第2章系统工程方法论

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系统工程的神羊角模型
a15 a16
信息
物质
（输入）
能量
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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
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5 实 施 或 安 装
6 运 行 阶 段
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
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
在综合集成研讨厅体系这个概念中，综合集成 是方法特征，研讨厅体系是组织形式。综合集成方 法指出了解决复杂开放巨系统和复杂性问题的过程 性以及过程的方向性和反复性。 综合集成研讨厅体系本身是个开放的、动态的体 系，也是个不断发展和进化的体系。
3.总体设计部思想
应用综合集成方法(包括综合集成研讨厅体系)必 须有总体设计部这样的实体机构。“我们把处理开放 的复杂巨系统的方法定名为从定性到定量综合集成方 法，把应用这个方法的集体称为总体设计部。” 综合集成研讨厅是研究开放的复杂巨系统的方法 论，那么总体设计部是实现这个方法论所必须的体制 和机制。
2.2 系统分析原理及应用
系统分析

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 策者选择最优或满意的系统方案提供决策依 据的分析研究过程。
SA的意义
（1）是研究大型工程项目等大规模复杂系统问题的一 种方法论。
相同点：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。 区别：
霍尔方法论 研究对象 研究核心 研究方法 工程系统 优化分析 定量分析 切克兰德方法论
更适合社会经济和经济 管理等“软”系统问题的研 究
比较学习 比较强调定性或定性与 定量有机相结合的基本方法
三、综合集成工程方法学 (综合集成研讨厅体系)
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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
第二章 系统工程方法论
2.1 系统工程基本工作过程 2.2 系统分析（SA）原理及应用 2.3 系统工程（SE）理论的新发展
2.1 系统工程基本工作过程
系统工程方法论
系统工程方法论是用于解决复杂问题的 一般程序、逻辑步骤和通用方法。

霍尔方法论（硬系统方法论） 软系统方法论（切克兰德模式 ） 综合集成工程方法学 (综合集成研讨厅体系 )
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。
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)

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 。
问题及其环境的 识别与描述
根底定义
建立概念模型 （目标系统概念化）
比 较
寻找改善途径 选 择 设 计 实 施 评 估
切克兰德的“调查学习”方法流程图
摆明问题
系统设计 系统综合
认识问题 根底定义 建立概念模型
模型化 比 较 最优化 选 择 决策
设计与实施
评估与反馈
实施计划
霍尔方法论
切克兰德方法论
两种方法的比较
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。

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
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”。
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。
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。
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
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。