第2章系统工程方法论
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第二讲 系统工程方法论
15
霍 尔 三 维 结 构
第一节 系统工程方法论
逻辑维
(1)明确问题。研究人员首先明确的是两点之间随着社会经济的
发展，其交通运输在近期、中期、远期的需求量，以及需求量
霍 尔 三 维 结 构
的变化趋势；其次要了解国内外交通运输方式的发展趋势以及
不同运输方式的优缺点；了解广大人民喜欢的运输方式和决策 者的偏好，了解他们对两点之间运输方式选择的看法。明确适 度超前、安全、经济是不同运输方式选择的前提条件。 (2)系统设计。研究人员要从人民对交通运输的期望入手，构造
9
第一节 系统工程方法论
霍尔三维结构
霍尔管理矩阵
该矩阵为具体方法，一般
只是用时间维和逻辑维，构 成活动矩阵。 矩阵要素可表示处在该阶 段和该步骤的唯一行为。
10
第一节 系统工程方法论
应 用 企 业 管 理 系 统 工 程 活 动 矩 阵
11
——
第一节 系统工程方法论
基于 “三维结构”模型的系统工程的过程
19
第一节 系统工程方法论
霍 尔 三 维 结 构
三峡工程（HALL：时间维）
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。
霍 尔 三 维 结 构
第一节 系统工程方法论
逻辑维
(1)明确问题。研究人员首先明确的是两点之间随着社会经济的
发展，其交通运输在近期、中期、远期的需求量，以及需求量
霍 尔 三 维 结 构
的变化趋势；其次要了解国内外交通运输方式的发展趋势以及
不同运输方式的优缺点；了解广大人民喜欢的运输方式和决策 者的偏好，了解他们对两点之间运输方式选择的看法。明确适 度超前、安全、经济是不同运输方式选择的前提条件。 (2)系统设计。研究人员要从人民对交通运输的期望入手，构造
9
第一节 系统工程方法论
霍尔三维结构
霍尔管理矩阵
该矩阵为具体方法，一般
只是用时间维和逻辑维，构 成活动矩阵。 矩阵要素可表示处在该阶 段和该步骤的唯一行为。
10
第一节 系统工程方法论
应 用 企 业 管 理 系 统 工 程 活 动 矩 阵
11
——
第一节 系统工程方法论
基于 “三维结构”模型的系统工程的过程
19
第一节 系统工程方法论
霍 尔 三 维 结 构
三峡工程（HALL：时间维）
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。
第二章系统工程方法论课件
化以及人们价值观念的变化，选优的标准也在发展变化。
❖ 发展观点倡导人们应从系统演化角度去看待事物，从环境
变化、价值观念变化角度去看待事物；其次，系统发展的
阶段性、渐变性为研究系统方法提供了方便，即可以用静
态方法处理某些动态问题。
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
物理系统 为和最佳结果
型主要适用于此
不良 偏重社会、较难用数学模型描述，因其加入
结构 机理尚不 了人的直觉和判 断，往往只能用
系统 清楚的生 半定量、半定性或者只能用定性
物型的软 的方法来处理问题，这类系统难
系统
以观测，边界模糊，目标不定
用“软方法”求出
可行的满意解，常
用德尔菲法、 情
景分析法、冲突分
和。
处理复杂系统问题的基本观点
❖整体观点
❖整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体。
❖（1）策划最优时，如果子系统最优与整体系统最
优发生矛盾，子系统要服从整体；
❖（2）整个系统要协调各子系统之间的关系，充分
发挥各子系统的能动作用；
❖（3）考虑环境的制约作用，必须使环境受益。
处理复杂系统问题的基本观点
如工程系统、人造系统和人为系统，这类系统结构清楚，
概念明确，易定量化、模型化。
霍尔系统工程方法
专业维（知识）
工程技术
霍尔的三维结构模型将SE的
整个管理过程分为七个阶段
和七个步骤，并考虑为完成
这些阶段和步骤的工作所需
的各种专业管理知识。
信息技术
环境科学
社会科学
管理科学
经济
法律
逻辑维（步骤）
1
❖ 发展观点倡导人们应从系统演化角度去看待事物，从环境
变化、价值观念变化角度去看待事物；其次，系统发展的
阶段性、渐变性为研究系统方法提供了方便，即可以用静
态方法处理某些动态问题。
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
物理系统 为和最佳结果
型主要适用于此
不良 偏重社会、较难用数学模型描述，因其加入
结构 机理尚不 了人的直觉和判 断，往往只能用
系统 清楚的生 半定量、半定性或者只能用定性
物型的软 的方法来处理问题，这类系统难
系统
以观测，边界模糊，目标不定
用“软方法”求出
可行的满意解，常
用德尔菲法、 情
景分析法、冲突分
和。
处理复杂系统问题的基本观点
❖整体观点
❖整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体。
