第二章：系统工程方法论
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第二章 系统工程方法论
国防科技大学信息系统与管理学院
S5.NUDT
二、切克兰德的“调查学习” 法
问题及环境的 识别与表达
根底定义 比较
建立概念模型 （目标系统概念化）
满意解代替最优 解，价值观方面 的重要变化。
寻求改善途径
选择
概念模型代替 数学模型，思 路更加开阔。
设计
实施 评估
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第二章 系统工程方法论
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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。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
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2.5 预测未来环境
• 环境：决策人无法控制的自然，经济，社会和技术的未 来状况 • 预测未来环境要求有备选方案
系统工程人员要针对不同的环境，提出相应的决策
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
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调整约束 重新阐明问题
阐明问题
分析研究
评价比较
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2.2 阐明问题阶段
• 几个基本概念： 问题和解决问题（提出问题和解决问题） “硬”问题和”软”问题 决策者，提出问题者，委托人和系统工程人员
• 提出问题者——提出问题，但并不一定有明确目标
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二、切克兰德的“调查学习” 法
问题及环境的 识别与表达
根底定义 比较
建立概念模型 （目标系统概念化）
满意解代替最优 解，价值观方面 的重要变化。
寻求改善途径
选择
概念模型代替 数学模型，思 路更加开阔。
设计
实施 评估
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第二章 系统工程方法论
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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。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
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2.5 预测未来环境
• 环境：决策人无法控制的自然，经济，社会和技术的未 来状况 • 预测未来环境要求有备选方案
系统工程人员要针对不同的环境，提出相应的决策
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
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调整约束 重新阐明问题
阐明问题
分析研究
评价比较
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2.2 阐明问题阶段
• 几个基本概念： 问题和解决问题（提出问题和解决问题） “硬”问题和”软”问题 决策者，提出问题者，委托人和系统工程人员
• 提出问题者——提出问题，但并不一定有明确目标
第 2 章 系统工程
◆统计指标：可用具体公式或具体数字赋予指标值 统计指标 指标：
如：
◆工效系数指标：不可用具体公式或具体数字赋予指标值 工效系数指标 指标：
如：新型轿车的“舒适性”
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例如： 例如：
产品合格率 在校学生数 产品的舒适性 人口 教学水平 国民收入 教师比例 经济发展速度 GDP（国内生产总值） （国内生产总值） 水电气普及率
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问题：如何确定“企业生产经营”系统的边界？ 问题：如何确定“企业生产经营”系统的边界？
• 若系统性问题是“提高投入-产出率” : 产出率” 系统性问题是 提高投入 产出率 系统要素 系统要素： 要素 环境要素 系统环境要素： 系统环境要素：
• 若系统性问题是“提高企业对外竞争力” : 系统性问题是 提高企业对外竞争力” 要素： 系统要素 系统要素 系统环境要素： 环境要素 系统环境要素
问题：社会经济系统的边界如何确定？ 问题：社会经济系统的边界如何确定？ 如“企业生产经营”系统 : 企业生产经营”
对该系统有作用的要素包括： 要素包括 对该系统有作用的要素包括：---p25
—— 哪些归于系统要素？ 哪些归于系统要素 系统要素？ 哪些归于环境要素 环境要素？ 哪些归于环境要素？ 根据什么来确定? 根据什么来确定
任何工程在时间上、 任何工程在时间上、逻辑上和知识上都有一个合 理的序列，时间维、逻辑维和知识维组成了科学 理的序列，时间维、逻辑维和知识维组成了科学 组成了 活动工程结构的三维形态。 活动工程结构的三维形态。 工程结构的三维形态
5
2.1.1 Hall三维结构体系 三维结构体系 三维结构
6
(1) 时间维
问题:目标-手段考察法是如何制定方案的 考察法是如何制定方案 问题:目标-手段考察法是如何制定方案的?
