系统工程方法论.pdf

2015 10 18 1 系 统 工 程 长安大学建筑工程学院 薛文碧 第2章 系统工程方法论 一 概念 二 霍尔三维结构 霍尔方法论 三 软科学系统工程方法论 切克兰德 方法论 解决系统工程问题所需要的三种知识 有关对象系统领域方面的知识 有关系统共性方面的知识有关系统共性方面的知识有关系统共性方面的知识有关系统共性方面的知识 经验性知识 系统工程方法的四个层次 工具 处理具体问题的手段 设备手段 概念手段 技术 处理问题的具体行动方式和方法 使用工具 的方法 优化技术 预测技术 仿真技术 方法 method 完成一个既定目标的具体手段 技 术的选择 方法论 methodology 处理系统工程问题的一整 套思想 原则 是运用方法的方法 一 系统工程方法论的概念 系统工程思考问题和处理问题的一般方法 解决系统 工程实践中的问题的思维方式思维方式思维方式思维方式以及应该遵循的步骤 程序和方法 把分析对象作为一个整体系统来考虑 进行分析设计 制造和使用时的基本思想方法和工作方法 运用技术知识实现系统的模型化和最优化 进行系统 分析和系统设计 系统工程的方法论是系统工程应用的基础和关键所在 是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之一 系统工程与传统方法的区别系统工程与传统方法的区别系统工程与传统方法的区别系统工程与传统方法的区别 传统方法 问题的目标是单一的 专业知识 单阶段 系统工程 目标是多维的 专业方面 运用各种专业知识综合考虑 时间 多个阶段 逻辑方面 每个阶段中处理问题的特殊思维过 程 逻辑顺序 2015 10 18 2 二 霍尔三维结构 霍尔方法论 美国学者霍尔 A D HALL 1969年提出 核心核心核心核心 用定量分析的手段用定量分析的手段用定量分析的手段用定量分析的手段 求得最优解求得最优解求得最优解求得最优解 工作过程可以表现在三维结构图中 体现了系统工作方法的系统化 综合化 最优化 程 序化 标准化等特点 是系统工程方法论的重要基础 内容 在组织管理大型工程项目中起到了很大作用 霍尔三维结构霍尔三维结构霍尔三维结构霍尔三维结构 逻辑维 知识维 时间维 知识维 K 运筹学 控制论 社会科学 工程技术 逻辑维 L 规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 更新阶段 时间维 T 摆 明 问 题 系 统 设 计 方 案 综 合 模 型 化 实 施 计 划 决 策 最 优 化 时间维 系统工程的工作阶段或进程 a 规划阶段 按照设计要求提出系统目标 制定规划和政策 b 设计阶段 完成的任务是提出具体的方案 进行系统的初 步设计 c 分析阶段 对所设计的方案进行分析 比较 以上三阶段构成系统的开发阶段 d 运筹或生产阶段 方案的综合选优 确定 最优实施方案 e 实施阶段 系统的设计 安装及调试等 f 运行阶段 按照系统预定的用途工作 g 更新阶段 按系统要求实施 取消旧系统 代之以新系统 对系统改进 土木系统工程的时间维 以长城饭店为例 规划阶段 国际一流 初步设计阶段 美国设计 施工图设计阶段 美国设计 22 2 三叉形 施工阶段 飞模 美国技术 装修阶段 客房陈设招标 日本 使用阶段 1983年12月10日试营业 1984年6月20日正式营业 更新阶段 2002装修 2015 10 18 3 逻辑维 每个阶段的逻辑顺序和工作步骤 a 明确问题 明确问题 明确问题 明确问题 了解问题所处的环境 收集有关的数据和资料 历史 现状 发展趋势 人财物的提供 主要目的是弄清问题 钢铁基地的建设地点钢铁基地的建设地点钢铁基地的建设地点钢铁基地的建设地点 明确钢铁实践中的问题明确钢铁实践中的问题明确钢铁实践中的问题明确钢铁实践中的问题 联合企业联合企业联合企业联合企业 与能源与能源与能源与能源 水源水源水源水源 交通交通交通交通 