用。
系统开发与实现
系统实施计划
制定系统实施计划，并确保 项目按计划顺利进行。
系统开发流程
系统开发中的各个阶段和关 键活动，以及合适的开发方 法。
软件开发方法
常用的软件开发方法，以及 其优缺点。
系统测试与维护
系统测试计划
制定系统测试计划，并确保 系统在交付前经过充分的测 试。
系统测试方法
使用各种测试方法来验证系 统的正确性和可靠性。
系统维护流程
系统交付后的维护和支持过 程，以确保系统的正常运行。
实践案例
实践案例1
介绍一个成功应用系统工程方法论的实际案例。
实践案例2
分享另一个成功应用系统工程方法论的实际案 例。
《系统工程方法论》PPT 课件
系统工程方法论PPT课件大纲
介绍
课程简介
学习系统工程的基本概念和原则，以及如何应用于实践中。
学习目标
掌握系统工程的关键概念和方法，提高工作和学习效率。
系统工程基础
系统工程概述
系统工程的定义、原理和应 用领域。
系统工程原则
系统工程的核心原则，以确 保项目的成功。
系统开发生命周期
系统开发过程中的各个阶段 和关键活动。
系统需求分析
需求定义
了解如何准确地定义系统的需求，确保开发过程中的需求符合实际需要。
第3章系统工程方法论
§3.1霍尔系统工程三维结构
霍尔三维结构 是由美国学者霍尔等人于 1969年提出的一种系统工程方法论。它的出现, 为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题 提供了一种统一的思想方法,因而在世界各国得 到了广泛应用.
霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程 分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤,同时 还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种 专业知识和技能.这样,就形成了由时间维、逻 辑维和知识维所组成的三维空间结构。
表示思维过程,即每一 阶段工作中应遵循的 逻辑步骤.
时间维
知识维
管理 法律 工程技术 …
逻辑维
规划阶段 拟定方案 系统研制 生产阶段 安装阶段 运行阶段
更新阶段
实施 决策 最优化 系统分析 系统综合 目标选择 弄清问题
§3.1霍尔系统工程三维结构
1.时间维 2.逻辑维 3.知识维（p46）
完成各阶段中各思维步 骤所需要的专业知识.
作出研制方案及 生产计划
生产出零部件， 提出安装计划
逻辑维 1 2 3 4 5 6 7
时间维
1 规划 2 拟定方案 3 系统研制 4 生产 5 安装 6 运行 7 更新
§3.1霍尔系统工程三维结构
实施 决策 最优化 系统分析 系统综合 目标选择 问题阐述
二维活动矩阵:
安装好系统，并 制定运行计划.
§3.1霍尔系统工程三维结构
霍尔（Arthur D.Hall）
美国通信工程师和系统工程专家，霍尔三维结构的创始人。 1924年4月13日生于美国弗吉尼亚州林奇堡。 1949年获普林 斯顿大学工程学士学位，后在贝尔电话公司通信开发训练部学习 3年获得结业证书。曾在纽沃克工学院、麻省理工学院、 纽约大 学和霍普金斯大学当研究生。1965年获科学硕士学位。1968年获 科学博士学位。 他在贝尔电话公司工作了16年。在担任宽频带系统研究部部 主任期间，曾主持波导及同轴电缆脉码调制传输系统规划。在担 任电视工程部主任期间，主持并参加了教育电视、共用天线电视。 无线电和电视广播以及电视电话的系统规划。1966年任杰罗尔德 电子公司主管工程的副总裁。1968年担任SCM公司研究、开发和 系统工程副总裁。1970年后任A.D.霍尔公司总裁，在远程通信方 面提供咨询服务。他是费城宾夕法尼亚大学系统工程兼职教授。 对发展系统工程有重要贡献，著有《系统工程方法论》。
第3章系统工程方法论
东方系统方法论 （ 20世纪90年代）
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3.2 霍尔方法论
知识维
自然科学 工程技术 经济学 法 律 管理科学 环境科学 计算机技术 ……
逻辑维
时间维
规划阶段 设计阶段 研制阶段 生产阶段 运行阶段 更新阶段 明 确 问 题 系 统 设 计 系 统 综 合 系 统 分 析 系 统 评 价 决 策 实 施
