系统工程学(第二章).ppt

1、1,第二章 系统工程方法论,第一节 系统工程的基本方法 第二节 系统工程方法论概念 第三节 系统工程方法论建立的必要性 第四节 系统工程解决问题的过程 第五节 系统工程方法体系建立的原则 第六节 霍尔（Hall）三维结构方法论 第七节 案例分析,2,引例 中国消费问题分析,1、问题的提出: （1）消费与国民经济发展关系 （2）消费水平与社会发展 （3）政府的作用 2、如何分析？,3,4,第一节 系统工程的基本方法,分析、评价和综合,步骤： （1）明确系统 （2）对系统进行分析 （3）将分析结果进行综合 （4）评价 （5）反馈,5,分析的内容,对系统的构成和行为最佳方式的探讨 根据系统的要求、功

2、能明确系统的特性 研究系统构成的信息,6,评价的内容,评价基准的确定 约束条件的研究 研究基准满足的程度,7,综合的内容,解释评价结果 确定系统的构成和行为和方式 多个被选方案 选出最优设计,8,问题,分析,综合,评价,结果,基本方法框架图,9,第二节 系统工程方法论,1、系统工程方法论 2、思想体系 3、步骤体系 4、方法体系,10,系统工程方法论,系统工程方法论是系统工程基本组成的其中一个，它指导人们正确地应用系统工程思想、方法和各种准则去处理、解决通常靠直（感）觉判断处理的复杂问题的方法框架，或者是解决处理复杂系统问题的逻辑程序。 分为密切关联、相互支撑与依托的三个部分：思想体系、步骤体

3、系和方法体系。,11,思想体系,指基于系统概念、系统理论的一系列分析问题与处理问题的指导原则或基本观念。,12,步骤体系,基于思想体系制定的处理问题的步骤与逻辑程序。 第一个层次是问题解决逐步深化的时间过程阶段划分，称为时间维； 第二个层次是问题从发现、明确到形成解决方案并实施的逻辑程序，称为逻辑维； 第三个层次为运用具体方法处理具体问题的实施步骤，称为方法步骤维。,以系统问题解决的时间阶段划分，即系统工程的时间开发程序,以系统问题解决的目标和逻辑开发规律的划分，即系统工程的逻辑开发程序,13,系统工程的时间开发程序,系统开发阶段 系统开发计划阶段 系统开发实施阶段 研究阶段 实施计划阶段 制

4、作实施阶段 运行阶段,14,系统开发阶段之一,系统开发计划阶段： （1）开发对象的确定 （2）开发的必要性 （3）开发目的 （4）开发目标 （5）开发基本要求 （6）系统要求说明书和开发计划书,15,系统开发阶段之二,系统开发实施阶段： （1）系统的功能要求 （2） 约束条件 费用 效果 （3） 实现可能性 （4） 系统设计说明书和实施计划书,16,系统研究阶段之一,实施计划阶段： （1）系统粗设计 （2）多个方案 （3）不确定因素的研究 （4）系统设计书、制造实施计划书,17,系统研究阶段之二,制作实施阶段： （1）与系统相关的试验和试制 （2）工艺设计的研究 （3）系统运行的方式、方法和注

5、意事项 （4）系统运行说明书,18,系统运行阶段,系统运行的维护 系统运行的信息收集和反馈,19,案例分析,中国网通上市 如何上市？,20,中国网通上市历程,2002.5.16 网通集团挂牌成立 2003.6 正式融合吉通 2003.11.6 国际公司成立 2004.1.9 北方公司成立 2004.1.15 南方公司在上海成立 2004.7 注销各公司,成立集团公司 2004.10 通过了香港证交所聆讯，向美国证交会提交上市报告 2004.10.27 全球路演开始 2004.11.9 路演结束,网通股票获得28倍的超额认购 2004.11.16 /17分别在纽约和香港实现首日挂牌交易,21,网

6、通背景,截至2004年上半年，网通的固定网络收入为267.14亿元，宽带收入24.28亿元，商业数据收入15.67亿元，国际业务收入12.75亿元。预期今年全年收入为620亿元，盈利达65亿元。 债务问题上，网通负债额也确实高于中国电信。网通在提交的上市公司资料中披露，目前网通的短期负债479.33亿元人民币，长期负债223.09亿元,22,系统开发阶段开发计划阶段,1 系统开发的对象：股票上市 2 开发的意义 3 目的：将网通由一个传统的国有企业变为由竞争力的、以股东回报为导向且有效管理的现代企业。 4 目标 5 系统要求说明书：上市公司要求标准（上市范围的业务和资产） 6 系统开发说明书：

