系统工程方法论ppt课件 (2).ppt

系统工程与系统工程方法论 1 系统工程 系统工程 SystemsEngineering 是系统科学的一个分支 实际是系统科学的实际应用 用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题 无论是系统的设计或组织建立 还是系统的经营管理 都可以统一的看成是一类工程实践 统称为系统工程 2 系统工程 系统工程是用科学的方法规划和组织人力 物力 财力 通过最优途径的选择 使我们的工作在一定期限内收到最合理 最经济 最有用的效果 所谓科学的方法就是从整体观念出发 统筹考虑 合理安排整体中的每一个局部 以求得整体的最优规划 最优控制和最优管理 使每个局部都服从于一个整体目标 做到人尽其才 物尽其用 以便发挥整体的优势 力求避免资源的损失和浪费 3 系统工程的主要任务 根据总体协调的需要 把自然科学和社会科学中的基础思想 理论 策略 方法等从横的方面联系起来 应用现代数学和电子计算机等工具 对系统的构成要素 组织结构 信息交换和自动控制等功能进行分析研究 借以达到最优化设计 最优控制和最优管理的目标 4 系统工程的基本方法 系统分析 系统设计和系统的综合评价具体地说 就是用数学模型和逻辑模型来描述系统 通过模拟反映系统的运行 求得系统的最优组合方案和最优的运行方案 系统工程强调整体性 系统性 关联性 协调性 综合性 交叉性 满意性 最优化 5 系统工程的特征 1 2 程序化运用工程的方法来治理系统的技术 是程序化的组织管理技术 信息化以信息技术为主要工具来治理系统的技术 精确化以引入数学为主要优势来治理系统的技术 6 系统工程的特征 2 2 专业化由专业人员参与治理系统的技术 集约化系统工程是用集约方式治理系统的技术 这是由传统的粗放式管理走向集约化管理的崭新阶段 系统工程的一切理论 方法和技术都是围绕 效益 这个核心 实践证明 集约化是产生高效率 高效益的根本所在 这也正是系统工程的优势所在 7 系统工程与一般工程技术 系统工程与其他各门工程技术一样 都是以改造客观世界使其符合人类需要为目的 都要从实际的条件出发运用基础科学和技术科学的基本原理 都要考虑经济因素和经济效益 但是系统工程的对象 任务 方法以及从事系统活功所需要的知识结构与一般工程技术相比又有明显的区别 8 区别1 工程概念不同一般工程技术的 工程 概念是指把自然科学的原理和方法应用于实践 设计和生产出有形产品的技术过程 系统工程的 工程 概念是指不仅包含 硬件 的设计与制造 而且还包含与设计和制造 硬件 紧密相关的 软件 诸如规划 计划 方案 程序等活动过程 所以称它是软件的工程 这样 就扩展了传统的 工程 的含义 给系统工程赋予了新的 工程 研究内容和方法 因此它又被称为 工程的工程 9 区别2 工程对象不同一般工程技术都是分别把各自特定领域内工程物质对象作为研制对象和目标 比较具体和确定 而系统工程则是以 系统 为研究对象 不仅把各种工程技术的物质对象包括在内 而且把社会系统 经济系统 管理系统等非物质对象也包括在内 这样 系统工程的研究对象就表现为普遍联系 相互影响 规模和层次都极其复杂的综合工程 10 区别3 工程任务不同一般的工程技术是用来解决某些特定专业领域中的具体技术问题 系统工程的任务是解决系统的全盘统筹问题 也就是通过系统工程的活动解决系统内部各分系统 各要素之间的总体协调问题 同时处理好系统与自然环境 社会环境 经济环境的相互联系等问题 11 区别4 工程方法不同一般工程技术所用的方法是在明确目标后 根据条件 采用可能实现目标的方法 提出不同设计方案 试制出原型 经试验后最终达到生产和建设的目的 系统工程在解决各种系统性问题的过程 采用一整套系统方法 包括一系列系统工程观念 如整体观念 价值观念 综合观念 优化观念和评价观念等 有科学完整的解决问题的程序 