第二章系统工程方法论22-zhao

进入系统工程（ Systems Engineering SE）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、基本策略，它可以指出完成一项任务的一般途径或路径。途径或路径。系统工程方法论就是分析和解决系统开发、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、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。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q “ 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。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。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。要求：以最节约资源的方式实现目标。4. 系统工程研究任务系统工程研究任务 :为解决喝茶问题设计一个行动为解决喝茶问题设计一个行动计划系统计划系统 (设计一个解决泡茶问题的行动计划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. 目标要求以以 最节约资源最节约资源 的方式泡一壶好茶。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、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。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；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，在泡茶问同时，假定茶叶使用量也是有定额的。所以，在泡茶问题上，题上， 唯一涉及的资源节约问题是关于时间的节约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： 洗净水壶； 灌上凉水； 壶放在火上； 等水开； 水开后，以最快的速度洗茶杯，找茶叶； 泡茶，待茶泡好； 喝茶。乙： 洗净水壶； 洗茶杯； 找好茶叶； 灌凉水； 壶放火上； 等水开； 水开后，用准备好的茶杯、茶叶泡茶； 等待茶泡好； 喝茶。丙： 洗净水壶； 灌凉水； 壶放火上； 洗茶杯； 拿茶叶； 水开之前，可干一些其它事； 水开，泡茶； 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 1 0.53 放 壶 2 0.34 等水开 3 155 洗杯 无 16 找茶叶 无 17 泡茶 4， 5， 6 2.28 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1150.30.5 11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q第一节 系统工程的基本工作过程第三 节 创 新思 维 和方案 创 造技 术q第二节第二节 系统分析原理系统分析原理第四 节 系 统 工程方法 论 的新 发 展第一节 系统工程的基本工作过程q 一、霍尔三维结构q 二、切克兰德方法论q 三、两种方法论的比较本章目录本章目录一、霍尔三维结构q 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。q 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。 q “ 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 规划阶段设计阶段研制阶段生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段一、霍尔三维结构一、霍尔三维结构规划阶段规划阶段设计阶段设计阶段分析阶段分析阶段运筹阶段运筹阶段实施阶段实施阶段运行阶段运行阶段更新阶段更新阶段摆明问题摆明问题 系统设计系统设计 系统综合系统综合 模型化模型化 最优化最优化 决策决策 实施计划实施计划时间（阶段）维时间（阶段）维逻辑维逻辑维知识维知识维运筹学运筹学控制论控制论社会科学社会科学工程技术工程技术本章目录本章目录本节目录本节目录强调明确目标强调明确目标核心内容是最优化核心内容是最优化工程系统问题工程系统问题定量分析定量分析整体性整体性技术应用综合性技术应用综合性组织管理科学性组织管理科学性问题导向性问题导向性q 研究方法的整体性体现（ ）；q 技术应用的综合性（ ）；q 组织管理的科学性（ ）；q 系统工程工作的问题导向性（ ）；二、切克兰德方法论q 也称为软系统方法论，适用于解决 “ 软 ” 的问题 -软系统 。q 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 。 q 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 。本章目录本章目录本节目录本节目录二、切克兰德方法论q 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章目录本节目录本节目录二、切克兰德方法论q 无结构问题q 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 ?”q 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。本章目录本章目录本节目录本节目录二、切克兰德方法论q 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。本章目录本章目录本节目录本节目录二、切克兰德方法论本章目录本章目录本节目录本节目录三、两种方法论的比较q （ 1）霍尔三维结构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。 q （ 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。 q （ 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有机结合的基本方法 本章目录本章目录本节目录本节目录第二节 系统分析原理q 一、系统分析的概念及其要素q 二、系统分析的程序q 三、应用系统分析的原则q 四、系统分析案例本章目录本章目录一、系统分析的概念及其要素q 第二次世界大战 美国 兰德公司 研究大型工程项目等大规模系统问题；q 1972年，欧美等 12国 联合组成国际应用系统分析研究所（ IIASA） 社会、经济、生态等领域。q 系统分析的定义及内容 系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性和定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。本章目录本章目录本节目录本节目录一、系统分析的概念及其要素q 系统分析的要素 问题（对象系统、现实与目标之间的差距） 目的及目标（目的唯一、目标可多个） 方案（达到目的及目标的途径） 模型（结构、数学、仿真） 评价（费用和效益、评价标准） 决策者（受益者和拥有者）本章目录本章目录本节目录本节目录系