第2章 系统工程的基本方法和方法论
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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”
24
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
16
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2章 系统工程理论
2.1 系统科学的学科体系
第6页 2020年1月22日
系统工程(Systems Engineering)
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其 它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质 对象，而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它的研究对象， 而且还不只限于物质系统(Any physical systems can be their object of study,
第二章 系统工程理论
第2页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技术的体系结构， 认为从应用实践到基础理论，现代科学技术可以分为四个层次：
首先是工程技术这一层次(Engineering Technology)
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马克 思主 义哲 学
（系统观） 系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
信息论
控制论
系
各门系
统
统工程
科
学
自动化 技术
的 体
系
通信 技术
技术科学
工程技术
2.1 系统科学的学科体系
第4页 2020年1月22日
术 数学
科 社会科学
学
科
程
学
技
技
术
体
术
系
2.1 系统科学的学科体系
第3页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
系统工程的基础理论及方法论【共49张PPT】
六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段 某大学开展创办世界一流大学的研究，这是一个典型的软系统问题研究，如果采用霍尔系统工程方法进行研究就会碰到很多无法跨越的困难。
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。
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。
系统工程的基础理论及方法论
（优选）系统工程的基础理论及方法论
2.2 还原论与整体论
系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念。即全面而不是片面的、联系的而不是孤立 的、发展的而不是静止的看问题。
（1）古代的系统思想：“不见树木，只见森林” （2）近代的分析方法：“只见树木，不见森林” （3）现代的系统思想：“既见树木，又见森林”
2.2 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。
和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由 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。
通常应根据系统方案对于系统目标满足的程度，对每一个被选方案进行综合评价，从中选出最优方案、次优方案、满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以 便决策者做出正确的决策。
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。
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。
系统工程的基础理论及方法论
（优选）系统工程的基础理论及方法论
2.2 还原论与整体论
系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念。即全面而不是片面的、联系的而不是孤立 的、发展的而不是静止的看问题。
（1）古代的系统思想：“不见树木，只见森林” （2）近代的分析方法：“只见树木，不见森林” （3）现代的系统思想：“既见树木，又见森林”
2.2 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。
和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由 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。
通常应根据系统方案对于系统目标满足的程度，对每一个被选方案进行综合评价，从中选出最优方案、次优方案、满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以 便决策者做出正确的决策。
第2章 系统工程基本理论
2020/2/23
北京物资学院信息学院
15
2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 3. 系统的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现 出来的性质、能力和功效。功能是刻画系统行为，特别是系 统与环境关系的重要概念。
结构是功能的基础，功能依赖于结构；结构决定功能， 功能对结构具有一定的反作用。
2020/2/23
北京物资学院信息学院
22
2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
2. 定性描述与定量描述相结合
对任何事物都可以从定性与定量两个方面加以描述。
定性特性多数情况下表现了事物的本质属性，是定量描述 的基础；在定性描述的同时，我们也必须借助于定量描述， 给出定性描述的具体特性，使定性描述更加客观和精确。定 性描述与定量描述相互结合，正是系统论研究问题的基本方 法之一。
21
2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
1. 还原论与整体论相结合
整体论强调的是整体地把握对象，还原论则主张把整体 分解为部分来研究。
系统论正是通过综合整体论的思想、改进还原论的局限 性而发展起来的。它在了解事物各部分精细结构的基础之上 ，再从整体上来认识和处理问题。这样，一方面克服了还原 论零碎地认识事物的片面性，另一方面也更正了古代整体论 的直观性和笼统性，真正地达到了科学地把握全局。
第二次世界大战在客观上大大促进了科学的进步、技术 的发展，特别是与作战有关的科学技术。
2. 理论渊源
（1）数学和物理学为控制论的产生提供了数量计算和演 化机制分析的基础。
（2）生命科学为控制论的产生提供了可供类比的对象。 （3）计算机科学和逻辑学的发展与控制论的产生和发展 互为因果、相互促进。
系统工基程础理论及方法
国际标准与规范推广
推广国际通用的系统工程标准和规范，提高项目的国际化水平和互操作性。
THANKS.
