第3章-系统工程方法论

系统工程SystemsEngineering2020/4/22北京物资学院信息学院1本章主要内容2020/4/22北京物资学院信息学院23.1概述3.2霍尔方法论3.3软系统方法论3.4综合集成方法论3.5物理-事理-人理方法论第3章系统工程方法论系统工程的方法论（MethodologyofSystemsEngineering）系统工程研究中的一套程序化的基本工作方法，为了达到预期目标，运用系统工程的思想方法和最优化技术，来解决问题的工作程序和步骤。反映了系统工程研究和解决问题的一般规律或模式，即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和总体框架。2020/4/22北京物资学院信息学院3第3章系统工程方法论2020/4/22北京物资学院信息学院43.1概述3.2霍尔方法论3.3软系统方法论3.4综合集成方法论3.5物理-事理-人理方法论系统方法论从属于方法论范畴，是以系统的观点研究系统方法（含技术和工具）的一门学问，以各种各样的系统方法为对象。从系统思想、系统方法论与系统方法三者之间的关系来看，系统方法论应该是处于系统思想指导下来研究系统方法这一层面。系统思想方法论方法技术应用影响指导规范推动一般认为，系统方法论应当包括三个基本要素：哲学和原则；程序步骤或过程；相应的系统方法、技术和工具。第3章系统工程方法论3.1概述所谓方法论，就一般意义来说就是解决问题的辩证程序的总体。通过这样的程序把问题可利用的技术联系起来，求得问题的解决。它的意义可以说是设定问题的环境，即解决问题的概念、目标（功能目标和价值目标）、结构关系和过程、途径、方法选择依据等。2020/4/22北京物资学院信息学院63.1概述系统方法论的演进大致经历了以下八个过程：（1）系统研究方法最早出现的是20世纪30年代末、40年代初的运筹学方法。（2）20世纪50年代末60年代初形成了先有古德和麦克霍尔（1957），后有霍尔等学者提出的系统工程方法论，1969年霍尔提出的三维结构（时间维、逻辑维、知识维）矩阵。（3）20世纪50年代中，美国兰德公司提出了系统分析的方法论。2020/4/22北京物资学院信息学院73.1概述（4）20世纪50年代，美国麻省理工学院的福雷斯特教授融控制理论、控制论、系统论、信息论、计算机模拟技术、管理科学及决策论等学科的知识为一体，提出了系统动力学。（5）英国学者切克兰德在1981年提出了软系统方法论，之后又相继出现了一些软的系统方法论，如定性系统动力学、社会技术系统设计、管理控制论、组织控制论、战略假设表面化和验证、战略选择发展与分析、对话式计划、生存系统设计、社会选择、关键系统思考和关键系统干预法等。2020/4/22北京物资学院信息学院83.1概述（6）20世纪90年代初，弗勒德和杰克逊在吸收哈贝马斯的社会系统学说和摩根的组织理论的基础上，提出了批判系统方法论。（7）20世纪80年代初，针对系统研究本身缺乏系统性这一现状，西方系统学界开始了整合方法论的研究。具有代表性的有林斯通的多观点概念模型，沃菲尔德的互动管理，巴纳斯的（社会）系统设计等。（8）20世纪80年代末与90年代初，在东方出现了三个重要的系统方法论，即钱学森教授等提出的从定性到定量综合集成的方法论、日本堪木义一教授提出的西诺雅卡系统方法论和顾基发教授等提出的物理—事理—人理方法论。2020/4/22北京物资学院信息学院93.1概述系统工程方法论的特点是：（1）研究方法强调整体性（2）技术应用强调综合性（3）管理决策强调科学性2020/4/22北京物资学院信息学院103.1概述2020/4/22北京物资学院信息学院11系统运动系统思想（一般系统论，1945年）其他领域的系统思想（地球系统科学，20世纪90年代）系统理论控制论、信息论（1945年）系统学、系统论（20世纪80、90年代）硬系统方法论（20世纪50、60年代）软系统方法论（20世纪80年代）东方系统方法论（20世纪90年代）系统理论系统运动图第3章系统工程方法论2020/4/22北京物资学院信息学院123.1概述3.2霍尔方法论3.3软系统方法论3.4综合集成方法论3.5物理-事理-人理方法论3.2霍尔方法论在操作层次上的系统工程方法论中出现最早，影响最大的是1968年美国贝尔电话公司工程师霍尔提出的系统工程三维结构模型，简称为霍尔方法论，其三维是时间维、逻辑维和专业维（或知识维）。