7、如何达到上市标准（评价标准选择）,23,系统开发阶段开发实施阶段,系统约束条件 实现的可能性 实施计划书,24,系统研究阶段实施计划阶段,多方案的提出： 红筹股、H股等方式上市。 方案的比较 系统设计书：招股说明书,25,系统研究阶段 制作实施阶段,递交申请 进行路演 (关键:如何进行和注意事项),26,系统运行阶段,在美上市首日，网通的股价就在纽约证券交易所上涨了3.08美元，报收于24.90美元，涨幅达14.12%。在香港，涨了0.85港元。 网通此次上市集资总额将达到11.3亿美元。,27,系统工程的逻辑开发程序,系统概念开发阶段 系统技术探索研究阶段 系统开发阶段 工程开发研究阶段,2

8、8,系统概念开发阶段,构造工程系统的概念 确定系统建设的目标 研究开发的环境 所采用的科学原理和技术,29,系统技术探索研究阶段,系统的结构 关键性技术的研究 试验验证,30,系统开发阶段,系统实现的过程 各个子系统之间的联系 协调技术的确定和协调方式,31,工程开发研究阶段,实施中的重要因素评估 工程发展 和实施反馈,32,系统逻辑开发拓扑图,系统,系统1 系统2 . . . 系统n,工程设计,系统构思,系统输入,系统约束,系统构成,系统输出,33,程序方法体系,是系统工程方法论步骤展开过程中，将其思想体系的指导原则具体化、以便进行操作的各种方法。 这些方法依其针对的问题可以分为若干类，如信

9、息获取与处理方法，预测方法，问题发现与明确方法，计划与目标管理方法，评价方法，建模与仿真方法，系统综合方法，系统分析方法，最优化方法，人机交互方法，成果（结果）表达方法等等。每一类方法中通常又划分为子类，可能包括几种、数十种、甚至上百种具体方法,34,第三节系统工程方法论建立的必要性和核心,系统工程方法论建立的必要性 系统工程方法论建立的核心,35,系统工程方法论建立的必要性,单纯强调模型的优化是不行的 不同的问题选择不同的方法 局部问题解决建立在整体考虑上,36,系统工程方法论的核心,核心是其逻辑程序，系统工程方法论的伟大创造在于其逻辑程序的开发。 系统工程依其逻辑程序展开的过程，既要结合实

10、际问题以相应的思想原则作指导，又要选择运用恰当的科学方法、技术和手段。这就是说，逻辑程序将系统工程的三大内容体系结合成一个有机整体。 系统工程方法论的逻辑程序提供了这样一种非程序化问题解决的途径：将许多程序化决策环节（子问题）组装起来构成总体问题解决的操作规程，或者反过来说，将总体为非程序化的决策问题分解为一系列程序化决策子问题，从而大大地化解了问题分析与解决的难度。,37,第四节系统工程解决问题的过程,一般来说，解决一个系统工程问题有五个行动环节 1 问题阐明 2 谋划方案 3 模型建立 4 预测 5 评价（报告）,38,系统分析过程的逻辑结构,问题 阐明,方案 谋划,建模和 预测,评价,分

11、析报告,重新阐明问题,进一步深化、优化,阐明问题,分析研究,评价比较,39,问题阐明,问题阐明即系统工程的需求分析，或明确系统工程问题的性质，划定总是的涉及范围。 问题界定包括：系统目标，系统要素集分析，系统边界确定，系统环境分析等,40,系统目标分析,总体目标和分目标 战略目标和战术目标 近期目标和远期目标 单目标和多目标 主要目标和次要目标,41,总体目标和分目标,总体目标集中地反映对整个系统总的要求，通常是高度抽象和概括的，具有全局性和总体性特征。系统的全部活动都应围绕总体目标而展开，系统的各组成部分都应服从于总目标的要求。 分目标是总目标的具体分解，包括各子系统的子目标和系统在不同时间

