第三讲 系统工程方法论
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第三讲 系统工程方法论
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一、霍尔结构体系 3系统综合：方案策略，对每种方案进行说明 4系统分析：比较分析各方案→建模→计算或 仿真 系统分析主要内容： 系统变量的选择：状态变量、决策变量 建模和仿真 可靠性工程
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一、霍尔结构体系
方案优化：选出待选方案集，交决策部门 最优化：单目标、多目标 优化：约束条件，最优解、满意解 线性规划、动态规划、非线性规划、 大系统理论、组合优化等
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二、切克兰德模式
切克兰德的调查学习法用概念模型代替数学模 型，使思路更为开阔；用可行满意解代替最优解是 价值观方面的重要变化。
良结构系统：指偏重工程问题、机理明显的物理 型的硬系统 不良结构系统：指偏重社会问题、机理尚不清楚 的心理和事理型的软系统 。
核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较” 或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改 善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想。 ► ◄
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一、霍尔结构体系 二) 逻辑维
每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。
• 1.明确问题 • 2.选择目标 系统分析
• 3.系统综合
• 4.系统分析 • 5.方案优化 • 6.做出决策 • 7.付诸实施 模型建立
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一、霍尔结构体系
1.明确问题：收集资料(考察、测量、调研、 需求分析、市场预测) 了解系统的环境、目的、系统的各组成部分 及其联系等。把握住问题的要害和实质，使 有关人员做到心中有数。
• 解决办法：
–建立一个没有矛盾的目标集，把引起矛盾的分 目标剔除掉。 –采用所有分目标，寻求一个能达到冲突目标得 以并存的方案。 ► ◄ ▲
利害冲突
• 例如企业在减员增效的过程中就至少有如 下两个目标：
《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。
系统工程方法论课件
• 4．生产阶段
生产或者研制、开发出系统的零部件（硬、软件）及整个系 统。
2021/2/23
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3.2 霍尔方法论
3.2.1 时间维（粗结构）
5．运行阶段
把系统安装好，完成系统的运行计划，使系统按预定目标 运行服务。
6．更新阶段
完成系统评价，在现有系统运行基础上，改进和更新系统 ，使系统更有效地工作，同时为系统进入下一个研制周期准 备条件。
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。
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3.1 概述
所谓方法论，就一般意义来说就是解决问题的辩证程序的 总体。通过这样的程序把问题可利用的技术联系起来，求得问 题的解决。
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8
3.1 概述
（6）20世纪90年代初，弗勒德和杰克逊在吸收哈贝马斯的社 会系统学说和摩根的组织理论的基础上，提出了批判系统方法 论。
（7）20世纪80年代初，针对系统研究本身缺乏系统性这一现 状，西方系统学界开始了整合方法论的研究。具有代表性的有 林斯通的多观点概念模型，沃菲尔德的互动管理，巴纳斯的（ 社会）系统设计等。
它的意义可以说是设定问题的环境，即解决问题的概念、目标 （功能目标和价值目标）、结构关系和过程、途径、方法选择 依据等。
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3.1 概述
系统方法论的演进大致经历了以下八个过程： （1）系统研究方法最早出现的是20世纪30年代末、40年代初 的运筹学方法。 （2）20世纪50年代末60年代初形成了先有古德和麦克霍尔（ 1957），后有霍尔等学者提出的系统工程方法论，1969年霍 尔提出的三维结构（时间维、逻辑维、知识维）矩阵。 （3）20世纪50年代中，美国兰德公司提出了系统分析的方法 论。
