第3章系统工程方法论

第三章系统工程方法论系统工程方法①方法论层次上的方法—系统工程方法论②技术层次上的方法—系统工程优化技术研究、分析、处理系统工程问题运用的思想、程序和基本原则（亦即一般方法和总体框架）。如霍尔的三维结构模型、切克兰德的调查学习模式、并行工程方法学、物理—事理—人理系统方法论、综合集成系统方法论等。处理复杂系统工程问题常用的一些具体方法。如模型化方法、系统分析方法、系统评价方法、系统仿真方法等。§3.1霍尔系统工程三维结构霍尔三维结构是由美国学者霍尔等人于1969年提出的一种系统工程方法论。它的出现,为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法,因而在世界各国得到了广泛应用.霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤,同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能.这样,就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。§3.1霍尔系统工程三维结构霍尔（ArthurD.Hall）美国通信工程师和系统工程专家，霍尔三维结构的创始人。1924年4月13日生于美国弗吉尼亚州林奇堡。1949年获普林斯顿大学工程学士学位，后在贝尔电话公司通信开发训练部学习3年获得结业证书。曾在纽沃克工学院、麻省理工学院、纽约大学和霍普金斯大学当研究生。1965年获科学硕士学位。1968年获科学博士学位。他在贝尔电话公司工作了16年。在担任宽频带系统研究部部主任期间，曾主持波导及同轴电缆脉码调制传输系统规划。在担任电视工程部主任期间，主持并参加了教育电视、共用天线电视。无线电和电视广播以及电视电话的系统规划。1966年任杰罗尔德电子公司主管工程的副总裁。1968年担任SCM公司研究、开发和系统工程副总裁。1970年后任A.D.霍尔公司总裁，在远程通信方面提供咨询服务。他是费城宾夕法尼亚大学系统工程兼职教授。对发展系统工程有重要贡献，著有《系统工程方法论》。§3.1霍尔系统工程三维结构时间维逻辑维知识维规划阶段拟定方案系统研制生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题管理法律工程技术…表示工作阶段,即按时间排列的工作顺序.1.时间维（p44）§3.1霍尔系统工程三维结构时间维逻辑维知识维规划阶段拟定方案系统研制生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题管理法律工程技术…表示思维过程,即每一阶段工作中应遵循的逻辑步骤.1.时间维2.逻辑维（p45）§3.1霍尔系统工程三维结构时间维逻辑维知识维规划阶段拟定方案系统研制生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题3.知识维（p46）法律管理工程技术…1.时间维2.逻辑维完成各阶段中各思维步骤所需要的专业知识.§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:调研、制定方针、政策和规划提出具体的计划方案作出研制方案及生产计划生产出零部件，提出安装计划§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:系统运行，为预期用途服务.改进、取消旧系统，建立新系统.安装好系统，并制定运行计划.§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:系统调查,搜集资料和数据,弄清问题日本:如何打开坤表销路？耐用准确试销样式花色试销§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:将系统目的具体化,拟定目标及评价标准.4%击落敌机率25%↓10%击沉商船率结论英美军方:商船是否应装火炮？§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:按照问题性质及总的功能要求,形成一组备选系统方案.形成模型,把备选方案与评价目标联系起来.对系统分析结果比较评价,精选出最佳的方案.§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:根据最后选定的方案,具体加以实施.由决策者进行决策,选定一个或几个方案试行.§3.1霍尔系统工程三维结构实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述12345671规划2拟定方案3系统研制4生产5安装6运行7更新逻辑维时间维二维活动矩阵:a11a12a16a17a21a34a47a53a61a77环境科学社会科学计算机科学管理科学经济法律工程技术123456ABCDEFG知识维逻辑维规划阶段方案阶段研制阶段生产阶段运行阶段更新阶段系统工程的霍尔三维结构以一向量(工作阶段、思维过程、专业知识)表示出系统工程所处的任意位置，就是三维空间结构作为统工程方法论的本质§3.1霍尔系统工程三维结构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以归纳成结构良好的工程系统问题,应用定量分析手段,求得最优解答.霍尔三维结构小结:该方法论具有研究方法上的整体性(三维)、技术应用的综合性(知识维)、组织管理上的科学性(时间维和逻辑维)和系统工程工作的问题导向性(逻辑维)的突出特点.§3.2切克兰德软科学系统工程方法论该方法论是英国兰卡斯特大学的切克兰德20世纪70年代中期提出的，是对霍尔方法论的修正.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,寻求改善现存系统的途径.系统良好结构系统不良结构系统偏重工程、机理明显的物理型硬系统，可定量描述。偏重社会、机理尚不清楚的生物型软系统，较难定量描述。§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明弄清关联因素建立概念模型改善概念模型比较实施切克兰德“调查学习”软方法流程图该方法的步骤可用如下流程图表示:§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明通过调查分析，对所研究的不良结构系统的现状进行说明,以求改善。