经济管理系统建模nlx系统工程方法论ppt课件

1 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物理 事理 人理系统方法2 6综合集成系统方法2 7螺旋式推进系统方法2 8系统论方法 2 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 如系统工程三维结构 调查学习模式 人理事理物理方法论 螺旋式推进原则 等 并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 3 2 0系统工程的理论基础 系统工程的产生与发展除了在哲学 系统科学等方面获得思想方法的源泉以外 同时也因为分析和处理各类系统的相关理论和技术的诞生和成熟 如运筹学 控制论 信息论 计算机科学和信息技术等学科的理论支持 系统工程理论基础主要由自然科学 社会科学和工程技术所组成 自然科学中的数学 运筹学 统计学 概率论是系统工程最重要的理论基础 社会科学中的经济学 社会学 行为科学是研究与人 社会密切相关的系统工程问题必须掌握的理论基础 而工程技术中的控制理论 计算机科学以及信息技术和各种工程技术是实现系统工程最优设计 最优控制和最优管理的理论基础和技术工具 尤其是信息技术 它是系统工程解决问题最基础的工具 4 2 0常见的四类系统工程问题 排序 序 指要素在系统某特定广义空间排列的次序 如技术改造方案的选择 创新构思的筛选 技术创新能力的评估 创新战略方案选择等 如何科学合理的解决这类排序问题 系统工程最常用的方法系统评价是解决这类问题的最好方法 它运用合理地分解方法 将评价的目标和对象属性共同构成评价指标体系 以及利用专家经验和评价方法确定各指标的权重 最后运用效用原理将系统各个属性的价值组合成为系统的价值 作为排序的依据 案例 地区市场秩序评价 企业新业务开发 5 2 0常见的四类系统工程问题 组集 组集是寻求集合的合理匹配 以实现系统的预定目标和特定功能与行为 前提是对系统各种要素进行详细 全面地分析 和要素的相关分析 组集常用的技术为多元相关分析与聚类分析 组集有两种类型 互补性组集是对性质互补的要素进行合理的匹配 形成一个能相互取长补短 合乎客观规律 适应外部环境与实现系统整体功能的集合 同类性组集是把性质相近的要素聚合在一起 形成一个特定功能与行为的系统 案例 地区科技重点行业的选择 6 2 0常见的四类系统工程问题 适度 适度就是掌握事物的质和量的分寸 恰到好处 解决这类问题常用 优化 技术 一般来讲 运筹学 是寻求 适度 最重要的方法 但在很多社会经济系统的研究中 为了保证社会经济可持续发展 建设和谐社会 合理的分配资源 合适的发展速度 社会经济系统各子系统的协调发展是重要的议题 由于系统的复杂性 难以写出优化的数学表达式 所以采用系统仿真方法能够较有效的确定系统各要素的量和质的关系 案例 开发治理资金的匹配 企业研发项目计划安排 7 2 0常见的四类系统工程问题 联接 联接包含两重含义 一重是系统内各要素如何衔接 支配关系如何选定 要素比重如何确定 才能使系统的功能达到最佳 第二重含义是 一旦系统目标确定之后 系统以何种策略 从现在过渡到目标点 或者系统的近期目标 中期目标 远期目标如何衔接问题 才能使达到目标所花费的时间或投入最少 案例 地区社会经济发展问题 8 2 0社会经济系统遵循因果律 因果律是社会经济系统的基本规律 是系统工程分析问题的基本点 对系统实施任何一个影响都会产生一定的效果 正面的或负面的影响 反过来 系统中任何结果的产生都会找到原因 系统工程工作者在分析社会经济系统问题时 要分清什么是原因 什么是结果 还更要清楚某项原因产生的正作用和负作用 在现实中 不仅大量存在着一因多果和一果多因 而且一个原因可能产生短期与长期的不同效果 或者直接和间接的不同效果 案例 分田到户 责任承包 政策 9 2 0社会经济系统存在反馈性 反馈是指因果关系的互动 存在正负反馈 正反馈指系统的A要素的增长会引起系统B要素的增长 而B要素的增长又使得A要素增长 负反馈指系统A要素的增长会引起系统B要素的增长 而系统B要素的增长又使得系统A要素减弱 社会经济系统不但具有正负反馈 还具有多重反馈 用因果关系环表示社会经济系统的反馈和多重反馈 是系统工程常用的分析方法 尤其是复杂系统的分析 同时也是系统建模的前提 只有准确的描述系统的行为才能有效地进行分析 才可能得到正确的结论 案例 人口系统 10 2 0社会经济系统存在反馈性 案例 人口系统 11 2 0社会经济系统存在反直观性 社会经济系统具有较高的复杂性 其因果关系特别复杂 歪打正着 好心办坏事 正是系统复杂性的表现 在社会经济系统里 反直观性是指某一项政策 经过常规的分析认为是一个好的政策 但政策实施后其效果不佳 或出现人们意想不到的后果 造成这一结局的可能性是系统复杂程度太高 根据常规思维人们不容易进行有效的分析 或人们根据现有的资料 用常规方法是难以全面认识该问题 如心理问题 其次是系统分析人员 在设计政策时分析欠深入 或被表面现象所迷糊 或基本假设与现实相差太大案例 烟酒涨价问题 12 2 0社会经济系统具有较强的非线性特征 人们很容易地观察到社会经济系统存在大量的非线性现象 如一个国家的税率和税收总额的关系 或者一个国家的税率与社会财富创造数量 GDP 之间的关系 简单地看 