论系统工程方法的应用

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民 70 余年的梦想变成了现实。 中国葛洲坝集团公司是三峡工程施工主力 军, 该集团是拥有 5 万余名职工的水电产业大军, 历经 18 个春秋的艰苦奋 斗, 成功地建成了长江三峡水利枢纽的重要组成部分—— 葛洲坝水电站, 又以主人翁的姿态, 于 1992 年 11 月 12 日组织了千余名职工, 百余台 (套) 设备率先进驻三峡工地, 拉开了三峡工程前期施工准备工程建设的序幕。 到 1997 年初, 葛洲坝集团公司在三峡职工已达 14 000 人, 施工设备3 900 余台 (套) , 设备价值 14 亿多元。已完成土石方开挖 8 000 万m 3, 填筑3 000 多万m 3, 混凝土浇筑 300 多万m 3, 完成产值 40 余亿元。1997 年 11 月又胜 利实现大江截流, 完成了征服长江的伟大壮举。
第一作者简介: 屠蕴雯, 女, 1963 年 2 月生, 江苏省常州市人, 1989 年毕业于太原职工大学, 助理工程师, 山西省会计函授学校, 山西省太原市迎泽西大 街, 030024.
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屠蕴雯 论系统工程方法的应用 科技研讨
为了便于分析问题, 可将程序维和逻辑维用矩阵形式 (任何两维均可 组成矩阵) 表示如下:
逻辑维
项目
1
2
3
4
5
提出问题 指标要求 实现途径 最优选择 实施计划
指标论
1 证阶段
A 11
A 12
A 13
A 14
A 15
方案
2 阶段
A 21
A 22
A 23
A 24
A 25

初样
序3 维
阶段
A 31
A 32
A 33
1 系统工程的基本理论
( 1) 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。系统工程的基本思想, 就是用搞工程的办法搞组织管理。它以 系统为对象, 经过分析、推理、判断、综合, 建成某种系统模型, 进而以最优 化的方法, 求得系统最佳化的结果。即通过工程化的过程, 使系统达到技术 上先进、经济上合算、时间上最省、能协调运转的最佳效果。
A 34
A 35
Fra Baidu bibliotek试样
4 阶段
A 41
A 42
A 43
A 44
A 45
定型
5 阶段
A 51
A 52
A 53
A 54
A 55
每个矩阵块代表一组活动, 如A 44代表在试样阶段进行最优选择的内 容, A 32代表初样阶段的指标要求等。 掌握了这种结构形式, 就可以根据工 程系统或分系统配套设备研制各不同阶段, 通过矩阵和线性方程组的运 算, 选择计算最佳值, 制定出研制计划。 2. 2 三维模式的分析应用
(2) 系统工程已渗透到科学界、经济界及整个科学技术领域, 包括自然 科学、社会科学、系统科学、思维科学和人体科学等部门。 我国著名科学家 钱学森指出, 目前系统工程的专业已有工程系统工程; 科研系统工程; 企业 系统工程; 信息系统工程; 军事系统工程; 经济系统工程; 环境系统工程; 教 育系统工程; 社会系统工程; 计量系统工程; 标准系统工程; 农业系统工程; 行政系统工程; 法治系统工程共 14 类。 对应的专业特有学科有工程设计、 科学学、生产力经济学、信息学、情报学、军事科学、政治经济学、环境科学、 教育学、社会学、未来学、计量学、标准学、农事学、行政学、法学。
运用系统工程理论和方法制定工程系统研制综合计划的模式。 将综合计划指标作为目标函数 (数学形式描述的最优要求) , 而把本年 度计划完成情况、科研经费、物资器材、外部协作项目落实情况及本部门技 术实力等作为约束条件 (用数学式描述的限制条件, 必须满足这些条件才 能真正解决问题) , 则列出下列表达式: Y = f (X 1, X 2, ……, X n) 式中: Y 为综合计划指标, X 1, X 2, ……, X n 为本年度计划完成情况、科 研经费、物资器材等落实情况。制定综合计划, 就是要在目标函数与各种约 束条件之间进行综合平衡, 用规则论的方法, 在已知条件下, 使目标函数达 到综合最佳。 2. 1 系统工程三维结构模式 根据系统工程的有关理论, 参考A ·D ·H all 博士首创的系统工程三 维结构模式, 即程序维、逻辑维、条件维。 此模式能使应用单位领导和管理 干部清楚地看出工程系统研制的基本步骤, 及每一阶段所要进行的作业, 使他们能及时抓住关键, 确保整个系统研制有机地深入下去。 