系统工程导论 第二章系统工程的基础理论与方法论 第一节系统最优化理论
n 。最后，也要考虑到xij
的产品数量属性，即 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n ，因此，该运
输方案可由以下模型求解得到：
2.1 系统最优化理论
mn
min
cij xij
i 1 j 1
（2-3）
n
s.t. xij ai ,i 1, 2, m j 1 m xij bj , j 1, 2, n i 1 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n
2.1 系统最优化理论
mn
解
首先，在假设运输量为
xij
的条件下其总的运费为 i 1
j 1
cij
xij
。
其次，要考虑到从任意产地运出的量要等于该产地的产量，即
n
xij ai ,i 1, 2,
j 1
m 。第三，还要考虑到运到任意销地的量要等
m
于该销地能销出的量，即 xij bi , j 1, 2, i 1
不同的方案、设计、措施以达到最优目的。（2）目标函数，如例
2-1
中的 max
, 10x1 18x2
例
2-2
中的min
mn
cij xij
。目标函数通常是决策变
i 1 j 1
量的函数，表达了“何为最优”的准则和目标，规定了优化问题
的实际意义。
2.1 系统最优化理论
（3）约束条件，如例 2-1 和例 2-2 中由“s.t”规定的部分。 约束条件指决策变量取值时受到的各种资源和条件的限制，表 达了一种“有条件优化”的概念，通常为决策变量的等式或不 等式方程。如果决策变量的取值是连续的，且目标函数和约束 条件都是决策变量的线性函数，则称为线性规划问题。如果决 策变量的取值为整数点，则称为整数规划问题；如果部分决策 变量取值连续而其余取值为整数，则称为混合整数规划问题； 如果目标函数和约束条件中存在任何的非线性因子，则称为非 线性规划问题。
第二章系统工程方法论
第二章 系统工程方法论
第一节： 系统工程基本工作过程 第二节： 系统分析原理与应用 第三节： 创新思维与方案创造技术 第四节： 系统工程方法论的新发展
数学描述方法＋逻辑推理方法 工程技术的规范＋社会科学的艺术
系统工程方法论基本特点： • 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
(7)实施阶段, 就是将上面(6)已经确定的坝型通过施工实施到具体的地形图上去。
3 知识维
主要涉及到水利水电工建设整个过程中用到的知识面。在此初步设了二 方面的内容即合同管理和水利水电专业知识。
(1)合同管理主要指水利水电建设过程中相关部门签订相应的合同, 用 合同来约束水利水电建设各部门之间的行为, 让建设的各方明确自己 承担的责任风险。各部门要承担的风险可以用风险法理论去分析合同 在整个系统中的作用, 系统中一旦某一子系统出现问题, 责任非常明 确, 在哪一阶段出现的问题, 从上面水利水电工程系统霍尔三维结构 图可以一目了然;
4.生产阶段
a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47
5.运行阶段 代表一a项51具体a的52管理a活53动 a54 a55 a56 a57
6.更新阶段
a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67
应用——企业管理系统工程活动矩阵（框架——H；内容——C）
活动项目
逻辑 步骤
工作过程
(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。
第二章:系统工程方法论
第二节 系统分析原理及应用
1.系统分析概念
系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标 充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿 真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与 定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方 案提供决策依据的分析研究过程。
第一节： 系统工程基本工作过程 第二节： 系统分析原理与应用 第三节： 创新思维与方案创造技术 第四节： 系统工程方法论的新发展
数学描述方法＋逻辑推理方法 工程技术的规范＋社会科学的艺术
系统工程方法论基本特点： • 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
(7)实施阶段, 就是将上面(6)已经确定的坝型通过施工实施到具体的地形图上去。
3 知识维
主要涉及到水利水电工建设整个过程中用到的知识面。在此初步设了二 方面的内容即合同管理和水利水电专业知识。
(1)合同管理主要指水利水电建设过程中相关部门签订相应的合同, 用 合同来约束水利水电建设各部门之间的行为, 让建设的各方明确自己 承担的责任风险。各部门要承担的风险可以用风险法理论去分析合同 在整个系统中的作用, 系统中一旦某一子系统出现问题, 责任非常明 确, 在哪一阶段出现的问题, 从上面水利水电工程系统霍尔三维结构 图可以一目了然;