电力等都有关联电力等都有关联电力等都有关联电力等都有关联 b 系统设计系统设计系统设计系统设计 目标选择目标选择目标选择目标选择 确定所要解决问题的目标和相应的评价指标 体系 评价准则 合理确定评价准则很重要 例1 商船是否要安装高射炮 指标一 击落敌机的概率 4 太低 应转到地面 的高射炮阵地中去 指标二 商船被击沉的概率 不安装 25 安装 10 高炮起威胁作用 例2 城市是否发展高层建筑城市是否发展高层建筑城市是否发展高层建筑城市是否发展高层建筑 确定目标和指标时应注意的8条原则 要有长远观点 选择对于系统的未来有重大意义的目 标和指标 要有总体观点 着眼于系统的全局利益 必要时可以 在某些局部作出让步 注意明确性 目标务必具体明确 力求用数量表示 多目标时应注意区分主次 轻重 缓急 以便加权计 算综合评价值 权衡先进性和可行性 目标应该是先进且经过努力 可以实现的 要注意实现目标的约束条件 注意标准化 以便于同国际国内的同类系统进行比 较 争取实现先进水平 指标数不宜过多 不要互相重叠与包含 指标计算宜简不宜繁 尽量采用现有统计口径的指 标或者利用简单换算可以得到的指标 2015 10 18 4 我国一般工程项目在制订目标时考虑的方面 运行目标 包括战术 技术指标 经济目标 包括直接的与间接的经济效益 社会目标 包括项目与国家方针政策符合的 程度和社会效益 环境目标 包括环境保护与可持续发展 c 系统方案综合 系统方案综合 系统方案综合 系统方案综合 为实现预期目标 拟定所需采取的策略和应选 择的方案方案方案方案 建筑设计 装配 整体 装配整体 d 系统分析系统分析系统分析系统分析 演绎备选方案 通过模型模型模型模型得到可靠的数据 资料和 结论 大跨度建筑 e 最最最最优化 优化 优化 优化 用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣 以进行方案选择 综合评价 f 决策 决策 决策 决策 以指标体系为评价准则 在考虑决策者的偏好等基础上 选择最优方案 g 实施计划 实施计划 实施计划 实施计划 按决策结果制定实施方案和计划 活动矩阵 时间维和逻辑维结合起来形成一个二维 结构 称为活动矩阵 课本p62 矩阵元素可以表明哪阶段做哪一步工作 系统工程活动的超细结构系统工程活动的超细结构系统工程活动的超细结构系统工程活动的超细结构 逻辑维的7个步骤为一个循环周期 多次 循环汇聚成一个理想的系统 专业 知识 维 各工作步骤所需的各门专业知识 综合性的交叉学科 会涉及多种专业技 术 如社会科学 工程技术 法律 商 业 医药 艺术等等 钱学森 14门专 业 土木系统工程的专业维 建筑学 工程力学 结构工程学 地基与基础 施工组织 企业管理 技术经济 硬系统方法论的特点 强调明确目标 核心内容是最优化 认为现实问题都可归纳成工程系统问题 运用定 量分析手段 求得最优解答 此方法论具有 研究方法的整体性 三维 技术应用的综合性 知识维 组织管理上的科学性 时间维和逻辑维 系统工程工作的问题导向性 逻辑维 2015 10 18 5 硬系统方法论的局限性 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来说 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 把系统中的人与 其他物质因素等同起来 忽视人对现实的主观认识 3 认为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 建立精确的数学模型往往 是不现实的 即使建立了数学模型 也会因为建模者 对问题认识上的不足而不能很好地反映其特性 系统工程的软科学性 20世纪70年代以来 系统工程越来越多地用于 研究社会经济的发展战略和组织管理问题 涉 及人 信息和社会等因素 使其对象软化 系 统工程呈现出软科学的特征 软科学性所表现出的特点有 