三维结构模 式内容如下: 程序维, 即全过程管理的工程系统研制程序各阶段。 它包括指标论证 阶段、方案阶段、初样阶段、试样阶段、定型阶段。 逻辑维, 指工程系统或分系统项目每一阶段所需实施步骤。 它包括提 出问题、指标要求、实现途径、最优选择、实施计划。 根据所选取的最优方 案, 制定出具体实施计划。 条件维, 指完成各阶段任务所必须保证的条件。它包括组织计划 (包括 规划、计划、调度、协调、指导、控制和监督等一系列的经营管理活动)、情报 资料 (包括图书、文献、资料等, 这对科研工作是十分重要的保证条件)、物 资保障 (包括通讯器材、关键器材和新型元器件、原材料等物资的计划供应 工作)、技术措施 (包括实验室建设, 有关质量、标准化、通用化、系统化和安 全等技术性措施)、仪器设备 (包括仪器仪表、测试设备的购置、检定和维修 等保障措施)。
系统方法也涉及到哲学方法、一般科学方法 (数学方法、控制论方法、 信息论方法等)、专门科学方法 (如在天文学中利用天体光谱线的红移来测 定天体在视线方向的运动速度; 在地质学中利用古生物化石来确定地层的 相对年代等)。
系统方法在运用中, 也需要用量化的概念去研究系统, 才能准确、信服 地说明它的本质和规律。 故也涉及到许多数学知识, 如集合论、概率论、线 性代数、模糊数学等。
成立三峡施工指挥部, 构筑组织指挥系统模式。 葛洲坝集团公司在三峡工程施工中成立了指挥部, 代表葛洲坝集团公 司全面负责三峡工程的招投标及施工项目管理, 为一级管理单位, 集团所 属各有关单位也相应成立二级管理单位——施工指挥部, 现场施工管理也 相应建立三级施工管理指挥部, 从而形成了“三级管理, 两级核算”体系的 运行机制, 以适应集中指挥, 统一调度, 集中力量打攻坚战。 管理层与作业 层实行相对分离。三峡指挥系统管理人员仅占职工总数的 2. 4% , 从而构成 了三峡工程项目管理精干高效的组织指挥系统, 为保证三峡工程实现高质 量大江截流提供了有效的组织保障系统。 3. 3 三峡工程实际效果 三峡工程运用系统工程技术方法后的实际效果可用下列几句话加以 概括: 一是所有主体工程施工满足要求, 关键项目施工均有提前; 二是工程 质量满足设计要求, 达国家标准; 三是工程投资控制在工程概算之内, 并有 节余; 四是三峡一、二期工程的胜利完工为以后各期工程奠定了坚实的基 础。 三峡工程系统管理的实践和经验表明, 采用矩阵制管理模式是一种十 分有效的系统运作体系, 能适应工程建设需要、效率高、节约时间和资金、 信息畅通、指挥灵, 并能保证工程质量, 按期或提前完成工程进度。 三峡工程项目建设及其应用系统工程技术方法的成功, 是我国水电史 上光辉的篇章, 也是我国系统工程发展的新的里程碑。 我们要大力宣传学习、应用系统工程方法, 让它在各个领域开花结果, 提高经济效益, 为实现国家“十五”发展计划做出贡献。 (下转第 65 页)
据中国葛洲坝集团公司周厚贵老总介绍, 三峡工程是当今世界规模最 宏伟浩大的工程建设项目, 其特点主要是: 项目管理系统庞大; 项目管理系 统的组成元素复杂而且动态多变; 工程施工系统专业多、难度大、技术复 杂。 3. 2 三峡工程管理模式
葛洲坝集团公司为创立“主力军”地位, 在强手林立的三峡工程施工 中, 果断采用“三高一流”的标准完成每一项工程, 开始采用系统工程—— 项目法施工管理的方法。葛洲坝集团公司面对三峡右岸一期导流明渠及混 凝土纵向围堰、茅坪溪泄水建筑物、右岸临时船闸及船机、下流引航道以及 大江截流与二期围堰施工等一批施工难度大、工期紧的项目, 集团公司根 据系统工程的观点和 10 多年项目法施工的经验, 创建了独具特色的三峡 工程施工项目系统管理模式。
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符合逻辑, 目标明确, 有利实施, 提高工作效率和经济效益。 随着社会的不断发展, 系统工程已越来越多地被应用, 应用的领域越
来越广, 所以我们更要努力地使系统工程方法不断地趋于完善, 使它能在 所涉及的范围内发挥更大的作用。
3 三峡工程施工项目系统工程管理实例
3. 1 三峡工程概况 全国人大七届五次会议通过《关于兴建长江三峡工程议案》, 使中国人
科技情报开发与经济 SC I T ECH IN FO RM A T ION D EV ELO PM EN T & ECONOM Y 2001 年 第 11 卷 第 6 期
文章编号: 1005—6033 (2001) 06- 0061- 02