似乎会觉得税率与税收总额应该是一个线性关系 税率越高 税收总额也越高 其实不然 税率太低 固然税收总额很少 税率过高 也会过度伤害人们创造财富的积极性 而使整个社会财富创造数量减少 从而减少实际税收 在系统复杂性较高时 给系统的设计 系统优化带来了很大麻烦 目前在社会经济系统的系统设计 系统优化研究中常用的方法是系统动力学方法 案例 工作压力问题 13 2 0社会经济系统存在时滞 延迟 效应 社会经济系统还存在着大量的时滞 延迟 效应的事实 如人们常说的 十年树木 百年树人 说明具有较长的延迟效应 环境治理 基础教育改革 高等学校创新教育等 这些领域需要较长时间才能反映政策实施的效果 人们在设计社会经济系统政策时要充分考虑政策的延迟效应 如考核指标的设计 要充分考虑系统的延迟效应 防止短期行为的发生 尤其是在做社会经济发展战略和规划设计 要充分考虑系统的延迟效应 不能被短期的效果所迷惑 案例 承包制度 教育改革 14 2 0社会经济系统存在大惯性 大惯性是社会经济系统的又一大特点 通常用 习惯势力 来表示 由于惯性力太大 要改变系统运行需要有强大的推力或拉力 这告诉人们 在设计政策时要充分考虑传统习惯的抵抗力 要了解和熟悉当地的文化 风俗习惯 要充分考虑系统内各子系统的要求 协调子系统之间的利益冲突 其次 要加强政策的宣传力度 使系统内各子系统了解政策设计的目的和功能 得到理解与共识 减少政策实施的阻力 案例 城市交通管理问题 15 2 0社会经济系统不适应直接做实验 人是社会经济系统的主体要素 他 她 具有思想 智慧 感情和创造力 不能与社会经济系统其他要素相比 不适应做直接试验 要 以人为本 充分发挥人的创造性 要充分应用系统仿真的方法 探索不同政策实施的后果 其次在进行信息收集 分析和处理时 要区分是一次性现象还是系统的一般规律 要发挥专家的作用 案例 青少年教育问题 16 2 0社会经济系统因果有时在空间上分离 在一般情况下 当系统发生问题时 研究者在系统内部和系统边界上找产生问题的原因 但是在特定条件下 因果有时在空间上会分离 人们在思考问题时 不要局限于在系统内部和系统边界上找问题 要从系统输入 信息 物质 能量 中找问题 案例 山江湖开发治理问题 学校教育问题 17 2 1系统工程方法与方法论 18 2 1系统工程方法与方法论 研究 分析和处理问题的思想 程序和基本原则叫着方法论 它告诉人们如何去组织 计划 设计和实施问题的研究 但不能详细告诉如何进行一项具体的 个别的研究 因为每一项研究都具有特殊性 本书将系统工程方法定义在方法论层次上的方法和技术层次上的方法 方法论层次上的方法指的是人们研究 分析 处理某类系统工程问题运用的程序和基本原则 如对 硬系统 HALL提出了三维结构模型 对 软系统 切可兰德提出了 调查学习 模式 19 技术层面上方法指的是处理复杂系统问题常用到一些具体方法 如系统分析方法 系统评价方法 系统仿真方法 系统预测方法和系统决策方法等 系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本观点 整体 综合 层次 优化等 和方法论层次上各种方法的总和 2 1系统工程方法与方法论 20 系统工程的方法论框架 五个环节 两个注意 反复和交流 21 阐明问题阶段 一 阿科夫 乱题 messes 二 硬问题 能够清楚的阐明目标 边界和约束的问题 求解过程是找到最有效的达到目标的手段 软问题 目标 边界和约束的问题不清楚 有些变量无法分析 系统思考的发展最重要的体现在问题阐明阶段 如基本假设表面化与检验 交互式规划 以及后现代系统思考 系统思考 适于管理者的创造性整体论 Jackson杰克逊 22 问题的情景与系统方法 参与者 系统 单元的 多元的 强制的 简单 复杂 软系统方法 23 三 涉及到的人员决策者 感觉到现状不满意 或对未来担忧 并委托专业人员寻求解决 提出问题者 也可能不是决策者 如 政协委员 委托人 接受决策者的旨意 委托他人从事某项系统分析工作 起到决策者和系统工程人员之间的中间人作用 如 国家社科基金委 系统工程 分析 人员 专业人员 不涉及自身利益 寻求并提出解决问题的方案 24 四 阐明问题阶段工作内容 本身就是一个小规模的系统工程 要在某种程度上研究目标结构 价值观念 约束条件 备选方案 后果及相关人员的反应 1 问题剖析包括两部分 问题性质和问题条件 5W1H What Why When Where Who How 检视利益相关者 25 2 阶段结果报告包括 问题的由来和背景 重要性 可能采取行动的组织和个人 利益相关者的组织和人员 目标 评价指标 约束条件 备选方案的初步描述 建议等 1 目标 应帮助决策者达到真正的目标并找出适当的途径2 评价指标衡量决策者对方案后果的满意程度 需要确定一组指标 也是综合评价的基础 尽量量化 如医疗状况 用婴儿死亡率 预期寿命做指标 输入不宜做指标 垃圾清理系统的用户缴纳的清洁费 3 约束条件约束条件是对备选方案 后果和目标的限制 资源 技术 环境 时间 法律 制度 26 谋划备选方案 1 特点 创造性 良好的方案是良好的系统分析的基础 都江堰都江堰 秦太守李冰父子 鱼嘴 分水工程 飞沙堰 分洪排沙工程 宝瓶口 引水工程 120个附属渠堰 27 丁渭智修皇宫 宋代符详年间 皇宫中发生火灾 要进行皇宫修复工程 当时需要解决 取土 外地材料的运送 被烧坏皇宫的瓦砾处理 