系统工基程础理论及方 法
目录
• 系统工程概述 • 系统工程基础理论 • 系统工程方法与技术 • 系统工程实践应用 • 系统工程前沿研究 • 系统工程未来发展趋势
系统工程概述
01
系统工程定义与发展
系统工程的定义
系统工程是一种综合性的工程技术，它运用系统科学的原理和方法，对复杂系 统进行规划、设计、实施和运行，以实现系统的最优性能和总体效益。
运筹学的基本原理
包括最优化原理、对偶原理、灵敏度分析等，这些原理为优化问题的建模和求解提供了基本思路 和方法。
运筹学的应用领域
运筹学在物流、生产管理、金融工程等领域有着广泛的应用，为实现资源的优化配置和决策的科 学化提供了有力支持。
系统工程方法与技术
03
系统分析方法
01
02
03
结构化分析方法
通过自顶向下逐层分解的 方式，将复杂系统划分为 简单的组成部分，便于理 解和分析。
系统工程未来发展趋
06
势
跨学科融合与创新发展
学科交叉融合
系统工程将更多地与计算机科学、数 学、物理学、经济学等学科进行交叉 融合，形成新的理论和方法体系。
创新驱动发展
通过引入创新理念和方法，如设计思 维、敏捷开发等，推动系统工程的创 新发展，提高解决复杂问题的能力。
智能化、自动化、可视化趋势
01
物联网感知技术
通过传感器、RFID等技术对物理世界进行感知和数据采集，为系统工程提供实时、准确 的数据输入。
物联网通信技术
利用无线通信技术实现物联网设备间的信息交互和数据传输，支持系统工程中的远程监控 和控制。
推广国际通用的系统工程标准和规范，提高项目的国际化水平和互操作性。
THANKS.
系统工基程础理论及方 法
目录
• 系统工程概述 • 系统工程基础理论 • 系统工程方法与技术 • 系统工程实践应用 • 系统工程前沿研究 • 系统工程未来发展趋势
系统工程概述
01
系统工程定义与发展
系统工程的定义
系统工程是一种综合性的工程技术，它运用系统科学的原理和方法，对复杂系 统进行规划、设计、实施和运行，以实现系统的最优性能和总体效益。
运筹学的基本原理
包括最优化原理、对偶原理、灵敏度分析等，这些原理为优化问题的建模和求解提供了基本思路 和方法。
运筹学的应用领域
运筹学在物流、生产管理、金融工程等领域有着广泛的应用，为实现资源的优化配置和决策的科 学化提供了有力支持。
系统工程方法与技术
03
系统分析方法
01
02
03
结构化分析方法
通过自顶向下逐层分解的 方式，将复杂系统划分为 简单的组成部分，便于理 解和分析。
系统工程未来发展趋
06
势
跨学科融合与创新发展
学科交叉融合
系统工程将更多地与计算机科学、数 学、物理学、经济学等学科进行交叉 融合，形成新的理论和方法体系。
创新驱动发展
通过引入创新理念和方法，如设计思 维、敏捷开发等，推动系统工程的创 新发展，提高解决复杂问题的能力。
智能化、自动化、可视化趋势
01
物联网感知技术
通过传感器、RFID等技术对物理世界进行感知和数据采集，为系统工程提供实时、准确 的数据输入。
物联网通信技术
利用无线通信技术实现物联网设备间的信息交互和数据传输，支持系统工程中的远程监控 和控制。
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》复习资料
第一章系统工程概述（一）系统工程的产生、发展及应用识记：系统理论的形成与发展控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，“信息”与“控制”等是其核心概念。
它是继一般系统论之后，由数学家维纳在20世纪40年代创立的。
信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论（二）系统工程的研究对象识记：系统的定义系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成、具有特定功能、结构和环境的整体。
有以下四个要点：（1）系统及要素。
系统是由两个以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是单个事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。
（2）系统和环境。
任一系统又是它所属的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输入输出关系。
（3）系统的结构。
在构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统的内部形成一定的结构和秩序。
（4）系统的功能。
任何系统都应有其存在的作用和价值，在其运作的具体目的，也即都有其特定的功能。
识记：系统的类型认识系统的类型，有助于人们在实际工作中对系统工程对象系统的性质有进一步的了解并进行分析。