生产或者研制、开发出系统的零部件（硬、软件）及整个系 统。
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3.2 霍尔方法论
3.2.1 时间维（粗结构）
5．运行阶段
把系统安装好，完成系统的运行计划，使系统按预定目标 运行服务。
6．更新阶段
完成系统评价，在现有系统运行基础上，改进和更新系统 ，使系统更有效地工作，同时为系统进入下一个研制周期准 备条件。
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。
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3.1 概述
所谓方法论，就一般意义来说就是解决问题的辩证程序的 总体。通过这样的程序把问题可利用的技术联系起来，求得问 题的解决。
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3.1 概述
（6）20世纪90年代初，弗勒德和杰克逊在吸收哈贝马斯的社 会系统学说和摩根的组织理论的基础上，提出了批判系统方法 论。
（7）20世纪80年代初，针对系统研究本身缺乏系统性这一现 状，西方系统学界开始了整合方法论的研究。具有代表性的有 林斯通的多观点概念模型，沃菲尔德的互动管理，巴纳斯的（ 社会）系统设计等。
它的意义可以说是设定问题的环境，即解决问题的概念、目标 （功能目标和价值目标）、结构关系和过程、途径、方法选择 依据等。
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3.1 概述
系统方法论的演进大致经历了以下八个过程： （1）系统研究方法最早出现的是20世纪30年代末、40年代初 的运筹学方法。 （2）20世纪50年代末60年代初形成了先有古德和麦克霍尔（ 1957），后有霍尔等学者提出的系统工程方法论，1969年霍 尔提出的三维结构（时间维、逻辑维、知识维）矩阵。 （3）20世纪50年代中，美国兰德公司提出了系统分析的方法 论。
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
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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。
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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。
系统工程方法论
系统工程方法论系统工程方法论是一种系统化的、综合性的工程方法，旨在解决复杂系统的设计、开发和管理问题。
它涵盖了系统工程的各个阶段，从需求分析到系统测试，再到系统维护和更新。
系统工程方法论强调整体性、系统性和协同性，通过系统思维和工程方法，有效地解决了复杂系统工程中的种种挑战。
首先，系统工程方法论注重系统思维。
在系统工程中，系统思维是一种综合性的思考方式，强调整体性和相互关联性。
系统工程方法论要求工程师不仅仅关注系统的各个部分，更要关注它们之间的相互作用和影响。
通过系统思维，工程师能够更好地把握整个系统的特性和需求，从而设计出更加合理和有效的解决方案。
其次，系统工程方法论强调工程方法。
在系统工程中，各种工程方法被应用于系统的不同阶段，包括需求分析、系统设计、系统集成、系统测试等。
这些工程方法不仅包括技术手段，还包括管理手段，如项目管理、风险管理等。
系统工程方法论通过科学的、系统化的工程方法，帮助工程师更好地组织和管理复杂系统工程，确保工程的质量和进度。
此外，系统工程方法论注重协同性。
在复杂系统工程中，涉及到多个不同领域的知识和技术，需要多个团队和个体之间的协同合作。
系统工程方法论通过建立有效的沟通和协作机制，促进不同团队和个体之间的协同工作，确保系统工程的整体一致性和协同性。
总的来说，系统工程方法论是一种综合性的工程方法，它强调系统思维、工程方法和协同性，帮助工程师解决复杂系统工程中的各种挑战。
在今后的系统工程实践中，我们应该充分认识到系统工程方法论的重要性，灵活运用其中的理念和方法，不断提升系统工程的质量和效率，推动系统工程领域的发展和进步。
系统工程方法论
系统工程方法论系统工程是一种综合性的工程方法论，它将系统理论、系统分析、系统设计、系统管理等多学科知识融合在一起，以解决复杂系统问题为目标，是一种以系统为研究对象，以系统为分析对象，以系统为设计对象，以系统为管理对象的综合性学科。
