2系统工程方法论

1/83《系统工程学》2系统工程方法论2/83第二章系统工程方法论•2.1系统工程方法与方法论•2.2处理复杂系统问题的基本观点•2.3霍尔系统工程方法•2.4切克兰德的系统工程方法•2.5并行工程方法•2.6综合集成系统方法•2.7物理-事理-人理系统方法•2.8螺旋式推进系统方法3/83第二章系统工程方法论【教学要求】•掌握系统工程中处理复杂问题的基本思想，理解处理系统的整体、综合、层次、价值、发展等基本观点；•了解系统方法论，熟悉系统工程的各种方法，如霍尔三维结构模型、调查学习模式、物理-事理-人理方法论、螺旋式推进原则等；•能运用以上方法论说明如何去解决现实生活中相应的系统工程问题。4/832.1系统工程方法与方法论•方法：用于完成一个既定任务的具体技术和操作。•方法论：进行研究和探索的一般途径，是对方法如何使用的指导。•系统工程方法论：研究和探索（复杂）系统问题的一般规律和途径。5/832.1系统工程方法与方法论系统工程方法论的基本特点：研究方法的整体性：如对“硬系统”，霍尔(Hall)提出了三维结构模型；对“软系统”，切可兰德(Checkland)提出了“调查学习”模式。技术应用强调综合性：如系统分析方法，系统评价方法，系统仿真方法，系统预测方法等。管理决策强调科学性：如系统决策方法。6/832.2处理复杂系统问题的基本观点整体观点、层次观点、价值观点和发展观点。2.2.1整体观点整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体。•案例：大型工程项目建设7/83整体部分制约8/83胜胜败败败败上中下下中上齐威王上中下下中上初赛再赛齐威王田忌田忌9/832.2.2层次观点层次观点是指处理复杂问题时要抓住问题的主要矛盾，抓住主要矛盾的主要方面。•案例：交通线路建设时序问题、地区社会经济发展10/832.2.3价值观点价值观点指应考虑系统的投入与产出，用最少的投入价值创造出最多的使用价值。价值观点提醒人们必须从价值角度去思考、研究、解决问题。“希望马儿跑得快，希望马儿少吃草”•案例：方案评估11/832.2.4发展观点发展观点是指应该用动态的观点、用发展的观点去思考、研究、解决系统问题。为什么要用发展的观点看问题？（1）系统永远处于运动之中；（2）选优的标准不断发展变化；（3）系统发展有阶段性。12/832.3霍尔系统工程方法在系统工程方法中，出现最早、影响最大的是1969年霍尔（A.D.Hall）提出的系统工程三维结构模型，简称霍尔系统工程方法。从时间（阶段）、逻辑（步骤）、专业（知识）角度论述如何解决系统工程问题。13/83图2.1.1霍尔的系统工程三维结构图明确问题选择目标系统综合系统分析方案优化系统决策实施计划工程技术信息技术社会科学管理科学……专业维（知识）逻辑维（7步骤）时间维（6阶段）1.规划阶段2.方案阶段3.研制阶段4.生产阶段5.运行阶段6.更新阶段注意：霍尔三维结构模型主要针对的是硬系统！实体系统14/832.3.1霍尔系统工程方法的时间维时间维表示从规划到更新，按时间顺序排列的系统工程全过程，分为6个阶段。（1）规划阶段——明确研究目标，提出自己的设想和初步方案。（2）方案阶段——提出具体的计划方案和选择一个最优方案。（3）研制阶段——以计划为指南，实现系统的试制方案，并制定生产计划。15/83（4）生产阶段——生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划。（5）运行阶段——对系统进行安装和调试，使系统按预定的目标运行服务。（6）更新阶段——完成系统的评价、改进或更新系统，为系统进入下一个研制周期准备条件。•寿命周期：导入、成长、成熟、衰退16/832.3.2霍尔系统工程方法的逻辑维逻辑维指每个阶段所要进行的工作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序。（1）明确问题——首先要明确要解决的问题，即明确要解决什么问题。（2）确定目标——系统指标设计。（3）系统综合——形成系统方案。17/83（4）系统分析——应用系统工程技术，对每一个系统方案进行比较、分析、计算。