4.生产阶段
a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47
5.运行阶段 代表一a项51具体a的52管理a活53动 a54 a55 a56 a57
6.更新阶段
a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67
应用——企业管理系统工程活动矩阵（框架——H；内容——C）
活动项目
逻辑 步骤
工作过程
(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。
第二章:系统工程方法论
第二节 系统分析原理及应用
1.系统分析概念
系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标 充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿 真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与 定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方 案提供决策依据的分析研究过程。
系统工程 第2章 系统工程的基本方法和方法论
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Hale Waihona Puke 2.1.3 兰德方法论——系统分析方法论1/5
美国兰德公司（RAND Corporation）自1948年成立以后 ，主要为战后美国空军的发展战 略提供咨询服务。后来逐渐扩大 了工作范围，在长期经验积累的 基础上，创立了系统分析方法论 ，在人口、自动化技术、新式 武器系统等问题分析方面得到了很好的应用。到了1972年，在 美国、前苏联等12个国家的科学家倡导下，在奥地利拉克森堡 成立了“国际应用系统分析研究所（IIASA，International Institute for Applied Systems Analysis）”，其应用范围也随 之扩展到社会、经济、科技、生态、环境等领域。
20
钱学森
2.2.1 综合集成方法论2/2
这套方法是钱老在研究复杂 巨系统的问题时提出的。 该方法从整体的角度研究解 决问题的方法，采用人机结 合、以人为主的思维方法和 研究方式，对各个层次、不 同领域的信息和知识进行综 合集成，通过将专家经验、 统计数据和信息资料、计算 机技术三者的有机结合，来 完成从对整体的定性认识到 定量认识转变，构成一个以 人为主的高度智能的人机结 合系统，并发挥这个系统的 整体优势，去解决更多的复 杂决策问题。
8
2.1.1 霍尔方法论——硬系统方法论6/6 （3）知识维（Professions）
表明完成各个阶段和各个步骤所需的各种专业知识、技 能和技术。例如：艺术、社会科学、管理学。 一般只使用时间维和逻辑维，构成两维活动矩阵
9
2.1.2 切克兰德方法论——软系统方法论1/4
英国学者P·切克兰德(Peter Checkland)在大量实践 的基础上提出了所谓“软”系统方法论 1930年，切克兰德生于英国伯明翰， 1954年从牛津大学圣约翰学院获得化学 硕士学位，并在化工领域工作了15年， 于在60年代末加入了兰开斯特大学的系 统工程系，后担任了系统科学教授。著 有《系统论的思想与实践》等著作，他 是软系统方法论的创始人。
第二章系统工程方法论
建立模 型
将各种有关目标 和约束数据化和 规范化
协调关 系
技术协调：模型 、软件、硬件、 算法、数据
提出建 安装、调试和验
立
证
2019/12/29
选择适合的模型 尽量把领导的意 、程序和知识 图放入模型中
2019/12/29
第四阶段：生产制造阶段
根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产 出系统的零部件和所有的设备和装置；
提出系统的安装计划。 完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的
建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、 配电室以及其他各种机电设备的制造； 提出未来的安装计划； 安置库区移民。
2019/12/29
第五、六、七阶段：安装、运行、更新。
• 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，用计划评审技术（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 。
• 提出竞争方案 方案Ⅰ 由海路用油船运输原油 方案Ⅱ 用带加温系统的油管输送原油 方案Ⅲ 在原油中加入含10%-20%氯化钠的海水 方案Ⅳ 天然气转化成液态，来降低原油的熔点
• 结果 方案Ⅳ比方案Ⅲ节省一半成本
2019/12/29
3.3 软系统方法论
3.3.1软系统与硬系统
英国学者切克兰德将霍尔的系统工程方法论称 为硬系统方法论（HST/HSM），他自己提出一种 软系统方法论(SST/SSM)