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、程序化和标志化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。2020/4/22北京物资学院信息学院133.2霍尔方法论2020/4/22北京物资学院信息学院14知识维时间维规划阶段设计阶段研制阶段生产阶段更新阶段运行阶段明确问题系统设计系统综合系统分析系统评价决策实施自然科学工程技术经济学法律管理科学环境科学计算机技术……逻辑维霍尔三维结构模型3.2霍尔方法论3.2.1时间维（粗结构）时间维表示系统工程从开始启动到最后完成的整个过程中按照时间划分的各个阶段所需要进行的工作，是保证任务按时完成的时间规划。1.规划阶段根据系统的总体方针和发展战略制定规划。2.设计阶段从社会、经济、技术等可行性方面进行综合分析，提出具体的设计方案。2020/4/22北京物资学院信息学院153.2霍尔方法论3.2.1时间维（粗结构）•3．研制阶段以计划为行动指南，把人、财、物组成一个有机整体，使各环节、各部门围绕总目标，实现系统的研制方案，并随之做出生产计划。•4．生产阶段生产或者研制、开发出系统的零部件（硬、软件）及整个系统。2020/4/22北京物资学院信息学院163.2霍尔方法论3.2.1时间维（粗结构）5．运行阶段把系统安装好，完成系统的运行计划，使系统按预定目标运行服务。6．更新阶段完成系统评价，在现有系统运行基础上，改进和更新系统，使系统更有效地工作，同时为系统进入下一个研制周期准备条件。2020/4/22北京物资学院信息学院173.2霍尔方法论3.2.2逻辑维（细结构）逻辑维是指系统工程每一阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤，这是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序。1．明确问题尽可能全面收集资料、了解问题2．系统设计确定系统目标并据此设计出评价指标体系2020/4/22北京物资学院信息学院183.2霍尔方法论3.2.2逻辑维（细结构）3．系统综合按照问题、环境、目标、条件，初步拟定若干个备选方案（假想方案或系统）。4．系统分析演绎上面提出的各种备选方案。利用模型来代替真实系统，利用演算或模拟来代替系统的实际运行2020/4/22北京物资学院信息学院193.2霍尔方法论3.2.2逻辑维（细结构）5．系统评价多目标最优化方法进行评价，确定最优方案以及诸方案的优劣次序以供选择决策此步骤也称为最优化。6．决策在分析、优化和评价的基础上由决策者做出裁决，选定行动或者执行方案。7．实施即对选定的方案具体实施。2020/4/22北京物资学院信息学院203.2霍尔方法论3.2.2逻辑维（细结构）2020/4/22北京物资学院信息学院21决策明确问题系统设计系统综合系统分析系统评价实施逻辑步骤示意图3.2霍尔方法论3.2.3专业维（知识维）专业维是指在完成上述各阶段、各步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括自然科学、工程技术、经济学、法律、管理科学、环境科学、计算机技术等方面。2020/4/22北京物资学院信息学院22运用系统工程知识，把六个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵。2020/4/22北京物资学院信息学院23逻辑维时间维明确问题选择目标系统综合系统分析方案优化做出决策付诸实施规划阶段×××××××方案阶段×××××××研制阶段×××××××生产阶段×××××××运行阶段×××××××更新阶段×××××××霍尔管理矩阵3.2霍尔方法论第3章系统工程方法论2020/4/22北京物资学院信息学院243.1概述3.2霍尔方法论3.3软系统方法论3.4综合集成方法论3.5物理-事理-人理方法论3.3软系统方法论70年代以来，现代系统工程已用于研究社会经济系统及其发展战略问题，涉及的社会经济因素相当复杂。为适应这种发展，从70年代中期开始，有些学者对霍尔方法论提出了系统的修改意见，并提出了软系统方法论。其中，在80年代中前期由英国兰切斯特大学P·切克兰德（P·Checkland）教授提出的方法比较系统且具有一定的代表性。2020/4/22北京物资学院信息学院253.3软系统方法论3.3.1软系统方法论的提出切克兰德认为霍尔的系统工程方法论称为硬系统思想或硬系统方法论（HardSystemThinking/HardSystemMethodology,HST/HSM），他自己提出一种软系统思想或称软系统方法论（SoftSystemThinking/SoftSystemMethodology,SST/SSM）。他对“问题”作了区分，问题具有时间性、空间性、层次性。2020/4/22北京物资学院信息学院262020/4/22北京物资学院信息学院273.3软系统方法论3.3软系统方法论3.3.2硬系统方法论的局限性硬系统方法论的局限性如下：（1）没有为目标定义提供有效的方法，对于大多数系统管理问题而言，目标定义本身就是需要解决的首要问题；（2）没有考虑系统中人的主观因素（3）只有建立数学模型才能科学地解决问题，对于复杂的社会系统来说，通过模型求解得到的方案往往并不能解决实际问题。（4）更多关注定量分析方法2020/4/22北京物资学院信息学院283.3软系统方法论3.3.3软系统方法论的应用2020/4/22北京物资学院信息学院29劣结构问题情景①问题情景描述②实施可行改革方案⑦②和④比较⑤可行的改革方案⑥相关系统的根定义③概念模型④形成系统概念④（a）其他系统思想④（b）软系统方法论的主要思路和工作步骤如图所示3.3软系统方法论3.3.3软系统方法论的应用1．问题情景描述明确问题情景的结构变量、过程变量以及两者间的关系而不是定义问题本身。2．相关问题的根定义确切定义相关系统是什么而不是做什么3．建立概念模型根据根定义建立相关的概念模型4．概念模型与现实系统的比较目的是要发现两者之间的不同及其原因，以便改进。2020/4/22北京物资学院信息学院303.3软系统方法论3.3.3软系统方法论的应用5．系统更新确定可能的变革。把决定付诸行动以改善问题的情景。2020/4/22北京物资学院信息学院31第3章系统工程方法论2020/4/22北京物资学院信息学院323.1概述3.2霍尔方法论3.3软系统方法论3.4综合集成方法论3.5物理-事理-人理方法论3.4综合集成方法论3.4.1综合集成方法论的提出从定性到定量的综合集成法（Metasynthesis）是以钱学森院士为代表的中国学者的创造与贡献。钱学森院士在20世纪80年代初提出，将科学理论、经验知识、专家判断力相结合，用半理论半经验的方法来处理具有复杂行为的系统。2020/4/22北京物资学院信息学院333.4综合集成方法论3.4.1综合集成方法论的提出1990年，钱学森院士明确提出，处理开放的复杂巨系统的方法论是从定性到定量的综合集成；作为一门技术，又称为综合集成技术；作为一门工程也可称为综合集成工程。1992年又发展为从定性到定量综合集成研讨厅体系的实践形式。2020/4/22北京物资学院信息学院343.4综合集成方法论3.4.1综合集成方法论的提出理论基础是思维科学方法基础是系统科学和数学科学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术，实践基础是系统工程的应用，哲学基础是辩证唯物主义的实践论和认识认。2020/4/22北京物资学院信息学院353.4综合集成方法论3.4.2综合集成方法的主要观点1．定性综合集成由不同学科、不同领域专家组成专家体系进行多学科交叉研究，提出经验性假设、形成定性判断。2．定性定量相结合综合集成建立数