等三大问题 主管该工程的是大臣丁渭 他便在皇宫前的大街上挖沟取土 免去到很远的地方取土 很快 路就挖成了大沟 又让汴河决口 将水引进壕沟 于是各地运来的竹木都被编成筏子 连同船运来的各种材料 都通过这条水路运进来 皇宫修复后 他又让大家将拆下来的碎砖瓦连同火烧过的灰 都填进沟里 重新修成大路 经过这一处理 不仅节约了大量时间 还节省了上亿的经费 丁渭智修皇宫 就是充分把握要素之间的相生关系 使系统往有序和互相促进的方向发展 同时又把握了系统要素的相克性质 促使其向反面演化 最终达到最理想的效果 28 阿拉斯加原油输送方案的系统分析普拉德霍湾油田 美国本土任务 每天运送200万桶环境 油田处于北极圈内 海湾长年处于冰封阶段 陆地长年冰冻 最低气温达零下50 C 29 总结 1不安全 费用大 无保证 2安全 供油稳定 费用高决策人员处理策略 暂时把方案2作为参考方案作进一步细致研究 为规划做准备 同时继续播出经费 邀请系统分析人员提出竞争新方案 竞争方案3 原油中加入海水 用普通输油管道运输原理 类似制作汽车防冻液 含10 20 NaCl的海水 原油 低温下乳状液原油 能畅流优点 安全 供油稳定 节省费用缺点 需运输无用海水竞争方案4 天然气转换为甲醇 原油 低熔点原油 增加流动性原理 埋在地下的石油原来是油 气合一的熔点很低 经漫长年代 油气才逐渐分离优点 普通管道可同时输送原油和天然气 仅管道铺设费就节省近60亿美元 比方案3省一半 30 2 原则 避免利益冲突忠于科学有勇气否定集体智慧 头脑风暴法 31 建模和预计后果 建模 从直觉到科学的分析 1 分析模型 分析模型通常用数学关系式表达变量之间的关系 如运筹学模型 2 仿真模型 通过一系列 伪试验 一般用计算机 来预测结果 蒙特卡洛仿真圣吉的微世界模型物流和交通仿真 32 3 博弈模型又叫对策论 在人类的互动行为中 结局依赖于两个或更多的人们所采取的交互式的战略 这些人们具有相反的动机或者最好的组合动机 mixedmotives 如冲突分析4 判断模型软系统方法 会议法 Delphi法等 33 预测未来环境 环境是决策人无法控制的自然 经济 社会和技术的未来状态 1 离开未来实施环境去谈方案后果是没有实际意义的 系统工程者向决策人后果信息只能这样表述 在某种环境下采取某种行动将会导致什么结果 2 行动方案从决策到实施有一段时间间隔 而未来状态是不确定的 不确定是系统工程全过程的一个基本特点 34 方法 情景分析法 对于每种方案都确定几组未来实施环境的特征和条件 如对市场 好 持平 差 一般需要给出每种情景的可能性 好 30 持平 40 差30 比较方案的期望后果 模型法 考虑效率和效果 在不确定情况下 给出一个预测范围比精确预测更有意义 灵敏度分析 如项目投资灵敏度分析是指在你原有的分析基础上如果投资环境发生变化例如原材料价格变化或者土地价格变化等会引起多少的最终利润变化 要分为单项的投入变化的灵敏度和综合的灵敏度分析 也就是说最坏的情况比如材料价格上涨并且土地价格也上涨再加上产品价格下降会引起怎样的利润变化 35 评比备选方案 对备选方案排出优先持续 方案评价是复杂的 或将备选方案和情景列于同一表格或图表 如兰德公司在为荷兰三角湾防洪这项巨大工程所进行的系统分析中 就将四种备选方案 建封闭水坝 建防风浪水坝 修堤防和维持现状 在投资 经常费用 安全 生态 渔业 运输 旅游 国民经济及区域经济等方面的后果指标值用不同颜色标志登记在同一记分表格中 供决策者比较判断 在很大程度上 系统工程是决策支持 而非直接给出决策结果 涉及价值观和效用函数 36 钱学森派系统工程继承并发扬了西蒙 Simon 的决策思想 在西蒙提出的决策模型中 其目标函数以效用函数取代价值函数 可以适应目标多样化的要求 非物质因素 精神因素 也可用 效用 的形式表现 在决策方法上 以满意性准则取代原来奉行的最优化准则 即企业中的各级决策人 从 主观的理性 出发 在决策中寻求的是他们自己认为 满意的解 而不是从 客观的理性 出发所要来的 最优解 把决策人看作是 寻求满意的人 而不是寻求 最优的人 在决策中会更加符合或接近客观实践 缺陷在于硬思考 较少考虑演化和自组织 和强势者控制 较少考虑多样化 批判和解放 系统思考 由科技奖得主捐出奖金想起孔子一则公案 中国人的系统观 支教3年免费师范生政策思考 岳飞之死的系统思考 37 系统工程分析报告 包括三部分 1 简略报告 要点 依据 结论和行动方案的建议 提供给决策者 2 主体报告 用非技术语言描述整个分析过程 包括背景分析 问题的阐明 分析的依据和设想 方案的筛选 分析过程的关键问题 结论 提供给主管或实施项目的有关决策者和管理人员 3 技术报告 包括分析过程的技术内容 数学模型 计算机程序及使用说明等 提供给审查分析报告的专家阅读 写作顺序一般为技术报告 主体报告到简报 还可能需要讲解材料和答辩 38 本课程后续大部分内容是与本章系统工程分析框架有关的方法和工具 如一般的系统分析 高阶分析与建模方法以及评价方法 决策分析及系统思考的发展作为独立部分讲解 39 2 2处理复杂系统问题的基本观点 整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体 在策划最优时 如果子系统最优与系统最优发生矛盾时 子系统要服从整个系统 反之 整个系统要对所有的子系统之间的关系进行协调 