§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明初步弄清与改善现状有关的各种因素及其相互关系.弄清关联因素§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明在不能建立数学模型时,用结构模型或语言模型描述现状.弄清关联因素建立概念模型§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明随着分析的深入和“学习”的加深,用更合适的模型和方法改进上述概念模型.弄清关联因素建立概念模型改善概念模型§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明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变革途径或方案.弄清关联因素建立概念模型改善概念模型比较§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明实施能带来上述变革的改革方案.弄清关联因素建立概念模型改善概念模型比较实施§3.2切克兰德软科学系统工程方法论问题现状说明弄清关联因素建立概念模型改善概念模型比较实施切克兰德“调查学习”软方法流程图§3.2切克兰德软科学系统工程方法论霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论,均已问题为起点,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:两种方法论的比较（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的有机结合。§3.3并行工程方法学并行工程的定义并行工程（concurrentengineering,简称CE)是1988年美国国家防御分析研究所（IDA—InstituteofDefenseAnalyze）提出的。是美国国防部在90年代乃至21世纪发展武装备系统的基本管理模式。(IDA的温纳)是对产品及相关过程,包括制造过程和支持过程,进行并行、一体化设计的一种系统化方法,这种方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全生命周期从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度和用户需求。§3.3并行工程方法学（1）强调用户需求,并把用户需求转化为完整的产品要求；1、其核心内容是：（2）强调交互作用、互相协调的并行研制过程,在产品的整个研制过程中综合考虑其性能、可靠性、维修性、保障性和生产性;（3）建立多学科(多专业)的综合产品研制机制及计算和辅助工程环境。§3.3并行工程方法学2、并行工程所体现的主要思想(1)约束信息的并行性：设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。(2)功能的并行性：产品生命周期所涉及到的各功能领域,工程活动并行交叉进行。（3)集成性：研究开发、产品设计、过程设计、制造装配和市场的全面集成。(4)协同性：多学科并行工程小组协同工作,即产品全生命周期中各阶段不同领域技术人员全面参与。(5)科学性：采用了迄今最为先进的开发工具、方法和技术（如全面质量管理、系统工程方法、质量工程方法、计算机辅助系统等）。§3.3并行工程方法学3、并行工程强调的四大要素:（1）加速产品开发周期（2）提高产品质量（3）降低成本（4）提供优质服务§3.3并行工程方法学4、并行组织管理模式多功能小组—群体工作模式小组成员来自产品生命周期相关的主要技术领域，他们共同负责产品从需求分析直到交付使用过程中的所有工作。传统组织管理理论中的一个基本概念是将工作划分成各种专业化的任务，然后根据这些专业化的任务组成不同的部门。一般地有两种类型的专业分工：（1）以组织的等级结构为代表的垂直方向的专业化分工；（2）以部门为代表的水平方向的专业化分工。§3.3并行工程方法学它要求信息高度集成化，使企业内各组织单位之间的相互关系更加紧密，以致打乱和冲破传统部门之间的界限划分。垂直方向的集成缩短了信息传递途径，而水平方向的集成能加强不同领域间的融合和合作。对组织结构的影响表现为扁平型组织结构演化的趋势。群体工作模式，即高度协作的组织结构：信息集成化往往会引起企业内部信息交流渠道的再构造。可通过组织结构重组和利用IT技术来实现。§3.3并行工程方法学5、并行工程在技术支承上的要求（1）一个完整的公共数据库,它必须集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据。（2）一个支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统，可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突。（3）一套切合实际的计算机仿真模型和软件,以便设计方案的评估、推断产品的制造及使用过程,发现所隐藏的问题。（此问题是实施并行工程的“瓶颈”)§3.3并行工程方法学6、并行工程的实施步骤企业实施并行工程牵涉到企业组织结构及经营的各个方面,必须按照并行工程管理技术和方法组织实施,实施步骤如下：(1)制定并行工程实施计划(2)确定明确的开发目标;(3)并行工程培训和基础设施准备;(4)分析现有过程;(5)按照重组原则改进现有的过程模型;(6)实施新过程;(7)评价结果并改进.§3.3并行工程方法学7、并行工程的效益（1）缩短产品投放市场的时间(口味,汽车37个月缩短到19个月)（2）降低成本：三个方面，将错误限制在设计阶段;一次达到目的;设计时就虑到加工、装配、检验、维修等因素,上市前的成本将会降低.（3）提高质量：尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,实现质量“零缺陷”,产品甚至用不着检验就可上市.（4）功能的实用性：在设计过程中有销售人员和顾客参加.（5）增强市场竞争能力§3.3并行工程方法学8、并行工程实施实例（1）美国波音飞机制造公司投资40多亿美元,研制波音777型喷气客机,采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造.从1990年10月开始设计到