2019/12/29
第二讲 系统工程方法论
2.1 引言 方法与方法论的比较
方法是用于完成一个特定目标的具体技术和工具。 方法论是进行探索的一般途径，它高于方法，是对方法 使用的指导。
2 系统工程方法论
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2.4 切克兰德的“调查学习” 法
方法步骤如下：
(1) 不良结构系统现状说明。通过调查分析，对现存的 不良结构系统的现状进行说明。 (2) 弄清关联因素。初步弄清、改善与现状有关的各种 因素及其相互关系。 (3) 建立概念模型。在不能建立数学模型的情况下，用 结构模型或语言模型来描述系统的现状。 (4) 改善概念模型。随着分析的不断深入和“学习”的 加深，进一步用更合适的模型或方法改进上述概念模型。 (5) 比较。将概念模型与现状进行比较，找出符合决策 者意图而且可行的改革途径或方案。 (6) 实施。实施提出的改革方案。
2.2 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。
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
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。
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2.6 综合集成工程
综合集成（ Meta-Synthesis ）工程 是从整体上考虑并解决复杂问题的方法论。 钱学森等人在研究解决开放的复杂巨系统 问题时，提出了“从定性到定量综合集成 方法”，这是系统工程思想的新发展。其 实质是将专家群体、数据和各种信息与计 算机仿真有机地结合，把各种学科的理论 和人的经验与知识结合起来，发挥整体优 势。
人理
人、纪律、规范的 理论 人、群体、人际关 系、智慧 应当怎样做？人文 分析 人性，有效果，尽 可能灵活 人文知识， 行为科学
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第二章 系统工程方法论
二、切克兰德方法论
• 在80年代中前期由英国兰切斯特大学P.切克兰德 教授提出的方法比较系统且具有代表性。他认为， 完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问 题或“软科学”问题，会碰到很多问题。他提出 的软系统工程方法论的主要内容和工作过程： • 认识问题 • 根底定义 • 建立概念模型 • 比较及探寻 • 选择 • 设计与实施 • 评估与反馈
霍尔三维结构
3、知识维或专业维 • 该维的内容表征从事系统工程工作所需要的知识 （如运筹学、控制论、管理科学等），也可反映 系统工程的专门应用领域（如企业管理系统工程、 社会经济系统工程、工程系统工程等）
霍尔三维结构示意图
• 霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为 现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，应用定量分析 手段，球的最优解答。该方位论具有研究方法上的整体性 （三维）、技术应用上的综合性（知识维）、组织管理上 的科学性（时间维与逻辑维）和系统工程工作的问题导向 性（逻辑维）等突出特点。
切克兰德方法论
• 切克兰德方法论的核心是“比较”与“探 寻”，它强调从“理想”模式（概念模型） 与现实状况的比较中探寻改善现状的途径， 使决策者满意（化）。
三、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，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）霍尔方法论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）前者更多地关注定量分析方法，而后者比较 强调定性与定量有机结合的基本方法。
第二章 系统工程方法论
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 系统工程的基本工作过程 系统分析原理 创新思维与方案创造技术 系统工程方法论的新发展
系统工程2
5.方案优化：寻找或生成最优的方案。
6.决策：决策者在分析、优化和评价的基础上考虑全面因素作出裁决，制定
行动方案。
7.实施计划：实施计划，不断修改、完善以上六步骤，制定下一阶段工作
计划。
3.知识维
指为完成上述各阶段、各步骤的工作所需要的 各种专业知识和技术素养。
由于系统工程是一门综合性的交叉学科，所以在上述 各阶段中，执行任何一个步骤都会涉及多种专业知识 技术。同时涉及专业也可反映系统工程的专门应用领 域。 霍尔把这些知识分为工程、医学、建筑、商业、法律、 管理、社会科学和艺术等。而实际上，从事系统工程 活动，其所需知识和记忆远不止所列的这些。
评价指标 目的—— 衡量决策者对方案后果的满意程度及目标的
实现程度。
合理性 层次性 约束条件