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结束
17
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3.6 系统论方法的要点
系统论方法的辩证法哲学基础 还原论与整体论相结合 定性描述与定量描述相结合 局部描述与整体描述相结合 确定性描述与不确定性描述相结合 系统分析与系统综合相结合
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课堂讨论——系统方法论的要点
思考下列问题 硬系统方法论的主体思路 软系统方法论与硬系统方法论的异同 综合集成方法的主要观点 物理-事理-人理方法的要点 系统论方法的要点
系统工程方法论
系统工程方法论（methodology of systems engineering）可以是哲学层次上的思维方式、思维 规律，也可以是操作层次上开展系统工程项目的一般 过程或程序，它反映了系统工程研究和解决问题的一 般规律或模式，即分析和解决系统开发、运作及管理 实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本 方法，它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法 和总体框架。
7
软系统方法论思路与工作步骤图
劣结构 问题情景 ① 实施可行 改革方案 ⑦ 可行的 改革方案 ⑥
问题情景 描述②
②和④ 比较 ⑤
相关系统 的根定义 ③
概念模型 ④
形成系统 概念④（a）
其他系统 思想④（b）
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3.4 综合集成方法论
综合集成法是以钱学森院士为代表的中国学 者的创造与贡献。综合集成研讨厅体系是综合 集成法的具体运用。钱学森院士在 20世纪80年 代初提出，将科学理论、经验知识、专家判断 力相结合，用半理论半经验的方法来处理具有 复杂行为的系统。20世纪80年代中期，在钱学 森院士指导下，系统学讨论班进行了方法论的 探讨，考察了各类复杂巨系统研究的新进展， 特别是社会系统、地理系统、人体系统和军事 系统四大类。
3、系统工程方法论
➢ 一般工程技术的“工程”概念是指把自然科学的原理 和方法应用于实践，设计和生产出有形产品的技术过 程。
➢ 系统工程的“工程”概念是指不仅包含“硬件”的设 计与制造，而且还包含与设计和制造“硬件”紧密相 关的“软件”，诸如规划、计划、方案、程序等活动 过程，所以称它是软件的工程。这样，就扩展了传统 的“工程”的含义，给系统工程赋予了新的“工程” 研究内容和方法，因此它又被称为“工程的工程”。
优化与可行的观点
▪ 这也是系统工程最有名的实用性观点。在一切活 动中，处理任何事情都期望着自己能够在众多的 方案中选优求好，甚至达到最优最好。
▪ 数学的最优解一旦付诸实际就要变成一个近似解、 可行解甚至满意解。这样，优化与可行观点也就 成了系统工程的重要思想。如今人们依靠运筹学 和管理科学得到了许多选优的数学方法，取得了 较好的效果。
▪ 正如马克思指出的，人类的一切节约归根结底都 是时间的节约。
▪ 系统工程是处处讲效率的，而要提高效率，首先 就要节省时间，注重时间的价值。
组合效应观点
▪ 效率的提高并非问题的根本所在，系统工 程的目标和本意是获取最好的效果。
➢ 所谓效果是指行动是否趋向目标和达到目标的程度。 而效率是指已经确定目标和方向后的执行情况，它主 要反映系统资源的利用程度。
③结构模型法
➢ 复杂问题可用分解方法，形成若干相关联的相对简单 的子问题，然后用网络图方法将问题直观地表示出来。
霍尔三维结构方法论小结
▪ 霍尔系统工程方法论强调明确目标，核心 内容是最优化，认为现实问题都可归纳为 工程一类的问题，应用定量分析的手段， 求得最优解。
➢ 随着实践经验不断丰富和系统工程学科的不断 发展，系统工程方法论也在不断地充实和创新。 在20世纪50一60年代期间，系统工程主要用来 寻求各种“战术”问题的最优策略，组织管理 大型工程项目等。
第二讲系统工程方法论
第二讲系统工程方法论系统工程方法论是指在系统设计和实施过程中，通过采用系统思维和系统分析的方法来解决问题和优化系统的工程方法。
系统工程方法论主要包括系统工程的基本概念、系统分析的基本方法、系统设计的基本原则和工程管理的基本技巧等内容。