（1）自然系统与人造系统自然系统是主要由自然物（动物、植物、矿物、水资源等）所自然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等。
人造系统是根据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。
实际上，大多数系统是自然系统和人造系统的复合系统。
近年来，系统工程越来越注意从自然系统的中探讨和研究人造系统。
（2）实体系统与概念系统凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为实体系统；凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为概念系统。
在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结合在一起的。
实体系统是概念系统的物质基础；而概念系统往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。
系统工程的基本方法和方法论
系统工程的基本方法和方法论系统工程是一种全面、系统地解决复杂问题的方法和方法论。
它通过将一个大问题分解为多个较小的子问题，然后逐步解决这些子问题，最终达到解决整个问题的目标。
下面将介绍系统工程的基本方法和方法论。
首先，需求分析是系统工程的第一步，它的目的是明确问题的需求和约束条件。
需求分析包括需求收集、需求整理、需求分析和需求评估等环节。
通过需求分析，我们可以明确解决问题的目标、范围和约束条件，为下一步的系统设计提供基础。
其次，系统设计是系统工程的核心环节，它的目的是确定解决问题的方案和结构。
系统设计包括需求建模、功能拆分、模块设计、技术选型等环节。
在系统设计中，我们可以通过建立模型、进行拆分和组合等方式，来实现对解决方案的合理设计和优化。
然后，系统开发是根据系统设计方案进行软件和硬件的编码和开发。
系统开发包括软件开发、硬件开发、集成开发等环节。
在系统开发中，我们需要按照系统设计方案进行编码和开发，生成相应的软件和硬件模块。
接下来，系统集成是将各个开发好的软件和硬件模块进行组合和测试。
系统集成包括模块集成、接口测试、系统测试等环节。
通过系统集成，我们可以确保各个模块之间的互操作性和整体的正确性。
此外，测试与验证是系统工程中至关重要的一环，它的目的是验证系统的正确性和可靠性。
测试与验证包括单元测试、系统测试、性能测试、可靠性测试等环节。
通过测试与验证，我们可以发现和修复系统中存在的问题，确保系统能够按照需求和设计的要求完成工作。
最后，运维与维护是系统工程的最后一环，它的目的是确保系统的稳定运行和及时修复系统故障。
运维与维护包括系统的运行监测、故障排除和问题修复等环节。
通过运维与维护，我们可以保障系统的可用性和可靠性，提供用户满意的服务。
系统工程的方法论是指在实践中总结出来的一些指导原则和方法。
系统工程的方法论包括系统论、模型理论、风险管理、变更管理等。
系统论是系统工程的理论基础，它通过研究系统的基本原则和规律，指导系统工程的实践。
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。
《系统工程简明教程》(第三版) 汪应洛 第二章 系统工程基本分析方法
公司人力资源来自中日双方合资母公司。由于日方更 关注产品质量能否到达其本国标准，因而公司制造部部长由 日方出任，日方的另外一名员工是候任总经理，由于合资双 方各占50%的股份，总经理由中日双方轮流担任，每4年更 换一次总经理，由中方首先派出总经理。
公司组织结构图
总经理 A
管理部长 B
制造部长 C 日本人
三、建模与预计后果
常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型
• 国防科技大学的杜玠 教授将模型分为：
– 原样模型 – 相似模型 – 逻辑模型 – 数学模型
• 西安交通大学李怀祖 教授将模型分为 ：
– 分析模型
• 仿真模型
– 博奕模型 – 判断模型
此外，还有许多其他模型分类方法，如按模型量化的 程度分定性模型〔递阶结构模型〕、定量模型〔状态 空间方程〕以及定性定量行相结合模型〔系统动力学〕 等。
x4/元
x5
5
2200以上 3以下
20以下 140以上
6
4
1900-2200
3-4
20-30
120-140
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
1600-1900
4-5
30-40
100-120
4
2
1300-1600
5-6
40-50
80-100
3
1
1000-1300
6-7
50-60
60-80
2
0
1000以下 7以上
60以上
60以下
1
逐比照较法
• 产生与开展
•
许多评价问题的评价对象属性多样、
结构复杂，难以完全采用定量方法或简单