是对备选方案、后果和目标的限制。只有不直接或间接违反 约束条件的方案，后果和目标才能看作是可行的。 约束条件和目标的相似及差别
2.谋划备选方案
方案的提出
集体创造法、专家讨论法、头脑风暴法等
“缺点、希望点”列举法
决策者同一层次的目标往往不止一个，在资源既定情况下，如 果力争达到某个目标，那么其他目标则无法在最大程度上达到， 甚至彼此冲突。如果有两个以上目标，除非一个目标隶属于另 一个，否则这些目标之间总是彼此矛盾的。
目标冲突 例如在进行产品设计时， 可能强调的两个目标：
尽可能低的成本 尽可能高的质量
切克兰德的“调查学习”软方法的核心不是寻 求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是 “学习”，从模型和现状的比较中，探寻改善 现状的途径，使决策者满意。
1.认识问题：通过调查分析，对现存的不良结构系统（软系统）的现
状进行说明。
2.根底定义：根底定义是该方法中较具特色的阶段，其目的是弄清系
系统工程(4)
狭义解释：系统分析（SA） 系统工程（SE）
广义解释：系统分析 （SA）＝系统工程（SE）
SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。
系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分 挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、 评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量 相结合的分析，为决策者选择最优或满意的系统
霍尔系统工程方法的逻辑维是指系统工程每阶段工作所应遵从的 逻辑顺序和工作步骤。
（1）摆明问题：明确所要解决的问题及其确切要求
（2）系统设计：即确定目标及设计评价指标体系 （3）系统综合：设计能完成预定任务的系统结构，拟定政策、 活动、控制方案和整个系统的可行方案。 （4）模型化：建立分析模型，初步分析系统各种方案的特征。
系统分析（ SA ）是从运筹学（OR，Operation
Research）派生出来的，成名于美国兰德(RAND) 公司的工作。 运筹学通常用于研究现已存在的系统的运营情况， 如工厂、市场等系统的已有资源和设备的最优运营 问题。而系统分析则着重于评价和改进现有系统和 设计新系统 。
28
系统分析的概念
10
系统工程活动矩阵
运用系统工程知识，把三维结构中的七个时间 阶段和七个逻辑步骤结合起来：
逻辑维（步骤） 时间维（阶段） 1.规划阶段 2.设计阶段 3.分析阶段 4.运筹阶段 5.实施阶段 6.运行阶段 1 摆 明 问 题 2 系 统 设 计 3 系 统 综 合 4 模 型 化 5 最 优 化 6 决 策 7 实 施 计 划
建立概念模型：在弄清学校各要素作用以及相互关系的基础上，可用 一些历史数据，也可用结构模型、语言模型等对学校的现状进行描述 ，总之力图使所建立的概念模型便于比较与分析。
系统工程学课件
时 间 维
2.3.3软系统方法论
问题情景的识 别与表达 根底定义 建立概念模型 （对象系统概念化) 比较
寻找改善途径
方案选择
设计
实施
评估
图 2-2 切克兰德的“调查学习”方法论
切克兰德方法论的核心是“比较”
和“探寻”，它强调从“理想”模式( 概念模型)与现实状况的比较中，探寻
改善现状的途径，使决策者满意。
定量模型
概念模型，定性与定量相结合的 方法
2.3.5从定性到定量的综合集成法
1. 充分听取各方面有经验专家的意见与建议。 2. 在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立 模型。 3. 将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进 行运算。 4. 将运算结果与结论请专家们进行评审，充分听取专家意见， 让专家们评论，并在此基础上进行修改。 5. 根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算。 6. 将运算结果再次请专家们研究，通过与实际的情况对比分析， 修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合 理可靠，最后确定模型，给出结论。
第2章 系统工程理论——2.1 系统工程的概念及特点
2.1.1系统工程的概念
用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大 规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还 是系统的组织、经系统工程 是 组织 管理 系统 的规划 、 研究 、 设 计 、 制 造 、 试 验 和 使 用 的 科学方法 。是一种对所有系统具有
表2-3 霍尔方法论的管理矩阵
摆明问题 逻辑维(步骤) 时间维(阶段) 1 2 3 4 5 6 目标确定 提出方案 建立模型 评价决策 实施管理
规划阶段 1 设计阶段 2 研制阶段 3 生产阶段 4 运行阶段 5 更新阶段 6
2.3.3软系统方法论