即明确问题 设置系统目标 系统方案综合 模型化 决策和实施 运用电子计算机增强逻辑判断力和人工模拟能力 对系统进行定量分析和计算 从而为解决复杂系统问题提供有效手段和工具 所以 系统工程的目标是实现系统的整体化 12 区别5 人员素质不同从事系统工程活动的人员 不仅有工程技术人员 而且还吸收社会科学工作者和其他行业人员 通常 系统工程人员应具备以下素质 有强烈的系统观点 在任何时刻 任何环境下都能坚持用系统观点和方法研究和处理问题 应是 T 形人才 即一方面知识较广 另一方面又具备较深的某一专业知识 应有丰富的想象力和创造力 善于发现问题 分析问题 并能及时提出多个可行方案 善于沟通和促进主管人员 设计人员以及各方面有关人员相互协作 熟悉环境动向 掌握部门之间的信息交流 13 系统工程的功能 研究客体与研究主体相结合的功能认识世界与改造世界相结合的功能改造自然与改造社会相结合的功能发展自然科学与发展哲学 社会科学相结合的功能 14 系统工程的基本观点 明确问题的目标和准则的观点整体化观点优化与可行的观点决策科学化的观点时间价值观点组合效应观点 15 明确问题的目标和准则的观点 系统工程是为解决实际问题而产生的工程技术 所以在开展工作时 必须首先明确系统本身及其目标 然后才能谈得上其他 这和传统的工程方法不完全一样 传统的工程虽然也有目标 但它主要关心的是实现目标的方法 而系统工程特别强调弄清问题目标这个环节 目标明确之后还有一个衡量目标的准则 即衡量标准 从而对实现目标的程度进行检验和评价 16 整体化观点 系统的整体性是系统工程追求的对象 也是各个系统要素意义和价值的依据与目标 个体的本质只有在整体中才能体现 当然 在强调整体性的同时 也应避免由此易导致的极端性错误 该原则的实质体现在考虑问题的出发点上和强调分析问题的最终效益上 而不是面面俱到地体现在一些具体活动的细节或某一局部过程上 17 优化与可行的观点 这也是系统工程最有名的实用性观点 在一切活动中 处理任何事情都期望着自己能够在众多的方案中选优求好 甚至达到最优最好 数学的最优解一旦付诸实际就要变成一个近似解 可行解甚至满意解 这样 优化与可行观点也就成了系统工程的重要思想 如今人们依靠运筹学和管理科学得到了许多选优的数学方法 取得了较好的效果 18 决策科学化的观点 一般来说 一个正确的决策来源于三个方面的分析 即定量分析 定性分析和指令性分析 定量分析一般以采用一系列数学公式和计算方法 并选定一定的度量标准为其最主要的特点 通常的步骤是 明确目标和准则 建立数学模型 编制程序 计算分析 最后提供信息给决策者 定量分析方法是科学决策方法的主要部分 定性分析一般是指难以定量或概念模糊的问题 决策考通常根据直观经验及逻辑判断进行决策分析 指令性分析既包括一部分客观存在的环境条件 也包括已经实行的法令 法律 政策等约束条件 另外还包括行政指令等 19 时间价值观点 时间是人类最宝贵的财富 它构成了人类生命的实质成分 时间价值不仅表现在人的生命价值上 还表现在经济上 也就是说 对时间的关照程度是衡量一个社会经济水平的重要标志 正如马克思指出的 人类的一切节约归根结底都是时间的节约 系统工程是处处讲效率的 而要提高效率 首先就要节省时间 注重时间的价值 20 组合效应观点 效率的提高并非问题的根本所在 系统工程的目标和本意是获取最好的效果 所谓效果是指行动是否趋向目标和达到目标的程度 而效率是指已经确定目标和方向后的执行情况 它主要反映系统资源的利用程度 效率只有高低之别 而效果则有好坏之分 决策行为虽然与效率有关 但最根本和重要的一点是解决效果问题 通常 效果好坏的关键在于系统的组合 21 系统工程方法论 系统工程方法论就是解决系统工程实践中的问题所应遵循的步骤 程序和方法 它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法 