第2章 系统工程方法论

1、1 3.1 3.1 系统工程理论基础系统工程理论基础 整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。是科学系统思想的核心与实质。 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学 及自组织理论等是系统理论的重要内容和是系统理论的重要内容和SESE的理论基础的理论基础。 一般系统论：通过对各种不同系统（不仅在生物一般系统论：通过对各种不同系统（不仅在生物 学中，而且在行为科学，社会科学）进行科学理学中，而且在行为科学，社会科学）进行科学理 论研究而形成的关于适用于一切种类系统的学说，论研究而形成的关于适用于一切种类系统的学说， 代表人物奥地利理论生物学家贝塔朗菲代表人物奥地利理论生物学家贝塔朗菲

2、) ) 耗散结构理论：普利高津把远离平衡态情况下所耗散结构理论：普利高津把远离平衡态情况下所 形成的新、稳定的有序结构理论称为。为一般系形成的新、稳定的有序结构理论称为。为一般系 统论的有序结构稳定性提供了严密的理论根据统论的有序结构稳定性提供了严密的理论根据. 协同论：联邦德国的赫尔曼协同论：联邦德国的赫尔曼.哈肯发现系统要素之哈肯发现系统要素之 间存在着协同现象。研究系统从无序到有序转变间存在着协同现象。研究系统从无序到有序转变 的规律和特征。的规律和特征。 Lorem ipsum Lorem ipsum Lorem ipsum dolor sit amet, c onsectetur a

3、dipisicing elit.Lor em ipsum dolor sit a LOREM IPSUM DOLORLOREM IPSUM DOLOR 控制论：研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理控制论：研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理 论。信息与控制是其核心概念。代表人物美国数学家维纳。论。信息与控制是其核心概念。代表人物美国数学家维纳。 信息论：研究信息的提取、变换、存储和流通等特点和规律信息论：研究信息的提取、变换、存储和流通等特点和规律 的理论的理论 3.23.2 系统工程方法论概述系统工程方法论概述 系统工程基本工作过程系统工程基本工作过程 数学数学方法方法逻辑逻

4、辑推理方法推理方法 工程技术的工程技术的规范规范社会科学的社会科学的艺术艺术 思想方法思想方法 理论基础理论基础 基本程序基本程序 方法步骤方法步骤系统工程方法论基本特点：系统工程方法论基本特点： 研究方法强调研究方法强调 整体性整体性 技术应用强调技术应用强调 综合性综合性 管理决策强调管理决策强调 科学性科学性 沟通性沟通性 系统工程的方法论是系统工程的方法论是系统工程应用的基础和关键所在系统工程应用的基础和关键所在，系统工程处，系统工程处 理问题的独特方法论是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之理问题的独特方法论是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之 一，系统工程处理问题的一，系统工

5、程处理问题的最基本出发点最基本出发点是将所分析的对象作为是将所分析的对象作为整体整体 系统系统来考虑，这也是系统工程考虑问题的来考虑，这也是系统工程考虑问题的基本思想和工作方法基本思想和工作方法 系统工程实质上是系统工程实质上是方法论的科学方法论的科学，它的目标是通过什么样的，它的目标是通过什么样的 方法可使系统达到最优，方法论是把设想付诸实现的方法可使系统达到最优，方法论是把设想付诸实现的过程过程。 对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计 一个产品或只强调成本低或只强调性能高，而一个产品或只强调成本低或只强调性能高，而系统工程

6、系统工程对目对目 标的考虑需要从系统运行的标的考虑需要从系统运行的全过程全过程即时间方面以及在每个阶即时间方面以及在每个阶 段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面，并综合运用各种段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面，并综合运用各种 专业知识即知识方面来专业知识即知识方面来综合考虑综合考虑。 3.3 3.3 系统工程方法论系统工程方法论 切克兰德的切克兰德的“学习调查学习调查” 法法 物理物理事理事理人理（人理（WSRWSR） 一、霍尔一、霍尔“三维结构三维结构”模型模型 环境科学环境科学 社会科学社会科学 工程技术工程技术 计算机科学计算机科学 管理科学管理科学 经济经济 法律法律 知识维（科学