系统工程方法论的提出，旨在解决传统工程方法在处理复杂系统问题时所面临的困难和不足，通过系统的思维方式和方法手段，实现对复杂系统的全面、系统性的分析和解决。
系统工程方法论的核心理念是系统思维，它要求工程师在处理问题时要从整体的角度去考虑，而不是局部的角度。
系统工程方法论强调系统的整体性、协同性和综合性，要求工程师在设计和管理系统时，要考虑系统的各个部分之间的相互关系，以及系统与外部环境的相互作用，从而实现系统的高效运行和优化管理。
系统工程方法论的应用范围非常广泛，它可以应用于各种工程领域，如航空航天、电子信息、交通运输、能源环保、军事国防等。
在航空航天领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的飞行器系统，保证飞行器的安全性和可靠性；在电子信息领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的通信系统和网络系统，保证信息的传输和交换的高效和安全；在交通运输领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的交通运输系统，提高交通运输的效率和安全性。
系统工程方法论的核心方法包括系统分析、系统建模、系统仿真、系统优化、系统集成等。
系统分析是系统工程的第一步，它要求工程师对系统的各个部分进行全面的分析，找出系统存在的问题和瓶颈；系统建模是系统工程的重要手段，它要求工程师利用数学模型和计算机模拟技术，对系统进行抽象和描述；系统仿真是系统工程的重要方法，它要求工程师利用仿真软件对系统进行模拟和验证；系统优化是系统工程的重要目标，它要求工程师找出系统的最优解，使系统达到最佳状态；系统集成是系统工程的重要环节，它要求工程师将系统的各个部分有机地结合在一起，实现系统的整体性和协同性。
3、系统工程方法论
▪ 工程概念不同
➢ 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。
➢ 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。
第三章 系统工程方法论
6. 准则：目标的具体化、S价值的量度，以评价方案优劣；
7. 结论：SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。
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二、系统分析的要素
七个要素组成的SA要素结构图
目标 A2 A1 A3 A4 A5 A2 模型 A4 效果
（＋）
A5
准则
费用
（－）
A1 A3
结论
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一、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、霍尔的三维结构（1969年提出） 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：
• 确定原则：
长远性 总体性 可行性 单义性 具体性 标准性 一致性 有序性
• 如：改善整个地区的医疗保健 改善公共交通安全状况
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• 评价指标：合理的评价指标能反映达到目标的程度。
通过设定权重变多指标为单一指标
• 约束条件：对备选方案、后果和目标的限制。
系统的模型就是对系统特征的概括和描述 模型是对系统这一实体的抽象 系统模型帮助人们对系统加深理解，进行评价、决策
• 建模技术
结构模型：描述系统结构 分析模型：理想模型 仿真模型：模仿真实对象 博弈模型：加入人的因素的模型 判断模型：讨论结果（情景分析法）
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环境的不确定性导致系统工程的“不确定性”
“情景分析”是解决环境问题的最佳方法
7. 结论：SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。
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二、系统分析的要素
七个要素组成的SA要素结构图
目标 A2 A1 A3 A4 A5 A2 模型 A4 效果
（＋）
A5
准则
费用
（－）
A1 A3
结论
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一、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、霍尔的三维结构（1969年提出） 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：