收稿日期: 2001—09—19
论系统工程方法的应用
屠蕴雯
摘 要: 阐明了系统工程的基本理论, 论述了工程方法在科学研究中的地位和功 能, 介绍了三维结构模式的内容和应用; 还以三峡工程施工项目管理为例介绍了 系统工程方法的实际应用。 关键词: 工程管理; 系统工程方法; 三维结构模式 中图分类号: N 945 文献标识码: A
般科学方法及专门科学方法。 系统方法在方法论体系中的地位是明确的, 它列入第二层次, 发挥一般科学方法的功能。
系统方法一端与哲学方法——辩证法直接衔接, 另一端又与其他科学 方法紧密结合, 它在促进科学方法论知识的整体化, 在加强哲学与自然科 学、技术科学、社会科学的联系方面, 正在发挥重要的作用。
(3) 系统工程包含着深刻的社会性, 涉及组织、政策、管理、教育等上层 建筑因素。
(4) 系统工程的精华在于它是软技术, 即在科学技术领域, 由重视有形 产品转向更加重视无形产品带来的效益。
(5) 系统工程是随着解决各类综合性很高的复杂任务发展起来的。 20 世纪 40 年代, 美国研制原子弹的曼哈顿计划, 是系统工程方法成功的实 践。60 年代, 美国阿波罗登月计划的实现, 就是运用了系统工程而获得成功 的。在飞船即将着陆的最后一瞬间, 飞船内电子计算机失灵, 休斯顿地面控 制中心的技术人员及时发出了着陆指令, 飞船才顺利完成登月任务。 阿波 罗登月计划全面贯彻了系统工程技术, 充分体现了总体最优化的精神。 我 国在世界有名的三峡工程和特别行政区香港大屿岛机场工程中也都应用 了系统工程技术, 都获得很好的工作效率和显著的经济效益。 改革开放 20 多年来, 在研究和实践应用系统工程技术过程中, 逐步形成了一支具有相 当规模的、高水平的同时又具有中国特点的系统工程和系统科学研究队 伍。
2 系统方法的地位和功能
系统方法广泛适用于科学研究的各个环节, 贯穿于科学研究的全过 程。现今许多传统的研究方法, 正在受到或将受到系统方法的挑战和洗礼, 从而面目一新, 工效倍增。 系统方法是哲学方法和其他科学研究方法之间 的中介环节, 是唯物辩证法的具体化和实际运用。
随着现代化发展和方法论研究的深入, 现代方法论知识形成一个层次 分明的体系。目前, 科学方法论体系, 一般可分为 3 个层次: 即哲学方法、一
现以欧洲共同体某航天飞行器结构处于初样阶段为例, 按前述三维模 式进行分析。 2. 2. 1 提出问题
(1) 初样设计的技术指标是否应予明确? (2) 低温研究课题未完, 预研结果没有提供, 是否影响开展初样设计? (3) 初样试验点或试验设备是否落实? (4) 局部绝热设计的分工有哪些问题还不明确? (5) 贮箱、壳段、管道和仪器电缆安装设计, 还有哪些条件不具备? 分工 是否明确? 哪些具体设计项目未落实到人? (6) 具体的研制设计如何安排? 2. 2. 2 指标要求 (1) 根据系统总体对结构初样研制的技术要求, 哪些指标能达到, 哪些 指标达不到, 最后如何确定下来; (2) 根据工作量和任务性质, 确定结构各部、组件设计需要的人数; (3) 明确技术关键, 关键原材料, 提出指标要求; (4) 针对“提出问题”的前 5 项进行分析, 并提出解决办法和要求; (5) 确定完成初样结构设计的时间。 2. 2. 3 实现途径 (1) 技术指标明确者, 组织技术协调后, 尽快下达任务书; (2) 按专业分工原则, 召开会议明确局部绝热研制设计分工; (3) 组织物资部门落实关键原材料、元器件提供单位和数量; (4) 报请上级尽快安排落实低温结构、试件的试验点, 并尽快提出试验 任务书; (5) 派人到协作单位催取课题预研结果; (6) 根据总进度要求, 由科技管理部门会同研究室落实任务项目承担 人, 制定详细进度计划, 并提出器材清单。 2. 2. 4 最优选择 (1) 试件是选用缩比箱进行低温试验, 还是直接用 1∶1 的试件进行试 验的? (2) 贮箱低温强度静力试验在甲地区做好, 还是在乙地区做好? (3) 人员安排上, 仍以原研制技术队伍为主, 以保持稳定性、继承性。 2. 2. 5 实施计划 有了以上思路, 并在此基础上再进一步通过计算、财务、器材等业务部 门进行综合协调, 就可以制定出具体实施计划, 安排落实各方面的工作并 组织实施。 按照三维模式和矩阵排列进行工程系统研制过程的系统分析和系统 综合而制定出来的研制计划, 其优越性是: 全面完整, 免于漏项, 遵守规律,
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