系统工程原理课件

第3章系统工程的方法论第1节系统工程的方法体系第2节硬系统方法论第3节软系统方法论第4节系统方法论的进一步发展第5节系统直觉第6节系统分析与系统综合第7节系统中的知识第8节功能模拟和黑箱方法第9节系统工程中需要处理好的几个关系第10节系统工程既是科学又是艺术第11节系统工程的队伍与人才第3章系统工程的方法论第1节系统工程的方法体系1系统工程既是一门方法性学科，所以首先侧重方法。系统工程的方法包含两方面的含义，一是指解决系统工程问题的手段和工具，一是指工作中的办法和步骤，后者又是和工作程序联系在一起的。创造系统，首先要有牢固的目的意识；其次，掌握鉴定问题本质的分析方法；第三，具有为达到目的而集结自己知识的综合能力分析能力+知识+培养运用所具有的知识去创造解答的能力。SE不一定具有固定的理论、方法，可以适当地选用各领域发展起来的方法——选择已有要素（方法），重新组合。3.1系统工程的方法工具体系系统工程既是一门方法性学科，所以首先侧重方法。系统工程的方法2需要3个方面的知识有关对象领域的知识；有关系统共性方面的知识，即系统学科的知识，在系统工程层次上就是有关系统工程的方法性、原理性知识；经验性的知识。前两类知识是可以用语言文字表达和传递的显性（言传性）知识；经验型的知识的相当一部分是只可意会、不可言传的隐性（意会性）知识。需要3个方面的知识有关对象领域的知识；3系统工程的方法、工具体系自下而上，可分为四层：工具：计算机、网络、算法、程序技术：使用工具的方法，优化技术、预测技术、仿真技术方法：选择什么技术来达到目的的办法，定量方法、定性方法、解析方法、实验方法方法论：指处理系统工程问题的一整套思想、原则，是运用方法的方法系统工程的方法、工具体系自下而上，可分为四层：43.2系统工程的原则系统工程原则是来自于系统思想，是系统思想在实际中的应用，是系统思想的具体化。目的性原则：自始至终要有明确的目的；异因同果，殊途同归整体性原则：森林、自行车、直升飞机先见林，后见木，从全局、整体着眼；系统的功能大于各部分功能的总和，是质变先看整体，全局，再看部分、局部。从宏观到微观3.2系统工程的原则系统工程原则是来自于系统思想，是系统思5综合性原则：系统的目的、属性是多方面的，相互关联的，带有综合的特点；解决同一个问题，可用不同的方法、途径。综合也是创造动态性原则：不仅仅注意系统的某一状态，注重系统的过程，物流、能流、信息流，动态平衡。综合性原则：6协调与优化原则：系统组成部分数量多，互相制约，相互间的配合协作；强调系统的优化，目标、标准多元化，优化需要协调适应性原则：系统必须适应环境；系统具有自组织性，可自动调节自身的组织，适应环境系统的原则还有：有序性原则、层次性原则等协调与优化原则：73.3系统工程方法论当我们面临系统工程任务时，必须在正确的方法论指导下，采取适当的方法，选择适当的技术，借助于适当的工具去进行工作。只有这样居高临下地进行考虑，才能事半功倍。系统工程的各种方法、技术、工具的覆盖面、内容、适用范围不尽一致，它们都在不断地改进发展，并且方法和技术两个层次之间界线也不是很鲜明的。方法论是人们认识世界与改造世界的根本方法的哲学学说。方法论探索各种方法的共性内容、结构、作用、规律性、使用范围、发展趋势等。系统工程的方法论则是探索系统研究、开发、运行过程中各种方法的共同规律。它和系统思想密不可分。3.3系统工程方法论当我们面临系统工程任务时，必须在正确的83.3.1硬系统方法论1、系统工程的三维形态图逻辑维、时间维、知识维逻辑维：一项系统工程，在使用系统思想方法来分析问题解决问题时，从逻辑顺序上要经历下面这些过程和步骤：1.问题的确定；2.选择目标；3.系统综合；4.系统分析；5.优化；6.决策；7.规划行动。时间维：七个阶段：规划制订、初步设计、研制阶段、生产阶段、安装阶段、运行阶段、更新阶段。知识维：工程学、商业、社会科学等。该三维结构在上一世纪的60年代和70年代有过很大的影响，一些硬系统的开发大体上都遵循这一思路。3.3.1硬系统方法论1、系统工程的三维形态图9系统工程的三维形态图系统工程的三维形态图10活动矩阵系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中对应一个区域，这个区域在三个坐标轴上对应的正是该项工作的位置如果去掉知识维，就可以表示为两维表：活动矩阵在每一阶段，都存在着7个逻辑步骤活动矩阵系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中对应一个区11系统分析系统分析可以有广义与狭义两种理解。有的国家把涉及宏观经济、政治、社会等方面的系统问题的研究和应用称为系统分析，以区别于工程技术中的系统工程，这是对系统分析的广义理解。我们这里取它的狭义理解，也就是特指系统工程过程的一个阶段。系统分析是一个思维过程。在对系统已经有了一个直观的理解的基础上，首先要把系统和它所处的环境分开，也就是确定系统的边界。然后找出系统的要素及其连接方式，复杂系统还要确定系统的层次和子系统的数目。分析是把对象在思维中分解为它的各个组成部分或要素，来分别加以考察。这是一个自上而下的分解过程。系统分析系统分析可以有广义与狭义两种理解。有的国家把涉及宏观12系统综合系统综合的着眼点是系统的整体涌现性。这是系统之所以成为系统的关键。综合是自下而上的，人们基于对要素的认识通过综合活动获得对子系统的认识，再一层一层地逐步得到对上一层的认识，直到对总系统的认识。由部分“重构”成系统整体。重构是系统综合的方法之一。在人类的认识发展进程中，相当一个时期是把分析作为综合的前提的，但是随着系统观的发展，人们研究事物要首先着眼于整体，局部也是要放在整体、全局之中来加以考察的，所以综合也是分析的前提。系统综合系统综合的着眼点是系统的整体涌现性。这是系统之所以成13这也就是为什么在硬系统方法的逻辑维的顺序中，综合出现在分析之前的缘故。这种自上而下再自下而上的多次反复，构成系统工程的工作全过程，因此分析和综合二者是互为前提的。系统分析与系统综合相结合常常不是一次完成的，需要多次交替进行，这可使得人们在微观上对局部、在宏观上对整体的认识不断加深。这也就是为什么在硬系统方法的逻辑维的顺序中，综合出现在分析之142、对该三维框架的一种修改方案步骤维：也分为七步：1.明确问题；2.设置目标，建立评价准则；3.生成系统方案；4.为各方案建模；5.对各方案进行评价；6.选择一个方案；7.规划实施。步骤维内容更加具体。应用领域与问题范畴维：应用领域分：1.工业；2.经济；3.政治；4.社会经济；5.环境；6.心理；7.保健；8.教育；9.军事；10.社会技术。问题范畴则分为：1.运行效率；2.资源分配；3.项目评价；4.计划与预算；5.战略选择；6.系统的获得。分析工具维：例如成本效益分析；决策分析，等等。这些框架都有利于人们在研究具体工作时明确工作的地位与作用。2、对该三维框架的一种修改方案步骤维：也分为七步：153、步骤维的一个变形工作步骤对具体工程来说更为重要，也有人将系统分析的7个步骤分为三个阶段、五个环节。3、步骤维的一个变形工作步骤对具体工程来说更为重要，也有人将16系统分析的实质这个方案充分反映了每一步不是一次完成的，需要进行多次反复三个阶段：明确问题、分析研究、评价比较五个环节：明确问题、产生方案、预测未来环境、建模与估计后果、评价比较问题——方案——分析——后果——选择客观分析 主观选择基于客观分析的主观选择系统分析的实质这个方案充分反映了每一步不是一次完成的，需要进174、系统工程的工作步骤