归结为费用、效益或有效度进行优化分析
公司组织结构图
总经理 A
管理部长 B
制造部长 C 日本人
三、建模与预计后果
常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型
• 国防科技大学的杜玠 教授将模型分为：
– 原样模型 – 相似模型 – 逻辑模型 – 数学模型
• 西安交通大学李怀祖 教授将模型分为 ：
– 分析模型
• 仿真模型
– 博奕模型 – 判断模型
此外，还有许多其他模型分类方法，如按模型量化的 程度分定性模型〔递阶结构模型〕、定量模型〔状态 空间方程〕以及定性定量行相结合模型〔系统动力学〕 等。
x4/元
x5
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2200以上 3以下
20以下 140以上
6
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1900-2200
3-4
20-30
120-140
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
1600-1900
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30-40
100-120
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1300-1600
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40-50
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6-7
50-60
60-80
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0
1000以下 7以上
60以上
60以下
1
逐比照较法
• 产生与开展
•
许多评价问题的评价对象属性多样、
结构复杂，难以完全采用定量方法或简单
归结为费用、效益或有效度进行优化分析
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。
16/83
（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。
17/83
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。
18/83
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
26/83
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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October 5, 2010 PPT 4
定量化方法
系统工程要求把系统原则定量化， 系统工程要求把系统原则定量化，运 用数学方法处理系统的组建和管理问题。 用数学方法处理系统的组建和管理问题。 系统工程是工程技术领域中的一种定量化 的系统方法。 的系统方法。 定量化方法的核心是建立系统的数学 模型。有了数学模型之后，要寻找适当的 模型。有了数学模型之后， 数学方法求解模型，分析、评价模型。 数学方法求解模型，分析、评价模型。这 些工作需要强有力的数学工具和计算手段。 些工作需要强有力的数学工具和计算手段。
系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、 系统分析是运用建模及预测、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， 定量相结合的分析，为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。 统方案提供决策依据的分析研究过程。
October 5, 2010
PPT 18
系统分析人员对与问题有关的要素进行探索 和展开，对系统的目的、功能、环境、 和展开，对系统的目的、功能、环境、费用 效益等进行调查研究， 效益等进行调查研究，并分析处理有关的资 料和数据， 料和数据，在此基础上对有关备选的系统方 案建立模型， 案建立模型，并进行相应的模拟实验和优化 计算，把计算、实验、 计算，把计算、实验、分析的结果同预定的 任务和目标进行比较和评价， 任务和目标进行比较和评价，最后整理成正 确可靠的综合资料， 确可靠的综合资料，作为决策者选择最优或 次优系统方案的主要依据。 次优系统方案的主要依据。
October 5, 2010
PPT 15
切克兰德方法论
基本思路