充分发挥各子系统的能动作用 使整个系统和各子系统都取得满意的效果 整体观点要把系统与环境看成一个整体 从更高的角度来分析系统与环境的关系 在策划系统最优时 必须考虑环境的制约作用 必须使环境受益 在万不得已的情况下 力图使环境所受损失最小 决不允许环境受到不能接受的损失 40 整体观点倡导人们在思考问题时要从系统的整体去思考 判断和解决 而不是站在狭隘的个人立场 站在小团体立场去观察 思考和解决问题 整体观点强调关系的协调 强调发挥子系统的能动作用 发挥两个积极性 整体观念要求站在更高的层次看待系统与环境 强调环境的制约作用 决不允许破坏环境 在提倡和谐社会 可持续发展的大背景下 人们更应强调整体观点 要站在全社会的角度思考 分析 处理某些问题 案例 核电站建设 地区产业发展问题 2 2处理复杂系统问题的基本观点 41 综合观点是指人们在思考 研究和解决问题时 要综合考虑系统的方方面面 协调系统内各要素之间的关系 遇到多目标 多因素 关系纵横交错 环境千变万化的系统时 应对目标 因素等进行综合分析或评价 分清主次 对目标 因素进行综合 综合观点强调人们在判断和解决问题时要全面 要综合平衡系统的方方面面 要协调好系统内外各要素之间的关系 同时要分清主次 案例 方案选择问题 政策设计问题 2 2处理复杂系统问题的基本观点 42 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 系统有很明显的层次性 一般存在树状结构 鱼刺图形状 人们在分析 处理 解决这些问题时 要熟悉系统中诸要素在各种空间内的层次与分布 将主要精力放在最主要的问题上 避免平均主义 层次观点强调人们在思考 研究和解决问题时 不要混淆父辈 子辈问题 即使在同一辈分中也存在主次之分 不要搞平均主义 要根据系统层次和要素的重要性确定时间的前后 空间位置和资源的投入强度 案例 地区社会经济发展 企业发展 2 2处理复杂系统问题的基本观点 43 2 2处理复杂系统问题的基本观点 44 价值观点是指人们在设计 改造 管理和控制系统时 应考虑系统的投入与产出 具体的说用最少的投入价值创造出最多的使用价值 或者说用同样的人 财 物和时间去开发一个性能最好的系统 价值观点提醒人们必须从价值角度去思考 研究 解决问题 必须从系统的投入产出 从对系统产生的正作用和负作用角度去思考 研究和解决问题 其次 在设计 改造 管理和控制一个系统时 研究人员能够把 希望马儿跑得快 希望马儿少吃草 变成具体的是方案 政策 策略和手段 案例 方案评估 2 2处理复杂系统问题的基本观点 45 2 3霍尔系统工程方法 硬系统工程方法论 46 2 3 1HALL系统工程的的时间维 1 规划阶段 调查研究 明确研究目标 提出自己的设想和初步方案 制定系统工程活动的方针 政策或规划 2 计划阶段 根据规划阶段所提出设计思想和初步方案 从社会 经济 技术 可行性方面进行综合分析 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 组织人 财 物及各个环节 各个部门 实现系统的试制方案 并制定生产计划 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 安装阶段 对系统进行安装和调 提出系统的运行计划 6 运行阶段 系统按预定的目标运行服务 7 更新阶段 完成系统的评价 改进或以新系统代替老系统 使系统更有效的工作 为系统进入下一个研制周期准备条件 47 人才培养 问题 职业生涯规划 游戏软件开发 问题 例如 从时间维角度谈谈 产品的生产过程 经历的七个时间环节 48 2 3 2HALL系统工程方法的逻辑维 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 为了了解研究的问题 研究者要尽量全面地收集和提供解决问题的历史 现状以及发展方面的资料和数据 对每一阶段要研究的问题要与决策者沟通 明确决策者的意图 或通过某种手段 方法 明确所研究的问题 在明确问题的过程中 研究人员要注重环境方面的调查 因为新系统与所在的环境密切相关 这里的环境包括物理环境 技术环境 社会环境 经济环境等 了解系统的环境 目的 系统的各组成部分及其联系等 案例 两点之间运输方式的选择问题 每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序 49 直观经验方法 头脑风暴法预测法 德尔菲法 情景分析法 交叉影响法 时间序列法结构模型法 解释结构模型法 ISM 决策实验室法 图论法多变量统计方法 非结构 半结构问题 因子分析 主成分分析法 问题的设定 50 2 确定目标 系统指标设计 系统目标是系统工程活动关注的重点 确定系统目标的是系统工程活动的关键环节 系统问题往往具有多目标 指标 在明确研究问题的基础上 应提出系统目标或目标体系 确定达到目标的程度标准 以此衡量方案的优劣 在确定目标和指标时要有系统的观点 如整体观点 发展观点 还有要考虑操作的可行性 其次 目标一般应包含经济 社会 环境 技术等方面的内容 当目标体系中各指标发生矛盾时 可采用折衷兼顾方法或剔除次要目标 选择目标过程一般使用的价值体系方法 效用理论 费用 效益分析 风险估计 价值工程 案例 两点之间运输方式的选择问题 51 4 系统分析 系统分析是应用系统工程技术 