步骤1.明确问题(1)辨识主问题和子问题，以及构成问题的因素(2)建立所辨识问题的层次结构(3)把问题加以分解，分成要求、约束、可变更的因素、涉及的人与组织等(4)辨识主要的主观考虑(5)辩明系统边界(6)辩识影响主问题的未来条件4、系统工程的工作步骤步骤1.明确问题18步骤2.设置目标，建立评价准则

(1)辩识主要要求、目的、目标和子目标

(2)对上述各因素建立一个层次结构

(3)辩明目标、约束、可变因素、涉及人与组织这几方面的相互关联程度

(4)辨明主要前提与假设

(5)建立或确定目标的度量

(6)建立初步的评价准则步骤2.设置目标，建立评价准则(1)辩识主要要求、目的、目19步骤3.生成方案(1)寻找为达到目标与子目标所有可能的方案(2)确定方案中活动与措施的度量(3)把方案联到目标结构中去步骤3.生成方案(1)寻找为达到目标与子目标所有可能的方案20步骤4.为方案建模

(1)为每一方案建立描述型或预测型的模型，或者为整个系统建立模型，以便对各种方案下的整个系统进行分析

(2)对模型进行鉴定

(3)改进并且合并模型

(4)寻求模型运行的结果步骤4.为方案建模(1)为每一方案建立描述型或预测型的模型21步骤5.对方案进行评价(1)按照主要准则（包括效果、风险、成本），对各方案在各种条件下进行评价(2)估计各种条件出现的概率

