第四章 系统工程方法论

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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）。 通过认识与概念化、比较与学习、实施与再认识等过程，对社会经济 等问题进行分析研究，这是一般软系统工程方法论的共同特征。
霍尔方法论与切克兰德方法论的比较
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。
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(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。针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型，并初步分析系统各种方案 的性能、特点、对预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体系下的优劣次序。 (5)最优化。在评价目标体系的基础上生成并选择各项政策、活动、控制方案和整个系 统方案，尽可能达到最优、次优或合理，至少能令人满意。 (6)决策。在分析、优化和评价的基础上由决策者作出裁决，选定行动方案。 (7)实施计划。不断地修改、完善以上六个步骤，制定出具体的执行计划和下一阶段的 计划。 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，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）和系统工程工作的问题导向性（逻辑维）等突出 特点。
20世纪70年代以来，系统工程越来越多地用于研究社会经济的发展战 略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得系 统工程的对象系统软化，并导致其中的许多因素又难以量化。系统工 程方法论需要加以发展和创新。 许多学者在霍尔方法论的基础上，进一步提出了各种软系统工程方法 论。其中，在80年代中前期由英国P.切克兰德（P.Checkland )教授 提出的方法比较系统且具有代表性。 P.切克兰德认为，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。
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应用实例(教材)
4.3 对系统工程方法论的新探索
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系统工程方法论10余年来不断有所创新和发展，在国内外取得了 不少新的成果。 中国科学家钱学森等针对开放复杂巨系统问题，于20世纪90年代 初提出了从定性到定量的综合集成系统方法论。该方法论以对社 会系统、人体系统、地理系统等3类复杂巨系统的研究实践为基 础，形成一个整体，其（综合集成研讨厅体系）主要特点是： ①根据开放的复杂巨系统的复杂机制和变量众多的特点，把定 性研究与定量研究有机地结合起来，从多方面的定性认识上升到 定量认识； ②按照人一机结合的特点，将专家群体（各方面有关专家）、 数据和各种信息与计算机技术有机结合起来；
霍尔三维结构是由美国学者A.D.霍尔（A.D.Hall）等人在大量工程实践的基础上，于 1969年提出的，其内容反映在三维结构图中，具体如图4一1所示。
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霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化 和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。 时间维 表示系统工程的工作阶段或进程, 从规划到更新的整个过程或寿命周 期可分为以下七个阶段：
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霍尔方法论的应用
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霍尔方法论的局限性
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由于社会系统的复杂性，当用硬系统方法论解决社会系统问题时，其 局限性便暴露出来。 霍尔硬系统方法论的局限性主要集中在3个方面： (1)硬系统方法论认为在问题研究开始时定义目标是很容易的，因此没 有为目标定义提供有效的方法。但对大多数系统管理问题来说，目标 定义本身就是需要解决的首要问题。 (2)硬系统方法论没有考虑系统中人的主观因素，把系统中的人与其他 物质因素等同起来，忽视人对现实的主观认识，认为系统的发展是由 系统外的人为控制因素决定的。 (3)硬系统方法论认为只有建立数学模型才能科学地解决问题，但是对 于复杂的社会系统来说，建立精确的数学模型往往是不现实的，即使 建立了数学模型，也会因为建模者对问题认识上的不足而不能很好地 反映其特性，因此通过模型求解得到的方案往往并不能解决实际问 题。
系统工程
哈尔滨工业大学管理学院 张庆普 zzqp2000@126.com
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第四章 系统工程方法论
系统工程方法论（Methodology）就是分析和解决系统开发、运作及管理实 践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法。
4.1 系统工程基本工作过程
霍尔的系统工程方法论（霍尔三维结构）
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系统工程方法论的四维结构体系
雷战波, 席酉民在Hall的三维结构体系的基础上,提出了系统工程方 法论的四维结构体系SETDM,将环境作为一个维提到与知识维、逻辑 维、时间维同等重要的地位加以考虑,并提出环境变化分析活动矩阵 和环境因素分析活动矩阵的概念。（见原文）
切克兰德的系统工程方法论
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认识问题 收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成或影响因素 及其关系，以便明确系统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之 处，确定有关的行为主体和利益主体。 • 根底定义 是该方法中较具特色的阶段，其目的是弄清系统问题的关键要 素，确切定义相关系统是什么，而不是做什么。为系统的发展及其研究 确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点。这个定义是 根据分析者的观点形成相关系统的概念，称之为相关系统的根定义。 • 建立概念模型 概念模型是来自于根底定义、通过系统化语言对问题抽象 描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要 求。 • 比较及探寻 将第一步所明确的现实问题（主要是归纳的结果）和第三步 所建立的概念模型（主要是演绎的结果）进行对比。有时通过比较，也 需要对根底定义的结果进行适当修正。 • 选择 针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其他社会、行为等因素， 选择出现实可行的改善方案。 • 设计与实施 通过详尽和有针对性的设计，形成具有可操作性的方案，并 使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力。 • 评估与反馈 根据在实施过程中获得的新的认识，修正问题描述、根底定 10 2007-4-23 义及概念模型等。