对于每一个系统方案进行比较 分析计算 为了能更好地分析各因素对目标的影响 需要建立相应的系统模型 建模之前 必须了解 掌握系统内部要素之间 内外要素之间的相互联系和系统的性能与特点 根据系统优化和系统决策的需要 所建立的模型应考虑到所需信息资料的采集 在系统分析中 可能形成新的方案 系统比较分析各方案 建模 计算或仿真系统分析主要内容 系统变量的选择 状态变量 决策变量 内生 外生 建模和仿真 GPSS SD可靠性工程案例 两点之间运输方式的选择问题 52 5 系统优化 在一定的约束条件下 人们总是希望选择最优的方案 系统优化就是寻找满足约束条件的最优方案 或者说挑选出最好地满足系统目标的方案 通常应根据系统方案对于系统目标满足的程度 对每一个被选方案进行综合评价 从中选出最优方案 次优方案 满意方案 分析者应递交多方案给决策者 以便决策者做出正确的决策 案例 两点之间运输方式的选择问题 53 6 系统决策 由决策者从多个优选方案中选择一个方案进行实施 出于各方面的考虑 决策者选择的方案不一定是最优方案 7 系统实施 对已选方案进行实施 修改 完善以上6个步骤 转入下一阶段 54 2 3 2 1问题的界定 系统边界 问题 社会经济系统的边界如何确定 如 企业生产经营 系统 对该系统有作用的要素包括 p25 哪些归于系统要素 哪些归于环境要素 根据什么来确定 1 问题的界定 系统边界确定 系统与环境 55 若系统性问题是 提高投入 产出率 系统要素 系统环境要素 若系统性问题是 提高企业对外竞争力 系统要素 系统环境要素 问题 如何确定 企业生产经营 系统的边界 56 确定目标的原则 确定目标的方法 目标实现的标准 目标评价 2 3 2 2目标的确定 57 1 确定目标的原则 可行性总体性单义性 具体性 标准性 一致性 有序性 目标确定 确定目标的原则确定目标的方法衡量目标达到程度的评价标准 58 2 设计目标的方法 分层分解法如 开发 满意的计算机 如 注意 分层分解法的难点 59 3 目标实现的标准 指标 统计指标 可用具体公式或具体数字赋予指标值如 工效系数指标 不可用具体公式或具体数字赋予指标值如 新型轿车的 舒适性 目标确定 确定目标的原则 确定目标的方法 目标实现标准 指标 量化 60 例如 61 注意 有些工效系数指标通过分解可以部分或全部用统计指标来描述 如 教师水平10 62 3 目标实现的标准 目标评价 3 1 目标的量化 3 2 目标的归一化 3 3 目标的有序化 3 4 目标的一致化 63 3 1 目标 指标 的量化 统计指标的量化 工效指标的量化 p34 3 目标实现的标准 3 2 目标 指标 的归一化 指标的归一 含义 64 指标归一化举例 65 3 3 目标的有序化 3 4 目标的一致化 目标集内部的一致化 不同利益集团之间的目标一致化 66 注意 无关 的目标 互补 的目标 弱冲突 目标 强冲突 目标 实现内部目标一致化的方法 67 不同利益集团之间的目标一致化A 同一目标集 如 1 目标集Sg g1 g2 g3 g4 产值 质量 税金 奖金 利益集团集M m1 m2 m3 国家 企业 个人 某学校人才培养方向定位目标集 问题 2 目标集Sg Sg1 Sg2 Sg3 研究型人才 应用型人才 技能型人才 利益集团集M m1 m2 m3 国家 学校 B 不同目标集 68 例1 目标集Sg g1 g2 g3 g4 产值 质量 税金 奖金 集团集M m1 m2 m3 国家 企业 个人 P36 69 例2 提高教学质量 目标集Sg g1 g2 g3 g4 教学内容 教学方法 教学手段 教学态度 利益集团集M m1 m2 m3 教师 领导 学生 70 2 3 2 3方案汇总 方案 制定方案的原则 目的性 可行性 详尽性 排斥性 可比性 1 方案11及其制定原则 71 目标 手段考察法 2 制定方案的方法 问题 目标 手段考察法是如何制定方案的 72 形态结构分析法 如 73 2 3 2 4方案优化 1 系统模型 模型 主体反映客体 即研究对象 揭示其性质和规律 并且利用和改造客体的手段 好的模型应该反映出系统的或 系统模型 74 2 模型分类 75 思考题 下面是一些模型 区分它们属于哪一类 概念 数学 物理 功能 结构 计划 评价 预测 静态 动态 线性 非线性 连续 离散 微观 宏观 确定 随机 线性规划 76 3 模型的作用 便于了解系统的整体结构 便于研究系统的特征 便于预测未来的趋势 便于对方案进行评价和决策 4 建模的几个主要阶段 明确目标 确定组成要素 构建模型 验证模型 77 5 系统模型构建的一般步骤 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 注意 数学模型的构建 78 例如 学校学生会要选举文艺部 宣传部 外联部三名部长 几经筛选 仅剩下A B C三名候选人 根据民主评议的统计结果 他们主持各个部的工作能力 以得分多少来衡量 如表所示 试从工作能力出发 确定最优选举部长方案 79 评价决策 方案优劣判定 80 实施管理 81 在实践工作中 系统综合 系统分析和系统优化存在循环 不断递进的过程 即在系统分析和系统优化的过程中可能产生系统方案 或者对模型进行修正 82 2 3 3HALL系统工程方法的专业维 HALL系统工程方法专业维说的是解决一个系统工程问题 需要有相应专业知识 如进行社会经济系统的规划研究 