也就是将研究对象作为整体系统来考虑 进行分析 设计 制造和使用时的基本思想方法和工作方法 系统工程方法论体系的基础就是运用系统思想和各种数学方法 科学管理方法 经济学方法 控制论方法以及电子计算机等技术和工具 进行系统分析和系统设计 22 系统工程方法论 系统工程方法论 许多学者进行了大量研究 影响较大的有 美国贝尔电话公司系统工程学者霍尔提出的 三维结构方法论 英国兰卡斯特大学的切克兰德提出的 软系统方法论 调查学习 模式 除此以外 主要还有 并行工程方法学综合集成工程方法学 钱学森 物理 事理 人理 WSR 系统方法论 5W1H 方法 23 系统工程方法论之霍尔三维结构方法论 调查学习 软方法模式 王国华 24 霍尔三维结构方法论 最常用的系统工程方法 是系统工程创始人之一霍尔创立的 称为三维结构图 时间维 对一个具体工程 从规划起一直到更新为止 全部程序可分为规划 拟定方案 研制 生产 安装 运转和更新七个阶段 逻辑维 对一个大型项目可分为明确目的 指标设计 系统方案组合 系统分析 最优化 作出决定和制定方案七个步骤 知识维 系统工程需使用各种专业知识 霍尔把这些知识分成工程 医药 建筑 商业 法津 管理 社会科学和艺术等 25 三维结构图 Page22 26 时间维七步骤 规划阶段拟定方案阶段研制阶段生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段 也有人划分为6个步骤 将安装和生产阶段合并 事实上 时间阶段的划分是根据工程对象的具体情况而确定的 27 逻辑维七步骤 明确问题选择目标 建立价值体系或评价体系 系统综合 方案组合 系统分析系统方案的优化选择 最优解或满意解 决策 作出决定 确定最优方案 制定计划 付诸实施 28 霍尔管理矩阵 明确问题的主要方法 直观的经验方法比较知名的有头脑风暴法或5W1H法 KJ法等 预测法系统分析问题常与技术发展趋势和外部环境的变化有关 其中有许多未知因素 这些因素可用打分法或主观概率法来处理 预测法主要有德尔菲法 交叉影响法 时间序列法等 结构模型法复杂问题可用分解方法 形成若干相关联的相对简单的子问题 然后用网络图方法将问题直观地表示出来 30 霍尔三维结构方法论小结 霍尔系统工程方法论强调明确目标 核心内容是最优化 认为现实问题都可归纳为工程一类的问题 应用定量分析的手段 求得最优解 随着实践经验不断丰富和系统工程学科的不断发展 系统工程方法论也在不断地充实和创新 在20世纪50一60年代期间 系统工程主要用来寻求各种 战术 问题的最优策略 组织管理大型工程项目等 31 切克兰德 调查学习 软方法 20世纪70年代以来 现代系统工程已经用于研究社会经济系统及其发展战略问题 涉及的社会经济要素相应复杂 硬系统方法论在处理存在利益 价值观等等方面差异的社会问题时 遇到了难以克服的障碍 人们对问题解决的目标和决策标准 决策选择的指标 这些重要问题 甚至对要解决的问题本身是什么就有不同的理解 即问题是非结构化的 32 切克兰德 调查学习 软方法 对这类问题或更确切地称为议题 issue 首先需要的是不同观点的人们 通过相互交流 对问题本身达成共识 切克兰德认为 完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会经济问题或软科学问题会碰到很多问题 也不太合适 为适应这种发展 有些学者对霍尔三维结构提出了修正和补充 待别是切克兰德提出了较系统的修改意见 形成了适合于软科学研究的系统工程方法论 软系统方法论 33 切克兰德 调查学习 软方法 主要步骤和内容 1 问题现状说明 说明现状的目的是改善现状 2 弄清关联因素 初步弄清与改善现状有关的各种因素及其相互关联 3 概念模型 用结构模型或数学模型描述系统现状 4 改善概念模型 根据系统工程的理论和方法改善概念模型 5 比较 将概