步骤6.选择一个方案(1)客观地或主观地对每个准则的重要性进行排队，给出权重(2)把评价信息集中起来(3)评选出一个方案步骤7.规划实施(1)根据所选方案拟订实施计划(2)制订意外情况下的应急措施步骤5.对方案进行评价223.3.2软系统方法论1、软系统方法论的含义在系统工程的发展初期，人们遇到的多半是一些工程技术系统，这些系统的目标与约束明确具体，要解决的问题多半是“怎样做”的类型，我们称这类问题为结构清晰的“良结构化”问题或称“硬”问题。3.3.2软系统方法论1、软系统方法论的含义23后来系统工程涉及到社会、环境、公共事业等领域，遇到的问题涉及许多人或许多组织的利益，他们的要求与评价标准乃至信念和价值观都是不相同的，各自又拥有不同的权力，使得目标与约束相混淆，这时首先要解决“做什么”的问题，也就是说，“什么是问题”倒成了问题。将这类问题不明确、结构不清晰的问题称为“软”问题或称“不良结构化”问题，对它们来说，明确问题是首要任务。在上世纪的70年代，一种处理软问题的软系统方法论开始形成。后来系统工程涉及到社会、环境、公共事业等领域，遇到的问题涉及24这种方法不能像硬系统方法那样，通过观察和理论分析来理解系统，而是要超越观察和理论分析，关注在一定的情景下人们头脑中对问题情境的解释。硬系统追求纯粹的客观性，力求避免把主观性带到对问题的分析中。软系统的研究是要带着一定的思想原则和概念去观察和解释问题，研究者的文化环境、世界观和社会习俗都会产生影响。这种方法强调通过人的交流讨论，对问题的实质有所认识，逐步明确系统的目标，经过不断的反馈，逐步深化对系统的了解，得出满意的可行解。这种方法不能像硬系统方法那样，通过观察和理论分析来理解系统，25软系统方法论是在上世纪80年代提出的，正是在硬系统处理大量工程问题取得成效而转向人类社会活动的过程中遭遇挫折的时候。软系统方法论由彼得∙柴克兰德提出，他明确认识到，几乎在所有的真实情况下，人都是所感兴趣的软系统中固有的一部分。鉴于人们通常具有许多种不同且相互之间存在竞争关系的目标，而且这些目标有时还不清楚，软系统方法论断言，最佳的处理方式肯定是一种能够丰富所有涉及者的知识，从而提高他们对系统和形式的理解方式，而不是去“科学”的寻找“最佳”答案。软系统方法论是在上世纪80年代提出的，正是在硬系统处理大量工262、软系统方法的步骤2、软系统方法的步骤27各步内容第一步是要对问题的情景加以考察。第二步是把问题情景的考察结果用问题情景描述来加以表达，这种描述还不是用系统语言，而是用自然语言或者各种图像来生动地表述。第三步开始从现实世界进入思维世界。这时为了建立系统概念而建立一些“根定义”。第四步是建立概念模型。概念模型是以根定义为基础建立的系统活动的描述，它不涉及实际系统的构成，只是对系统作概念上的说明。第五步则是将概念模型与现实情景相比较，发现差异，进行模型的修正。第六步是提出必要而又可能的变革方案。第七步是实现上述改革方案，得到新的情景，实际上就是系统的建立或者改造。各步内容第一步是要对问题的情景加以考察。28根定义根定义是从某一特定角度对一个人类活动系统做出的简要描述。这些定义涉及下列几方面：系统的利害承受者（Customer，简写为C）系统的执行者（Actors,简写为A）系统从输入到输出的变换过程（Transformationprocess，简写为T）世界观（Weltranschauung，简写为W，这里指的是价值观和伦理道德观等）系统所有者（Owners，简写为O）系统的环境约束（Environmentalconstraints,简写为E）。利用上述六方面（CATWOE）的根定义，就把系统活动的要素、有关人员或组织的身份及其影响确定下来了。根定义根定义是从某一特定角度对一个人类活动系统做出的简要描述293、对软系统方法的一些探讨软系统方法论适合于系统目标不明确、涉及多方面利益的场合，它强调人的活动和身份，首先从各方面的关系着眼，它不强调系统的精密分析、建模和优化，而是通过组织讨论，听取各方面有关人员的意见，反复比较和学习，寻求可能的满意的结果。它主要依靠定性的方法，而不像硬系统方法论那样重视定量方法。软系统方法论不指望像硬系统方法论那样一次完成，而强调在实施过程中不断发现问题、不断变革。3、对软系统方法的一些探讨软系统方法论适合于系统目标不明确、30近来国外也有学者提出从多个维度来处理系统问题，这些维度包括：科学维度、逻辑与认识论维度、时间维度、文化/政治/行为维度、道德与伦理维度、社会维度、组织维度、经济维度、技术维度我国的许多位资深学者已经提出过：在注意客观实物的“物理”现象和性质的同时，还要注意人与物、活动与活动之间的“事理”，以及人际关系的“人理”。这三方面综合起来就形成了“物理-事理-人理”方法论，要求“懂物理、明事理、通人理”，这三者是密不可分的。近来国外也有学者提出从多个维度来处理系统问题，这些维度包括：313.3.3还原论、整体论和系统论随着人类活动的广度和深度日益增大，各种事物间的关联也日趋复杂，在生活实践中出现了大量的复杂系统。人们在处理这类复杂系统时，开始使用分解的方法把它分成一些较小的系统来加以研究，以为对各个分系统了解和掌握了也就可以对整个复杂系统加以掌握了。过去自然科学常用还原论方法，它把所研究的对象分解成各个部分，以为部分都研究清楚了，整体也就清楚了。如果部分还研究不清楚，再继续分解下去进行研究，直到弄清楚为止。应用这种方法，自然科学确实取得了很大的成就。3.3.3还原论、整体论和系统论随着人类活动的广度和深度日32还原论方法由整体往下分解，研究得越来越细，这是它的优势方面，但由下往上却回不来，回答不了高层次和整体问题，这又是它的不足的一面。所以仅靠还原论方法还不够，还要解决由下往上的问题。从系统角度来看，把系统分解为部分，单独研究一个部分，就把这个部分和其它部分的关联切断了。这样，就是把每个部分都研究清楚了，也回答不了系统整体性问题。当系统各部分之间的关联较少，或者联系得不太紧密时，这个矛盾还不突出。等到一些巨型复杂系统出现以后，这一矛盾就使得人们无法真正认识系统的全貌。还原论方法由整体往下分解，研究得越来越细，这是它的优势方面，33生物学家贝塔朗菲提出了整体论方法，强调还是从生物体系统的整体上来研究问题。可是当时还是就整体论整体，缺乏对整体部分的联系的有效研究。我国著名的系统工程专家钱学森提出把还原论方法和整体论方法结合起来，形成所谓系统论方法。应用这个方法研究系统时，也需要将系统分解，在分解后研究的基础上再综合集成到系统整体，达到从整体上研究和解决问题的目的。系统论方法吸收了还原论方法和整体论方法各自的长处，同时也弥补了各自的局限性，既超越了还原论方法，又发展了整体论方法，这就是系统论方法的优势所在。生物学家贝塔朗菲提出了整体论方法，强调还是从生物体系统的整体343.3.4综合集成方法论上个世纪80年代末至90年代初，钱学森又先后提出“从定性到定量综合集成方法”以及它的实践形式“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，两者合称为综合集成方法，并将运用这套方法的集体称为总体部。这就将系统论方法具体化了，形成了一套可以操作的行之有效的方法体系和实践方式。从方法与技术层次上看，它是人-机结合、人-网结合以人为主的信息、知识和智慧的综合集成技术；从运用和应用层次上看，是以总体部为实体进行的综合集成工程。3.3.4综合集成方法论上个世纪80年代末至90年代初，钱35综合集成方法运用的是专家体系的合作以及专家体系与机器体系合作的研究方式与工作方式。是通过定性综合集成到定性、定量相结合综合集成，再到从定性到定量综合集成这样三个步骤来实现的。这个过程不是截然分开，而是循环往复、逐次逼近的。要想集思广益，必须有一个能够让大家发表意见的场所，这就是集成研讨厅。综合集成方法还在不断发展之中，作为一种新的方法论，它的理念已经开始显示出很大的威力。综合集成方法运用的是专家体系的合作以及专家体系与机器体系合作363.3.5系统分析的3个例子例1：安排粮食和果树的合理发展规模问题的系统分析例2：美国清除废弃车辆的系统分析例3：能源输送问题的系统分析3.3.5系统分析的3个例子例1：安排粮食和果树的合理发展37例1：如何安排粮食和果树的合理发展规模问题北方某地区是一个苹果之乡，当地有良好的发展果树的条件，政府打算制订一个发展苹果基地的长远规划，但又要在有限的土地上保证粮食生产，因此希望利用系统工程的思想和方法做好规划。经过组织当地干部，农业各领域专家和系统分析人员讨论和调查，大家明确了我们所研究的不限于粮食作物和果树这两项的合理布局，而是涉及农、林、牧、果在内的大农业系统。例1：如何安排粮食和果树的合理发展规模问题北方某地区是一个苹38因为这些生产环节共享着土地和水资源、当地的劳动力资源；系统的目标不仅要得到较大的经济效益，还要保证生态效益和社会效益，这样就明确了问题所在，并确定了系统的目标，这样确定的问题，比原来想得更全面。为了弄清楚各种因素之间的联系和制约，在概念模型基础之上，建立了结构模型，然后收集必要的数据，根据各种消耗和产出之间的关系，建立了数学模型。因为这些生产环节共享着土地和水资源、当地的劳动力资源；39然后，根据政府机关对5年后的一定目标设想，设定了五个方案，每个方案都有一定预期目标，如粮食自给、尽可能发展水果生产等等。在每个方案已知的约束下，进行该方案的优化，最后再把五个方案的各项指标列表，供领导选择。这样做既保证了充分利用资源和保持生态良性循环，又可得当良好的经济效益，使大农业系统得到最好的运行。然后，根据政府机关对5年后的一定目标设想，设定了五个方案，40例2：美国怎样清除废弃车辆的系统分析美国每年有数以百万计的车辆被废弃，这些废车多半是车主觉得不值得拖回去修理。这样到处乱丢，破坏了环境，成为引发其它事故的严重隐患。经过分析，知道造成这种大量堆弃的原因是从现场搬运开存在着问题。尽管美国政府每年在这一项上的开支就有几亿美元，旦仍存在着这种局面。为了解决这一难题，把研究内容限制在每年怎样把600万辆废车以适当的方式搬走。例2：美国怎样清除废弃车辆的系统分析美国每年有数以百万计的车41在研究解决问题的方案时，先考察了原方案。原来是用吊车和平板拖车进行吊运，占地大，移动慢，有时还需要交通部门特许。