❖（1）策划最优时，如果子系统最优与整体系统最
优发生矛盾，子系统要服从整体；
❖（2）整个系统要协调各子系统之间的关系，充分
发挥各子系统的能动作用；
❖（3）考虑环境的制约作用，必须使环境受益。
处理复杂系统问题的基本观点
如工程系统、人造系统和人为系统，这类系统结构清楚，
概念明确，易定量化、模型化。
霍尔系统工程方法
专业维（知识）
工程技术
霍尔的三维结构模型将SE的
整个管理过程分为七个阶段
和七个步骤，并考虑为完成
这些阶段和步骤的工作所需
的各种专业管理知识。
信息技术
环境科学
社会科学
管理科学
经济
法律
逻辑维（步骤）
1
第二章：系统工程方法论2008.3.31
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： (1)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。 (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 。
切克兰德方法论 “软系统工程方法论”
切克兰德方法论
对问题的情景加以考虑 描述问题情景 根定义 建立概念模型 比较，修正模型 提出必要而又可能的方案 实现上述改革方案，得到新的情景
问题及其环境的 识别与表达
根 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
根定义涉及的问题
霍尔系统工程方法的逻辑维
(1)明确问题——首先要明确要解决的问题，即明确要解决什么问题。 为了了解研究的问题，研究者要尽量全面地收集和提供解决问题的历 史、现状以及发展方面的资料和数据，对每一阶段研究的问题要与决 策者沟通，明确决策者的意图，或通过某种手段、方法，明确所研究 的问题。在明确问题的过程中，研究人员要注重环境方面的调查．因 为新系统与所在的环境密切相关，这里的环境包括物理环境、技术环 境、社会环境、经济环境等。 (2)确定目标(系统指标设计)——系统目标是系统工程活动关注的重 点，确定系统目标是系统工程活动的关键环节。系统问题往往具有多 目标(指标)，在明确研究问题的基础上，应提出系统目标或目标体系， 确定达到目标的程度标准，以此衡量方案的优劣。在确定目标和指标 时要有系统的观点，如整体现点、发展观点，还要考虑操作的可行性； 其次，目标一般应包含经济、社会、环境、技术等方面的内容。当目 标体系中各指标发生矛盾时，可采用折衷兼顾的方法或剔除次要目标。 (3)系统综合(形成系统方案)——系统综合是一个创造性过程，需要 决策者、分析者共同努力。可根据问题的性质、目标、环境、条件等， 运用各种创造性方法，引导系统相关人员提出若干可能的方案，且对 每一方案进行必要的说明。
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。
第2章 系统工程方法论
（2）请各方面有关专家对系统进行分析研究，明确问题的症结 所在，对系统做定性判断，确定系统建模思想；
（3）以经验假设为前提，对系统进行定量表示，建立数学模型；
（4）把与数学模型有关的数据、信息输入计算机，对系统做仿 真模拟试验，获得系统的定量数据资料；
（5）组织专家群体对仿真结果进行分析评价、检验； （6）依据专家们的新见解、新判断，对系统模型做出修改，然 后再仿真，再分析评价，如此反复循环，直到结果符合实际系统 的理论描述。
装修系统霍尔三维结构
（二）装修三维图中的逻辑维： 7．设计设施：具体到装修施工的实践中 如：买回来砖以后，就可以铺砖了。（A47） 上述只是以瓷砖为例来说明逻辑维的各个阶段。其他装修 主材料的购置过程也是如此。不管我们有意识还是无意识，都 要经历这个过程。
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 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。
的关系问题,实现1+1>2。
15
第二节
综合集成工程
“方法论层次”上的综合集成要点：
（1）直接诉诸实践经验，特别是专家的经验、感受 和判断力，把这些经验，知识和现代科学提供的理论 知识结合起来。 （2）通过建模、计算把这些定性知识和各种观测数 据、统计资料结合起来，使局部性的知识达到整体定 量的认识。
9
第一节
还原论与整体论
复杂科学彻底动摇了还原论：混 沌理论推动了复杂科学的诞生，排除 了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。 因此，复杂科学的问世彻底动摇了还 原论——能用还原论近似描述的仅仅 是我们世界的很小的一部分。
系统工程方法论资料重点
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
21世纪高等院校教材 工业工程系列
系统工程概论
主讲教师：周志华 电话：13786244515