阶段1和阶段 ： 阶段 和阶段2：表达问题 和阶段 阶段3： 阶段 ：相关系统的基本定义 阶段4： 阶段 ：建立概念模型 阶段5： 阶段 ：概念模型与现实的比较 阶段6和阶段 ： 阶段 和阶段7：系统更新 和阶段
October 5, 2010
October 5, 2010 PPT 7
霍尔方法论
霍尔三维结构 霍尔三维结构将系统工程活动分为前后 紧密连接的7个阶段和 个步骤， 个阶段和7个步骤 紧密连接的 个阶段和 个步骤，同时考虑到 为完成各个阶段和步骤所需要的各种专业知 这样为解决规模大、结构复杂、 识。这样为解决规模大、结构复杂、涉及因 素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。 素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。 霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维， 霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维， 如下图所示。 如下图所示。
October 5, 2010
PPT 8
霍尔方法论
霍尔三维结构
October 5, 2010 PPT 9
时间维：明确一个具体的工程项目的系统开发过程。 时间维：明确一个具体的工程项目的系统开发过程。 （1）规划阶段 （2）方案制定阶段 （3）开发研究阶段 （4）生产制造阶段 （5）安装实施阶段 （6）运行阶段 （7）更新改进阶段
October 5, 2010
PPT 23
【案例1】：阿拉斯加原油输送方案的系统分析 案例 】 1、系统目的与环境 、 任务：由阿拉斯加东北部的普拉德霍湾油田向美国本 任务： 土运输原油，每天运送200万桶原油 土运输原油，每天运送 万桶原油 环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态，陆地 环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态， 最低气温达-50 C。 最低气温达 。 2、提出备选方案 、 方案选择的第一阶段，提出两个初步可行方案： 方案选择的第一阶段，提出两个初步可行方案： 方案1由海路用油船运输 方案 由海路用油船运输 方案2用带加温系统的油管输送 方案 用带加温系统的油管输送
October 5, 2010
PPT 19
系统分析的要素
系统分析方法论的要素可归结为： 系统分析方法论的要素可归结为： （1）希望达到的目的和目标 ） （2）为达到目标所必须的技术和手段（方案） ）为达到目标所必须的技术和手段（方案） （3）系统方案所需要的费用和可能获得的经济效益 ） （4）建立各种被选系统方案及其相应的模型 ） （5）根据有关技术经济指标确定评价标准。 ）根据有关技术经济指标确定评价标准。
October 5, 2010 P(＋) ＋
A2 A1 A5
模 型
(－) － 费用
A3 A4
可行方案
评价标准 系统分析概念结构图
方案排序
October 5, 2010
PPT 22
系统分析原则
（1）坚持以系统的目的和目标为中 ） 心 （2）局部与总体相结合 ） （3）定性与定量相结合 ） （4）把握主要矛盾 ）
October 5, 2010
PPT 5
最优化方法
最优化思想强烈地反映出人类改造世界的能 动性和目的性。 动性和目的性。采用最优化方法是系统工程成为 现代技术的显著特征之一。 现代技术的显著特征之一。不同的工程任务实现 最优化需要不同的方法和步骤， 最优化需要不同的方法和步骤，但共同的理论工 具是运筹学和控制论发展的最优化理论。 具是运筹学和控制论发展的最优化理论。应用最 优化方法的一般程序为：选择目标，建立模型， 优化方法的一般程序为：选择目标，建立模型， 寻求最优解，综合评价。 寻求最优解，综合评价。优化的具体目标千差万 但不外乎求系统的某种效益最大， 别，但不外乎求系统的某种效益最大，或费用最 时间最短。 小、时间最短。
October 5, 2010
PPT 6
霍尔方法论
从上世纪50年代起， 从上世纪 年代起，许多系统工程学者有意识 年代起 地描述过使计划成功所需要的程序， 地描述过使计划成功所需要的程序，包括必需的活 动以及协调专家工作的方法， 动以及协调专家工作的方法，即系统工程方法论的 有关步骤、工具和方法。 有关步骤、工具和方法。这些成果在形式上不尽相 但基本思想是一致的，其中A. 霍尔于 霍尔于1962、 同，但基本思想是一致的，其中 D.霍尔于 、 1969年根据在贝尔实验室的经验，对系统工程一般 年根据在贝尔实验室的经验， 年根据在贝尔实验室的经验 的工作步骤、 的工作步骤、阶段划分和常用的知识范围进行了概 括总结，提出了著名的霍尔三维结构模型。 括总结，提出了著名的霍尔三维结构模型。它最初 产生于所谓硬的工程系统， 产生于所谓硬的工程系统，在处理大多数工程项目 和一些硬问题时显示出较大的成效， 和一些硬问题时显示出较大的成效，因此受到各国 学者的普遍重视。 学者的普遍重视。