问题情景的识 别与表达 根底定义 建立概念模型 （对象系统概念化) 比较
寻找改善途径
方案选择
设计
实施
评估
图 2-2 切克兰德的“调查学习”方法论
切克兰德方法论的核心是“比较”
和“探寻”，它强调从“理想”模式( 概念模型)与现实状况的比较中，探寻
改善现状的途径，使决策者满意。
定量模型
概念模型，定性与定量相结合的 方法
2.3.5从定性到定量的综合集成法
1. 充分听取各方面有经验专家的意见与建议。 2. 在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立 模型。 3. 将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进 行运算。 4. 将运算结果与结论请专家们进行评审，充分听取专家意见， 让专家们评论，并在此基础上进行修改。 5. 根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算。 6. 将运算结果再次请专家们研究，通过与实际的情况对比分析， 修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合 理可靠，最后确定模型，给出结论。
第2章 系统工程理论——2.1 系统工程的概念及特点
2.1.1系统工程的概念
用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大 规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还 是系统的组织、经系统工程 是 组织 管理 系统 的规划 、 研究 、 设 计 、 制 造 、 试 验 和 使 用 的 科学方法 。是一种对所有系统具有
表2-3 霍尔方法论的管理矩阵
摆明问题 逻辑维(步骤) 时间维(阶段) 1 2 3 4 5 6 目标确定 提出方案 建立模型 评价决策 实施管理
规划阶段 1 设计阶段 2 研制阶段 3 生产阶段 4 运行阶段 5 更新阶段 6
系统工程PPT课件
.
6
6
2.2 霍尔“三维结构” 第二章 方法论
一、概述
1969年美国贝尔电话公司工程师 霍尔（A·D·Hall）提出了系统工程 三维结构，简称为霍尔模型。
基本思想：任何复杂问题都可以 归结为工程问题来研究，它强调 明确目标，其核心思想是优化， 应用定量的手段求得最优解。
.
7
7
2.2 霍尔“三维结构” 第二章 方法论
.
16
16
2.3 切克兰德的 第二章 系统工程方法论 “调查学习”法
一、概述
切克兰德1981年提出“调查学 习”模式。
基本思想：方法的核心不是寻求 “最优化”，而是“调查、比较” 或者说是“学习”，从模型和现状 比较中，研究改善现存系统的途径。
.
17
17
2.3 切克兰德的 第二章 系统工程方法论
统的现状。
4. 改善概念模型 进一步用更合适的模型或方法改
进上述概念模型。
.
19
19
2.3 切克兰德的 第二章 系统工程方法论
“调查学习”法
二、方法步骤
5. 比较 将概念模型与现状进行比较，找
出符合决策者意图，而且可行的改革 途径或方案。
6. 实施 实施提出的改革方案。
.
20
20
2.3 切克兰德的
二、霍尔模型
模型将系统的整个管理过程分为 六个阶段（时间维）和七个步骤 （逻辑维），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（知识维）。
.
8
8
知识维
ABCD E F G
.
第二章 方法论
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
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案例——三峡工程：
第一阶段： 1919年孙中山《建国方略》：“改良此上游一段，当以水闸堰其 水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。”最早提出了建设 三峡工程的设想：利用三峡的水利资源发电
1944年美国垦务局设计总工程师萨凡奇到三峡实地勘查后，提出 了《扬子江三峡计划初步报告》，即著名的“萨凡奇计划”。
问题及其环境的 识别与表达
根底 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
满意解代替最优 7. 采取行动改善 解，价值观方面 实际问题 的重要变化。
1. 不良结构问 题提出 6. 可行满意解
现实世界
2. 问题的表示 5. 模型与问题 的比较
系统思考
3. 有关系统的 基本定义
硬系统：偏重工程、机理明显的物理型的良结构系 统，可以用较明显的数学模型描述，有较现成的定 量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。 软系统：偏重社会、机理尚不清楚的生物型的不良 结构系统，较难用数学模型描述，往往只能用半定 量、半定性的方法来处理。多为含有大量的社会、 政治、以及人为因素的问题。(专家调查法Delphi、 情景分析法scenario、冲突分析法conflict analysis)