• 确定原则：
长远性 总体性 可行性 单义性 具体性 标准性 一致性 有序性
• 如：改善整个地区的医疗保健 改善公共交通安全状况
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• 评价指标：合理的评价指标能反映达到目标的程度。
通过设定权重变多指标为单一指标
• 约束条件：对备选方案、后果和目标的限制。
系统的模型就是对系统特征的概括和描述 模型是对系统这一实体的抽象 系统模型帮助人们对系统加深理解，进行评价、决策
• 建模技术
结构模型：描述系统结构 分析模型：理想模型 仿真模型：模仿真实对象 博弈模型：加入人的因素的模型 判断模型：讨论结果（情景分析法）
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环境的不确定性导致系统工程的“不确定性”
“情景分析”是解决环境问题的最佳方法
第3章 系统工程方法论
7 更新
§3.1霍尔系统工程三维结构
二维活动矩阵:
逻辑维 时间维
1 规划 2 拟定方案 4 生产 5 安装 6 运行
日本:如何打开 坤表销路？ 5 6 7
耐 用 准 确 样 式 花 色
1
问 题 阐 述
2
目 标 选 择
3 4
系 统 综 合
系 最 决 实 统 优 策 施 分 化 析
系统调查, 搜集资 3 系统研制 料和数据,弄清问题
a34
a16 a17
2 拟定方案 a21 3 系统研制 4 生产 5 安装 6 运行
a47 a53 a61
7 更新
a77
知识维
以一向量(工作阶段、 思维过程、专业知识)表示 出系统工程所处的任意位 置，就是三维空间结构作 为统工程方法论的本质
3 6
环境科学 社会科学 计算机科学 管理科学 经济 法律 工程技术
§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》。
第三章系统工程方法论
12
时间上可以交叉。研制阶段可部分进行生产，生产阶段就可部分安装， 安装阶段可部分进行运行。需寻求最佳方案，用计划协调技术 （PERT）、图解评审技术（GERT）。 主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临更加频繁和严重的 洪水问题、环境问题和资金问题。 综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。
更新阶段
时间维(T)
1) 时间维
表示系统从规划到更新，从开始→结束按时 间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期 循环过程。
规划阶段：调研、明确目标 计划阶段：比较分析方案，择优 研制阶段：实现方案，作生产计划 生产阶段：零部件→组装整个系统 安装阶段：安装、调试 运行阶段：运行 更新阶段：评价→改进和更新
两种方法轮的比较 (?)
相同点：问题导向；注重程序及阶段；… 不同点： (研究对象或应用领域、基本方法、 核心内容或关键点、反馈机制、…)
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： 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。 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。 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。
3、物理－事理－人理系统方法
物理－事理－人理系统方法（简称WSR)是中国系统工程学会 前理事长、中国科学院系统科学研究所研究员顾基发和华裔学者 朱志昌博士在1995年提出的，他们总结了国内很多系统工程的研 究与实践，分析它们成功与失败的原因，从众多的案例分析中悟 出了“关系协调”的重要性，从方法论角度提出了物理－事理－ 人理系统方法。 物理是象征本体论的客观存在，包括物质及其组织结构；阐 述自然客观现象和客观存在的定律、规则，是一种客观存在，不 以人的意志为转移。 事理是人们办成办好事情应遵循的道理、规律，帮助人们基 于客观存在有效处理事务的方法。 人理是关注、协调系统中所有团体相互之间的主观关系，包 括顾客、权力当局、组织者、专家、潜在业主、使用者、操作者、 受益和受损者；
第三章系统工程方法论
第三章系统工程方法论系统工程方法论是一种科学的方法论体系，旨在理解和解决复杂系统的设计、开发和运营过程中的问题。
系统工程方法论的核心理念是将复杂系统划分为不同的组成部分，并从整体的角度考虑系统的设计和运营。
系统工程方法论有许多不同的阶段和步骤，以下是其中的一些重要内容：首先，系统工程方法论要求对系统进行全面的分析和理解。
这包括对系统目标、需求、功能、性能和约束条件的明确和详细的定义。