2020/10/24
11
第2章 系统工程方法论
§2.1 系统分析方法论
------------兰德公司为代表
§2.2 霍尔(Hall)的硬系统工程方法论 §2.3 Chekland软系统工程方法论 §2.4 综合集成方法论
一、霍尔结构体系
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整 个活动过程可以分为前后紧密衔接的六个阶段， 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。这构成了时间维、逻辑维 和知识维的“三维空间结构”，概括了系统工 程的一般过程。
2020/10/24
1100
知识维：指在完成上述各 知识维（K）阶段和各步骤所需要的知
确定择目标：提出目标，制定准则(标准)
选择目标过程一般使用价值体系方法： ❖ 效用理论 ❖ 费用—效益分析：经济系统 ❖ 风险估计 ❖ 价值工程
系统方案综合：方案策略，对每种方案进行说明 系统分析：系统分比较分析各方案→建模→计算或仿真
2020/10/24
1144
§2.2 Hall的硬系统工程方法论
2020/10/24
1122
§2.2 Hall的硬系统工程方法论
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。
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。
2020/10/24
1133
§2.2 Hall的硬系统工程方法论
识和专业技术。 运筹学 控制论 社会科学 工程技术 医药卫生
21世纪高等院校教材 工业工程系列
系统工程概论
主讲教师：周志华 电话：13786244515
2020/10/24
11
第2章 系统工程方法论
§2.1 系统分析方法论
------------兰德公司为代表
§2.2 霍尔(Hall)的硬系统工程方法论 §2.3 Chekland软系统工程方法论 §2.4 综合集成方法论
一、霍尔结构体系
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整 个活动过程可以分为前后紧密衔接的六个阶段， 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。这构成了时间维、逻辑维 和知识维的“三维空间结构”，概括了系统工 程的一般过程。
2020/10/24
1100
知识维：指在完成上述各 知识维（K）阶段和各步骤所需要的知
确定择目标：提出目标，制定准则(标准)
选择目标过程一般使用价值体系方法： ❖ 效用理论 ❖ 费用—效益分析：经济系统 ❖ 风险估计 ❖ 价值工程
系统方案综合：方案策略，对每种方案进行说明 系统分析：系统分比较分析各方案→建模→计算或仿真
2020/10/24
1144
§2.2 Hall的硬系统工程方法论
2020/10/24
1122
§2.2 Hall的硬系统工程方法论
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。
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。
2020/10/24
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§2.2 Hall的硬系统工程方法论
识和专业技术。 运筹学 控制论 社会科学 工程技术 医药卫生
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
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。
第2章系统工程方法论PPT课件
5
SE基本工作过程（霍尔方法论）
知识维（K）
时间维(T)
运筹学 控制论 社会科学 工程技术
……
逻辑维（L）
规划阶段 设计阶段：拟定方案阶段 分析阶段
运筹阶段
系统实施阶段
运行阶段
更新阶段
摆 系方 系 最 决 实
明 统案 统 优 策 施
问 设综 分 化
计
题 计合 析
划
霍尔三维结构
6
霍尔方法论
一) 时间维
每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。
１．摆明问题——需要分析研究系统的结构、有关人 员的价值观念、约束条件、备选方案的选取、方案实施后 果以及人们对方案实施后果的反应。
（1）问题剖析报告（包括问题性质和问题条件 ） （2）阶段结束报告（包括问题的由来和背景 、问
题的重要性 、可能采取行动的组织和个人 、 利益相关的组织和人员 、问题的目标 、评价 指标 、约束条件 ）
a16
a17
a27
17
系统工程的神羊角模型
物质
信息 （输入）
能量a1Βιβλιοθήκη a16a17aa1143aa2423aa3433a43a53 a12 a22 a32 a11 a21 a31
