系统工程的基本方法和方法论.ppt

系统工程系统工程 第二章第二章 系统工程的基本方法和方法论系统工程的基本方法和方法论 * 本章学习目标 1. 系统工程方法论原则 2. 霍尔方法论 3. 切克兰德方法论 4. 兰德方法论 Date 2 章节框架 a 2.1 系统工程的方法论原则及基本方法 a 2.2 霍尔方法论 a 2.3 切克兰德方法论 a 2.4 兰德方法论 a 本章小结 a 思考与练习题 a 参考答案 Date 3 2.1 系统工程的方法论原则及 其基本方法 a 2.1.1 系统工程方法论原则 a 2.1.2 模型方法 a 2.1.3 定量化方法 a 2.1.4 最优化方法 Date 4 2.1.1系统工程方法论原则 a 整体性原则 a 有序相关性原则 a 动态性原则 a 目标优化原则 a 可行性原则 Date 5 2.1.2模型方法 系统工程的对象庞大，一般不可能进 行试验或者试验的代价过大而实际上不许 可。合理的办法是使用模型方法。 模型是对真实系统的抽象和简化。 按干不同的标准划分可以有各种各样 的模型。 建立模型是系统工程关键而困难的一 项工作，需要有扎实的理论基础和丰富的 实践经验。 Date 6 2.1.3定量化方法 系统工程要求把系统原则定量化，运用数 学方法处理系统的组建和管理问题。系统工程 是工程技术领域中的一种定量化的系统方法。 定量化方法的核心是建立系统的数学模型 。有了数学模型之后，要寻找适当的数学方法 求解模型，分析、评价模型。这些工作需要强 有力的数学工具和计算手段。前者是运筹学、 计算数学等现代数学的分支，后者是电子计算 机。 Date 7 2.1.4最优化方法 最优化思想强烈地反映出人类改造世界的能 动性和目的性。采用最优化方法是系统工程成 为现代技术的显著特征之一。不同的工程任务 实现最优化需要不同的方法和步骤，但共同的 理论工具是运筹学和控制论发展的最优化理论 。应用最优化方法的一般程序为：选择目标， 建立模型，寻求最优解，综合评价。优化的具 体目标千差万别，但不外乎求系统的某种效益 最大，或费用最小、时间最短。 Date 8 2.2 霍尔方法论 从上世纪50年代起，许多系统工程学者有意 识地描述过使计划成功所需要的程序，包括必需 的活动以及协调专家工作的方法，即系统工程方 法论的有关步骤、工具和方法。这些成果在形式 上不尽相同，但基本思想是一致的，其中A. D.霍 尔于1962、1969年根据在贝尔实验室的经验，对 系统工程一般的工作步骤、阶段划分和常用的知 识范围进行了概括总结，提出了著名的霍尔三维 结构模型。它最初产生于所谓硬的工程系统，在 处理大多数工程项目和一些硬问题时显示出较大 的成效，因此受到各国学者的普遍重视。 Date 9 a霍尔三维结构 霍尔三维结构将系统工程活动分为前 后紧密连接的7个阶段和7个步骤，同时考 虑到为完成各个阶段和步骤所需要的各种 专业知识。这样为解决规模大、结构复杂 、涉及因素众多的大系统问题提供了科学 的思维方法。霍尔三维结构包括时间维、 逻辑维和知识维，如下图所示。 2.2 霍尔方法论 Date 10 2.2 霍尔方法论 霍尔三维结构 Date 11 2.3 切克兰德方法论 从上世纪70年代起，人们开始注意系统工程 推广应用于社会经济方面的政策性问题。由于社 会经济系统具有影响因素多、复杂多变和难以进 行定量分析的特点，社会经济系统中的许多问题 就很难像工程技术系统那样事前就按若干评价标 准设计出符合需要的最优系统方案，因而完全按 照解决工程技术问题来处理会有许多困难。知道 、针对这种情况，英国学者切克兰德在大量实践 的基础上提出了所谓“软”系统方法论。这是理论研 究的一个较大的更新和转折，为解决社会经济问 题提供了新的概念、观点、方法和模式。 Date 12 2.3 切克兰德方法论 a基本观点 a基于作为客体存在于现实世界的问题的特性，切克兰德 把问题分为两类。一类是有结构问题（或称“硬”系统问 题）；另一类是无结构问题（或称“软”系统问题）。 a根据结构的内在特性，切克兰德把系统分为两类：“硬” 系统和“软”系统。 a根据不同方法所决定的问题类型，切克兰德把霍尔方法 论和系统分析方法论归结为“硬”系统方法论，把他提出 的方法论称为“软”系统方法论，主要针对问题本身就难 以定义的“软”系统问题。 Date 13 2.3 切克兰德方法论 a基本思路 a阶段1和阶段2：表达问题 a阶段3：相关系统的基本定义 a阶段4：建立概念模型 a阶段5：概念模型与现实的比较 a阶段6和阶段7：系统更新 Date 14 2.3 切克兰德方法论 切克兰德方法论工作流程 Date 15 2.4 兰德方法论 a 2.4.1 基本概念 a 2.4.2 系统分析的要素 a 2.4.3 系统分析程序 a 2.4.4 系统分析原则 a 2.4.5 系统分析方法 Date 16 2.4.1 基本概念 系统分析就是一个有目的、有步骤的探索和思 考问题的过程.系统分析人员应用科学方法对系统 的目的、功能、环境、费用效益等进行调查研究 ，并分别处理有关的资料和数据。