系统工程方法论的基本概念主要包括系统、系统工程和系统工程学三个方面。
系统是由若干个相互关联、相互作用的组成部分构成的整体。
系统工程是解决现实世界复杂问题的一种综合学科和工程实践。
系统工程学是系统工程的理论基础和方法论体系。
系统工程方法论强调系统的整体性、综合性和一体化，同时也注重系统的动态性和非线性。
系统分析是系统工程中解决问题的关键步骤之一、系统分析是通过对问题、目标、约束和可行性等方面进行全面的调查和研究，以明确问题需求和解决方案的可行性。
系统分析的基本方法包括需求调研、问题建模、数据分析和风险评估等。
需求调研是通过与相关方进行沟通和访谈，收集并理解相关需求和期望。
问题建模是将问题抽象成数学模型或图形模型，以便于分析和解决。
数据分析是通过收集、整理和分析相关数据，从数据中发现问题的根源和解决方案。
风险评估是对可能的风险进行定量和定性的评估，以便在设计和实施过程中采取相应的措施来减少风险。
系统设计是系统工程中的另一个重要步骤。
系统设计是在系统分析的基础上，根据需求和约束条件，通过确定系统的结构、功能和行为，达到优化系统整体性能的目的。
系统设计的基本原则包括系统整体性原则、系统可行性原则和系统优化原则。
系统整体性原则是指系统设计应该从整体上考虑，避免局部优化导致整体效果不佳。
系统可行性原则是指系统设计应该在满足需求和约束条件的前提下，保证系统的可行性和可靠性。
系统优化原则是指系统设计应尽可能达到最佳的性能和效益。
在系统工程实施的过程中，工程管理是至关重要的。
工程管理是通过科学的管理方法和工具，提高工程项目的组织、计划、协调和控制能力，以保证工程项目按时、按质、按量完成。
系统工程的基本方法和方法论
系统工程的基本方法和方法论系统工程是一种全面、系统地解决复杂问题的方法和方法论。
它通过将一个大问题分解为多个较小的子问题，然后逐步解决这些子问题，最终达到解决整个问题的目标。
下面将介绍系统工程的基本方法和方法论。
首先，需求分析是系统工程的第一步，它的目的是明确问题的需求和约束条件。
需求分析包括需求收集、需求整理、需求分析和需求评估等环节。
通过需求分析，我们可以明确解决问题的目标、范围和约束条件，为下一步的系统设计提供基础。
其次，系统设计是系统工程的核心环节，它的目的是确定解决问题的方案和结构。
系统设计包括需求建模、功能拆分、模块设计、技术选型等环节。
在系统设计中，我们可以通过建立模型、进行拆分和组合等方式，来实现对解决方案的合理设计和优化。
然后，系统开发是根据系统设计方案进行软件和硬件的编码和开发。
系统开发包括软件开发、硬件开发、集成开发等环节。
在系统开发中，我们需要按照系统设计方案进行编码和开发，生成相应的软件和硬件模块。
接下来，系统集成是将各个开发好的软件和硬件模块进行组合和测试。
系统集成包括模块集成、接口测试、系统测试等环节。
通过系统集成，我们可以确保各个模块之间的互操作性和整体的正确性。
此外，测试与验证是系统工程中至关重要的一环，它的目的是验证系统的正确性和可靠性。
测试与验证包括单元测试、系统测试、性能测试、可靠性测试等环节。
通过测试与验证，我们可以发现和修复系统中存在的问题，确保系统能够按照需求和设计的要求完成工作。
最后，运维与维护是系统工程的最后一环，它的目的是确保系统的稳定运行和及时修复系统故障。
运维与维护包括系统的运行监测、故障排除和问题修复等环节。
通过运维与维护，我们可以保障系统的可用性和可靠性，提供用户满意的服务。
系统工程的方法论是指在实践中总结出来的一些指导原则和方法。
系统工程的方法论包括系统论、模型理论、风险管理、变更管理等。
系统论是系统工程的理论基础，它通过研究系统的基本原则和规律，指导系统工程的实践。
系统工程方法论的基本原理与应用：分享系统工程方法论的基本原理、流程和应用实践
系统工程方法论的基本原理与应用：分享系统工程方法论的基本原理、流程和应用实践引言系统工程是一个跨学科的领域，旨在通过系统思维和工程技术，解决复杂问题和构建高效可靠的系统。
系统工程方法论是系统工程实践的指导原则和方法体系。
本文将介绍系统工程方法论的基本原理、流程和应用实践，帮助读者了解系统工程的核心思想与方法。
什么是系统工程方法论？系统工程方法论是一种综合的方法体系，用于解决和管理复杂问题。
它综合了多个学科领域的理论和方法，并通过系统思维的方式，整合和优化各种资源和过程，以实现系统设计、开发和运营的目标。
