系统工程第4版教学课件ppt作者汪应洛西安交通大学主编第2章 系统工程方法论

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寿命周期费用
寿命周期费用（ LCC ， Life Cycle Cost ）是指装备 在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用与保障、 退役所付出的一切费用之和，亦即系统在寿命周期内， 为购置以及维持其正常运行所四节 并行工程方法学
并行工程(Concurrent Engineering，简称CE) 是美国在80年代末提出的，在计算机集成制造系统 CIMS和系统工程中发展起来的工程技术，也是美国 国防部在90年代乃至21世纪发展武器装备系统的基本 管理模式。 Winner等人对并行工程的定义： 并行工程是对产品及相关过程，包括制造过程和 支持过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法。 这种方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产 品全寿命周期即从概念形成到产品报废的所有因素， 包括质量、成本、进度和用户需求。
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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。
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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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第一节 还原论与整体论
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。
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第三节 霍尔系统工程方法的时间维

【案例】 两点之间的交通运输方式的选择 （内容略） 【案例分析】 （1）时间维：从道路“规划研究”开始…… （2）专业维：要求参加问题研究人员要有“经济学、社会学、 工程学、心理学、法学、环境科学”等方面的知识……. （3）逻辑维：按照逻辑维要求开展研究工作，具体为“明确 问题系统指标分析系统综合系统分析系统优化系 统决策系统实施”
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第一节 还原论与整体论
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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第二节 霍尔“三维结构”模型
知识维：指在完成上述各 知识维（科学技术） 阶段和各步骤所需要的各 种专业知识和管理知识。
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
问 目 综 分 案优 出决 诸实 确 择 统 统 明 选 方 作 付 系 系
间 A B C D E F 时 题 标 化 策 施 合 析
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第一节 还原论与整体论
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。
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第三节 霍尔系统工程方法的时间维
注意

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，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。
系统综合
系统分析
系统优化
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第三节 霍尔系统工程方法的时间维 霍尔系统工程方法的专业维指解决一个 系统工程问题，需要有相应专业知识。 一般来讲，进行某项系统工程研究，研 究工作者应具备法律、经济、管理科学、社 会科学、环境科学、信息技术和相应的工程 技术，才能有效地进行系统工程的研究，解 决相应的问题。
其核心内容是：强调用户需求，把用户需求转化为产品要求， 并建立交互作用、互相协调的并行研制过程，以便将产品的设计、 产品的制造过程和保障过程用系统工程方法综合在一起。
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第四节 并行工程方法学
并行工程的主要思想： (1) 约束信息的并行性：即设计时同时考虑产品生命周期的所有因素， 同时产生产品设计规格(或CAD文件)和相应的制造和支持过程计划。 (2) 功能的并行性：即产品寿命周期所涉及的各功能领域工程活动并行 交叉进行。 (3) 集成性：要求实现产品及其过程的一体化并行设计，根本在于研究 开发、产品设计、过设计、制造装配和市场的全面集成。 (4) 协同性：指多学科并行工程小组协同工作，即产品全生命周期中各 阶段不同领域技术人员(包括顾客和供应商)的全面参与和协同工作。 (5) 科学性：并行工程采用了迄今最为先进的开发工具、方法和技术， 如全面质量管理、系统工程方法、质量工程方法、计算机辅助系统等。
时 （ 维
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 ） 程 问题应遵循的一般程序。 进 间
规划阶段 方案阶段 3 研制阶段 4 生产阶段 5 运行阶段 6 G 更新阶段
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逻辑维（方法步骤）
时间维：从规划到更新，按 时间顺序排列的SE全过程。
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第三节 霍尔系统工程方法的时间维
a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 a31 a32 a33 a34 a35 a36 a37
代表一项具体的管理活动
a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47 a51 a52 a53 a54 a55 a56 a57 a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67
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第一节 还原论与整体论
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置和速度两 个基本量。这表明，在对待位置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。
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第四节 并行工程方法学
也就是把以往的那种序列化的设计→生产→ 保障 研制过程变为并行的、交互作用的综合研制过程，达 到缩短研制周期的目的。
并行工程

同时工程
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并行工程—综合研制工程
传统专业综合
综合
工程专业综合
系统
硬件 软件 人员 设施 数据
多专业综合 产品研制
并行地进行产 传统工程 综合 品传统性能、可 专业工程 生产性和 RMS 等 生产工程 特性的研制。
霍尔系统工程方法的时间维表示任何系统工程活动最先从规 划开始，从系统规划开始到系统更新共分为七个阶段，任何研究 工作都在其中的某一阶段，且每一阶段有对应的研究任务。
（1）规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出自己的设想 和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。 （2）计划阶段——根据规划阶段所提出的设计思想和初步方案， 提出具体的计划方案和选择一个最优方案。 （3）研制阶段——以计划为指南，实现系统的试制方案，并 制定生产计划。
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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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第二节 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：
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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：
1明确问题 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 逻辑维（步骤）
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 5.运行阶段 6.更新阶段
第一节 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。