研究者需要有宏观经济学 微观经济学 社会学 心理学 环境科学 管理科学 法律 工程技术等学科的知识 如研究某项技术的发展与技术的评估问题 系统工程工作者需要具备所研究的某项技术的专业知识 了解它的特性 发展规律等 一般来讲 进行某项系统工程研究 研究工作者应具备法律 经济 管理科学 社会科学 环境科学 信息技术和和相应的工程技术 才可能有效的进行系统工程的研究 解决相应的问题 83 84 系统工程活动矩阵 85 86 ProductLifecycle 87 Stage GateModel Cooper 2006 88 89 90 91 92 93 小结 霍尔三维结构方法论认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题 因此强调明确目标 核心内容是模型化和最优化 应用定量分析手段 求得最优解答 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 94 95 2 4切克兰德的系统工程方法 软系统工程方法论 对哪些目标不是很清楚 边界较模糊 系统的机理尚不清楚 较难用数学模型描述 只能用半定量 半定性或者只能用定性的方法来处理系统 切克兰德创造了 调查学习 软系统方法 其核心不是寻求系统的 最优化 而是 调查 比较 或者说是 学习 从现状调查和模型比较中 学习改善现存系统的途径 是一项运用系统思考解决非系统性问题的定性研究技术 非系统性问题 指含有大量的社会 政治 以及人为因素的问题 96 Checkland方法论 问题及其环境的识别与表达 建立概念模型 目标系统概念化 根底定义 C A T W O E 比较 寻求改善途径 评估 实施 设计 选择方案 97 1 认识问题收集与问题有关的信息 表达问题现状 寻找构成或影响因素及其关系 以便明确系统问题结构 现存过程及其相互之间的不适应之处 确定有关的行为主体和利益主体 2 根底定义根底定义是该方法中较具特色的阶段 其目的是弄清系统问题的关键要素 为系统的发展及其研究确立各种基本的看法 并尽可能选择出最合适的基本观点 根底定义所确立的观点要能经得起实际问题的检验 3 建立概念模型概念模型是来自于根底定义 通过系统化语言对问题抽象描述的结果 其结构及要素必须符合根底定义的思想 并能实现其要求 98 4 比较及探寻将第一步所明确的现实问题 主要是归纳的结果 和第三步所建立的概念模型 主要是演绎的结果 进行对比 有时通过比较 也需要对根底定义的结果进行适当修正 5 选择针对比较的结果 考虑有关人员的态度及其他社会 行为等因素 选择出现实可行的改善方案 6 设计与实施通过详尽和有针对性的设计 形成具有可操作性的方案 并使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力 7 评估与反馈根据在实施过程中获得的新的认识 修正问题描述 根底定义及概念模型等 99 2 4切克兰德的系统工程方法 100 1 系统现状说明 通过调查分析 对现存的不良结构系统的现状进行说明 2 弄清关联因素 初步弄清 改善与现状有关的各种因素及其相互关系 3 建立概念模型 在不能建立数学模型的情况下 用结构模型或语言模型来描述系统的现状 4 改善概念模型 随着分析的不断深入和 学习 的加深 进一步用更合适的模型或方法改进上述概念模型 5 比较 将概念模型与现状进行比较 找出符合决策者意图而且可行的改革途径或方案 6 实施 实施提出的改革方案 2 4切克兰德的系统工程方法 101 案例讲解 建设世界一流大学的问题 2 4切克兰德的系统工程方法 102 案例讲解 建设世界一流大学的问题 2 4切克兰德的系统工程方法 103 案例讲解 建设世界一流大学的问题 2 4切克兰德的系统工程方法 104 两种方法论的比较 1 2 4切克兰德的系统工程方法 105 两种方法论的比较 2 相同点 问题导向 注重程序及阶段 不同点 研究对象 基本方法 核心内容 2 4切克兰德的系统工程方法 106 霍尔三维结构与切克兰德方法论均为系统工程方法论 均以问题为起点 具有相应的逻辑过程 在此基础上 两种方法论主要存在以下不同点 1 霍尔方法论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 2 霍尔方法论的核心内容是优化分析 而切克兰德方法的核心内容是比较学习 3 霍尔方法论更多关注定量分析方法 而切克兰德方法强调定性与定量方法的有机结合 107 2 5以钱学森为代表的综合集成方法论 2 5 1开放复杂巨系统2 5 2综合集成方法论2 5 3WSR系统方法论 108 2 5 1开放复杂巨系统 条件 1 系统与子系统分别与外界有各种各样的能量 信息或物质的交换 而且通过学习互相取得知识 2 系统内部结构复杂 不仅要用定量模型 而且要用定性模型 各个子系统的知识表达不同 获取知识方式也各有不同 系统中的结构随着情况变化会不断演变 3 子系统数量巨大 109 2 5 2综合集成方法论1987年 钱学森提出了定性和定量相结合的系统研究方法 并把处理复杂巨系统的方法命名为定性定量相结合的综合集成方法 把它表述为从定性到定量的综合集成技术 1992年 他又提出从定性到定量的综合集成研讨体系 进而把处理开放复杂巨系统的方法与使用这种方法的组织形式有机结合起来 将其提升到了方法论的高度 110 