在此基础上对 有关备选的系统方案建立模型，并进行相应的模 拟实验和优化计算，把计算、实验、分析的结果 同预定的任务和目标进行比较和评价，最后整理 成正确可靠的综合资料，作为决策者选择最优或 次优系统方案的主要依据。 Date 17 2.4.2 系统分析的要素 系统分析方法论的要素可归结为： （1）希望达到的目的和目标 （2）为达到目标所必须的技术和手段（方案） （3）系统方案所需要的费用和可能获得的经济效 益 （4）建立各种被选系统方案及其相应的模型 （5）根据有关技术经济指标确定评价标准。 Date 18 2.4.3 系统分析程序 在运用系统分析解决问题的过程中所遵循的 一般步骤和要求称为系统分析程序。其中包括： （1）分析问题和确定目标 （2）收集资料和调查研究 （3）建立系统模型 （4）系统最优化 （5）系统评价 （6）实施方案 （7）总结提高 Date 19 2.4.4 系统分析原则 （1）坚持以系统的目的和目标为中 心 （2）局部与总体相结合 （3）定性与定量相结合 （4）把握主要矛盾 Date 20 2.4.5 系统分析方法 在对系统进行描述、设计、优化过程所 使用的各种各样的方法，以其特点和作用为 标准大致可分为以下三大类： （1）模型化方法 （2）定量化方法 （3）最优化方法 Date 21 本章小结 本章在阐述了系统工程遵循的原则以及基本 的方法的基础上，主要介绍了霍尔方法论、切克 兰德方法论和兰德方法论。 系统工程在实施过程中也必须要遵循一定的 原则，要遵循一定的方法论的指导。系统工程要 遵循的基本原则主要有整体性原则、有序相关性 原则、动态性原则、目标优化原则和可行性原则 。 通过本章的学习，要求对系统工程的几种典 型的方法论有所了解，特别要掌握好适用于处理“ 硬”系统问题的霍尔方法论和适用于处理“软”系统 问题的切克兰德方法论，要清楚地知道这两种不 同方法论之间的本质区别。 Date 22 思考与练习题 1. 系统工程方法论的含义是什么？它对处理系统 问题起着什么样的作用？ 2. 霍尔方法论的特点是什么？它主要用来处理那 些类型的系统问题？ 3. 切克兰德方法论特点是什么？它主要用来处理 那些类型的系统问题？ 4. 系统分析主要有哪些要素？在系统分析过程中 必须要遵循哪些重要原则？ 5. 在系统分析过程中，为什么要建立数学模型和 计算机模型？ Date 23 参考答案 1. 系统工程方法论是指用于解决复杂系统问题的一套 工作步骤、方法、工具和技术。系统工程方法论是在综 合应用运筹学、控制理论、信息理论、管理科学、心理 学、经济学以及计算机科学的有关理论和方法的基础上 形成的科学思想和方法。 2. 霍尔三维结构将系统工程活动分为前后紧密连接的7 个阶段和7个步骤，同时考虑到为完成各个阶段和步骤 所需要的各种专业知识。霍尔三维结构包括时间维、逻 辑维和知识维，为解决规模大、结构复杂、涉及因素众 多的大系统问题提供了科学的思维方法，它在处理大多 数工程项目和一些硬问题时是卓有成效的，霍尔三维结 构模式形象地概括了系统工程的一般步骤和方法，从而 为解决规模较大、因素众多的工程。系统问题提供了一 个解决问题的大体上的思路。 Date 24 3. 切克兰德方法论有以下几个重要特点： （1）认为在相关系统的定义以及概念模型的建立过程 中都隐含着某种世界观，必须同时研究对系统的改进 有着影响的各种世界观，根据不同的世界观定义不同 的系统，建立不同的概念模型，从而研究这些世界观 的含义； （2）认为研究是一个不断深入的、开放的学习过程， 以学习、调查和认识为中心，而不应该看成是一个封 闭的解决问题过程或以系统优化为中心； （3）在寻找改善问题情景行为的过程中遵循着两个准 则：一是系统满意性，另一是文化可行性。所谓系统 满意性是指由概念模型和问题情景的描述进行的比较 所得到的一些被认为是满意的、能够改善问题情景的 可能变化；文化可行性是指关于现实世界潜在的变化 一旦实施，其变化的范围必须为特定问题情景的文化 （包括其特殊的规范、准则、价值观等）所能接受； Date 25 （4）在“硬”系统方法论中可以将问题或要求看成是给定 的，而在“软”系统方法论中必须通过研究问题情景并将 其与概念模型进行比较后才能明确问题以及问题情景的 可能改变。 综上所述，切克兰德提出的“软”系统方法论的核心 不是在于优化，而是在于“比较”或者说是在于“学习”， 从模型和现实世界的比较中采取学习、改善现状的途径 。“比较”这一阶段含有组织、讨论、听取有关方面人员 意见的内容，从而不拘泥于非要进行定量分析的要求， 也就能更好地反映人的因素和社会经济系统的特点。 切克兰德方法论提出以后已在欧美等国的工业、医 疗、公共事业和一些大型企业的管理中得到了应用和推 广，并取得了较好的研究效果。此外，“软”系统方法论 由于在处理问题时的“学习”特性，今后它将广泛地与其 它方法交叉使用，用于发展战略研究领域以及科学预测 领域和科学决策领域，并在其运用过程得到自身的补充 和发展。 Date 26 4. 系统分析的要素可归结为：希望达到的目的和目标、 为达到目标所必须的技术和手段（方案）、系统方案