系统分析的六个基本要素
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(1)问题 (2)目的及目标 (3)方案 (4）模型 (5)评价 (6)决策者
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系统分析的程序
系统分析的基本过程归结为如图4一3。
图4一3系统分析的基本过程
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认识问题、探寻目标及综合方案构成了初步的系统分析。 在初步系统分析阶段，为了尽快明确问题的总体框架，通 常需要采用创造性技术（5W1H），至少围绕以下六个方 面的问题来展开:
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应用系统分析的原则
系统分析适应实际问题的需要，坚持问题导向、着眼整体、权 衡优化、方法集成等基本原则，其主要特点及相应的要求如 下：
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坚持问题导向 以整体为目标 多方案模型分析和选优 ①要搞多方案，但不要过多； ②方案要有基本的目的性（可替代性）、能实现性（方案详细 可分）、可识别性（能评价系统目的、功能的达成度或优劣） 等要求； ②方案产生过程中要注意采用各种创造性技术。 定量分析与定性分析相结合多次反复进行
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他首先对问题作了区分。问题是任何理论和方法研究的起点与归宿。 什么是问题呢?从问题的形成过程和认识问题的主观与客观关系来 看，问题是一种待消除的状态差异，一种令人担心的事物。 问题具有时间性、空间性、层次性。认识问题进而解决问题应在确定 的时间和空间范围内考察和分析问题的构成、特点与属性。从问题的 结构与特点来看，问题有良结构(well-structured)与劣结构(illstructured)之分，有硬问题与软问题之别。一般便于观察、便于建 模、边界清晰、目标明确、好定义的(well-defined)问题称为具有良 结构的硬问题；而把难以观测、不便建模、边界模糊、目标不定、不 良定义的(ill-defined)问题称为具有劣结构的软问题。 切克兰德将工程系统工程要解决的问题叫“问题”(problem)，而将社 会系统工程要解决的问题叫“议题”(Issue)，即有争议的问题，认为前 者是用数学模型寻求最优解，后者是寻求满意解。他还将工程系统工 程研究的对象称为硬系统或结构化问题(hard system／structured problem)。
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①What.研究什么问题？对象系统（问题）的要素是什么（问题与 哪些因素有关）？ ②Why.为什么要研究该问题？目的或希望的状态是什么？ ③Where.系统边界和环境如何？ ④When.分析的是什么时候的情况？ ⑤Who.决策者、行动者、所有者等关键主体是谁（问题与谁有直 接关系）？ ⑥How.如何实现系统的目标状态？这些既是使系统分析走上正轨 的过程，又是使系统分析人员与决策者一起进人“角色”的过程。
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在进行系统分析时，系统分析人员对与问题有关的要素进行探索和展 开，对系统的目的与功能、环境、费用与效果等进行充分的调查研 究，并分析处理有关的资料和数据，据此对若干备选的系统方案建立 必要的模型，进行优化计算或仿真实验，把计算、实验、分析的结果 同预定的任务或目标进行比较和评价，最后把少数较好的可行方案整 理成完整的综合资料，作为决策者选择最优或满意的系统方案的主要 依据。
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(1)规划阶段。根据总体方针和发展战略制定规划。 (2)设计阶段。根据规划提出具体计划方案。 (3)分析或研制阶段。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的计划。 (4)运筹或生产阶段。 运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而 具体的实施和“安装”计划。 (5)系统实施或“安装”阶段。把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。 (6) 运行阶段。系统投入运行，为预期用途服务。 (7) 更新阶段。改进或取消旧系统，建立新系统。 逻辑维 指系统工程每阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤，一般分为以下七步： (1)摆明问题。与提出任务的单位对话，明确所要解决的问题及其确切要求。 (2）系统设计。确定任务所要达到的目标或各目标分量，拟定评价标准，用系统评价 等方法建立评价指标体系，设计评价算法。
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4.2 系统分析原理及应用 系统分析的概念及其要素
系统分析(systems analysis，SA)是系统工程的重要内容。从狭 义上理解，系统分析的重要基础是霍尔三维结构中逻辑维的基本内 容，并与切克兰德方法论等有相通之处；从广义上理解，有时把系统 分析作为系统工程的同义语。 系统分析有两点应该注意：一点是问题导向，第二点是具体问题 具体分析。也就是要根据所研究的问题，寻找一切可以使用的方法， 包括各种定性的、定量的方法，从定性与定量的结合上开展研究。开 展系统分析还要注意案例研究。 系统分析的定义及内容 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个 方面进行定性与定量相结合的分析，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。
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软系统工程方法论的主要内容和工作过程如图4一2所示。
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软系统方法论认为对社会系统的认识离不开人的主观意识，社会系统是人的 主观构造的产物。软系统方法论旨在提供一套系统方法，使得在系统内各成 员间开展自由的、开放的讨论和辩论，从而使各种观念得到表现，在此基础 上达成对系统进行改进的方案。思路和步骤如下图所示。