第3章_系统工程方法论(后)

22019/8/122系统工程概论普通高等教育“十一五”国家级规划教材21世纪高等院校教材工业工程系列主讲教师：周志华电话：1378624451532019/8/123第3章系统工程方法论§3.1系统分析方法论------------兰德公司为代表§3.2霍尔(Hall)的硬系统工程方法论§3.3Chekland软系统工程方法论§3.4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§3.5WSR系统方法论42019/8/124一、霍尔结构体系§3.2Hall的硬系统工程方法论1969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7个阶段，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、逻辑维和知识维的“三维空间结构”，概括了系统工程的一般过程。知识维（K）运筹学控制论社会科学工程技术医药卫生……逻辑维（L）规划阶段拟定方案阶段研制阶段生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段时间维(T)明确问题确定目标方案综合系统分析实施决策系统选择知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的知识和专业技术。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。时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。62019/8/126一)时间维表示系统从规划到更新，从开始→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程。规划阶段：调研、明确目标拟定方案阶段：比较分析方案，择优研制阶段：实现方案，作生产计划生产阶段：零部件→组装整个系统安装阶段：安装系统、试验运行运行阶段：运行更新阶段：评价→改进和更新§3.2Hall的硬系统工程方法论72019/8/127二)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。明确问题：收集资料(考察、测量、调研、需求分析、市场预测)了解系统的环境、目的、系统的各组成部分及其联系等。§3.2Hall的硬系统工程方法论82019/8/128确定择目标：提出目标，制定准则(标准)选择目标过程一般使用价值体系方法：效用理论费用—效益分析：经济系统风险估计价值工程系统方案综合：方案策略，对每种方案进行说明系统分析：系统分比较分析各方案→建模→计算或仿真§3.2Hall的硬系统工程方法论92019/8/129系统分析主要内容：系统变量的选择：状态变量、决策变量(内生、外生)建模和仿真：GPSS、SD可靠性工程系统选择：选出待选方案集，交决策部门决策：不能十全十美，要考虑人、社会各种因素实施：企业：生产计划开发项目：CPM、PERT§3.2Hall的硬系统工程方法论102019/8/1210三)知识维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、商业、法律、管理、社会科学及艺术等各种专业知识和技术。§3.2Hall的硬系统工程方法论112019/8/1211霍尔管理矩阵逻辑维(步骤)时间维(阶段)1234567明确问题选择目标系统综合系统分析系统选择作出决策付诸实施1规划阶段a11a12a13a14a15a16a172拟定方案阶段a21a22a23a24a25a26a273研制阶段a31a32a33a34a35a36a374生产阶段a41a42a43a44a45a46a475（安装）运行阶段a51a52a53a54a55a56a576更新阶段a61a62a63a64a65a66a67122019/8/1212小结:霍尔三维结构方法论认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，因此强调明确目标;核心内容是模型化和最优化,应用定量分析手段，求得最优解答。霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点。132019/8/1213硬系统工程方法论的局限性1、没有进行系统的目标定义2、没有考虑系统中人的主观因素3、往往依靠建立数学模型来解决，对复杂的社会系统不适宜142019/8/12143.3软系统方法论良结构系统：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：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事理型的软系统。软系统：以社会、经济系统等管理领域（人类活动为主），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。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。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，是有很明显的反馈调节思想。152019/8/12153.3Checkland方法论问题及其环境的识别与表达建立概念模型（目标系统概念化）根底定义(C,A,T,W,O,E)比较寻求改善途径评估实施设计选择方案切克兰德的“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。1.不良结构问题提出2.问题的表示3.有关系统的基本定义4.概念模型4a.公式化系统概念4b.其他系统思考5.模型与问题的比较6.可行满意解7.采取行动改善实际问题现实世界系统思考概念模型代替数学模型，思路更加开阔。满意解代替最优解，价值观方面的重要变化。现实世界系统思考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。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。182019/8/1218两种方法论的比较(1)三维结构方法论Checkland方法论A开始:要求解决一个相对明确的或认为是“给定的”问题开始:感到有一个难以定义的问题情景并期望改善之B确定解决问题的目标及评价标准通过考察“结构”和“过程”元素及其相互关系给出与问题情景相关的系统定义C拟定达到目标可能采取的方案,制定模型,进行综合研究提出相关系统的定义并据此构造系统的概念模型D选择能最好满足需要且可行的方案把概念模型与现实进行比较,并据此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获得同意的变革192019/8/1219两种方法论的比较(2)相同点：问题导向；注重程序及阶段；…三维结构方法论Checkland方法论研究对象工程系统软系统处理的问题明确,良结构不明确,不良结构基本方法关注定量分析定量模型、定量方法概念模型,定性方法核心内容最优化比较学习不同点:研究对象；基本方法；核心内容；…202019/8/1220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。212019/8/1221§3.4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。Meta-Synthesis222019/8/1222综合集成方法论的处理对象：开放复杂大系统1）系统、子系统外界2）系统内部结构复杂3）子系统数量巨大能量、信息、物质综合集成的重点在综合，目的是创造、创新“综合即创造”232019/8/1223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。命题专家体系社会认识客观世界知识体系社会实践机器体系结果改造世界认识世界图3.3研讨厅框图242019/8/1224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。252019/8/1225调整模型与参数系统运行评估与反馈决策部门提出问题、形成判断建模、仿真、优化结果分析与综合结论与建议专家体系数据与各种信息资料图3.4综合集成方法262019/8/1226综合集成系统方法的特点:直接诉诸实践经验，特别是专家的经验、感受和判断力，把这些经验，知识和现代科学提供的理论知识结合起来。专家的经验是局部的，多半是定性的，要通过建模、计算把这些定性知识和各种观测数据、统计资料结合起来，使局部定性的知识达到整体定量的知识。把人与计算机结合起来，充分利用知识工程，专家系统和计算机的优点，同时发挥人脑的洞察力和形象思维能力，取长补短，产生出更高的智慧。272019/8/1227特点：总而言之体现：1.定性分析与定量分析结合定量认识从定性判断到精密论证。结合自然科学+社会科学科学理论+经验知识宏观+微观人+计算机专家体系+信息与知识体系+计算机体系2.解决复杂大系统的过程性及过程的方向性和反复性。282019/8/1228§3.5WSR系统方法论中国著名系统科学专家顾基发教授和朱志昌博士于1994年在英国HULL大学提出的。它既是一种方法论，又是一种解决复杂问题的工具。在观察和分析问题时，尤其是观察分析带复杂特性的系统时，WSR体现其独特性，并具有中国传统的哲学思辨，是多种方法的综合统一；根据具体情况，WSR将方法组群条理化、层次化、起到化繁为简之功效；属于定性与定量分析综合集成的东方系统思想。WSR是“物理一事理一人理方法论”的简称292019/8/1229302019/8/1230物理一事理一人理(WSR)系统方法论就是物理、事理和人理三者如何巧妙配置有效利用以解决问题的一种系统方法论。“懂物理、明事理、通人理”就是WSR方法论的实践准则，形容一个人的“通情达理”，就是对其成功实践了WSR的概括。312019/8/1231WSR方法论的工作过程322019/8/1232作业：P54：1-4题332019/8/1233本章到此结束！谢谢！