钱学森教授在研究解决开放的复杂巨系统问题时 提出了从定性到定量的综合集成法 简称综合集成 综合集成的实质是专家经验 统计数据和信息资料 计算机技术三者的有机结合 构成一个以人为主的高度智能化的人 机结合系统 发挥这个系统的整体优势 去解决复杂的决策问题 它有方法论层次上和工程技术层次上综合集成方法 111 方法论层次上的综合集成要点 1 直接诉诸实践经验 特别是专家的经验 感受和判断力 把这些经验知识和现代科学提供的理论知识结合起来 2 专家的经验是局部的 多半是定性的 要通过建模计算把这些定性知识和各种观测数据 统计资料结合起来 使局部定性的知识达到整体定量的认识 3 把人与计算机结合起来 充分利用知识工程 专家系统和电脑的优点 同时发挥人脑的洞察力和形象思维能力 取长补短 产生出更高的智慧 112 从定性到定量的综合集成方法论的实质是将专家群体 数据和多种信息与计算机技术有地结合起来 把各种学科的理论与人的经验知识结合起来 发挥它们的整体优势和综合优势 此方法论的特点是定性分析与定量分析结合 而后上升到定量认识 自然科学与社会科学相结合 科学理论与经验知识相结合 宏观与微观相结合 各类人员相结合 人与计算机相结合 这一方法论的整个过程如图所示 113 114 115 工程技术层次上的综合集成基本步骤和要点 1 一个实际问题提出来后 研究者 或研究小组 首先要充分收集有关的信息资料 调用有关方面的统计数据 作为开展研究工作的基础性准备 2 研究者约请各方面有关专家对系统的状态 特性 运行机制等进行分析研究 明确问题的症结所在 对系统的可能行为走向及解决问题的途径做出定性判断 形成经验性假设 明确系统的状态变量 环境变量 控制变量和输出变量 确定系统建模思想 3 以经验性假设为前提 充分运用现有的理论知识 把系统的结构 功能 行为 特性 输入输出关系定量地表示出来 作为系统的数学模型 以便用模型研究部分地代替对实际系统的研究 116 工程技术层次上的综合集成基本步骤和要点 4 依据数学模型把有关的数据 信息输入计算机 对系统行为做仿真模拟试验 通过试验 获得关于系统特性和行为走向的定量数据资料 5 组织专家群体对计算机仿真试验的结果进行分析评价 对系统模型的有效性进行检验 以便进一步挖掘和收集专家的经验 直觉 更深入细致的判断 6 依据专家们的新见解 新判断 对系统模型做出修改 调整有关参数 然后再上机做仿真模拟试验 将新的试验结果再交给专家群体分析评价 根据新一轮的专家意见和判断再次修改模型 再做仿真试验 再请专家群体分析评价 如此反复循环 直到计算机仿真试验结果与专家意见基本吻合为止 117 2 5 3WSR系统方法论对于难度自增值系统 王浣尘提出了 旋进原则 即不断地跟踪系统的变化 选用多种方法 采用循环交替结合的方式 逐步推进问题的深度和广度 朱志昌与顾基发共同提出了物理 事理 人理 简称WSR 系统方法论 这些方法论都是在东方系统思维的指导下提出的 是对系统工程方法论的完善与补充 118 物理 事理 人理系统方法 作者在总结国内很多系统工程的研究与实践 分析它们成功与失败的原因 从众多的案例分析中悟出了 关系协调 的重要性 从方法论角度提出了物理 事理 人理系统方法 该方法认为系统工程研究者在处理复杂系统问题时 不仅要明物理 懂自然科学 明白世界到底是什么样 还应通事理 通晓各种科学的方法 各种可硬可软的解决问题的方法 选择科学合理的方法处理事物 更应晓人理 掌握人际交往的艺术 充分认识系统内部各部门的价值取向 协调考虑系统各方利益 只有把这三方面结合起来 利用人的理性思维的逻辑性和形象思维的综合性和创造性 去组织实践活动 才可能产生最大的效益与效率 119 120 物理 事理 人理系统方法 121 1 理解意图 这与霍尔系统工程方法论中逻辑维中的明确问题含义相近 在进行任何工作之前 明确要解决的问题 理解决策者的意图 在很多数情况下 决策者们对要解决的问题 或系统的愿望可能是清晰的 也可能是相当模糊的 这就需要沟通 需要协调 因为决策者们各自站在不同的角度 对问题 愿望等有不同的理解 需要分析者理解他们的意图 同时也需理解相关人员的意图 2 调查分析 调查分析是一个物理分析过程 任何结论只有在深入 仔细地调查分析之后才可能得出 开展调查分析 要协调好与被调查者关系 争取被调查者 专家 广大群众 的积极配合 且对调查得到的资料 信息要进行必要的处理 物理 事理 人理系统方法 122 3 形成目标 作为一个复杂的问题 往往一开始问题拟解决到什么程度 决策者和系统工程工作者都不是很清楚 在领会和理解决策者的意图以及深入的调查分析 取得相关信息后 进行系统目标的确定 形成目标 这些目标可能与当初决策者的意图不完全一致的地方 同时在以后大量分析和进一步考虑后 可能还会有所改变 所以需要协调 使形成的目标得到共识 4 建立模型 这里的模型是比较广义的 除数学模型外 还可以是物理模型 概念模型 运作程序 运行规则等 建立的模型应与相关领域的人员讨论 协商 在协商的基础上形成 在这一阶段 可能开展的工作是设计 选择相应的方法 模型 步骤和规则来对目标进行分析处理 这个过程主要是运用物理和事理 物理 事理 人理系统方法 123 5 提出建议 运用模型 分析 比较 计算各种条件 环境 方案之后 可以得到解决问题的初步建议 要使所提出的建议可行 使相关主体尽可能满意 协调工作相对其他阶段来说更加重要 