通过这一步骤，系统工程师能够清楚地了解系统应该做什么，以及它需要满足哪些要求。
其次，系统工程方法论强调对系统进行综合设计。
在这一阶段，系统工程师需要将各个组成部分和子系统组合在一起，以满足系统的整体功能和性能要求。
这需要对不同组成部分的协调和集成，以确保整个系统能够正常运行。
然后，系统工程方法论要求对系统进行详细的设计和开发。
这包括对系统的各个方面进行具体的规划和实施，包括系统架构的设计、软件和硬件的开发、系统测试和验证等。
通过这一步骤，系统工程师能够确保系统能够按照预期的方式工作并满足用户的需求。
最后，系统工程方法论要求对系统进行有效的运营和维护。
这包括对系统的监控和故障排除，以确保系统能够持续地运行和提供所需的功能和性能。
此外，系统工程师还需要对系统进行定期的更新和升级，以适应不断变化的需求和技术。
系统工程方法论的主要目标是提高系统的质量和可靠性，降低系统的成本和风险。
通过将系统分解为不同的组成部分，并从整体的角度进行设计和开发，系统工程方法论可以帮助系统工程师更好地理解和解决系统的复杂性问题。
此外，系统工程方法论还可以提供一种结构化的方法来管理项目和资源，以确保项目的顺利进行和成功交付。
总之，系统工程方法论是一种重要的工程方法论，可以帮助系统工程师理解和解决复杂系统的设计、开发和运营问题。
通过全面的分析和理解、综合的设计、详细的开发和有效的运营，系统工程方法论可以提高系统的质量和可靠性，降低系统的成本和风险。
系统工程方法论的应用可以帮助组织和团队更好地管理和实施复杂系统项目，从而提高项目的成功率和效率。
系统工程：第3章系统工程方法论
第十二页，共58页。
3.2系统论方法
还原论与整体论相结合
• 系统科学是通过揭露和克服还原论的片面性和局限性而发展起来的 。 理论研究表明，随着科学越来越深入到更小尺度的微观层次，对物质 系统的认识越来越精细，但对整体的认识反而越来越模糊。现代科学 表明，许多宇宙奥秘来源于整体的涌现性。还原论无法揭示这类宇宙 奥秘，因为真正的整体涌现性在整体被分解为部分时已不复存在。而 社会实践越来越大型化、复杂化，特别是一系列全球问题的形成，也 突出强调要从整体上认识和处理问题。
第十六页，共58页。
3.2系统论方法
定性描述与定量描述相结合
• 自牛顿成功地用数学公式描述物体运动规律以来，定性 方法被当作科学性较差的、在未找到定量方法之前的一 种权宜方法。但随着系统研究的对象越来越复杂，定量 化描述的困难越来越严重。需要重新评价定性方法，反 对在系统研究中片面地追求精确化、数量化。（如评价 值）
第二十五页，共58页。
3.3 霍尔的系统工程方法论
• 是美国系统工程专家霍尔(A·D·Hall)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，如图所示。
第二页，共58页。
3.1 处理复杂系统问题的基本观点
整体观点
• 把系统内部所有要素看成一个整体，在策划最优时，子系统最 优与系统最优发生矛盾时，子系统要服从整个系统，这就是人 们常说的：“局部服从整体，地方服从中央，个人服从集体”。 反之，整个系统要对所有的子系统之间的关系进行协调，充分 发挥各子系统的能动作用
3.2系统论方法
还原论与整体论相结合
• 系统科学是通过揭露和克服还原论的片面性和局限性而发展起来的 。 理论研究表明，随着科学越来越深入到更小尺度的微观层次，对物质 系统的认识越来越精细，但对整体的认识反而越来越模糊。现代科学 表明，许多宇宙奥秘来源于整体的涌现性。还原论无法揭示这类宇宙 奥秘，因为真正的整体涌现性在整体被分解为部分时已不复存在。而 社会实践越来越大型化、复杂化，特别是一系列全球问题的形成，也 突出强调要从整体上认识和处理问题。
第十六页，共58页。
3.2系统论方法
定性描述与定量描述相结合
• 自牛顿成功地用数学公式描述物体运动规律以来，定性 方法被当作科学性较差的、在未找到定量方法之前的一 种权宜方法。但随着系统研究的对象越来越复杂，定量 化描述的困难越来越严重。需要重新评价定性方法，反 对在系统研究中片面地追求精确化、数量化。（如评价 值）
第二十五页，共58页。
3.3 霍尔的系统工程方法论
• 是美国系统工程专家霍尔(A·D·Hall)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，如图所示。
第二页，共58页。
3.1 处理复杂系统问题的基本观点
整体观点
• 把系统内部所有要素看成一个整体，在策划最优时，子系统最 优与系统最优发生矛盾时，子系统要服从整个系统，这就是人 们常说的：“局部服从整体，地方服从中央，个人服从集体”。 反之，整个系统要对所有的子系统之间的关系进行协调，充分 发挥各子系统的能动作用
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.