每套设备成本98000美元，每年要4615套才能搬完600万辆废车，因此设备总成本为45000万美元。如折旧期3年，则设备年度成本15000万美元，加上运行费7000万美元，劳动力费用38400万美元，总共需60400万美元。花费很大。为了解决问题，需要新的方案。新方案是使用更简单、迅速、灵巧、经济的设备，新发明了一种特殊的“铲运卡车”，把卡车与铲车结合在一起，可以大大提高效率。在研究解决问题的方案时，先考察了原方案。原来是用吊车和平板拖42每年搬运600万辆废车只要2564辆铲运卡车，此车成本为2万美元，折旧期也是三年，这样设备年度成本为1700万美元，加上运行费2000万美元，劳动力费用l0800万美元，总共14500万美元，只有原方案的四分之一。原方案和新方案相比，显然应采纳新方案。之后要设计、试制并投入生产。整个开发需要200万美元。生产则有两种方案：委托有生产能力的厂去生产，或是新建一组装厂生产成品，而零部件委托外厂加工。如果全美国开始需要12000辆，价值24000万元。最后的结论是：使用铲运卡车，可以从多万面得到效益，是一个很好的方案。每年搬运600万辆废车只要2564辆铲运卡车，此车成本为2万43例3：能源输送问题我国某内陆地区有一个煤田待开发，它的煤质适合发电，而沿海地区由于经济迅速发展，缺少电力。这里就有一个把火力发电厂建在哪里的问题。一种办法是电厂建在矿口，就地用煤，而把电力通过高压输电线送到用电地区；一种办法是把电厂建在用电地区，而通过铁路运煤到电厂。乍看起来，这只是一个能源输送方式的研究，看哪一种方式最经济。例3：能源输送问题我国某内陆地区有一个煤田待开发，它的煤质适44但在进行系统分析的一开始，着手调查时，就发现并不这么简单。如果采取“输电”方案，就得把电厂建在矿区附近，这就要看这一带有没有建厂条件，特别是水资源和灰碴排放地点。这不仅涉及技术条件，还涉及环境保护的要求。如果采取“输煤”方案，电厂建在用电区，同样也得看当地有无建厂条件。此外，不同的方案，给不同地区在其它方面也带来效益和损害。但在进行系统分析的一开始，着手调查时，就发现并不这么简单。45所以一开始在明确问题前先要把目标（能源输送经济效益、其它经济效益、生态影响、就业等涉及多个利益主体）理清楚，对于众多目标需要分清轻重缓急。然后进行方案设想，除了输电、输煤两种单一方案外，也可以采用部分输煤部分输电方案。可以为每种方案建立数学模型，分析计算费用、效益、影响，把各方案的各项指标列出来。显然有些方案是各有利弊的，这就需要决策者根据需要与可能、主要与次要加以选择确定。所以一开始在明确问题前先要把目标（能源输送经济效益、其它经济463.4系统工程方法论实施的重要保障3.4.1系统工程各步骤实现方法1）明确问题的方法1.创造工程学为了整理杂乱无章的想法，或制定替代方案，或产生解决方案，把考虑的经验和直观方法加以归纳就称为创造工程学有：集体创造性思考法、K.J法、5W1H法、矩阵表示法、水平思考法，等3.4系统工程方法论实施的重要保障3.4.1系统工程各步47两种明确问题的方法一种方法是把与问题有关的信息片断逐个记录在卡片或纸条上，把它们摊在桌面上全面进行审视，把有关联的放在一堆，这样就逐渐形成一些局部情况和子问题给它们再命名，作为一个单元，和其它类似单元再进行聚类，找它们之间的关联，这样就能逐步形成问题再一种方法是通过写书面报告来清理思想，明确问题。例如在这一阶段的开始撰写问题剖析报告和结束时撰写阶段结果报告两种明确问题的方法一种方法是把与问题有关的信息片断逐个记录在482.技术预测系统是未知的东西，所以必须预测和评价它对外部产生什么影响，能否适应未来的环境等有：直觉预测法、概要记述法、交叉分析法、时间系列分析法，等3.构造模型当整理那些比较复杂的问题而欲抽出其中本质的部分时，最好是利用图解法，比较直观有：结构模型法、图解理论、关联树形法，等2.技术预测494．多变量解析法当现象过于复杂而很难抓住它的本质性特征时，用多变量解析最好有因式分解法、主成分分析法等5.其它的方法系统理论、模糊理论等4．多变量解析法502）建立评价体系的方法1．效用理论从公理出发用数学确立评价的理论体系就是效用理论2．数量化理论是从许多的实际数据中使感觉的量数值化的一种方法，往往在解决社会科学的各种问题中应用3．官能检查色、香、味、美的感觉能凭人的感觉排出顺序，但许多量没有适当的测量仪器决定其尺度的是一些被称为官能检查的方法。应用统计的方法2）建立评价体系的方法1．效用理论514．成本效益分析一直沿用的评价投资效果的方法5．安全评价是系统评价中最难的一种评价。利害混杂，难以评价，而且危险感凭个人的主观来确定，寻找客观的尺度很困难6．价值工程以产品的功能为主体去考虑其价值价值分析、价值管理4．成本效益分析521.以目标分级创造替代方案若将目标分级，从上一级目标来考虑，就便于创造替代方案2．结构模型的巨型化集中几个结构模型的要素构作巨型结构，由于要素数目少，结构简单，就容易综合3．计算机辅助设计（CAD）3）系统综合的方法1.以目标分级创造替代方案3）系统综合的方法531．系统变量的选择实际系统中有许多变量，从中选出主要的变量，将它区分为独立变量、从属变量2．物理模型要考虑物质平衡、能量平衡的法则、变量的制约和信息流等3．非物理模型（统计模型）利用输入输出数据，即使不知道系统的内部结构，也能求得这些数据之间的关系多元回归分析法、自回归—平均移动模型，神经网络算法等4）分析和模型化的方法1．系统变量的选择4）分析和模型化的方法544．模拟若对系统的每个部分构作数学模型，就能用模拟求得全部动态。各种方便的模拟语言5．OR模型有时利用排队论、对策论模型6．可靠性工程学系统的可靠性非常重要。大规模的系统由于要素众多，容易发生故障，而且一旦系统功能发生衰退现象其影响很大可靠性工程学把要素的可靠性和整个系统的可靠性联系起来人的过失对系统可靠性的影响的研究7．复杂系统理论若对象复杂，通常的技术方法往往不好用。复杂网络理论等4．模拟551．数学规划方法线性规划法、动态规划法2．组合理论分支定界法、整数规划法、遗传算法，等3．其它方法如对策论的最小—最大解5）优化的方法1．数学规划方法5）优化的方法566）决策的方法1．决策分析在不确定的状况下被迫选择时的决策的方法主观效用、主观概率。对难以测定的量提出定量的评价法2．形成统一意见的方法为了进行群体决策，必须考虑调整对立的意见，寻求统一的意见3．关联树型法一种评价或决策的方法6）决策的方法1．决策分析571．统一程序规划2．日程安排法如网络法3．经营设计7）计划的方法1．统一程序规划7）计划的方法583.4.2系统直觉1、什么是系统直觉直觉是人的大脑仅凭感觉、或者凭少量感性信息（个别、特殊）的启示，就对事物的本来面貌、本质、相互联系、相互关系、变化规律（一般、普遍）直接做出判断的认识活动。有人把它称为第六感。在面临一个涉及相互关联的多种因素的复杂问题时，有经验的专家或者经常处理这类复杂问题的人，首先会从直觉上把它看作是系统问题，从系统着眼来考虑问题。3.4.2系统直觉1、什么是系统直觉59有的资深专家，在处理一些大型复杂任务时，常常是一开始就从全局出发，立刻从宏观上把所处理的对象看作是一个系统，或者在处理一些错综复杂的问题时，能够独具慧眼，很快地发现隐藏着的系统，或者利用构建一个前所未有的新系统来加以解决。实际上这是由于资深专家在自己的工作中经常处理许多带有系统特征的任务，进行过多项带有系统分析和系统构建特点的工作，因而已经自觉或不自觉地把系统工程的一些基本观念和方法深深地内化于自己的头脑之中，一遇到类似问题，就会立即从直觉上运用系统的观念和思想来认识和处理问题，或者创造性地设想出一个新的系统方案。有的资深专家，在处理一些大型复杂任务时，常常是一开始就从全局60系统直觉王院士提出的“系统直觉”概念，是指能够把复杂问题看作是系统问题的一种直观感觉，这种感觉是由于过去处理复杂问题积累的经验和一定的系统知识累积而成的。有了这种直觉，就会首先对系统的概貌做一个了解或有一个设想，对问题的复杂性有一个估计。研究问题的情境是怎样的，哪些部分有关联，怎样才能对系统的目标取得大致的认识。然后按照系统分析方法明确问题，确定目标，将问题加以分解，对每个局部、要素进行深入考察，再综合起来对整体进行更深全面的了解。系统直觉王院士提出的“系统直觉”概念，是指能够把复杂问题看作61有系统整体性的感觉；对整体与部分的关系有一定认识；是“自上而下”在看问题；有很强的情景依赖性；运用了不可言传的隐性（意会性）知识。2、系统直觉的特征有系统整体性的感觉；2、系统直觉的特征623、系统直觉的具体内容（一）系统直觉判别。这表现在人们对于所面临的任务或者对象，从它的整体特点以及相互之间的复杂关联，能够判断出这是一个系统，应该使用系统工程的理念和方法来进行处理。（二）系统直觉选择。这在集成创新过程中常常会遇到。例如许多数码产品都是几种功能部件集成在一部机器之内，选择哪些功能部件集成一个新的系统，设计者就会根据自己的经验或者对市场需求的感觉，首先凭借系统直觉进行选择，然后分析其可行性。（三）系统直觉想象。这主要表现在前面所说的专家能够出乎其他人的意料地设想出一个解决问题的崭新系统来。3、系统直觉的具体内容（一）系统直觉判别。这表现在人们对于63（四）系统直觉启发。当无法立即做出上述直觉的判别时，就会联想其他情况下的类似系统，看有无可以借鉴。这里实际上也是一种模式的迅速匹配，只是可以把联想范围扩大到过去经验或者耳闻的各种系统类型。（五）系统直觉预见。这种预见最常见的是凭着系统直觉，对客观事物中某些因素的变化，预见在未来会影响整个系统到什么地步，例如废物排放对环境将会造成多么严重的影响。这种预见是未经仔细分析而是很快就提出来的。（四）系统直觉启发。当无法立即做出上述直觉的判别时，就会联想643.4.3系统工程的队伍1、队伍类型从事系统工程工作的队伍中，有两种类型的人：有一类工作，如总体规划、综合计划、总体设计、总调度以及其它一些需要“抓总”的工作，本身带有系统工程的性质，从事这类工作的人，他们是“一身而二任”，既是自己行业内的专家，又担负起系统工程师、系统分析专家的任务，他们是推广应用系统工程思想与方法的关键人物。他们是总工程师、总经济师、总设计师、综合计划处长、总调度员等“总”字号的人物，当然也包括管总体的领导、“长”字号人物。