同时，很多管理者忽视硬管理系统、有意破坏硬 管理系统，最后“自食其果”。
a) b) 硬系统：确保不出系统误差
i. ii. iii. iv. v. vi. vii. 闭环反馈 流程 激励制度 企业文化 管理者及员工素质 创新 团队精神
软系统：确保企业不断进步
第三章 系统工程方法论
第一节 系统工程基本工作过程
第三章:系统工程方法论
第二节 系统分析原理及应用
1.系统分析概念 系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标 充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿 真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与 定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方 案提供决策依据的分析研究过程。
SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。
在现代企业中有五个硬系统和五个软 系统是必须健全的。
五个硬系统：战略目标管理系统、规范化管理 系统、人力资源管理系统、市场营销管理系统、 资本运营财务系统。 五个软系统：有效沟通系统、有效授权系统、 信息管理系统、问题的分析与决策系统、企业 文化和团队建设系统。
企业管理体系中如果没有“硬系统”的存在，早 晚要出大问题，目前不出问题只是偶然。很多企业突 然间破产倒闭、很多企业高管“纷纷落马”的根本原 因是企业管理体系中没有相应的“硬管理系统”。
a13 a23 a33 a43 a63
a14 a24 a34 a44 a64
a15 a25 a35 a45 a55 a65
a16 a26 a36 a46 a56 a66
a17 a27 a37 a47 a57 a67
a51 a52 a53 a54 代表一项具体的管理活动
应用——企业管理系统工程活动矩阵（框架——H；内容——C）
逻辑维（步骤） 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
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
a11 a21 a31 a41 a61
a12 a22 a32 a42 a62
Y 系统 评价
决策 （分析
N
SA 程序图是 SA 的一般过程，也为全课程提供了 基本的逻辑框架，因而十分重要。在对其理解和应 用上应注意以下各点：
① 重视做好初步SA.5W1H(What/Why/Who/Where/When/How) 方法是做好这段工作的基本线索。 ② 在规范分析中一般需（或尽可应）建立结构模型、数学 模型或仿真模型。 ③ 每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案→非劣方 案→经排序的非劣方案（或称选择性方案）。 ④ 环境分析贯穿 SA 全过程，在 SA 中是十分重要和必不可 少的。 ⑤ 在管理应用 SA 过程中，并不一定要（或能）遍历并完 成每一个具体过程。
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，用计划评审技术（PERT）。
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。
二、切克兰德方法论 “软系统工程方法论” Soft Systems Methodology,SSM
第三阶段：1958年到1993年10月
实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的 阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。
提出实施该系统的详细的研制方案； 提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。 提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输 变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产 的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工 厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电 设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、 何时全面投产等详细的系统的实施计划。
2 逻辑维