系统工程方法论的核心原理是整体优化和综合创新，其目的是提高系统的性能、可靠性和可维护性。
系统工程方法论的基本原理1. 系统思维系统思维是系统工程方法论的基本思维方式和方法论，它强调将问题看作一个整体，而不是独立的部分。
通过系统思维，可以识别和理解系统的复杂性、关联性和动态性，以便有效地分析和解决问题。
2. 综合优化综合优化是系统工程方法论的核心原则之一。
它强调通过整合不同的资源和过程，寻求最优的解决方案。
综合优化需要考虑多个因素和目标，并通过权衡和协调，找到一个平衡的解决方案。
3. 风险管理风险管理是系统工程方法论的重要组成部分。
在系统工程中，风险是不可避免的，因为系统设计和开发涉及到多个不确定性因素。
通过风险管理，可以识别、评估和控制潜在的风险，并采取适当的措施来降低风险对系统的影响。
4. 阶段性开发阶段性开发是系统工程方法论的一项重要原则。
它将系统开发过程分为多个阶段，每个阶段都有明确的目标和交付成果。
通过阶段性开发，可以逐步完善系统，并及时发现和纠正问题，以确保系统的质量和性能。
系统工程方法论的流程系统工程方法论的实践过程可以分为以下几个关键步骤：1. 需求分析需求分析是系统工程的起点。
在这个阶段，系统工程师需要与用户和利益相关者合作，收集和整理系统的需求和期望。
通过需求分析，可以确立系统的功能、性能和约束条件，为后续的系统设计和开发做好准备。
第3章系统工程方法论
软系统方法论思路与工作步骤图
劣结构 问题情景 ① 实施可行 改革方案 ⑦ 可行的 改革方案 ⑥
问题情景 描述②
②和④ 比较 ⑤
相关系统 的根定义 ③
概念模型 ④
形成系统概念④（a）
其他系统 思想④（b）
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3.4 综合集成方法论
综合集成法是以钱学森院士为代表的中国学 者的创造与贡献。综合集成研讨厅体系是综合 集成法的具体运用。钱学森院士在 20世纪80年 代初提出，将科学理论、经验知识、专家判断 力相结合，用半理论半经验的方法来处理具有 复杂行为的系统。20世纪80年代中期，在钱学 森院士指导下，系统学讨论班进行了方法论的 探讨，考察了各类复杂巨系统研究的新进展， 特别是社会系统、地理系统、人体系统和军事 系统四大类。
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综合集成方法的主要观点
（1）定性综合集成 由不同学科、不同领域专家组成专家体系，对所研究的复杂巨系 统和复杂性问题，进行多学科交叉研究，提出经验性假设、形成定性 判断。 （2）定性定量相结合综合集成 建立数据和信息体系、指标体系、模型体系，通过系统仿真和实 验，对经验性假设的正确与否给出定量描述，增加了新的信息，这个 过程可能反复多次。 （3）从定性到定量综合集成 由专家体系对系统仿真和实验的结果进行综合集成，通过人－机 结合、反复对比、逐次逼近，直到专家们认为定量结果是可信的，也 就完成了从定性到定量综合集成。 从定性综合集成提出经验性判断，到人－机结合的定性定量相结 合综合集成得到定量描述，再到从定性到定量综合集成获得科学结论， 这就实现了从经验性的定性认识上升到科学的定量认识。
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系统思想、方法论、方法与技术关系图
影响
系统思想 指导
方法论 规范
方法 推动
技术应用
第三章 系统工程方法论
数学模型的方法
确定预测内容 准备数据资料 确定预测方法,建立数学模型 确定预测方法,
–定性预测法 –时间序列预测法 –因果关系预测法
计算预测值,分析预测误差 计算预测值,
(4)建模和预计后果
每种方案实施后都相应有一系列后果,因 此本阶段的首要工作便是确定应该预计哪 些后果?其中哪些最重要?选定后果项目 后,便可着手建立一个或多个模型预计行 动和后果指标之间的关系. 系统分析的主要模型有图形模型,分析模 型,仿真模型,博弈模型和判断模型
调查学习的基本步骤
不良结构系统现状的表述; 弄清,改善与现状有关的各种因素及其 相互关系; 建立概念模型(结构或语言描述); 改善概念模型; 将模型与问题的表述作比较; 找出可行而满意的途径和方案; 采取行动改善实际问题. 该方法的核心不是寻求最优化,而是调查 比较,从中寻找改善现存系统的途径.