3.4.3系统工程的队伍1、队伍类型65但是，当系统变得愈来愈庞大、愈来愈复杂时，单靠一个“拿总”的人，无论从他的知识和能力来说都无法完成这种组织、协调工作，这就需要有专门的人员——系统工程专业人员来协助他完成，因此就出现了第二种类型的人员。第二种类型的人员就是专业系统工程师或系统分析人员。他们专门从事从整体、全局进行分析筹划的工作，有时候这个工作是由一个小组来做的，小组由系统工程师、具体领域的专家、计算机工作人员组成，彼此配合默契地工作。但是，当系统变得愈来愈庞大、愈来愈复杂时，单靠一个“拿总”的66工作场所系统工程师或系统分析人员，有的工作在政府、社会、企业各部门相应的领导机关，或者专门设立的总体设计部门，或系统分析部门、综合研究部门如发展研究中心；也有的工作在专门的系统工程研究或咨询机构，例如国际应用系统分析研究所(IIASA)，美国的兰德公司，日本的野村综合研究所、我国中国科学院、各部委、各高校所设立的系统科学或系统工程研究所，这些研究机构接受政府、机关、企业的委托进行系统分析，并从事系统工程的基础性研究。工作场所系统工程师或系统分析人员，有的工作在政府、社会、企业672、系统工程师的职业特点具有能从整体、全局考察与驾驭工作的能力和习惯，善于统筹策划；对新事物敏感，敢于并善于探索；善于和上级、下级、左右的机构与同志联系工作，沟通思想，能团结不同专业、不同观点的专家一道工作；在知识结构上，要求他们是“T”型人物，T这个字母的一横表示广博的知识，一竖表示在某一专业方面有精深的造诣。现在又有人提出，要求系统工程工作者是∏型人物，这第二竖表明它在系统科学与系统工程的专业上也要有较深的造诣；要有较好的人际关系和沟通技巧；系统工程工作者要有广阔的视野和远大的抱负。2、系统工程师的职业特点具有能从整体、全局考察与驾驭工作的能68国际系统工程委员会（INCOSE）曾经提出系统工程师的道德规范：（一）基本原则要诚实公正；保持高度的廉洁；努力提高工程职业的能力和声望；支持本学科的教育机构、职业协会和技术学会。国际系统工程委员会（INCOSE）曾经提出系统工程师的道德规69（二）对社会和公共设施的基本责任和义务捍卫公众利益和保护环境、安全和福利免受工程活动和技术产物的影响；对自己的活动和工程结果承担责任，包括接受道德的检查和评估；主动减少和避免不安全的实践；利用系统整体观点和对系统接口理解所赋予的知识来处理风险；对慎重的系统工程措施要促进人们去理解、执行和接受。（二）对社会和公共设施的基本责任和义务70思考题-31、你怎样理解系统工程方法论？2、在你自己的专业范围内的开发或者设计工作中，哪些可以用硬系统方法论、那些需要软系统方法论来解决？试各举两个例子。思考题-31、你怎样理解系统工程方法论？71第3章系统工程的方法论第1节系统工程的方法体系第2节硬系统方法论第3节软系统方法论第4节系统方法论的进一步发展第5节系统直觉第6节系统分析与系统综合第7节系统中的知识第8节功能模拟和黑箱方法第9节系统工程中需要处理好的几个关系第10节系统工程既是科学又是艺术第11节系统工程的队伍与人才第3章系统工程的方法论第1节系统工程的方法体系72系统工程既是一门方法性学科，所以首先侧重方法。系统工程的方法包含两方面的含义，一是指解决系统工程问题的手段和工具，一是指工作中的办法和步骤，后者又是和工作程序联系在一起的。创造系统，首先要有牢固的目的意识；其次，掌握鉴定问题本质的分析方法；第三，具有为达到目的而集结自己知识的综合能力分析能力+知识+培养运用所具有的知识去创造解答的能力。SE不一定具有固定的理论、方法，可以适当地选用各领域发展起来的方法——选择已有要素（方法），重新组合。3.1系统工程的方法工具体系系统工程既是一门方法性学科，所以首先侧重方法。系统工程的方法73需要3个方面的知识有关对象领域的知识；有关系统共性方面的知识，即系统学科的知识，在系统工程层次上就是有关系统工程的方法性、原理性知识；经验性的知识。前两类知识是可以用语言文字表达和传递的显性（言传性）知识；经验型的知识的相当一部分是只可意会、不可言传的隐性（意会性）知识。需要3个方面的知识有关对象领域的知识；74系统工程的方法、工具体系自下而上，可分为四层：工具：计算机、网络、算法、程序技术：使用工具的方法，优化技术、预测技术、仿真技术方法：选择什么技术来达到目的的办法，定量方法、定性方法、解析方法、实验方法方法论：指处理系统工程问题的一整套思想、原则，是运用方法的方法系统工程的方法、工具体系自下而上，可分为四层：753.2系统工程的原则系统工程原则是来自于系统思想，是系统思想在实际中的应用，是系统思想的具体化。目的性原则：自始至终要有明确的目的；异因同果，殊途同归整体性原则：森林、自行车、直升飞机先见林，后见木，从全局、整体着眼；系统的功能大于各部分功能的总和，是质变先看整体，全局，再看部分、局部。从宏观到微观3.2系统工程的原则系统工程原则是来自于系统思想，是系统思76综合性原则：系统的目的、属性是多方面的，相互关联的，带有综合的特点；解决同一个问题，可用不同的方法、途径。综合也是创造动态性原则：不仅仅注意系统的某一状态，注重系统的过程，物流、能流、信息流，动态平衡。综合性原则：77协调与优化原则：系统组成部分数量多，互相制约，相互间的配合协作；强调系统的优化，目标、标准多元化，优化需要协调适应性原则：系统必须适应环境；系统具有自组织性，可自动调节自身的组织，适应环境系统的原则还有：有序性原则、层次性原则等协调与优化原则：783.3系统工程方法论当我们面临系统工程任务时，必须在正确的方法论指导下，采取适当的方法，选择适当的技术，借助于适当的工具去进行工作。只有这样居高临下地进行考虑，才能事半功倍。系统工程的各种方法、技术、工具的覆盖面、内容、适用范围不尽一致，它们都在不断地改进发展，并且方法和技术两个层次之间界线也不是很鲜明的。方法论是人们认识世界与改造世界的根本方法的哲学学说。方法论探索各种方法的共性内容、结构、作用、规律性、使用范围、发展趋势等。系统工程的方法论则是探索系统研究、开发、运行过程中各种方法的共同规律。它和系统思想密不可分。3.3系统工程方法论当我们面临系统工程任务时，必须在正确的793.3.1硬系统方法论1、系统工程的三维形态图逻辑维、时间维、知识维逻辑维：一项系统工程，在使用系统思想方法来分析问题解决问题时，从逻辑顺序上要经历下面这些过程和步骤：1.问题的确定；2.选择目标；3.系统综合；4.系统分析；5.优化；6.决策；7.规划行动。时间维：七个阶段：规划制订、初步设计、研制阶段、生产阶段、安装阶段、运行阶段、更新阶段。知识维：工程学、商业、社会科学等。该三维结构在上一世纪的60年代和70年代有过很大的影响，一些硬系统的开发大体上都遵循这一思路。3.3.1硬系统方法论1、系统工程的三维形态图80系统工程的三维形态图系统工程的三维形态图81活动矩阵系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中对应一个区域，这个区域在三个坐标轴上对应的正是该项工作的位置如果去掉知识维，就可以表示为两维表：活动矩阵在每一阶段，都存在着7个逻辑步骤活动矩阵系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中对应一个区82系统分析系统分析可以有广义与狭义两种理解。有的国家把涉及宏观经济、政治、社会等方面的系统问题的研究和应用称为系统分析，以区别于工程技术中的系统工程，这是对系统分析的广义理解。我们这里取它的狭义理解，也就是特指系统工程过程的一个阶段。系统分析是一个思维过程。在对系统已经有了一个直观的理解的基础上，首先要把系统和它所处的环境分开，也就是确定系统的边界。然后找出系统的要素及其连接方式，复杂系统还要确定系统的层次和子系统的数目。分析是把对象在思维中分解为它的各个组成部分或要素，来分别加以考察。这是一个自上而下的分解过程。系统分析系统分析可以有广义与狭义两种理解。有的国家把涉及宏观83系统综合系统综合的着眼点是系统的整体涌现性。这是系统之所以成为系统的关键。综合是自下而上的，人们基于对要素的认识通过综合活动获得对子系统的认识，再一层一层地逐步得到对上一层的认识，直到对总系统的认识。由部分“重构”成系统整体。重构是系统综合的方法之一。在人类的认识发展进程中，相当一个时期是把分析作为综合的前提的，但是随着系统观的发展，人们研究事物要首先着眼于整体，局部也是要放在整体、全局之中来加以考察的，所以综合也是分析的前提。系统综合系统综合的着眼点是系统的整体涌现性。这是系统之所以成84这也就是为什么在硬系统方法的逻辑维的顺序中，综合出现在分析之前的缘故。这种自上而下再自下而上的多次反复，构成系统工程的工作全过程，因此分析和综合二者是互为前提的。系统分析与系统综合相结合常常不是一次完成的，需要多次交替进行，这可使得人们在微观上对局部、在宏观上对整体的认识不断加深。这也就是为什么在硬系统方法的逻辑维的顺序中，综合出现在分析之852、对该三维框架的一种修改方案步骤维：也分为七步：1.明确问题；2.设置目标，建立评价准则；3.生成系统方案；4.为各方案建模；5.对各方案进行评价；6.选择一个方案；7.规划实施。步骤维内容更加具体。应用领域与问题范畴维：应用领域分：1.工业；2.经济；3.政治；4.社会经济；5.环境；6.心理；7.保健；8.教育；9.军事；10.社会技术。问题范畴则分为：1.运行效率；2.资源分配；3.项目评价；4.计划与预算；5.战略选择；6.系统的获得。分析工具维：例如成本效益分析；决策分析，等等。这些框架都有利于人们在研究具体工作时明确工作的地位与作用。2、对该三维框架的一种修改方案步骤维：也分为七步：863、步骤维的一个变形工作步骤对具体工程来说更为重要，也有人将系统分析的7个步骤分为三个阶段、五个环节。3、步骤维的一个变形工作步骤对具体工程来说更为重要，也有人将87系统分析的实质这个方案充分反映了每一步不是一次完成的，需要进行多次反复三个阶段：明确问题、分析研究、评价比较五个环节：明确问题、产生方案、预测未来环境、建模与估计后果、评价比较问题——方案——分析——后果——选择客观分析 主观选择基于客观分析的主观选择系统分析的实质这个方案充分反映了每一步不是一次完成的，需要进884、系统工程的工作步骤