在上述时间维的每一个阶段都有非常具体的问题需要解决, 这对于时间维上的每 一个阶段都是首先需要考虑的，下面针对时间维的第三阶段在逻辑维上展开 分析： (1)明确问题, 主要面临的是如何设计主要的水工建筑物。 (2)选定目标, 将上述问题进一步明确化, 意味着究竟选哪种坝型作为主体。 (3)方案综合, 对选定的目标进行多种方案预算, 方案综合是指对水利水电工程系 统中的水工建筑物进行设计, 这种设计要有多种方案, 包括主体坝型方案的不 同, 对各水工建筑物具体位置的确定等等。这些不同构成了设计的不同方案, 针对不同方案给出相应的工程投资。 (4)系统分析, 这个阶段主要是将水利水电工程系统中每一部分预算与整体投资预 算协调起来。 (5)方案选择, 根据上面(4)的投资情况, 初步确定比较好的几个方案。方案选择意 味着通过上面的( 3) , 对设计出的主体工程坝型初步的选定, 作为备选方案。 (6)决策阶段, 从备选方案( 5)中最后选定一种方案, 在最后需要决策的时候, 一般 是多部门协调, 检验工程是否满足稳定和应力方面的要求, 如果工程能够满足 这两方面的要求, 最后还要比较那种方案最经济, 经济的坝型结构将作为最后 坝型。 (7)实施阶段, 就是将上面(6)已经确定的坝型通过施工实施到具体的地形图上去。
一、霍尔三维结构（硬系统分析方法）
霍尔三维结构
A.D.Hall, 1969
知识维（K）
运筹学 控制论 社会科学 工程技术 ……
规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 更新阶段 摆 系 方模 最 决 实 时间维(T) 明 统 案 型 优 策 施 问 设 综化 化 计 划 题计 合
3 知识维
主要涉及到水利水电工建设整个过程中用到的知识面。在此初步设了二 方面的内容即合同管理和水利水电专业知识。 ( 1)合同管理主要指水利水电建设过程中相关部门签订相应的合同, 用合 同来约束水利水电建设各部门之间的行为, 让建设的各方明确自己承 担的责任风险。各部门要承担的风险可以用风险法理论去分析合同在 整个系统中的作用, 系统中一旦某一子系统出现问题, 责任非常明确, 在哪一阶段出现的问题, 从上面水利水电工程系统霍尔三维结构图可 以一目了然; (2)水利水电专业知识主要是指对水利水电工程勘测、规划、设计、施工 以及运行管理等相关流程的了解, 当然也包括工程验收标准等等。对 水利水电专业知识了解的越多, 整个水利水电建设过程中占有的主动 权利就越大。系统正常运行的概率也比较大。
50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室
第二阶段：
解决四个方面问题：
目标进行分解和量化； 协调目标，提出实现目标的具体的方案；
为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；
根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。
总目标：发电、防洪、供水、航运
正常蓄水位：230米、235米；坝址设在南津关
探索
A1
目标 评价
A2 A1
A2 A3 模 型 A5
效果 (＋ )
A5
(－ ) 费用
A4
A3
A4
可行方案
评价标准
系统分析概念结构图
方案排序
SA要素：
① 问题
② 目的及目标
③ 方案
④ 模型（结构、数学、仿真） ⑤ 评价 ⑥ 决策者
2．SA程序
认识 问题
探寻 目标
综合 方案
模型 化
优化或 仿真 分析
活动项目 逻辑 步骤 工作过程 1. 企业诊断与 环境分析 2. 企业发展战 略与规划 3. 产品研究与 开发管理 4. 企业经营决 策与计划 5. 生产要素的 准备及投入管 理 6. 生产过程的 组织与控制 7. 销售服务与 资金回收管理 8. 企业管理系 统更新和企业 经营环境改善 问题 现状 说明 关联 要素 分析 方向目 标及指 标设计 对象 系统 的再认识 变革 途径 探索 比较、 分析、 权衡、 评价 组织 行为 分析 实施 与 改进
逻辑维（L）
SE活动矩阵：T-L
Hale Waihona Puke 1.时间维(T)例如: 职业生涯规划 “软件开发”问题 产品的生产过程
2.逻辑维(L)
例如: “人才培养”问题
3.知识维(K)或专业维(P)
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：
水利水电工程的霍尔三维结构分析
图1 水利水电工程系统框架
图2
水利水电工程霍尔三维结构图
1 时间维
( 1)勘测阶段。勘测阶段主要是对适合修建水利水电工程地区的地质结构进行勘 探, 收集相关流域的已有的水文、气象、地质、地形资料。 (2)规划阶段。主要是根据国家及当地的国民经济现状和能力, 依据国家及地方的 有关的政策和法规, 对即将要建设的水利水电工程向政府或者相关部门提交可 行性研究报告。 (3)设计阶段。依据勘测阶段所收集的相关资料和规划阶段的可行性报告, 可以利 用现代技术方法设计水利水电工程系统, 。 (4)施工阶段。将设计图纸变为现实的过程, 这个过程又可以分得更细一点, 如施 工前期的移民工作、清理基础、施工围堰等临时工程的施工、永久性建筑物 的施工等等, 也可以据此构建一个施工阶段霍尔三维结构图。 (5)运行管理阶段。该阶段主要是针对已经建设完工的水利水电工程进行安全方 面的检测、维护及管理, 对已经正常运行的水利枢纽进行优化调度。同时也要 对水利水电工程系统运行过程中出现的新问题进行研究, 创造性地跟踪新技术、 新工艺, 提出适合中国水利水电建设的新材料、新工艺、新结构和新的设计方 法, 使得这个系统更好地发挥它对国民经济的效益。