7、技术）知识维（科学技术） 逻辑维（方法步骤）逻辑维（方法步骤） 时间维（时间进程）时间维（时间进程） 明确问题明确问题 选择目标（系统设计）选择目标（系统设计） 系统综合系统综合 系统分析（模型化）系统分析（模型化） 方案优化方案优化 作出决策作出决策 付诸实施付诸实施 A B C D E F G 6 5 4 3 2 1 规划阶段规划阶段 方案阶段方案阶段 研制阶段研制阶段 生产阶段生产阶段 安装运行阶段安装运行阶段 更新阶段更新阶段 知识维：指在完成上述各知识维：指在完成上述各 阶段和各步骤所需要的各阶段和各步骤所需要的各 种专业知识和管理知识。种专业知识和管理知识。 逻辑维：每个阶段需进行

8、的工逻辑维：每个阶段需进行的工 作步骤，是运用系统工程方法作步骤，是运用系统工程方法 进行思考、分析和解决问题应进行思考、分析和解决问题应 遵循的一般程序。遵循的一般程序。 时间维：从规划到更新，按时间维：从规划到更新，按 时间顺序排列的时间顺序排列的SE全过程。全过程。 一霍尔一霍尔“三维结构三维结构”模型模型 （4) 4) 运筹或生产阶段：运筹各类资源，生产出全部构件（软硬运筹或生产阶段：运筹各类资源，生产出全部构件（软硬 件），并提出具体的实施或安装计划。件），并提出具体的实施或安装计划。 实施阶段：系统的设计、安装及调试等实施阶段：系统的设计、安装及调试等 （5) 5) 运行阶段：按照

9、系统预定的用途工作。运行阶段：按照系统预定的用途工作。 （6)6)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统，代之以新系统，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。对系统改进。 以三峡工程作为案例：以三峡工程作为案例： 第一阶段：第一阶段： n19191919年孙中山年孙中山建国方略建国方略：利用三峡的：利用三峡的 水利资源发电水利资源发电 n19441944年年萨凡奇计划萨凡奇计划 n5050年代初期林一山为首的长江流域规划办年代初期林一山为首的长江流域规划办 公室公室 总目标：发电、防洪、供水、航运总目标：发电、防洪、供水、航运 正常蓄水位：正常蓄水位：230米、米、2

10、35米；坝址设在南津关米；坝址设在南津关 第二阶段：第二阶段： 解决四个方面问题：解决四个方面问题： 目标进行分解和量化；目标进行分解和量化； 协调目标，提出实现目标的具体的方案；协调目标，提出实现目标的具体的方案； 为实现方案在技术上、经济和社会方面、环为实现方案在技术上、经济和社会方面、环 境方面的保障；境方面的保障； 根据具体方案，对工程成本费用和效益提出根据具体方案，对工程成本费用和效益提出 更加详细的计算。更加详细的计算。 第三阶段：第三阶段：1958年到年到1993年年10月月 实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的

11、 阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。 提出实施该系统的详细的研制方案；提出实施该系统的详细的研制方案； 提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。 提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输 变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产 的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工

12、 厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电 设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、 何时全面投产等详细的系统的实施计划。何时全面投产等详细的系统的实施计划。 第四阶段：第四阶段： 根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的 零部件和所有的设备和装置；零部件和所有的设备和装置； 提出系统的安装计划。提出系统的安装计划。 完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮完成大坝以及全部水工结构的

13、建筑，船闸、厂房的建设，水轮 发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机 电设备的制造；电设备的制造； 提出未来的安装计划；提出未来的安装计划； 安置库区移民。安置库区移民。 第五、六、七阶段：安装、运行、更新。第五、六、七阶段：安装、运行、更新。 时间上可以交叉。研制阶段可部分进行生产，生产时间上可以交叉。研制阶段可部分进行生产，生产 阶段就可部分安装，安装阶段可部分进行运行。需阶段就可部分安装，安装阶段可部分进行运行。需 寻求最佳方案，用计划协调技术（寻求最佳方案，用计划协调技术（PERT）、图解评）、图解评 审技术（审技术

14、（GERT）。）。 主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临 更加频繁和严重的洪水问题、环境问题和资金问题。更加频繁和严重的洪水问题、环境问题和资金问题。 综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。 （1) 1) 明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料，明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料， 主要目的是弄清问题主要目的是弄清问题 （2)2)系统设计：确定所要解决问题的目标和相应的评价准则系统设计：确定所要解决问题的目标和相应的评价准则( (指指 标）。标）。 （3)3)系统综