October 5, 2010 PPT 14
切克兰德方法论
基本观点
基于作为客体存在于现实世界的问题的特性， 基于作为客体存在于现实世界的问题的特性，切克兰德 把问题分为两类。一类是有结构问题（或称“ 把问题分为两类。一类是有结构问题（或称“硬”系统 问题）；另一类是无结构问题（或称“ ）；另一类是无结构问题 系统问题）。 问题）；另一类是无结构问题（或称“软”系统问题）。 根据结构的内在特性，切克兰德把系统分为两类： 根据结构的内在特性，切克兰德把系统分为两类：“硬” 系统和“ 系统。 系统和“软”系统。 根据不同方法所决定的问题类型， 根据不同方法所决定的问题类型，切克兰德把霍尔方法 论和系统分析方法论归结为“ 系统方法论， 论和系统分析方法论归结为“硬”系统方法论，把他提 出的方法论称为“ 系统方法论， 出的方法论称为“软”系统方法论，主要针对问题本身 就难以定义的“ 系统问题。 就难以定义的“软”系统问题。
系统工程的基本方法和方法论 马立坤
October 5, 2010
PPT 1
主要内容
1. 系统工程方法论原则 2. 霍尔方法论 3. 切克兰德方法论 4. 兰德方法论
October 5, 2010
PPT 2
系统工程方法论： 系统工程方法论：用于解决复杂系统问题 的一套工作步骤、方法、工具和技术。 的一套工作步骤、方法、工具和技术。 系统工程方法论原则 整体性原则 有序相关性原则 动态性原则 目标优化原则 可行性原则
October 5, 2010
PPT 20
系统分析程序
在运用系统分析解决问题的过程中所遵循的一 般步骤和要求称为系统分析程序。其中包括： 般步骤和要求称为系统分析程序。其中包括： （1）分析问题和确定目标 ） （2）收集资料和调查研究 ） 3） （3）建立系统模型 （4）系统最优化 ） （5）系统评价 ） （6）实施方案 ） （7）总结提高 ）
October 5, 2010
切克兰德方法论
世纪70年代起 从20世纪 年代起，人们开始注意系统工程推 世纪 年代起， 广应用于社会经济方面的政策性问题。 广应用于社会经济方面的政策性问题。由于社会经 济系统具有影响因素多、 济系统具有影响因素多、复杂多变和难以进行定量 分析的特点， 分析的特点，社会经济系统中的许多问题就很难像 工程技术系统那样事前就按若干评价标准设计出符 合需要的最优系统方案， 合需要的最优系统方案，因而完全按照解决工程技 术问题来处理会有许多困难。针对这种情况， 术问题来处理会有许多困难。针对这种情况，英国 学者切克兰德在大量实践的基础上提出了所谓“ 学者切克兰德在大量实践的基础上提出了所谓“软” 系统方法论。 系统方法论。这是理论研究的一个较大的更新和转 为解决社会经济问题提供了新的概念、观点、 折，为解决社会经济问题提供了新的概念、观点、 方法和模式。 方法和模式。
October 5, 2010
PPT 12
霍尔管理矩阵 1 逻辑维(步骤 逻辑维 步骤) 步骤 时间维(阶段 阶段) 时间维 阶段 明 确 问 题 a11 a21 a31 a41 a51 a61 a71 2 确 定 目 标 a12 a22 a32 a42 a52 a62 a72
PPT 13
3 系 统 综 合 a13 a23 a33 a43 a53 a63 a73
4 系 统 分 析 a14 a24 a34 a44 a54 a64 a74
5 系 统 评 价 a15 a25 a35 a45 a55 a65 a75
定量化方法
系统工程要求把系统原则定量化， 系统工程要求把系统原则定量化，运 用数学方法处理系统的组建和管理问题。 用数学方法处理系统的组建和管理问题。 系统工程是工程技术领域中的一种定量化 的系统方法。 的系统方法。 定量化方法的核心是建立系统的数学 模型。有了数学模型之后，要寻找适当的 模型。有了数学模型之后， 数学方法求解模型，分析、评价模型。 数学方法求解模型，分析、评价模型。这 些工作需要强有力的数学工具和计算手段。 些工作需要强有力的数学工具和计算手段。
系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、 系统分析是运用建模及预测、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， 定量相结合的分析，为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。 统方案提供决策依据的分析研究过程。
October 5, 2010