系统工程方法论通用课件
03
系统工程过程
系统需求分析
明确目标
确定系统的预期目标和功能，确保所有利益 相关者的需求得到满足。
需求分析
对收集的信息进行整理、分类和评估，明确 系统必须满足的条件和限制。
收集信息
通过调查、访谈和文档分析，全面了解现有 系统和用户需求。
制定需求规格书
将需求分析的结果转化为详细、准确的需求 规格书，作为后续设计和实施的依据。
系统工程的核心概念
系统
由相互关联、相互作用的元素组成的集合体。
优化
在满足一定约束条件下，寻找使某个或多个性能 指标达到最优的设计方案。
ABCD
模型
对实际系统的抽象表示，用于描述系统的结构和 行为。
协调
在系统设计和运行过程中，解决各组成部分之间 的矛盾和冲突，实现整体的最优性能。
02
系统工程方法论
案例三：企业信息化系统工程实践
总结词
集成化、标准化、可持续性
详细描述
企业信息化系统工程实践涉及企业内外部信息的收集、处理、存储和应用。通过系统工程方法论的应用，实现企 业信息化系统的集成化、标准化，确保系统的可持续性发展，提高企业的竞争力和创新能力。
案例四：城市规划系统工程实践
总结词
综合性、前瞻性、可持续性
详细描述
城市规划是一个涉及经济、社会、环境和文化等多方面的综合性系统工程。通过系统工程方法论的应 用，确保城市规划的前瞻性和可持续性，实现城市资源的优化配置和城市的可持续发展。
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一、霍尔结构体系 2.选择目标：提出目标，制定准则(标准 选择目标：提出目标，制定准则 标准 标准) 选择目标 选择目标过程一般使用价值体系方法： 选择目标过程一般使用价值体系方法：
目标制定的正确与否，关系到组织的兴衰成败。 目标制定的正确与否，关系到组织的兴衰成败。 目标正确，即使遇到暂时困难也会向好的方向转 目标正确， 目标错误，组织就会处于被动地位， 化；目标错误，组织就会处于被动地位，遭到失 败。
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一、霍尔结构体系
表3.1 霍尔管理矩阵 1 2 3 4 逻辑维(步骤 步骤) 逻辑维 步骤 明 选 系 系 确 择 统 统 时间维(阶段 阶段) 时间维 阶段 问 目 综 分 题 标 合 析 1 规划阶段 2 方案阶段 3 研制阶段 4 生产阶段 5 运行阶段 6 更新阶段 a11 a21 a31 a41 a51 a61 ▲ a12 a22 a32 a42 a52 a62 a13 a23 a33 a43 a53 a63 a14 a24 a34 a44 a54 a64 5 方 案 优 化 a15 a25 a35 a45 a55 a65 6 做 出 决 策 a16 a26 a36 a46 a56 a66 7 付 诸 实 施 a17 a27 a37 a47 a57 a67
问 题 现 状 说 明 弄 清 关 联 因 素 建 立 概 念 模 型 改 善 概 念 模 型 比 较 实 施
图3.2切克兰德的“调查学习”方法流程图 切克兰德的“调查学习” 切克兰德的
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三、综合集成法
三、综合集成工程方法学(综合集成研讨 综合集成工程方法学 综合集成研讨 厅体系) 厅体系
1.综合集成方法论的产生 综合集成方法论的产生 80年代初，钱学森提出处理复杂行为系统的定 年代初， 复杂行为系统的 年代初 钱学森提出处理复杂行为系统 量方法学。 量方法学。 80年代末，钱学森提出处理开放的复杂巨系统 年代末， 年代末 的方法论是“从定性到定量综合集成方法” 的方法论是“从定性到定量综合集成方法”。 1992年，钱学森提出从定性到定量综合集成研 年 钱学森提出从定性到定量综合集成研 讨厅体系 。
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一、霍尔结构体系
知识维 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
·
逻辑维 规划阶段 方案阶段 阶段 维 阶段 阶段 阶段 明 确 问 题 选 择 目 标 系 统 综 合 系 统 分 析 方 案 优 化 做 出 决 策 付 诸 实 施
3.1 霍尔
维结构