15、合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择系统综合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择 的方案。的方案。 系统综合系统综合 系统分析系统分析系统优化系统优化 注意注意 在实践工作中，系统综合、系统分析和系在实践工作中，系统综合、系统分析和系 统优化存在统优化存在循环、不断递进循环、不断递进的过程，即在系统的过程，即在系统 分析和系统优化的过程中可能产生系统方案，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。或者对模型进行修正。 运用运用SE知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个 逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：逻辑

16、步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下： 霍尔管理矩阵霍尔管理矩阵 代表一项具体的管理活动代表一项具体的管理活动 基于基于 “三维结构三维结构”模型的模型的 基于基于 “三维结构三维结构”模型的模型的 购置费购置费 使用费使用费保障费保障费处置费处置费 并行工程并行工程 同时工程同时工程 并行工程并行工程 综合研制工程综合研制工程 传统专业综合传统专业综合 工程专业综合工程专业综合 硬件硬件 软件软件 人员人员 设施设施 数据数据 系统系统 综合综合 传统工程传统工程 专业工程专业工程 生产工程生产工程 并行地进行产并行地进行产 品传统性能、可品传统性能、可 生产性等特性的生产性等特性的 研

17、制。研制。 多专业综合多专业综合 产品研制产品研制 其核心内容是：强调用户需求，把用户需求转化为产品要求其核心内容是：强调用户需求，把用户需求转化为产品要求 ，并建立交互作用、互相协调的并行研制过程，以便将产品的设，并建立交互作用、互相协调的并行研制过程，以便将产品的设 计、产品的制造过程和保障过程用系统工程方法综合在一起。计、产品的制造过程和保障过程用系统工程方法综合在一起。 问题及其环境的问题及其环境的 识别与表达识别与表达 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) 根底根底 定义定义 比较比较 寻求改善途径寻求改善途径 选择选择 设计设计 实施实施 评估评估 切克兰德方

18、法论的主要内容和工作过程切克兰德方法论的主要内容和工作过程 切克兰德方法论的切克兰德方法论的核心是核心是“比较比较”和和“探寻探寻” 一般的硬系统都是要创建或实施一个系统；一般的硬系统都是要创建或实施一个系统； 对于许多人类活动系统而言，并不是要创建出一个新系统，对于许多人类活动系统而言，并不是要创建出一个新系统， 而是要对原已存在的系统进行变革，使它从一种问题情境变而是要对原已存在的系统进行变革，使它从一种问题情境变 换到另一种问题情境，使它能愈来愈令人满意。换到另一种问题情境，使它能愈来愈令人满意。 概念模型代替概念模型代替 数学模型，思数学模型，思 路更加开阔。路更加开阔。 满意解代替最

19、优满意解代替最优 解，价值观方面解，价值观方面 的重要变化。的重要变化。 霍尔三维结构模型与切克兰德工程方法比较：霍尔三维结构模型与切克兰德工程方法比较： WSR是是“物理物理(Wuli)一事理一事理(Shili)一人理一人理(Renli)方法方法 论论”的简称，的简称， 是中国著名系统科学专家顾基发教授和朱志昌博是中国著名系统科学专家顾基发教授和朱志昌博 士于士于1994年在英国年在英国HULL(赫尔大学赫尔大学)大学提出的大学提出的 它既是一种方法论，又是一种解决复杂问题的工它既是一种方法论，又是一种解决复杂问题的工 具。在观察和分析问题时，尤其是观察分析带复具。在观察和分析问题时，尤其是

20、观察分析带复 杂特性的系统时，杂特性的系统时，WSR体现其独特性，并具有中体现其独特性，并具有中 国传统的哲学思辨，是多种方法的综合统一；根国传统的哲学思辨，是多种方法的综合统一；根 据具体情况，据具体情况，WSR将方法组群条理化、层次化、将方法组群条理化、层次化、 起到化繁为简之功效；属于定性与定量分析综合起到化繁为简之功效；属于定性与定量分析综合 集成的东方系统思想。集成的东方系统思想。 系统系统 运行运行 系统系统 评价评价 决策决策 部门部门 提出问题提出问题 形成判断形成判断 建模仿真建模仿真 分析优化分析优化 结果分析结果分析 综合集成综合集成 结论结论 建议建议 统计数据统计数据 信息资料信息资料 专家群体专