系统工程方法论

1、1系统工程概论系统工程概论2第2章 系统工程方法论n2.1 系统分析方法论 -兰德公司为代表 n2.2 霍尔(Hall)的硬系统工程方法论n2.3 Chekland软系统工程方法论n2.4 综合集成方法论 -以钱学森为代表的从定性到定量的综合集成方法论3系统工程方法论：以系统工程方法论：以“系统系统”为中心为中心是系统工程研究和解决问题的一般规律或模式。是系统工程研究和解决问题的一般规律或模式。42.1 系统分析方法论系统分析方法论一、系统分析一、系统分析SASASystem AnalysisSystem Analysis1. 1. 产生产生:20:20世纪世纪4040年代末期（第二次世界大战

2、）年代末期（第二次世界大战） 由美国兰德由美国兰德RANDRAND公司的研究总结的解决复公司的研究总结的解决复杂问题的方法和步骤。早期用于武器系统的成杂问题的方法和步骤。早期用于武器系统的成本和效益分析。本和效益分析。-兰德公司为代表兰德公司为代表52. 定义广义：系统分析广义：系统分析 系统工程系统工程狭义：狭义：系统分析作为系统工程的一个逻辑系统分析作为系统工程的一个逻辑步骤，系统工程的中心部分。步骤，系统工程的中心部分。 系统分析贯穿于系统工程的全过程。系统分析贯穿于系统工程的全过程。6系统分析的定义（综述）系统分析的定义（综述） 是在对系统是在对系统问题问题现状及现状及目标目标充分挖充

3、分挖掘的基础上，运用掘的基础上，运用建模建模及预测、优化、仿及预测、优化、仿真、真、评价评价等方法，对系统的有关方面进行等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为定性与定量相结合的分析，为决策者决策者选择选择满意的系统满意的系统方案方案提供决策依据的分析研究提供决策依据的分析研究过程。过程。 SASA是是SESE的核心内容、分析过程和基本的核心内容、分析过程和基本方法。方法。系统分析系统分析(SA)(SA)：7二、系统分析基本要素二、系统分析基本要素目标目标可行方案（替代方案）可行方案（替代方案）模型模型(结构、数学、仿真结构、数学、仿真)费用费用效益（效果）效益（效果）评价基准评

4、价基准82 系统分析的基本原理系统分析的基本原理()费用费用效果效果()探索探索评价评价模模型型A4A3A5A1A2目标目标A1A2A4A3A5可行方案可行方案评价标准评价标准方案排序方案排序图图2.1 系统分析概念结构图系统分析概念结构图9三、系统分析的步骤三、系统分析的步骤是是否否提出问题提出问题建议的可行方案建议的可行方案分析与评价分析与评价（综合评价）（综合评价）建立模型建立模型构成问题构成问题目标确定目标确定收集资料收集资料探索可行方案探索可行方案是否满意是否满意图图2.2 系统分析的步骤系统分析的步骤10一、霍尔结构体系一、霍尔结构体系2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬系统工程

5、方法论 1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整年，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，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、逻辑维知识和技能的支持。这构成了时间维、逻辑维和知识维的和知识维的“三维空间结构三维空间结构”，概括了系统工，概括了系统工程的一般过程。程的一般过程。知识维（知识维（K）运筹学运筹学控制论控制论社会科学社会科学工程技术工程技术医药卫生医药卫生逻辑维（逻辑维（L）规划阶段规划阶段 拟定方案阶段拟定方案阶段 研制阶段研制阶段

6、生产阶段生产阶段 安装阶段安装阶段 运行阶段运行阶段 更新阶段更新阶段时间维时间维(T) 明明 确确 问问 题题 确确 定定 目目 标标方方案案综综合合系系统统分分析析实实施施 决决 策策系系统统选选择择知识维：指在完成上述各知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的知阶段和各步骤所需要的知识和专业技术。识和专业技术。逻辑维：每个阶段需进行的工逻辑维：每个阶段需进行的工作步骤，是运用系统工程方法作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题应进行思考、分析和解决问题应遵循的一般程序。遵循的一般程序。时间维：从规划到更新，时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的按时间顺序排列的SE全过全过程。