步骤1.明确问题(1)辨识主问题和子问题，以及构成问题的因素(2)建立所辨识问题的层次结构(3)把问题加以分解，分成要求、约束、可变更的因素、涉及的人与组织等(4)辨识主要的主观考虑(5)辩明系统边界(6)辩识影响主问题的未来条件4、系统工程的工作步骤步骤1.明确问题89步骤2.设置目标，建立评价准则

(1)辩识主要要求、目的、目标和子目标

(2)对上述各因素建立一个层次结构

(3)辩明目标、约束、可变因素、涉及人与组织这几方面的相互关联程度

(4)辨明主要前提与假设

(5)建立或确定目标的度量

(6)建立初步的评价准则步骤2.设置目标，建立评价准则(1)辩识主要要求、目的、目90步骤3.生成方案(1)寻找为达到目标与子目标所有可能的方案(2)确定方案中活动与措施的度量(3)把方案联到目标结构中去步骤3.生成方案(1)寻找为达到目标与子目标所有可能的方案91步骤4.为方案建模

(1)为每一方案建立描述型或预测型的模型，或者为整个系统建立模型，以便对各种方案下的整个系统进行分析

(2)对模型进行鉴定

(3)改进并且合并模型

(4)寻求模型运行的结果步骤4.为方案建模(1)为每一方案建立描述型或预测型的模型92步骤5.对方案进行评价(1)按照主要准则（包括效果、风险、成本），对各方案在各种条件下进行评价(2)估计各种条件出现的概率