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一、霍尔结构体系 一) 时间维 表示系统从规划到更新，从开始→结束按时 表示系统从规划到更新，从开始 结束按时 间顺序排列的全过程， 间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周 期循环过程。 期循环过程。 1.规划阶段：调研、明确目标 规划阶段： 规划阶段 调研、 2.方案阶段 比较分析方案， 2.方案阶段：比较分析方案，择优 方案阶段： 3.研制阶段：实现方案，作生产计划 研制阶段： 研制阶段 实现方案， 4.生产阶段：零部件 组装整个系统 生产阶段： 生产阶段 零部件→组装整个系统 5.运行阶段：运行 运行阶段： 运行阶段 6.更新阶段：评价 改进和更新 更新阶段： 更新阶段 评价→改进和更新
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例子
• 二次世界大战期间，英美商船通过英吉利海峡时经常遭到德 次世界大战期间， 次世界大战期间 国飞机的袭击，为了解决这个问题， 国飞机的袭击，为了解决这个问题，研究要不要把高射炮装 在船上?有人研究这个问题时 把击落敌机率作为战略目标， 有人研究这个问题时， 在船上 有人研究这个问题时，把击落敌机率作为战略目标， 实践统计该目标价值只有4％， ％，大大低于陆地高射炮的击落 实践统计该目标价值只有 ％，大大低于陆地高射炮的击落 敌机率。认为效率太低，得不偿失。 敌机率。认为效率太低，得不偿失。但是有人提出商船装高 射炮的主要目的不是要它一定要打下多少飞机， 射炮的主要目的不是要它一定要打下多少飞机，而是为了保 护商船，应当把减少商船被击沉率做为目标。 护商船，应当把减少商船被击沉率做为目标。由于商船上的 高射炮使敌机不敢低飞，商船击沉率由25％下降到10％以下， 高射炮使敌机不敢低飞，商船击沉率由 ％下降到 ％以下， 这样装高射炮就是值得的了。当英美商船装上高射炮后，果 这样装高射炮就是值得的了。当英美商船装上高射炮后， 然减少了损失，为盟军的胜利作出了贡献。 然减少了损失，为盟军的胜利作出了贡献。
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二、切克兰德模式
切克兰德软系统方法论认为， 切克兰德软系统方法论认为，人类活动系统中的问 题不像人造系统中的问题那样是“公众的知识” 题不像人造系统中的问题那样是“公众的知识”，“什么 是问题”本身成了一个问题。因此， 是问题”本身成了一个问题。因此，硬系统方法论的第一 个阶段——摆明问题， ——摆明问题 个阶段——摆明问题，变成了有关的人对问题情境进行感 第二个阶段——确定目标，变成了定义相关系统； ——确定目标 知；第二个阶段——确定目标，变成了定义相关系统；运 用系统方法论的过程也由寻优过程变成了学习过程， 用系统方法论的过程也由寻优过程变成了学习过程，结果 是有关的人感到问题情境有所改进，而不是问题的解决。 是有关的人感到问题情境有所改进，而不是问题的解决。 切克兰德认为软系统方法论的这些特点是由于人的“ 切克兰德认为软系统方法论的这些特点是由于人的“维特 德文：世界观，价值观） 沙”（Weltanschuung 德文：世界观，价值观）的普遍存 在且不相统一造成的。 在且不相统一造成的。因此在人的活动系统中存在的问题 大多是边界模糊，难于定义，结构不良的软问题，这些问 大多是边界模糊，难于定义，结构不良的软问题， 题更应该用软系统方法论来处理， 题更应该用软系统方法论来处理，而不能应用传统的起源 于工程问题解决的思想。 于工程问题解决的思想。
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二、切克兰德模式
切克兰德的调查学习法用概念模型代替数学模 使思路更为开阔； 可行满意解代替最优解是 型，使思路更为开阔；用可行满意解代替最优解是 价值观方面的重要变化。 价值观方面的重要变化。 良结构系统：指偏重工程问题、 良结构系统：指偏重工程问题、机理明显的物理 型的硬系统 不良结构系统：指偏重社会问题、 不良结构系统：指偏重社会问题、机理尚不清楚 的心理和事理型的软系统 。 核心不是寻求“最优化” 而是“调查、比较” 核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较” 或者说是“学习” 从模型和现状比较中， 或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改 善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想。 善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想。 ► ◄