7、程。12一一) 时间维时间维 表示系统从规划到更新，从开始表示系统从规划到更新，从开始结束按时间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顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期循环过程。程。规划阶段：调研、明确目标规划阶段：调研、明确目标拟定方案阶段：比较分析方案，择优拟定方案阶段：比较分析方案，择优研制阶段：实现方案，作生产计划研制阶段：实现方案，作生产计划生产阶段：零部件生产阶段：零部件组装整个系统组装整个系统安装阶段：安装系统、试验运行安装阶段：安装系统、试验运行运行阶段：运行运行阶段：运行更新阶段：评价更新阶段：评价改进和更新改进和更新2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬

8、系统工程方法论 13二二) 逻辑维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。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：明确问题：收集资料收集资料(考察、测量、调研、需求分析、考察、测量、调研、需求分析、市场预测市场预测)了解系统的环境、目的、系统的各组成部分了解系统的环境、目的、系统的各组成部分及其联系等。及其联系等。2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬系统工程方法论 14确定择目标：提出目标，制定准则确定择目标：提出目标，制定准则(标准标准) 选择目标过程一般使用价值体系方法：选择目标过程一般使用价值体系方法：v 效用理论效用理论v 费用费用效益分析：经济系统效益分

9、析：经济系统 v 风险估计风险估计v 价值工程价值工程系统方案综合：系统方案综合：方案策略，对每种方案进行说明方案策略，对每种方案进行说明系统分析：系统分析：系统分比较分析各方案系统分比较分析各方案建模建模计算或仿真计算或仿真2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬系统工程方法论 15系统分析主要内容：系统分析主要内容：v 系统变量的选择：状态变量、决策变量系统变量的选择：状态变量、决策变量(内生、外生内生、外生)v 建模和仿真：建模和仿真：GPSS、SD v 可靠性工程可靠性工程系统选择：系统选择：选出待选方案集，交决策部门选出待选方案集，交决策部门决策：决策：不能十全十美，要考虑人、社会各种

10、因素不能十全十美，要考虑人、社会各种因素实施：实施： 企业：生产计划企业：生产计划 开发项目：开发项目：CPM、PERT2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬系统工程方法论 16三三) 知识维知识维 知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种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，包括工程、医药、建筑、商专业知识和管理知识，包括工程、医药、建筑、商业、法律、管理、社会科学及艺术等各种专业知识业、法律、管理、社会科学及艺术等各种专业知识和技术。和技术。2.2 Hall的硬系统工程方法论的硬系统工程方法论 17 霍尔管理矩阵 逻辑维(步骤)时间维(阶段)1234567明确问题选择

11、目标系统综合系统分析方案优化作出决策付诸实施1规划阶段a11a12a13a14a15a16a172方案阶段a21a22a23a24a25a26a273研制阶段a31a32a33a34a35a36a374生产阶段a41a42a43a44a45a46a475运行阶段a51a52a53a54a55a56a576更新阶段a61a62a63a64a65a66a6718小结小结:霍尔三维结构方法论认为现实问题基本上霍尔三维结构方法论认为现实问题基本上都可归纳成都可归纳成工程系统工程系统问题，因此问题，因此强调明确强调明确目标目标; ;核心内容是核心内容是模型化模型化和和最优化最优化, ,应用定应用定量分析

12、手段，求得最优解答。霍尔三维结量分析手段，求得最优解答。霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的构集中体现了系统工程方法的系统化、综系统化、综合化、最优化、程序化和标准化合化、最优化、程序化和标准化等特点。等特点。 19 2.3 软系统方法论软系统方法论良结构系统良结构系统：指偏重工程问题、机理明显的物理型的硬系统：指偏重工程问题、机理明显的物理型的硬系统 不良结构系统不良结构系统：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事理型的软系统理型的软系统。软系统：软系统：以社会、经济系统等管理领域（人类活动为主），以社会、经济系统等管理领域（人类活动为主），针对不良结