步骤6.选择一个方案(1)客观地或主观地对每个准则的重要性进行排队，给出权重(2)把评价信息集中起来(3)评选出一个方案步骤7.规划实施(1)根据所选方案拟订实施计划(2)制订意外情况下的应急措施步骤5.对方案进行评价933.3.2软系统方法论1、软系统方法论的含义在系统工程的发展初期，人们遇到的多半是一些工程技术系统，这些系统的目标与约束明确具体，要解决的问题多半是“怎样做”的类型，我们称这类问题为结构清晰的“良结构化”问题或称“硬”问题。3.3.2软系统方法论1、软系统方法论的含义94后来系统工程涉及到社会、环境、公共事业等领域，遇到的问题涉及许多人或许多组织的利益，他们的要求与评价标准乃至信念和价值观都是不相同的，各自又拥有不同的权力，使得目标与约束相混淆，这时首先要解决“做什么”的问题，也就是说，“什么是问题”倒成了问题。将这类问题不明确、结构不清晰的问题称为“软”问题或称“不良结构化”问题，对它们来说，明确问题是首要任务。在上世纪的70年代，一种处理软问题的软系统方法论开始形成。后来系统工程涉及到社会、环境、公共事业等领域，遇到的问题涉及95这种方法不能像硬系统方法那样，通过观察和理论分析来理解系统，而是要超越观察和理论分析，关注在一定的情景下人们头脑中对问题情境的解释。硬系统追求纯粹的客观性，力求避免把主观性带到对问题的分析中。软系统的研究是要带着一定的思想原则和概念去观察和解释问题，研究者的文化环境、世界观和社会习俗都会产生影响。这种方法强调通过人的交流讨论，对问题的实质有所认识，逐步明确系统的目标，经过不断的反馈，逐步深化对系统的了解，得出满意的可行解。这种方法不能像硬系统方法那样，通过观察和理论分析来理解系统，96软系统方法论是在上世纪80年代提出的，正是在硬系统处理大量工程问题取得成效而转向人类社会活动的过程中遭遇挫折的时候。软系统方法论由彼得∙柴克兰德提出，他明确认识到，几乎在所有的真实情况下，人都是所感兴趣的软系统中固有的一部分。鉴于人们通常具有许多种不同且相互之间存在竞争关系的目标，而且这些目标有时还不清楚，软系统方法论断言，最佳的处理方式肯定是一种能够丰富所有涉及者的知识，从而提高他们对系统和形式的理解方式，而不是去“科学”的寻找“最佳”答案。软系统方法论是在上世纪80年代提出的，正是在硬系统处理大量工972、软系统方法的步骤2、软系统方法的步骤98各步内容第一步是要对问题的情景加以考察。第二步是把问题情景的考察结果用问题情景描述来加以表达，这种描述还不是用系统语言，而是用自然语言或者各种图像来生动地表述。第三步开始从现实世界进入思维世界。这时为了建立系统概念而建立一些“根定义”。第四步是建立概念模型。概念模型是以根定义为基础建立的系统活动的描述，它不涉及实际系统的构成，只是对系统作概念上的说明。第五步则是将概念模型与现实情景相比较，发现差异，进行模型的修正。第六步是提出必要而又可能的变革方案。第七步是实现上述改革方案，得到新的情景，实际上就是系统的建立或者改造。各步内容第一步是要对问题的情景加以考察。99根定义根定义是从某一特定角度对一个人类活动系统做出的简要描述。这些定义涉及下列几方面：系统的利害承受者（Customer，简写为C）系统的执行者（Actors,简写为A）系统从输入到输出的变换过程（Transformationprocess，简写为T）世界观（Weltranschauung，简写为W，这里指的是价值观和伦理道德观等）系统所有者（Owners，简写为O）系统的环境约束（Environmentalconstraints,简写为E）。利用上述六方面（CATWOE）的根定义，就把系统活动的要素、有关人员或组织的身份及其影响确定下来了。根定义根定义是从某一特定角度对一个人类活动系统做出的简要描述1003、对软系统方法的一些探讨软系统方法论适合于系统目标不明确、涉及多方面利益的场合，它强调人的活动和身份，首先从各方面的关系着眼，它不强调系统的精密分析、建模和优化，而是通过组织讨论，听取各方面有关人员的意见，反复比较和学习，寻求可能的满意的结果。它主要依靠定性的方法，而不像硬系统方法论那样重视定量方法。软系统方法论不指望像硬系统方法论那样一次完成，而强调在实施过程中不断发现问题、不断变革。3、对软系统方法的一些探讨软系统方法论适合于系统目标不明确、101近来国外也有学者提出从多个维度来处理系统问题，这些维度包括：科学维度、逻辑与认识论维度、时间维度、文化/政治/行为维度、道德与伦理维度、社会维度、组织维度、经济维度、技术维度我国的许多位资深学者已经提出过：在注意客观实物的“物理”现象和性质的同时，还要注意人与物、活动与活动之间的“事理”，以及人际关系的“人理”。这三方面综合起来就形成了“物理-事理-人理”方法论，要求“懂物理、明事理、通人理”，这三者是密不可分的。近来国外也有学者提出从多个维度来处理系统问题，这些维度包括：1023.3.3还原论、整体论和系统论随着人类活动的广度和深度日益增大，各种事物间的关联也日趋复杂，在生活实践中出现了大量的复杂系统。人们在处理这类复杂系统时，开始使用分解的方法把它分成一些较小的系统来加以研究，以为对各个分系统了解和掌握了也就可以对整个复杂系统加以掌握了。过去自然科学常用还原论方法，它把所研究的对象分解成各个部分，以为部分都研究清楚了，整体也就清楚了。如果部分还研究不清楚，再继续分解下去进行研究，直到弄清楚为止。应用这种方法，自然科学确实取得了很大的成就。3.3.3还原论、整体论和系统论随着人类活动的广度和深度日103还原论方法由整体往下分解，研究得越来越细，这是它的优势方面，但由下往上却回不来，回答不了高层次和整体问题，这又是它的不足的一面。所以仅靠还原论方法还不够，还要解决由下往上的问题。从系统角度来看，把系统分解为部分，单独研究一个部分，就把这个部分和其它部分的关联切断了。这样，就是把每个部分都研究清楚了，也回答不了系统整体性问题。当系统各部分之间的关联较少，或者联系得不太紧密时，这个矛盾还不突出。等到一些巨型复杂系统出现以后，这一矛盾就使得人们无法真正认识系统的全貌。还原论方法由整体往下分解，研究得越来越细，这是它的优势方面，104生物学家贝塔朗菲提出了整体论方法，强调还是从生物体系统的整体上来研究问题。可是当时还是就整体论整体，缺乏对整体部分的联系的有效研究。我国著名的系统工程专家钱学森提出把还原论方法和整体论方法结合起来，形成所谓系统论方法。应用这个方法研究系统时，也需要将系统分解，在分解后研究的基础上再综合集成到系统整体，达到从整体上研究和解决问题的目的。系统论方法吸收了还原论方法和整体论方法各自的长处，同时也弥补了各自的局限性，既超越了还原论方法，又发展了整体论方法，这就是系统论方法的优势所在。生物学家贝塔朗菲提出了整体论方法，强调还是从生物体系统的整体1053.3.4综合集成方法论上个世纪80年代末至90年代初，钱学森又先后提出“从定性到定量综合集成方法”以及它的实践形式“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，两者合称为综合集成方法，并将运用这套方法的集体称为总体部。这就将系统论方法具体化了，形成了一套可以操作的行之有效的方法体系和实践方式。从方法与技术层次上看，它是人-机结合、人-网结合以人为主的信息、知识和智慧的综合集成技术；从运用和应用层次上看，是以总体部为实体进行的综合集成工程。3.3.4综合集成方法论上个世纪80年代末至90年代初，钱106综合集成方法运用的是专家体系的合作以及专家体系与机器体系合作的研究方式与工作方式。是通过定性综合集成到定性、定量相结合综合集成，再到从定性到定量综合集成这样三个步骤来实现的。这个过程不是截然分开，而是循环往复、逐次逼近的。要想集思广益，必须有一个能够让大家发表意见的场所，这就是集成研讨厅。综合集成方法还在不断发展之中，作为一种新的方法论，它的理念已经开始显示出很大的威力。综合集成方法运用的是专家体系的合作以及专家体系与机器体系合作1073.3.5系统分析的3个例子例1：安排粮食和果树的合理发展规模问题的系统分析例2：美国清除废弃车辆的系统分析例3：能源输送问题的系统分析3.3.5系统分析的3个例子例1：安排粮食和果树的合理发展108例1：如何安排粮食和果树的合理发展规模问题北方某地区是一个苹果之乡，当地有良好的发展果树的条件，政府打算制订一个发展苹果基地的长远规划，但又要在有限的土地上保证粮食生产，因此希望利用系统工程的思想和方法做好规划。