（5）系统优化——寻找满足约束条件的最优方案。（6）系统决策——确定最佳方案。（7）系统实施——方案实施。18/832.3.3霍尔系统工程方法的专业维（知识维）专业维指解决一个系统工程问题，需要有相应的专业知识。运用系统工程知识，把6个时间阶段和7个逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵。19/832.3.4霍尔管理矩阵•把时间维和逻辑维结合起来，形成二维矩阵。1.明确问题2.确定目标3.系统综合4.系统分析5.系统优化6.系统决策7.系统实施1.规划阶段a11a12a172.方案阶段a213.研制阶段a31a334.生产阶段a41a455.运行阶段6.更新阶段a61a67•提醒人们在哪一个阶段该做哪一步工作，不走回头路，同时使人们明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使资源得到合理安排，使工作井井有条、效率大大提高。代表一项具体的管理活动20/83国内外许多事例表明，运用科学的系统工程过程系统管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3%～6%。在规划和方案探索阶段，只花去寿命周期费用的极少部分，但确定了工程要花费的70%；全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%，但固定了寿命周期费用的85%；研制结束时，寿命周期费用已被基本固定。基于“三维结构”模型的系统工程过程系统21/83案例一：两点之间交通运输方式的选择问题A点B点时间维：建设问题——建设规划阶段确定两点之间采用什么运输方式是规划研究的首要问题22/83案例一：两点之间交通运输方式的选择问题A点B点专业维：参与该问题研究的人员：①首先应具有方案比较、评价、选择等方面的技术能力；②需要了解不同运输方式的特性、技术参数，不同地形地貌对不同运输方式造价的影响；③了解不同运输方式对生态环境的影响；④了解国外运输方式的发展趋势；⑤了解两点间货物的类型；⑥了解地区交通网络规划以及国家的法律、宏观经济形势、地区发展概况等。需要有经济学、社会学、工程学、心理学、法学、环境科学等方面的知识23/83明确问题确定目标系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施需求量及变化趋势国内外发展趋势运输方式的优缺点使用者的偏好A点B点运输的对象人、物（液、气、固）运输量发展趋势不同的运输方式偏好案例一：两点之间交通运输方式的选择问题逻辑维24/83明确问题确定目标系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施系统指标设计（可比性）安全性经济性准时性舒适性与现有运输网络接口案例一：两点之间交通运输方式的选择问题逻辑维25/83明确问题确定目标系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施形成系统方案不同时期不同运输方式组合方案当前、未来铁路、航空、公路、水运等单独、组合形成不同的方案案例一：两点之间交通运输方式的选择问题逻辑维26/83明确问题确定目标系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施方案比较根据指标体系调查数据比较分析根据“确定目标”环节中给出的指标调查各种方案的数据比较分析案例一：两点之间交通运输方式的选择问题逻辑维27/831、铁路运输铁路能提供长距离大宗商品的低成本、低能源运输，且能运输至少一整车皮的批量货物，其运输的经济里程一般在200公里以上。铁路运输的优点有：①运输速度快，时速可达350公里；②运输能力较大；③运输连续性强；④轨道运输的安全性能高；⑤通用性能好；⑥运输成本较低；⑦能耗低。其缺点是：①建设周期较长，占地也多；②运能紧张；③近距离的运费较高；④中途停留时间较长；⑤装卸次数较多，货物损失事故多。综上，它主要适用于以下作业：①大宗低值货物的中、长距离运输，也较适合运输散装、罐装货物；②适于大量货物一次高效率运输。