产生理想的系统 （输出）
1
2 3 45 6 7
规 设 分 运实运 更 划 计 析 筹施行 新 阶 阶 或 或或阶 阶 段 段 研 生安段 段
3
2.1 系统工程基本工作过程
4
一、霍尔三维结构
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整个 活动过程可以分为前后紧密衔接的七个阶段，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。这构成了时间维、逻辑维和知识 维的“三维空间结构”，概括了系统工程的一般 过程。
SE基本工作过程（霍尔方法论）
知识维（K）
时间维(T)
运筹学 控制论 社会科学 工程技术
……
逻辑维（L）
规划阶段 设计阶段：拟定方案阶段 分析阶段
运筹阶段
系统实施阶段
运行阶段
更新阶段
摆 系方 系 最 决 实
明 统案 统 优 策 施
问 设综 分 化
计
题 计合 析
划
霍尔三维结构
6
霍尔方法论
一) 时间维
每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。
１．摆明问题——需要分析研究系统的结构、有关人 员的价值观念、约束条件、备选方案的选取、方案实施后 果以及人们对方案实施后果的反应。
（1）问题剖析报告（包括问题性质和问题条件 ） （2）阶段结束报告（包括问题的由来和背景 、问
题的重要性 、可能采取行动的组织和个人 、 利益相关的组织和人员 、问题的目标 、评价 指标 、约束条件 ）
a16
a17
a27
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系统工程的神羊角模型
物质
信息 （输入）
能量a1Βιβλιοθήκη a16a17aa1143aa2423aa3433a43a53 a12 a22 a32 a11 a21 a31
产生理想的系统 （输出）
1
2 3 45 6 7
规 设 分 运实运 更 划 计 析 筹施行 新 阶 阶 或 或或阶 阶 段 段 研 生安段 段
3
2.1 系统工程基本工作过程
4
一、霍尔三维结构
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整个 活动过程可以分为前后紧密衔接的七个阶段，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。这构成了时间维、逻辑维和知识 维的“三维空间结构”，概括了系统工程的一般 过程。
2系统工程方法论
逻辑维指每个阶段所要进行的工作步骤，是运用系统工程方 法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序。
（1）明确问题——首先要明确要解决的问题，即明确要解 决什么问题。 （2）确定目标——系统指标设计。
（3）系统综合——形成系统方案。
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（4）系统分析——应用系统工程技术，对每一个系统方案 进行比较、分析、计算。 （5）系统优化——寻找满足约束条件的最优方案。 （6）系统决策——确定最佳方案。 （7）系统实施——方案实施。
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2.3.3
霍尔系统工程方法的专业维（知识维）
专业维指解决一个系统工程问题，需要有相应的专业知识。
运用系统工程知识，把6个时间阶段和7个逻辑步骤结合起 来，便形成所谓霍尔管理矩阵。
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2.3.4 霍尔管理矩阵
• 把时间维和逻辑维结合起来，形成二维矩阵。
1.明确问题 1.规划阶段 2.方案阶段 3.研制阶段 4.生产阶段 a11 a21 a31 a41 a33 a45 代表一项具体的管理活动 a67 2.确定目标 a12 3.系统综合 4.系统分析 5.系统优化 6.系统决策 7.系统实施 a17
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1、铁路运输 铁路能提供长距离大宗商品的低成本、低能源运输，且能 运输至少一整车皮的批量货物，其运输的经济里程一般在200公 里以上。铁路运输的优点有： ①运输速度快，时速可达350公里；②运输能力较大；③运输连 续性强；④轨道运输的安全性能高；⑤通用性能好；⑥运输成 本较低；⑦能耗低。 其缺点是： ①建设周期较长，占地也多；②运能紧张；③近距离的运费较 高；④中途停留时间较长；⑤装卸次数较多，货物损失事故多。 综上，它主要适用于以下作业： ①大宗低值货物的中、长距离运输，也较适合运输散装、 罐装货物； ②适于大量货物一次高效率运输。
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3．系统综合
