第二章_系统工程方法论.

第二章系统工程方法论方法论是指处理问题的指导方针、行为准则、基本策略，它可以指出完成一项任务的一般途径或路径。系统工程方法论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。它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法与总体框架。引例：泡茶问题华罗庚先生的泡茶“想泡壶茶喝。当时的情况是：凉水要烧开，开水壶要洗，茶壶、茶杯要洗，火已升了，茶叶也有了，怎么办?”•一.问题描述1.目标：喝到一碗清新的热茶。2.条件：已有一个茶壶、一包好茶叶、一个燃着的火炉和可用的凉水。3.要求：以最节约资源的方式实现目标。4.系统工程研究任务:为解决喝茶问题设计一个行动计划系统(设计一个解决泡茶问题的行动计划)。引例：泡茶问题•二.问题分析1.目标要求以最节约资源的方式泡一壶好茶。在泡茶问题上，所需的资源包括：凉水、茶壶、茶叶、茶碗、火炉。这些资源目前都已齐备。由于茶壶的大小是确定的，因而所用水是确定的；由于炉火的热效率是确定的，茶壶消耗的能源也是确定的；同时，假定茶叶使用量也是有定额的。所以，在泡茶问题上，唯一涉及的资源节约问题是关于时间的节约。引例：泡茶问题2.系统工程研究任务界定设计一个解决泡茶问题的行动计划，要求合理安排各道工序，最大限度节约时间。引例：泡茶问题3.列出所有备选方案根据日常经验，对以上泡茶问题可以有以下三种解法：甲：⑴洗净水壶；⑵灌上凉水；⑶壶放在火上；⑷等水开；⑸水开后，以最快的速度洗茶杯，找茶叶；⑹泡茶，待茶泡好；⑺喝茶。乙：⑴洗净水壶；⑵洗茶杯；⑶找好茶叶；⑷灌凉水；⑸壶放火上；⑹等水开；⑺水开后，用准备好的茶杯、茶叶泡茶；⑻等待茶泡好；⑼喝茶。丙：⑴洗净水壶；⑵灌凉水；⑶壶放火上；⑷洗茶杯；⑸拿茶叶；⑹水开之前，可干一些其它事；⑺水开，泡茶；⑻喝茶。引例：泡茶问题4.方案分析与比较（1）列出泡茶所需的全部工序（2）确定每道工序所需的时间（3）确定各道工序之间的顺序关系（4）分析计算每种方案所需的总时间（5）做出比较结论引例：泡茶问题工序列表序号名称紧前工序工序时间(分)1洗壶无12灌水10.53放壶20.34等水开3155洗杯无16找茶叶无17泡茶4，5，62.28喝茶7洗壶灌水放壶洗杯泡茶拿茶叶等水开115110.30.5喝茶2.20.3丙：洗壶洗杯找茶叶灌水等水开放壶泡茶1150.30.511喝茶2.2乙：洗壶灌水放壶等水开泡茶洗杯，找茶叶喝茶12.22150.30.5甲：图1泡茶系统工程备选方案工序图4.方案分析与比较甲方案总时间=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21乙方案总时间=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21丙方案总时间=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19分析结果：丙方案最节约时间。方案建议：丙引例：泡茶问题•泡茶工程经验总结几大步骤：确定问题目标分析约束条件分析可能方案整理方案分析及比较决策建议方案实施系统原理：最优化、统筹、模型（或工序图）法引例：泡茶问题第二章系统工程方法论第一节霍尔三维结构方法论第三节创新思维和方案创造技术第二节切克兰德方法论第四节系统工程方法论的新发展第一节霍尔三维结构方法论一、霍尔三维结构二、霍尔三维结构时间维三、霍尔三维结构时间维四、举例五、霍尔三维结构特点本章目录一、霍尔三维结构霍尔三维结构是由美国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。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。“硬”系统方法论时间维逻辑维专业维艺术社会科学管理法律商业建筑医学工程实施计划决策最优化模型化系统综合系统分析摆明问题霍耳三维结构霍尔三维结构霍尔三维结构规划阶段设计阶段分析阶段运筹阶段实施阶段运行阶段更新阶段……摆明问题系统设计系统综合模型化最优化决策实施计划时间（阶段）维逻辑维知识维运筹学控制论社会科学工程技术本章目录本节目录•强调明确目标•核心内容是最优化•工程系统问题•定量分析•整体性•技术应用综合性•组织管理科学性•问题导向性二、时间维1.