系统工程第2章 系统工程方法论

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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系统工程方法论的类型
1.硬系统方法论 以具有清楚的结构的问题及其相关系统为处理 对象的。 2.软系统方法论 以结构不清楚的问题本身及其相关系统为处理 对象。 3.东方系统方法论 钱学森：由定性到定量的综合集成法→综合集成研 讨厅体系； 顾基发、朱志昌：物理－事理－人理方法论
（5）系统优化——寻找满足约束条件的最优方案，或
者说是挑选出最好的满足系统目标的方案。 （6）系统决策与运行——由决策者从多个优选方案中 选择一个方案进行实施，当然，选择的方案不一定是最优 方案。
（7）系统实施与更新——对已选方案进行实施、修改，
完善以上6个步骤，转入下一个阶段。
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注意
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。
性或定性与定量有机结合的基本方法。
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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。
三、综合集成工程方法学(综合集成研讨 厅体系)
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 。
逻辑维（方法步骤）
A B C D
E
F
G
时间维：从规划到更新，按 时间顺序排列的SE全过程。
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霍尔系统工程方法的时间维
霍尔系统工程方法的时间维表示任何系统工程活动最先从
规划开始，从系统规划开始到系统更新共分为七个阶段，任何 研究工作都在其中的某一阶段，且每一阶段有对应的研究任务。
（1）规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出自己的设
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切克兰德的“调查学习” 法
系统可以分为硬系统和软系统。硬系统偏重工程系统、 机理明显的物理系统。硬系统便于观察，便于用数学模型描述， 可以用现成的定量方法计算出系统的行为和最佳结果。 软系统偏重社会、机理，尚不清楚的软系统，难以用数 学模型描述，只能半定量、半定性或者只能用定性的方法来处 理。 用霍尔系统工程方法处理软系统问题，存在局限性： （1）大部分管理问题目标不清楚，需要研究、定义； （2）霍尔系统工程方法针对硬系统，没考虑人的作用， 忽视人的主观认识； （3）实际中很多问题无法建立模型。
定 义 特 点 解决的方法 用“硬方法”求出 最佳的定量结果， 霍尔的三维结构主 要适用于此。
良结构S
偏重工程、 机理明显的 物理型的硬 S 偏重社会、 机理尚不清 楚的生物型 的软S
可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。
不良结构S
较难用数学模型描述， 用“软方法”求出 因其加入了人的直觉和 可行的满意解，常 判断，往往只能用半定 用德尔菲法、情景 量、半定性或者只能用 分析法、冲突分析 定性的方法来处理问题。 法、切克兰德的 “调查学习” 法 等。
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第二节 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。
第二章 系统工程方法论
1
主要内容


方法论前言
霍尔“三维结构”模型


霍尔系统工程方法的时间维
切克兰德的“调查学习” 法

综合集成工程
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系统工程方法与方法论
人们将研究、分析和处理问题的思想、程序和基本原则 叫做方法论。 系统工程方法： 1、方法层次上的方法： 研究、分析、处理系统工程问题运用的程序和基本原则
2.综合集成研讨厅体系的框架与特点
社会认识 知识体系 改造世界 结 果 专家体系 命 题 认识世界
由三部分组成：机器体系、专家体系和知识体系。
机器体系
社会实践 客观世界 图3.3 研讨厅框图
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切克兰德的“调查学习” 法
处理软系统的方法有很多，如专家调查法（德 尔菲法）、情景分析法、冲突分析法等。但从系统 工程方法论角度看，80年代中前期英国学者切克兰 德（P.B.Checkland）提出的“调查学习”方法 （软方法）具有更高的概况性。 切克兰德的“调查学习”软系统方法的核 心是“调查、比较”或者说是“学习”，从现状调 查和模型比较中，学习改善现存系统的途径。
2、技术层次上的方法：
处理复杂系统问题常用的一些具体方法 系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本思想和方 法论层次上各种方法的总和。
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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。
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
4. 概念模型
概念模型代替 数学模型，思 路更加开阔。
4a. 公式化 系统概念
4b. 其他 系统思考
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切克兰德方法论的主要内容和工作过程
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
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切克兰德的“调查学习” 法
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 比较中，学习改善现 存系统的途径。

在实践工作中，系统综合、系统分析和系 统优化存在循环、不断递进的过程，即在系统 分析和系统优化的过程中可能产生系统方案， 或者对模型进行修正。
系统综合
系统分析
系统优化
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霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优 化。即对于结构优良的系统问题，明确其目标，通 过模型运算，找到解决问题的最优方案，并使系统 运行达到最佳。 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、逻辑维)及系统工程工作的问题导向性( 逻辑维)。
系统工程方法论
最具代表性的 系统工程方法论有:
霍尔“三维结构” 综合集成方法

• 切克兰德的“学习调查” 法 • 物理—事理—人理（WSR）
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霍尔“三维结构”模型
20世纪60～70年代具有代表性的SE方法论。 1、霍尔的三维结构（1969年提出） 将系统的整个管理过程分为前后紧密相连 的六个阶段和七个步骤，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。三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成， 如图示：
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切克兰德的“调查学习” 法 切克兰德1981年提出“调查学习”模式 ，从系统工程方法论角度看，切克兰德的“ 调查学习”方法具有更高的概括性。 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”，从模型和现状比较中， 学习改善现存系统的途径。
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切克兰德的“调查学习” 法
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5.运行阶段 代表一项具体的管理活动 a51 a52 a53 a54 a55 a56 a57
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
切克兰德的“调查学习” 法
系统工程常常把所研究的系统分为良结构系统与不良结构 系统，由于它们具有不同的特点，故分别采取不同的解决方法， 如下表：
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霍尔三维结构模型与切克兰德工程方法比较：
霍尔三维结构和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）霍尔方法论主要以硬系统为研究对象，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
时 间 维
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：
逻辑维（步骤） 明 确 问 题 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 6.更新阶段 1
a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 a31 a32 a33 a34 a35 a36 a37 a41 a42 a43 a44 a45 a46 a47 a61 a62 a63 a64 a65 a66 a67
知识维
Hale Waihona Puke Baidu逻辑维 执 行
工程 学 商业 经济与管理 社会科学 艺术 环 境 维 自 然 环 境 科 技 环 境 经 济 环 境 政 治 社 会 环 境 分 析 问 题 方 案 综 合
优 化 设 计
决 策
规划阶 段 研制阶 段 生产阶 段 运行阶 段
图 系统工程方法论的四维体系结构
新的结构体系增加了空间环境维，反映空间环境如国情、厂 情。知识维如法律、政治、管理技术水平的高低都与空间有 关。四维体系结构强调环境分析在系统工程方法论中的重要 性，以适应环境多变的系统工程问题。
想和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。 （2）计划阶段——根据规划阶段所提出的设计思想和初步方 案，提出具体的计划方案和选择一个最优方案。 （3）研制阶段——以计划为指南，实现系统的试制方案，
并制定生产计划。
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霍尔系统工程方法的时间维
（4）系统分析——系统分析是应用系统工程技术，对 每一个系统方案进行比较、分析、计算。