系统综合即方案策略，对每种方案进行说 明，并在给定条件下，找出达到预期目标的手 段或系统结构。 系统综合的过程要反复多次，直到形成系 统方案。初次的系统综合往往是按问题的性质、 目标、环境、条件拟定若干可能的粗略的备选 方案。系统综合则是建立在阐明问题与确定目 标的分析基础之上的，同时又为后面的系统分 析提供基础。
霍尔方法论——活动矩阵
逻辑步骤 1.摆明问题 时间阶段 1.规划阶段 2.设计阶段（拟定方案） 3.分析或研制阶段 4.运筹或生产阶段 5.系统实施或安装阶段 6.运行阶段 7.更新阶段 …… aij a11 a21 a12 a22 a13 a14 …… a15 a16 a17 a27 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
每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。 １．摆明问题——需要分析研究系统的结构、有关人 员的价值观念、约束条件、备选方案的选取、方案实施后 果以及人们对方案实施后果的反应。 （1）环境调查研究：
物理和技术环境 经济和事务环境 社会环境。
（2）需求调查研究：
需求的一般指标 可配置的资源和约束 计划情况和市场特性 竞争状况 用户购买力及其消费心理状况 来自需求研究的设计要求。
社会认识 知识体系
改造世界 结果 专家体系 机器体系 社会实践 客观世界 命题 认识世界
图3.3 研讨厅框图
分析
高层次研讨厅 分析
作战训练中心演习
低层次研讨厅
分布交互仿真次研讨厅
研制与试验
图3.4 研讨厅体系一例
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，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，把一个复杂事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，所以钱学森把 这个方法称为“大成智慧工程”。
二、切克兰德方法论
英国的切克兰德认为：从问题的形成过程和认 识问题的主观与客观关系来看，问题是一种带消除 的状态差异，一种令人担心的事物。所有问题都包 含起始状态（给定）、理想状态（目标）和环境状 态（障碍），它们通常是既定的，而且环境是多变 的，目标是可能调整的。一般便于观察、便于建模、 边界清晰、目标明确、容易定义的问题，称为具有 良结构的硬问题；而把难于观测、不便建模、边界 模糊、目标不定、不好定义的问题，称为具有劣结 构的软问题。
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 设计阶段：比较分析方案，择优 分析或研制阶段：实现方案，作生产计划 运筹或生产阶段：零部件→组装整个系统 系统实施或安装阶段：安装、调试 运行阶段：运行 更新阶段：评价→改进和更新
二) 逻辑维
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
与其他方案关系及特点
建从南站台到玻库的地下铁路 与61、65相似，与14有别 架从南站台到玻库的运输带 与06、11、45相似，与69有别 利用下岗人员，包干低成本运入玻库 欠具体 拆成品库西建筑，建站台并修玻库专公路 与21、66相似 成品库与玻库对调位置 与43、62相似 站台处设置一长臂吊车 与02、11、45相似 外购玻璃制品包装增加防震物 在站南租一玻库房 在站南边租一成品库房，523改为玻库房 与70相似 改玻壳火车运输为汽车运输，一次到位
a71Βιβλιοθήκη 系统工程的神羊角模型a15 a16
信息
物质
（输入）
能量
a17
a32 a a12 22 a a21 31 a11
a14 a a 24 34 a a43 53 a a23 a33
13
产生理想的系统 （输出）
1 规 划 阶 段
2 设 计 阶 段
3
4 运 筹 或 生 产
5 实 施 或 安 装
6 运 行 阶 段
4．模块化
系统分析的主要工作是演绎备选方案，为 此，需要对每一种方案建立模型，进行计算分 析，得出可靠的数据、结论。系统分析时，主 要是依靠所建的模型（实物模型、非实物模型、 或数学模型）来代替真实的系统，利用演算和 模拟代替系统的实际运行，选择参数，实现优 化。系统分析的主要内容涉及系统变量的选择、 建模和仿真、可靠性工程等几个方面。
一、霍尔三维结构
1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整个 活动过程可以分为前后紧密衔接的七个阶段，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。这构成了时间维、逻辑维和知识 维的“三维空间结构”，概括了系统工程的一般 过程。 它把系统工程的整个活动过程分为前后紧密 衔接的７个阶段（按时间划分的时间段 ）和７ 个步骤（按实施步骤划分的逻辑步骤 ）。７个 阶段对应霍尔三维结构的时间维，７个步骤对应 霍尔三维结构的逻辑维。