规划阶段2.设计阶段3.分析或研制阶段4.运筹或生产阶段5.系统实施或“安装”阶段6.运行阶段7.更新阶段以三峡工程作为案例：•1919年孙中山《建国方略》：利用三峡的水利资源发电•1946年《萨凡奇计划》•50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室第一阶段：规划第二阶段：设计解决四个方面问题：•目标进行分解和量化；•协调目标，提出实现目标的具体的方案；•为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；•根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。总目标：发电、防洪、供水、航运正常蓄水位：230米、235米；坝址设在南津关第三阶段：1958年到1993年10月•实施系统工程：（生产安装）之前技术性很强，工作量最大阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。•提出实施该系统的详细的研制方案；•提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。•提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产的图纸；•按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统的实施计划。第四阶段：•根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的零部件和所有的设备和装置；•提出系统的安装计划。•完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机电设备的制造；•提出未来的安装计划；•安置库区移民。第五、六阶段：安装、运行、更新。三、逻辑维为了合理地作出并实施最佳决策，系统分析的每一个工作阶段上都必须遵循某种合理的思维方式，在这种思维方式中包含有七个必要的思维步骤或程序：1.明确问题；2、系统分析；3、系统综合；4、模型化；5、方案优化；6、作出决策；7、实施计划1．明确问题方法：（1）直观经验法（2）预测法（3）结构模型法（4）多变量统计分析法（1）直观经验法●头脑风暴法(BrainStorming)●智暴法●5W3H1IF：(WhatWhoWhenWhereWhy，HowHowmuchHoweffect，Ifnot)●K-J法（2）预测法●Delphi法●交叉影响法●情景分析法●时间序列法（3）结构模型法●解释结构换型法(ISM法)●决策实验室法(DENATEL法)●图论法（4）多变量统计分析法●因子分析法●主成分分析法●成组分析●正则相关分析2．系统分析建立价值体系或评价体系方法：（1）效用理论（2）费用/效益分析法（3）风险估计（4）价值工程3．系统综合：有人参与，如CAD4．模型化（1）系统变量的选择（2）建模和仿真●逻辑推理法●白箱法●黑箱法●系统函数框图法●上述综合●仿真GPSS,SD（3）可靠性工程故障树分析法(FTAETA)5．方案优化方法：●线性规划●动态规划●大系统优化●组合优化●整数规划●多目标规划6．作出决策方法●单目标决策确定情况下决策分析方法风险情况下决策分析方法不确定情况下决策分析方法●多目标决策效用理论层次分析法（AHP)●决策与支持系统(DSS)●群决策多人多目标决策理论主从决策理论协商谈判系统冲突分析7．实施计划方法：●计划评审技术（PERT）●关键路线法(CPM)霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为实现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。