经过组织当地干部，农业各领域专家和系统分析人员讨论和调查，大家明确了我们所研究的不限于粮食作物和果树这两项的合理布局，而是涉及农、林、牧、果在内的大农业系统。例1：如何安排粮食和果树的合理发展规模问题北方某地区是一个苹109因为这些生产环节共享着土地和水资源、当地的劳动力资源；系统的目标不仅要得到较大的经济效益，还要保证生态效益和社会效益，这样就明确了问题所在，并确定了系统的目标，这样确定的问题，比原来想得更全面。为了弄清楚各种因素之间的联系和制约，在概念模型基础之上，建立了结构模型，然后收集必要的数据，根据各种消耗和产出之间的关系，建立了数学模型。因为这些生产环节共享着土地和水资源、当地的劳动力资源；110然后，根据政府机关对5年后的一定目标设想，设定了五个方案，每个方案都有一定预期目标，如粮食自给、尽可能发展水果生产等等。在每个方案已知的约束下，进行该方案的优化，最后再把五个方案的各项指标列表，供领导选择。这样做既保证了充分利用资源和保持生态良性循环，又可得当良好的经济效益，使大农业系统得到最好的运行。然后，根据政府机关对5年后的一定目标设想，设定了五个方案，111例2：美国怎样清除废弃车辆的系统分析美国每年有数以百万计的车辆被废弃，这些废车多半是车主觉得不值得拖回去修理。这样到处乱丢，破坏了环境，成为引发其它事故的严重隐患。经过分析，知道造成这种大量堆弃的原因是从现场搬运开存在着问题。尽管美国政府每年在这一项上的开支就有几亿美元，旦仍存在着这种局面。为了解决这一难题，把研究内容限制在每年怎样把600万辆废车以适当的方式搬走。例2：美国怎样清除废弃车辆的系统分析美国每年有数以百万计的车112在研究解决问题的方案时，先考察了原方案。原来是用吊车和平板拖车进行吊运，占地大，移动慢，有时还需要交通部门特许。每套设备成本98000美元，每年要4615套才能搬完600万辆废车，因此设备总成本为45000万美元。如折旧期3年，则设备年度成本15000万美元，加上运行费7000万美元，劳动力费用38400万美元，总共需60400万美元。花费很大。为了解决问题，需要新的方案。新方案是使用更简单、迅速、灵巧、经济的设备，新发明了一种特殊的“铲运卡车”，把卡车与铲车结合在一起，可以大大提高效率。在研究解决问题的方案时，先考察了原方案。原来是用吊车和平板拖113每年搬运600万辆废车只要2564辆铲运卡车，此车成本为2万美元，折旧期也是三年，这样设备年度成本为1700万美元，加上运行费2000万美元，劳动力费用l0800万美元，总共14500万美元，只有原方案的四分之一。原方案和新方案相比，显然应采纳新方案。之后要设计、试制并投入生产。整个开发需要200万美元。生产则有两种方案：委托有生产能力的厂去生产，或是新建一组装厂生产成品，而零部件委托外厂加工。如果全美国开始需要12000辆，价值24000万元。最后的结论是：使用铲运卡车，可以从多万面得到效益，是一个很好的方案。每年搬运600万辆废车只要2564辆铲运卡车，此车成本为2万114例3：能源输送问题我国某内陆地区有一个煤田待开发，它的煤质适合发电，而沿海地区由于经济迅速发展，缺少电力。这里就有一个把火力发电厂建在哪里的问题。一种办法是电厂建在矿口，就地用煤，而把电力通过高压输电线送到用电地区；一种办法是把电厂建在用电地区，而通过铁路运煤到电厂。乍看起来，这只是一个能源输送方式的研究，看哪一种方式最经济。例3：能源输送问题我国某内陆地区有一个煤田待开发，它的煤质适115但在进行系统分析的一开始，着手调查时，就发现并不这么简单。如果采取“输电”方案，就得把电厂建在矿区附近，这就要看这一带有没有建厂条件，特别是水资源和灰碴排放地点。这不仅涉及技术条件，还涉及环境保护的要求。如果采取“输煤”方案，电厂建在用电区，同样也得看当地有无建厂条件。此外，不同的方案，给不同地区在其它方面也带来效益和损害。但在进行系统分析的一开始，着手调查时，就发现并不这么简单。116所以一开始在明确问题前先要把目标（能源输送经济效益、其它经济效益、生态影响、就业等涉及多个利益主体）理清楚，对于众多目标需要分清轻重缓急。然后进行方案设想，除了输电、输煤两种单一方案外，也可以采用部分输煤部分输电方案。可以为每种方案建立数学模型，分析计算费用、效益、影响，把各方案的各项指标列出来。显然有些方案是各有利弊的，这就需要决策者根据需要与可能、主要与次要加以选择确定。所以一开始在明确问题前先要把目标（能源输送经济效益、其它经济1173.4系统工程方法论实施的重要保障3.4.1系统工程各步骤实现方法1）明确问题的方法1.创造工程学为了整理杂乱无章的想法，或制定替代方案，或产生解决方案，把考虑的经验和直观方法加以归纳就称为创造工程学有：集体创造性思考法、K.J法、5W1H法、矩阵表示法、水平思考法，等3.4系统工程方法论实施的重要保障3.4.1系统工程各步118两种明确问题的方法一种方法是把与问题有关的信息片断逐个记录在卡片或纸条上，把它们摊在桌面上全面进行审视，把有关联的放在一堆，这样就逐渐形成一些局部情况和子问题给它们再命名，作为一个单元，和其它类似单元再进行聚类，找它们之间的关联，这样就能逐步形成问题再一种方法是通过写书面报告来清理思想，明确问题。例如在这一阶段的开始撰写问题剖析报告和结束时撰写阶段结果报告两种明确问题的方法一种方法是把与问题有关的信息片断逐个记录在1192.技术预测系统是未知的东西，所以必须预测和评价它对外部产生什么影响，能否适应未来的环境等有：直觉预测法、概要记述法、交叉分析法、时间系列分析法，等3.构造模型当整理那些比较复杂的问题而欲抽出其中本质的部分时，最好是利用图解法，比较直观有：结构模型法、图解理论、关联树形法，等2.技术预测1204．多变量解析法当现象过于复杂而很难抓住它的本质性特征时，用多变量解析最好有因式分解法、主成分分析法等5.其它的方法系统理论、模糊理论等4．多变量解析法1212）建立评价体系的方法1．效用理论从公理出发用数学确立评价的理论体系就是效用理论2．数量化理论是从许多的实际数据中使感觉的量数值化的一种方法，往往在解决社会科学的各种问题中应用3．官能检查色、香、味、美的感觉能凭人的感觉排出顺序，但许多量没有适当的测量仪器决定其尺度的是一些被称为官能检查的方法。应用统计的方法2）建立评价体系的方法1．效用理论1224．成本效益分析一直沿用的评价投资效果的方法5．安全评价是系统评价中最难的一种评价。利害混杂，难以评价，而且危险感凭个人的主观来确定，寻找客观的尺度很困难6．价值工程以产品的功能为主体去考虑其价值价值分析、价值管理4．成本效益分析1231.以目标分级创造替代方案若将目标分级，从上一级目标来考虑，就便于创造替代方案2．结构模型的巨型化集中几个结构模型的要素构作巨型结构，由于要素数目少，结构简单，就容易综合3．计算机辅助设计（CAD）3）系统综合的方法1.以目标分级创造替代方案3）系统综合的方法1241．系统变量的选择实际系统中有许多变量，从中选出主要的变量，将它区分为独立变量、从属变量2．物理模型要考虑物质平衡、能量平衡的法则、变量的制约和信息流等3．非物理模型（统计模型）利用输入输出数据，即使不知道系统的内部结构，也能求得这些数据之间的关系多元回归分析法、自回归—平均移动模型，神经网络算法等4）分析和模型化的方法1．系统变量的选择4）分析和模型化的方法1254．模拟若对系统的每个部分构作数学模型，就能用模拟求得全部动态。各种方便的模拟语言5．OR模型有时利用排队论、对策论模型6．可靠性工程学系统的可靠性非常重要。大规模的系统由于要素众多，容易发生故障，而且一旦系统功能发生衰退现象其影响很大可靠性工程学把要素的可靠性和整个系统的可靠性联系起来人的过失对系统可靠性的影响的研究7．复杂系统理论若对象复杂，通常的技术方法往往不好用。复杂网络理论等4．模拟1261．数学规划方法线性规划法、动态规划法2．组合理论分支定界法、整数规划法、遗传算法，等3．其它方法如对策论的最小—最大解5）优化的方法1．数学规划方法5）优化的方法1276）决策的方法1．决策分析在不确定的状况下被迫选择时的决策的方法主观效用、主观概率。对难以测定的量提出定量的评价法2．形成统一意见的方法为了进行群体决策，必须考虑调整对立的意见，寻求统一的意见3．关联树型法一种