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系统分析人员对与问题有关的要素进行探索 和展开，对系统的目的、功能、环境、 和展开，对系统的目的、功能、环境、费用 效益等进行调查研究， 效益等进行调查研究，并分析处理有关的资 料和数据， 料和数据，在此基础上对有关备选的系统方 案建立模型， 案建立模型，并进行相应的模拟实验和优化 计算，把计算、实验、 计算，把计算、实验、分析的结果同预定的 任务和目标进行比较和评价， 任务和目标进行比较和评价，最后整理成正 确可靠的综合资料， 确可靠的综合资料，作为决策者选择最优或 次优系统方案的主要依据。 次优系统方案的主要依据。
October 5, 2010
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切克兰德方法论
基本思路
阶段1和阶段 ： 阶段 和阶段2：表达问题 和阶段 阶段3： 阶段 ：相关系统的基本定义 阶段4： 阶段 ：建立概念模型 阶段5： 阶段 ：概念模型与现实的比较 阶段6和阶段 ： 阶段 和阶段7：系统更新 和阶段
October 5, 2010
October 5, 2010 PPT 7
霍尔方法论
霍尔三维结构 霍尔三维结构将系统工程活动分为前后 紧密连接的7个阶段和 个步骤， 个阶段和7个步骤 紧密连接的 个阶段和 个步骤，同时考虑到 为完成各个阶段和步骤所需要的各种专业知 这样为解决规模大、结构复杂、 识。这样为解决规模大、结构复杂、涉及因 素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。 素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。 霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维， 霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维， 如下图所示。 如下图所示。
October 5, 2010
PPT 8
霍尔方法论
霍尔三维结构
October 5, 2010 PPT 9
时间维：明确一个具体的工程项目的系统开发过程。 时间维：明确一个具体的工程项目的系统开发过程。 （1）规划阶段 （2）方案制定阶段 （3）开发研究阶段 （4）生产制造阶段 （5）安装实施阶段 （6）运行阶段 （7）更新改进阶段
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【案例1】：阿拉斯加原油输送方案的系统分析 案例 】 1、系统目的与环境 、 任务：由阿拉斯加东北部的普拉德霍湾油田向美国本 任务： 土运输原油，每天运送200万桶原油 土运输原油，每天运送 万桶原油 环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态，陆地 环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态， 最低气温达-50 C。 最低气温达 。 2、提出备选方案 、 方案选择的第一阶段，提出两个初步可行方案： 方案选择的第一阶段，提出两个初步可行方案： 方案1由海路用油船运输 方案 由海路用油船运输 方案2用带加温系统的油管输送 方案 用带加温系统的油管输送
October 5, 2010
PPT 19
系统分析的要素
系统分析方法论的要素可归结为： 系统分析方法论的要素可归结为： （1）希望达到的目的和目标 ） （2）为达到目标所必须的技术和手段（方案） ）为达到目标所必须的技术和手段（方案） （3）系统方案所需要的费用和可能获得的经济效益 ） （4）建立各种被选系统方案及其相应的模型 ） （5）根据有关技术经济指标确定评价标准。 ）根据有关技术经济指标确定评价标准。
October 5, 2010 P(＋) ＋
A2 A1 A5
模 型
(－) － 费用
A3 A4
可行方案
评价标准 系统分析概念结构图
方案排序
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系统分析原则
（1）坚持以系统的目的和目标为中 ） 心 （2）局部与总体相结合 ） （3）定性与定量相结合 ） （4）把握主要矛盾 ）
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PPT 5
最优化方法
最优化思想强烈地反映出人类改造世界的能 动性和目的性。 动性和目的性。采用最优化方法是系统工程成为 现代技术的显著特征之一。 现代技术的显著特征之一。不同的工程任务实现 最优化需要不同的方法和步骤， 最优化需要不同的方法和步骤，但共同的理论工 具是运筹学和控制论发展的最优化理论。 具是运筹学和控制论发展的最优化理论。应用最 优化方法的一般程序为：选择目标，建立模型， 优化方法的一般程序为：选择目标，建立模型， 寻求最优解，综合评价。 寻求最优解，综合评价。优化的具体目标千差万 但不外乎求系统的某种效益最大， 别，但不外乎求系统的某种效益最大，或费用最 时间最短。 小、时间最短。