一,系统工程与传统方法的区别
从前面对系统工程的介绍可以看出,系统工程实 质上是方法论的科学,它的目标是通过什么样的 方法可使系统达到最优,而方法论是把设想付诸 实现的过程.对于传统方法,它解决问题的目标 往往是单一的,比如设计一个产品或只强调成本 低或只强调性能高,而系统工程对目标的考虑需 要从系统运行的全过程即时间方面以及在每个阶 段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面,并综 合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑.
(一)霍尔(Hall)系统工程方法论 1962年贝尔公司工程师Hall总结公司开展 SE经验,写成《系统工程方法论》一书. 所谓方法论,就是把设想变为实体的具体 过程与步骤.
Hall三维结构分析
知识维
逻辑维 时间维
Hall的SE方法论:是"三维结构方法体系" 即把系统工程活动从时间上分成前后衔接 的"几个阶段";从逻辑上把每个阶段分 成几个环环紧扣的几个步骤;同时也要考 虑完成上面所说的这些阶段和步骤所需要 的各种专业和技术素养.主要靠广泛吸引 各类专业人员参加到SE活动来实现,或者 把他们的知识和建议储存到计算机中随时 备用.
《系统工程》课程教学大纲(本科)
《系统工程》课程教学大纲课程编号：11104111课程名称：系统工程英文名称：Systems Engineering课程类型：专业课学时/学分：32/2 （讲课学时：0实验学时：0上机学时：0）适用专业：工业工程-、课程性质与任务系统工程是一门横跨自然科学和社会科学的综合性学科，为工业工程专业的骨干专业课。
通过本课程的学习使学生熟悉系统的思想、观点、方法论，掌握系统模型与模型化和系统评价的方，能根据系统的观点，按照科学的步骤，综合运用系统论、管理学、运筹学、数学、计算机科学等学科的方法和技术，解决各类系统实际问题，培养学生的系统思维能力，强化系统分析原理，注重定性分析与定量分析相结合，加强实际训练，为学生后续的学习、实践及今后的工作与发展打下良好基础。
二、课程与其他课程的联系系统工程是一门综合性很强的课程，学生学习本课程前应先学习《线性代数》、《概率论与数理统计》、《运筹学》等课程；学习本课程之后，通过《项目管理》、《管理信息系统》等课程的学习，可使学生进一步巩固、提高所学知识、掌握应用的能力和技巧。
三'课程教学目标1.熟悉系统和系统工程的基本概念和基本思想，了解系统工程的应用领域、应用方法和应用前景，能应用霍尔三维结构分析一般工程系统。
（毕业要求指标点2.1、2.2）2.掌握切克兰德方法论，能有效的应用该方法论构建并不复杂的系统模型，分析社会领域一般现象与问题，并尝试提出可行的解方案。
（毕业要求指标点2.1、2.2、2.3）3.掌握结合系统分析的一般原理与步骤，能运用头脑风暴、德尔菲和奥斯本校核表法等创新思维与方案创造技术，分析解决实际问题，培养和提高理论联系实际、不断创新和组织管理与协调能力。
（毕业要求指标点6.1、6.2、9.2）4.能正确灵活应用系统观和系统工程方法分析处理问题，掌握系统模型与模型化，结合系统模型技术研究实际工程系统的模型化方法。
（毕业要求指标点4.1、4.2、4.3）5.掌握系统评价的方法，能正确应用各种方法分析、解决并不十分复杂的实际问题，为决策科学化打好必要的基础。