28/832、公路运输公路运输能提供更为灵活多样的服务，多用于价高量小的货物的门对门服务，其经济里程一般在200公里以内。公路运输的优点有：①运输速度快；②可靠性高，对产品损伤较少；③机动性高；④投资少，经济效益高；⑤操作人员容易培训。其缺点有：①变动成本相对较高；②运输能力较小；③能耗高；④土地占用较多。综上，公路运输主要适用于以下作业：①近距离的独立运输作业；②补充和衔接其他运输方式。29/833、水路运输水路运输通常表现为：远洋运输和内河运输。其主要优点有：①运能大；②通用性较强，客货两宜；③运输成本低。其缺点有：①受自然气象条件因素影响大；②营运范围受到限制；③航行风险大，安全性略差；④运送速度慢，准时性差；⑤装卸作业量最大。所以，水运主要承担以下作业任务：①承担大批量货物，特别是集装箱运输；②承担原料半成品等散货运输；③承担国贸运输，即远距离，运量大，不要求快速抵达的客货运输。30/833、水路运输水路运输通常表现为四种形式：沿海运输，近海运输，远洋运输和内河运输。其主要优点有：①运能大，能够运输数量巨大的货物；②通用性较强，客货两宜；③越洋运输大宗货品，连接被海洋所宏展的大陆，远洋运输是发展国际贸易的强大支柱；④运输成本低，能以最低的单位运输成本提供最大的货运量，尤其在运输大宗货物或散装货物时，采用专用的船舶运输，可以取得更好的技术经济效果；⑤劳动生产率高；⑥平均远距长。其缺点有：①受自然气象条件因素影响大。由于季节、气候、水位等的影响，水运受限的程度大，因而一年中中断运输的时间较长；②营运范围受到限制；③航行风险大，安全性略差；④运送速度慢，准时性差，在途中的货物多，会增加货主的流动资金占有量，经营风险增加；⑤搬运成本与装卸费用高，这是因为运能最大，所以导致了装卸作业量最大。所以，水运主要承担以下作业任务：①承担大批量货物，特别是集装箱运输；②承担原料半成品等散货运输；③承担国贸运输，即远距离，运量大，不要求快速抵达的客货运输。1、铁路运输铁路能提供长距离大宗商品的低成本、低能源运输，且能运输至少一整车皮的批量货物，其运输的经济里程一般在200公里以上。铁路运输的优点有：①运输速度快，时速可达80~120公里；②运输能力较大，可满足大量货物一次性高效率运输；③运输连续性强，由于运输过程受自然条件限制较小，所以可提供全天候的运行；④轨道运输的安全性能高，运行较平稳；⑤通用性能好，可以运送各类不同的货物；⑥运输成本（特别是可变成本）较低；⑦能耗低。其缺点是：①设备和站台等限制使得铁路运输的固定成本高，建设周期较长，占地也多；②由于设计能力是一定的，当市场运量在某一阶段急增时难以及时得到运输机会；③铁路运输的固定成本很高，但变动成本相对较低，使得近距离的运费较高；④长距离运输情况下，由于需要进行货车配车，其中途停留时间较长；⑤铁路运输由于装卸次数较多，货物损失事故通常也比其他运输方式多。综上，它主要适用于以下作业：；①大宗低值货物的中、长距离运输，也较适合运输散装、罐装货物；②适于大量货物一次高效率运输；③对于运费负担能力小、货物批量大、运输距离长的货物来说，运费比较便宜。④轨道运输，安全系数大。2、公路运输公路运输能提供更为灵活多样的服务，多用于价高量小的货物的门对门服务，其经济里程一般在200公里以内。公路运输的优点有：①运输速度快；②可靠性高，对产品损伤较少；③机动性高，可以选择不同的行车路线，灵活制定营运时间表，所以服务便利，能提供门到门服务，市场覆盖率高；④投资少，经济效益高。因为运输企业不需要拥有公路，所以其固定成本很低，且公路运输投资的周转速度快；⑤操作人员容易培训。其缺点有：①变动成本相对较高。公路的建设和维修费经常是以税和收费班的形式向汽运人征收的；②运输能力较小，受容积限制，使它不能像铁路运输一样运大量不同品种和大件的货物；③能耗高，环境污染比其他运输方式严重得多，劳动生产率低；④土地占用较多。综上，公路运输主要适用于以下作业：①近距离的独立运输作业；②补充和衔接其他运输方式，当其他运输方式担负主要运输时，由汽车担负起点和终点处的短途集散运输，完成其他运输方式到达不了的地区的运输任务。当然，运输方式的选择不仅限于单一的运输手段，而是通过多种运输手段的合理