所以系统工程工作者在模型分析的基础上 要协调 综合决策者和相关利益者对所提建议的看法 最后还要让决策者从更高一层次去综合和权衡 以决定是否采用 6 实施方案 将上述建议付诸实施 在实施工程中也需要与相关主体进行沟通 以取得满意的效果 案例 地区综合改造问题 物理 事理 人理系统方法 124 协调关系 协调关系是整个系统工程活动的核心 在整个活动中发挥作用 因为在处理问题时 由于不同的人所拥有的知识不同 立场不同 利益不同 价值观不同 认知不同 对同一个问题 同一个目标 同一个方案往往会有不同的看法和感受 往往需要协调 协调相关主体的关系在整个项目过程中都是十分重要的 但在提出建议阶段 显得更重要 从理解意图直到提出建议 每一个阶段 一般会出现一些新的关注点和议题 可能开展的工作就是相关主体的认知 利益协调 协调关系体现了东方方法论的特色 属于人理的范围 物理 事理 人理系统方法 125 126 127 128 129 2 6 1系统分析的概念及其要素2 6 2系统分析的程序2 6 3系统分析的原则 2 6系统分析原理 130 2 6 1系统分析的概念及其要素Systemsanalysis S A S E1 概念 1 定义系统分析是应用建模 优化 仿真 评价等技术 对系统的各个方面进行定量 定性分析 以选择最优或满意的系统方案 131 2 6 1系统分析的概念及其要素Systemsanalysis S A S E1 概念 1 定义 为决策服务 方法 定量 定性 首位 建模 优化 仿真 评价 方案 132 2 要素 问题 研究的对象 或称对象系统 明确对象 就是要吃透问题 坚持以问题为对象 找出对象存在的问题 目的及目标 目的是对系统的总要求 目标是对系统目的具体化 目的 总目标 具有唯一性 目标 具体要达到的指标 多目标 指标 评价问题的尺度 方案 综合 达到目标的途径 方案 2个方案个数取3 4个最好 从研究问题的角度 用创造性的技能去找方案初始方案多一点 经过规范化分析得到3 4个可行备选方案 加以比较 决策选优 133 2 要素 模型 说明系统本质的主要因素及其相互关系的构成 S A强调模型 对实体的高度抽象 数学模型 规范 精确 定量分析结果 结构模型 定性分析结果 仿真模型 计算机技术描述动态问题结果 离散系统 如 管理系统 评价 评定不同方案对系统目的达到的程度 多目标的评价 从效益 费用去评价 要求效益费用 决策者 系统中的利益主体和行为主体 目标的选择需要决策者 评价也同样需要决策者 对S A来讲决策者的影响最大 134 2 6 2S A的步骤 精华部分 I 定性分析 II 定量分析 III 评价 灵敏度分析对系统环境适应性 风险进行评估 135 1 上述框图指出了S A最重要的内容 2 初步分析阶段要使决策者至少回答6个问题 5W1H What 研究什么问题 对象系统 问题 的要素是什么 换句话说 即所研究的对象系统 问题 与那些因素有关 136 Why 为什么要研究该问题 研究该问题的目的或所希望达到的状态是什么 Where 系统的边界和环境范围是什么 When 分析研究的问题是什么时间段的问题 过去 现在 未来 Who 决策者 行为者 所有者是谁 How 如何实现系统的目标状态 现实的技术 经济条件如何保障 137 3 规范分析阶段反映系统分析人员的能力 一定要遵循以问题为导向的原则 找到解释问题的有效之模型 这是一项创造性的艺术 4 环境分析其最为重要 贯穿整个系统分析 S A 的全过程 5 实际分析中可跨越某些阶段 如逆向思维方式 138 2 6 3S A的原则系统分析以实际问题的需要为动因 以系统整体最优 总体协调满意为目标 用定性与定量分析相结合的方法 通过多方案模型的分析 反复与决策者对话 求得最有利的决策结果 139 1 以问题为导向 以问题的需要 制定方案 选择方法 不断反馈 适应环境变化 2 以总体为目标 全面考虑问题 强调以少投入达到总体效果最佳为目标来完成预定的任务 3 多方案模型分析和选优 收集各种信息 寻找多个方案 4 强调定性与定量分析相结合 唯经验论及唯定量论都是与系统分析的要求相违背的 5 多次反复进行 这是社会经济系统的特性所决定的 140 应用实例1 某厂外购玻壳进厂入库搬运路线的系统分析 物流管理是现场管理的主要内容 物流合理化被广泛地认为是企业利润的重要源泉 某厂是一个生产彩色显像管的总厂 下设若干分厂 该厂建厂初期年产96万只37cm彩色显像管 现已能生产五种彩色显像管和37cm彩色显示器等六类产品 年产量约720万只 该厂所有生产用料不下千种 本着抓主要矛盾的原则 进行ABC分类 把需要量大 价值高的六类零部件列为A类物料 它们是 玻壳 屏和锥 荫罩 偏转线圈 防爆带 电子枪零件 荧光粉 其中玻壳的搬运量最大 占总搬运量的一半以上 在此 仅对其外购玻壳进厂入库搬运路线进行分析 141 1 外购玻壳进厂入库搬运路线现状分析 根据该厂的具体情况 对供应物流的研究可主要放在外购物料从进厂到完成检验后储存前的装卸 运输等过程 通过现场调查和对生产物流的分析 发现外购物料流动中存在的问题多 搬运量大的物料主要是外购玻壳 屏和锥 目前外购玻壳量非常大 主要 90 以上 靠火车运进总厂 玻壳从火车站运至玻壳库的流程如图所示 从中可以看出该物流存在如下问题 搬运路线长 曲折迂回 汽车要绕过528房和526工段 装卸次数多 从生产厂家到本厂库房共有八次装卸 而其中在本厂