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。一维是服务过程维，包括服务策划、服务准备和服务提供三大服务过程；一维是质量管理维，包括管理职责、资源管理、产品（服务）实现和测量分析与改进四大管理过程；一维是服务体系维，包括服务体系多个子体系。四、实例1：以霍尔理论，构建奥运会服务质量管理体系结构奥运会服务质量管理体系呈三维矩阵结构模式。在此三维结构中，服务过程维是各个服务子体系的主体运行过程，每一个服务子体系应围绕主体过程的各个阶段实施过程方法模式，按照ISO9000标准的质量管理体系要求，建立奥运会质量管理体系。举例2：基于霍尔三维结构的BOT项目研究BOT是指政府让私营机构或非公共机构及外商对传统上由政府公共部门专营的基础设施建设项进行融资、设计、建造、经营、维护和管理，在指定年限（特许期）后将项目无偿移交给项目东道国政府。自1984年建设一运营一移交（Build—Operate—Transfer，BOT）项目模式问世以来，在发达国家和发展中国家，应用该模式建设输油管道、火电厂、污水处理厂、收费公路、海底隧道、医院及学校等项目获得了巨大的成功。本章目录本节目录BOT项目霍尔三维结构BOT项目霍尔三维结构模型项目立项、招投标和组建项目公司项目决策分析、融资决策分析、融资谈判与合同签订以及项目融资实施对项目进行施工、监测及评估项目实施、监测在特许期结束后，DOT项目公司须将BOT项目无偿移交东道国政府，东道国进行评估本章目录本节目录时间维和逻辑维构成的二维矩阵五、霍尔三维结构的特点“硬”系统方法论的局限性。其缺陷：没有为定义目标提供有效的方法。目标定义是需要解决的首要问题。忽略人的主观因素。认为只有建立数学模型才能科学地解决问题。第二节切克兰德方法论一、切克兰德方法论提出背景二、切克兰德方法论三、两种方法论的比较本章目录第二节切克兰德方法论也称为软系统方法论，适用于解决“软”的问题----软系统。所谓软系统（或称无结构系统）是指机理不清，很难用明确的数学模型描述的系统，如管理系统、社会系统和经济系统。切克兰德方法论也是系统工程的基本工作过程，为解决社会、经济、管理问题提供了新的系统工作模式。本章目录本节目录一、切克兰德方法论提出背景软系统提出的背景切克兰德把系统工程要研究的问题分为：—有结构问题（硬问题）：寻找一种的有效手段来达到确定目标，问题可以清晰地描述—无结构问题（软问题）：这类问题表现为一种不满或不安，但很难被描述为“寻找一种的有效手段来达到确定目标”相应地，有两类不系统—硬系统（良结构系统）：机理清楚，能用数学模型魔术要素及要素间关系，如工程系统、物理系统—软系统（不良结构系统）：如社会系统、管理系统、经济系统本章目录本节目录切克兰德方法论提出背景无结构问题几个例子：对学校今后的发展该做些什么?我们公司效益连年下降，已亏损了，希望获得利润。对下一代人，我们该做些什么?“我该怎样做，才能获得创新项目的资助?“本科毕业论文该做什么?”人类活动系统中，到处可见这类无结构问题，而对无结构问题处理上产生的差异往往决定了软系统的前途与命运。本章目录本节目录切克兰德方法论提出背景无结构问题的特点往往源于对维持系统的现状感到不满，或源于对未来的危机感。不能把对现状的不满清晰地定义为一个问题，只能描述问题情境。—在切克兰德方法论中，问题和问题情境是两个不同的概念。—问题指系统的现实状态与理想状态之间的差异—问题情境指感到有问题存在，但无法明确定义的某种情形随着环境的变化或时间的推移，不满意的感受会随之变化，有时问题自动消失，或可能被其他问题替代。本章目录本节目录切克兰德方法论提出背景无结构问题与有结构问题的问题解决的衡量标准不同有结构问题以目标为导向的，问题是否解决要看事先预定的目标是否实现，检验标准是“硬”的无结构问题却难以确定一个很明确的目标，往往是能够改善系统的状态就行了。某项行动可以解决软系统的一些问题，必将引发新的状态，同时很可能产生新问题。本章目录本节目录二、切克兰德方法论切克兰德总结了研究这类问题的分析与思维原则。概括为：从对系统存在不满的感受出发，希望找到有效的改进方向与可行的行动为起点一直到找到可行的，