October 5, 2010
PPT 6
霍尔方法论
从上世纪50年代起， 从上世纪 年代起，许多系统工程学者有意识 年代起 地描述过使计划成功所需要的程序， 地描述过使计划成功所需要的程序，包括必需的活 动以及协调专家工作的方法， 动以及协调专家工作的方法，即系统工程方法论的 有关步骤、工具和方法。 有关步骤、工具和方法。这些成果在形式上不尽相 但基本思想是一致的，其中A. 霍尔于 霍尔于1962、 同，但基本思想是一致的，其中 D.霍尔于 、 1969年根据在贝尔实验室的经验，对系统工程一般 年根据在贝尔实验室的经验， 年根据在贝尔实验室的经验 的工作步骤、 的工作步骤、阶段划分和常用的知识范围进行了概 括总结，提出了著名的霍尔三维结构模型。 括总结，提出了著名的霍尔三维结构模型。它最初 产生于所谓硬的工程系统， 产生于所谓硬的工程系统，在处理大多数工程项目 和一些硬问题时显示出较大的成效， 和一些硬问题时显示出较大的成效，因此受到各国 学者的普遍重视。 学者的普遍重视。
October 5, 2010 PPT 14
切克兰德方法论
基本观点
基于作为客体存在于现实世界的问题的特性， 基于作为客体存在于现实世界的问题的特性，切克兰德 把问题分为两类。一类是有结构问题（或称“ 把问题分为两类。一类是有结构问题（或称“硬”系统 问题）；另一类是无结构问题（或称“ ）；另一类是无结构问题 系统问题）。 问题）；另一类是无结构问题（或称“软”系统问题）。 根据结构的内在特性，切克兰德把系统分为两类： 根据结构的内在特性，切克兰德把系统分为两类：“硬” 系统和“ 系统。 系统和“软”系统。 根据不同方法所决定的问题类型， 根据不同方法所决定的问题类型，切克兰德把霍尔方法 论和系统分析方法论归结为“ 系统方法论， 论和系统分析方法论归结为“硬”系统方法论，把他提 出的方法论称为“ 系统方法论， 出的方法论称为“软”系统方法论，主要针对问题本身 就难以定义的“ 系统问题。 就难以定义的“软”系统问题。
系统工程的基本方法和方法论 马立坤
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PPT 1
主要内容
1. 系统工程方法论原则 2. 霍尔方法论 3. 切克兰德方法论 4. 兰德方法论
October 5, 2010
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系统工程方法论： 系统工程方法论：用于解决复杂系统问题 的一套工作步骤、方法、工具和技术。 的一套工作步骤、方法、工具和技术。 系统工程方法论原则 整体性原则 有序相关性原则 动态性原则 目标优化原则 可行性原则
October 5, 2010
PPT 20
系统分析程序
在运用系统分析解决问题的过程中所遵循的一 般步骤和要求称为系统分析程序。其中包括： 般步骤和要求称为系统分析程序。其中包括： （1）分析问题和确定目标 ） （2）收集资料和调查研究 ） 3） （3）建立系统模型 （4）系统最优化 ） （5）系统评价 ） （6）实施方案 ） （7）总结提高 ）
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切克兰德方法论
世纪70年代起 从20世纪 年代起，人们开始注意系统工程推 世纪 年代起， 广应用于社会经济方面的政策性问题。 广应用于社会经济方面的政策性问题。由于社会经 济系统具有影响因素多、 济系统具有影响因素多、复杂多变和难以进行定量 分析的特点， 分析的特点，社会经济系统中的许多问题就很难像 工程技术系统那样事前就按若干评价标准设计出符 合需要的最优系统方案， 合需要的最优系统方案，因而完全按照解决工程技 术问题来处理会有许多困难。针对这种情况， 术问题来处理会有许多困难。针对这种情况，英国 学者切克兰德在大量实践的基础上提出了所谓“ 学者切克兰德在大量实践的基础上提出了所谓“软” 系统方法论。 系统方法论。这是理论研究的一个较大的更新和转 为解决社会经济问题提供了新的概念、观点、 折，为解决社会经济问题提供了新的概念、观点、 方法和模式。 方法和模式。
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霍尔管理矩阵 1 逻辑维(步骤 逻辑维 步骤) 步骤 时间维(阶段 阶段) 时间维 阶段 明 确 问 题 a11 a21 a31 a41 a51 a61 a71 2 确 定 目 标 a12 a22 a32 a42 a52 a62 a72
PPT 13
3 系 统 综 合 a13 a23 a33 a43 a53 a63 a73
4 系 统 分 析 a14 a24 a34 a44 a54 a64 a74
5 系 统 评 价 a15 a25 a35 a45 a55 a65 a75