13、构问题而提出、问题不明确。难以用数学模型针对不良结构问题而提出、问题不明确。难以用数学模型表示，一般是概念模型。表示，一般是概念模型。 通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法来处理，吸通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法来处理，吸取人们的判断和直觉。取人们的判断和直觉。核心：核心：不是寻求不是寻求“最优化最优化”，而是，而是“调查、比较调查、比较”或者说或者说是是“学习学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统，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。的途径，是有很明显的反馈调节思想。202.3 Checkland方法论问题及其环境的识别与表达建立概念模型

14、（目标系统概念化）根底定义(C,A,T,W,O,E)比较比较寻求改善途径评估实施设计选择方案概念模型代替概念模型代替数学模型，思数学模型，思路更加开阔。路更加开阔。满意解代替最优满意解代替最优解，价值观方面解，价值观方面的重要变化。的重要变化。22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，探询改善现状的途径，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。23两种方法论的比较 (1)三维结构方法论三维结构方法论ChecklandCheckland方法论方法

15、论A开始开始: :要求解决一个相对明确的要求解决一个相对明确的或认为是或认为是“给定的给定的”问题问题开始开始: :感到有一个难以定义的问题情感到有一个难以定义的问题情景并期望改善之景并期望改善之B确定解决问题的目标及评价标准确定解决问题的目标及评价标准通过考察通过考察“结构结构”和和“过程过程”元素元素及其相互关系给出与问题情景相关及其相互关系给出与问题情景相关的系统定义的系统定义C拟定达到目标可能采取的方案拟定达到目标可能采取的方案, ,制定模型制定模型, ,进行综合研究进行综合研究提出相关系统的定义并据此构造系提出相关系统的定义并据此构造系统的概念模型统的概念模型D选择能最好满足需要且可

16、行的方选择能最好满足需要且可行的方案案把概念模型与现实进行比较把概念模型与现实进行比较, ,并据此并据此确定现实中合乎需要和可行的变革确定现实中合乎需要和可行的变革E实施设计好的系统实施设计好的系统实施获得同意的变革实施获得同意的变革24两种方法论的比较 (2)相同点：问题导向；注重程序及阶段；问题导向；注重程序及阶段；三维结构方法论三维结构方法论ChecklandCheckland方法论方法论研究对象研究对象工程系统工程系统软系统软系统处理的问题处理的问题明确明确, ,良结构良结构不明确不明确, ,不良结构不良结构基本方法基本方法关注定量分析关注定量分析概念模型概念模型, ,定性方法定性方法

17、核心内容核心内容最优化最优化比较学习比较学习不同点不同点: : 研究对象；基本方法；核心内容；25霍尔三维结构与切克兰德方法论的比较相同点：问题导向；注重程序及阶段；不同点：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。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。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。 26第第4 4节节 综合集成系统方法综合集成系统方法1987 年，钱学森提出了定性和定量相结合的系统研究方法，并把处理复杂巨系统的方法命名为定性定量相结合的综合集成方法，把它表述为从定性到定量

18、的综合集成技术。1992年，他又提出从定性到定量的综合集成研讨厅体系，进而把处理开放复杂巨系统的方法与使用这种方法的组织形式有机结合起来，将其提升到了方法论的高度。27综合集成研讨厅体系的框架与特点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。由三部分组成：机器体系、专家体系和知识体系。 命题命题 专家体系专家体系社会认识社会认识客观世界客观世界知识体系知识体系社会实践社会实践机器体系机器体系结果结果 改造世界改造世界认识世界认识世界 图图3.3 研讨厅框图研讨厅框图28开放复杂巨系统开放复杂巨系统系统与子系统分别与外界有各种各样的能量、信息或物质的交换，而且通过学习互相取得知识。系统内部结构复杂，不仅要用定量模型，而且要用定性模型，各个子系统的知识表达不同，获取知识方式也各有不同，系统中的结构随着情况变化会不断演变。子系统数量巨大。调 整 模 型 与调 整 模 型 与参数参数系统运行系统运行系统评价系统评价决策决策部门部门系 统 机 制系 统 机 制分 析 ， 优分 析 ， 优化 要 求 判化 要 求 判断断建模、仿建模、仿真、优化真、优化结果分析结果分析与综合与