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二、切克兰德模式
不良结构 问题情景 ① 问题情景 描述 ② 实施可行 改革方案 ⑦ ②和④ 比 较 ⑤ 可行的 改革方案 ⑥
现实世界 系统思维
相关系统 的定义③ 的定义③
概念模型 ④ 形成系统 概念④ ） 概念④（a） 其他系统 思想④ 思想④（b） ）
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▲ 软系统方法论的思路和步骤
二、切克兰德模式
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一、霍尔结构体系 专业维(知识维 知识维） 三) 专业维 知识维） 专业维是指在完成上述各种步骤所需要 的各种专业知识和管理知识， 的各种专业知识和管理知识，包括基础科 工程技术、环境科学、计算机技术、 学、工程技术、环境科学、计算机技术、 数学、经济学、法律、 数学、经济学、法律、管理科学和其它相 关社会科学等 。
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一、霍尔结构体系 方案优化：选出待选方案集， 方案优化：选出待选方案集，交决策部门 最优化：单目标、 最优化：单目标、多目标 优化：约束条件，最优解、 优化：约束条件，最优解、满意解 线性规划、动态规划、非线性规划、 线性规划、动态规划、非线性规划、 大系统理论、 大系统理论、组合优化等 作出决策：不能十全十美，要考虑人、 作出决策：不能十全十美，要考虑人、社会 各种因素 付诸实施： 付诸实施：
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一、霍尔结构体系
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程 年 整个活动过程可以分为前后紧密衔接的 六个阶段 阶段， 六个阶段，每个阶段应遵循一定的思维 程序，需各种专业知识和技能的支持。 程序，需各种专业知识和技能的支持。 这构成了时间维 逻辑维和知识维的 时间维、 这构成了时间维、逻辑维和知识维的 三维空间结构” “三维空间结构”，概括了系统工程的 一般过程。 一般过程。
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一、霍尔结构体系 3系统综合：方案策略，对每种方案进行说明 系统综合：方案策略， 系统综合 4系统分析：比较分析各方案 建模 计算或 系统分析： 建模→计算或 系统分析 比较分析各方案→建模 仿真 系统分析主要内容： 系统分析主要内容： 系统变量的选择：状态变量、 系统变量的选择：状态变量、决策变量 建模和仿真 可靠性工程
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一、霍尔结构体系
例如: 例如 • “人才培养”问题 人才培养” 人才培养
• 职业生涯规划
• “游戏软件开发”问题 “游戏软件开发 游戏软件开发”
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一、霍尔结构体系 二) 逻辑维
每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。 每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。
• 1.明确问题 明确问题 • 2.选择目标 选择目标 • 3.系统综合 系统综合 • 4.系统分析 系统分析 • 5.方案优化 方案优化 • 6.做出决策 做出决策 • 7.付诸实施 付诸实施 模型建立 系统分析
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三、综合集成法 这套方法论是从整体上研究和解决复杂巨 系统问题的方法， 系统问题的方法，采取人机结合以人为主的思 维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的 维方法和研究方式，对不同层次、 信息和知识进行综合集成， 信息和知识进行综合集成，达到对整体的定性 定量认识。按照我国传统说法， 定量认识。按照我国传统说法，把一个复杂事 物的各个方面综合起来，达到对整体的认识， 物的各个方面综合起来，达到对整体的认识， 称之为“集大成”的智慧， 称之为“集大成”的智慧，所以钱学森把这个 方法称为“大成智慧工程” 方法称为“大成智慧工程”。