霍尔方法论的局限性
霍尔方法论没有为目标定义提供有效的方法； 霍尔方法论没有考虑系统中人的主观因素； 霍尔方法论认为只有建立数学模型才能科学地 解决问题，但是，通过模型求解得到的方案往 往并不能解决实际问题。
霍尔三维结构不适用于以建立和管理“软系统” 为目的的社会科学、管理科学等科学领域；而适用 于以研制“硬件系统”为目标的自然科学、工程技 术等“硬科学”领域，故有人称霍尔三维结构为 “硬科学”的系统工程方法论。英国的切克兰德把 OR、SE、SA和SD所使用的方法论叫硬系统方法论， 并在1981年自己提出一种软系统方法(SSM)——“调 查学习”法。
1. 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量 方法学。 80年代末，钱学森提出处理开放的复杂巨系统的 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讨 厅体系 。
2. 综合集成研讨厅体系的框架与特点
由三部分组成：机器体系、专家体系和知识体系。
CH公司外购玻壳进厂入库搬运路线方案分析
①搬运路线长，曲折迂回； ②装卸次数多，从供应厂家到本厂玻库共有8次叉车装卸，而 其中在本厂就有3次； ③经过厂内铁路一次，过铁路时振动剧烈，对玻壳十分不利。
改进方案的生成
6组26个决策群体所创建的83个方案及其相互关系
编号 方案内容
SA程序
结束 环境分析 政策分析 优化或 综合 资源分析 模型 仿真 方案 化 同类系统状况分析 分析 人、财、物、技术分析 及运行机制分析等
满意
认识 问题
探寻 目标
系统 评价
决策 （分析）
不满意
初步SA
规范分析
综合分析
5W1H: What Why Where When Who how
系统分析应用实例
７．实施计划
就是将决策者的方案付诸实施，转入下一 阶段的工作。 在这个过程中，不但从实施或决策步骤可 以返回到前面的步骤，而且从中间步骤也可以 返回到前面的步骤。有的步骤甚至要经过多次 反复才能完成。
霍尔三维结构—逻辑维
摆明问题 系统设计 系统综合 模型化
最优化
决策
实施计划
三) 知识维 知识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，包括科学学、 基础科学、工程技术、环境科学、计算机技 术、数学、经济学、法律、管理科学和其它 相关社会科学等 。
５．最优化
所谓优化，就是在约束条件规定的可行域 内，从多种可行方案或替代方案中得出最优解 或满意解。实践中要根据问题的特点选用适当 的最优化方法，目前应用最广的仍是线性规划 和动态规划。
６．决策
决策阶段主要由决策者来进行。不能十全 十美，要考虑人、社会各种因素 决策又有个人决策和团体决策、定性决策 和定量决策、单目标决策和多目标决策之分。 决策支持系统 群决策 (团体决策)
SE基本工作过程（霍尔方法论）
知识维（K）
运筹学 控制论 社会科学 工程技术 ……
逻辑维（L）
规划阶段 设计阶段：拟定方案阶段 分析阶段 运筹阶段 系统实施阶段 运行阶段
时间维(T)
摆 明 问 题
系 统 设 计
方 案 综 合
模 型 化
最 优 化
决 策
实 施 计 划
更新阶段
霍尔三维结构
霍尔方法论
一) 时间维
２．系统设计——提出目标，制定准则(标准) 。 是指对系统的指标进行设计，最终确定目标并据此建 立价值体系或评价体系。 确定目标应注意以下8条原则：
长远观点 整体观点 注意明确性 明确目标层次 权衡先进性和可行性 注意标准化 注意恰当的指标数量 注意计算简便
目标一经制订，不得单方面修改；目标体系中出现矛盾时，一 是可以剔除次要矛盾，二是可以让矛盾的目标共存，予以折中兼顾 处理。
7 更 新 阶 段 时间阶段
分 析 或 研 制
系统工程的超细结构
霍尔方法论小结
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 归纳为工程系统问题，应用定量分析手段， 求得最优解答。该方法论具有研究方法上 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）和系统工程工作问题的导向 性（逻辑维）等突出优点。
系统外部要求
系统内部要求
（2）最终为系统决策提供服务。
SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。
SA的特点：
定性分析与定量分析相结合：因为如果定性分析是
错误的，定量的结果再好，也是不可信的。
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
系统分析的基本原理
问题的形成 1. 确定问题的范围 2. 明确构成因素之间的相互依存关系 3. 了解环境状况和约束条件 明确目标 1. 明确目标 2. 采用手段 否 能否实施 是 继续进行分析工作 确定目标工作图