1研究的问题没有限制 但以人和社会问题为主 处 理的对象主要是信息 2问题多数是带有政策性的 同时多半带有探讨未来 的性质 十分关心未来的不定因素 3问题包括了大量事实上不明确的东西 4跨学科的性质很强 5需要有决策者的支持 否则将失去意义 霍尔三维结构不适用 需要新的方法论 三 软科学系统工程方法论 切克兰德方法论 英国学者切克兰德 P Checkland Hall Hard System Thingking HSM SST SSM 1对问题的认识 良结构的硬问题良结构的硬问题良结构的硬问题良结构的硬问题 便于观察 建模 边界清晰 目标明确 好定义 劣结构的软问题劣结构的软问题劣结构的软问题劣结构的软问题 难以观测 不便建模 边界模糊 目标不定的问 题 工程系统工程要解决的问题叫 问题 problem 研究的对象称为硬系统或结构化问题 hard system structured problem 社会系统工程要解决的问题叫 议题 issue 即有争议的问题 研究的对象称为软系统或非结构化 问题 soft system non structured problem 前者是用数学模型寻求最优解 后者是寻求满意解 2015 10 18 6 社会系统工程 软问题 举例 例 美国加利福尼亚州应用硬系统方法论解决 公共政策方面的问题 20世纪60年代初 该州州长决定建立一个有关 审判 信息处理 垃圾管理和大量运输事务的 管理信息系统 MIS 目的是处理公众和政 府机构之间的各种信息 不能用硬系统方法论求解 Why 硬系统方法论在处理问题时要求有明确的目标 目标 在适当的时候以恰当的方式提供足够精确的 各种信息以满足公众的需要 太含糊 系统建立后 无法提供决策所需要的信息 对 该州的管理帮助甚小 2软科学的系统工程方法论 核心是比较或学习 而不是最优化 解决问题的步骤 如下图 对问题情景 考察 要素 过程 关系 表达问题情景 考察结果 自 然语言 图像 对系统的看法 简 要描述catwoe 根定义基础上 的系统活动的 概念上的描述 讨论和辩论 组织 运行 认识 态度上的改革 新的情景 可能从任意阶段开始 中途有反复 不断反馈和学习 汪应洛 系统工程 问题及其环境的问题及其环境的问题及其环境的问题及其环境的 识别与表达识别与表达识别与表达识别与表达 建立概念模型建立概念模型建立概念模型建立概念模型 目标系统概念化目标系统概念化目标系统概念化目标系统概念化 根底定义根底定义根底定义根底定义 比较比较比较比较 寻求改善途径寻求改善途径寻求改善途径寻求改善途径 选择选择选择选择 设计设计设计设计 实施实施实施实施 评估评估评估评估 问题情景描述 认识问题 收集有关信息 表达问题现状 寻 找构成因素及其关系 明确问题的结构 现存过程及不适应之处 根底定义 弄清关联因素 确定对系统的基本看法 概念模型 对问题抽象描述的结果 应符合根底定义的思想 并 能实现其要求 改善概念模型 比较及探寻 明确的问题 第一步归纳的结果 和概念模型 演绎的结果 进行对比及改善 设计与实施 形成可操作的方案 评估与反馈 根据实施过程中的新认识 修正前三项 2015 10 18 7 3软系统方法论 小结 软系统方法论 通过组织讨论 听取各方面有关 人员的意见 强调反复比较和学习 寻求满意 结果 主要依赖于定性分析 适用于目标不明确 涉及多方面利益的场合 强调人的活动和身份 从各方面的关系着眼 适合涉及多种因素的社会 经济环境等系统的 研究 特点 1 与目标不明 非结构化的麻烦有关 2 强调过程 与学习和决策相关 3 与感性认识 世界观及人类把组织现实的内涵与环 境相联系的方式有关 4 是非数量型的 5 依靠加深对问题情境的理解来进行改进 6 依赖于解释社会理论 7 对统治人类社会的社会规则的理解有关 不足 不适合解决突发事件 不能希望其立竿见影 缺乏明确的组织变革理论 只能通过参与者之间的沟 通来激发变革 在不平等权利的利益集团之间