12、阶段上的目标。对总目标进行分解是为了落实和实现。,42,战略目标和战术目标,战略目标是关系到系统全局性、长期性发展方向的目标，它规定着系统发展变化所要达到的总的预期成果，指明了系统较长期的发展方向，使系统能够协调一致地朝着既定的目标展开活动。 战术目标是战略目标的具体化和定量化，是实现战略目标的手段。战术目标的达成有利于战略目标的实现，否则将制约和阻碍战略目标的实现。,43,近期目标和远期目标,根据系统在不同发展时期的情况和任务，根据总目标制定在不同发展阶段上的目标，包括短期内要实现的近期目标和未来要达到的远期目标。,44,单目标和多目标,单目标是指系统要达到和实现的目标只有一个，具有明确单一

13、、制约因素少、重点突出等特点。但在实际中，追求单一的目标往往具有很大的局限性和危害性。 多目标是指系统同时存在两个或以上的目标。多目标符合人的利益多面性的要求。考虑对系统的多目标要求是现代社会实践活动相互间联系日益密切的客观要求，以及人的利益要求全面化、综合化的体现。因此由单目标决策向多目标决策的发展是必然的趋势。,45,主要目标和次要目标,在系统的多个目标中，有些目标相对重要一些，是具有重要地位和作用的主要目标；而另一些目标则相对次要一些，是对系统整体影响相对较小的次要目标。 将系统的目标区分为主要目标和次要目标，既是因为不可能同时有效地追求和实现所有的目标，也是为了避免由于过分重视次要目标

14、，而忽视了系统的主要目标及其实现。,46,目标确定的意义,目标是系统期望达到的结果 目标的确定关系到整个工程的方向、范围、投资、周期、人员分配等决策，目标不正确会延缓系统工程的进行，甚至带来损失。,47,确定目标的原则,长远性选择有重大影响的事项为目标 总体性着眼于总体效果，不要偏重于局效益 可行性（可操作性）所确定的目标应是可以达到或经过努力能够达到的，不能不顾具体条件的限制去制定无法达到的目标。 单义性目标含义要清楚，对目标只能有一种理解，含义不能模糊，似是而非。 具体性目标必须具体，内涵应清楚。 标准性有衡量达到目标及程度的客观明确标准。 一致性如有多个,必须综合，协调、统一。 有序性如

15、有多个目标，应排出先后，轻重次序,48,确定目标的步骤,系统总体目标的确定 建立系统的目标集,49,系统总体目标的确定,为解决某一复杂系统问题，首先要明确系统的总体目标。它是对系统的总体要求，是确定系统整体功能和任务的依据。 制定系统的总体目标，要有全局的、发展的、战略的眼光，要考虑社会、经济、科学技术发展提出的新要求，要注意目标的合理性、现实性、可能性和经济性，不能脱离系统自身的状况和能力，不顾环境条件的制约而提出不切实际的目标。同时还应根据系统在不同时期的实际需要，分别制定近期目标和远期目标。还要充分估计可能产生的消极作用，考虑内部条件、外部环境的限制和约束。,50,建立系统的目标集,所谓

16、目标集是各级分目标和目标单元的集合，也是逐级逐项落实总目标的结果。 （1）目标树。对总目标进行分解而形成的一个目标层次结构称为目标树。 （2）目标手段分析。,51,目标树可以把系统的各级目标及其相互间的关系清晰直观地表示出来。我们可以根据目标树了解系统目标的体系结构，掌握系统问题的全貌，便于进一步明确问题和分析问题，有利于在总体目标下统一组织、规划和协调各分目标，使系统整体功能得到优化。,心理学的研究表明，人类解决问题的过程就是目标与手段的变换、分解与组合，以及从记忆中调用解决问题、实现子目标的手段的过程。,52,目标冲突的情况,（1）属于技术领域的目标冲突，无碍于社会，影响范围有限。这时，对

17、于两个相互冲突的目标，往往可以通过去掉一个目标，也可以通过设置或改变约束条件，或按实际情况给某一目标加限制，而使另一目标充分实现，由此来协调目标间的冲突关系。 （2）属于社会性质的目标冲突，由于涉及了一些集团的利益，通常称为利益冲突。这类目标冲突不像前一类型容易协调，在处理时应持慎重态度。,53,目标冲突的协调,目标冲突协调的根本任务在于，把有关各方由于价值观、道德观、知识层次、经验和所依据的信息等方面存在的差别而造成的矛盾和冲突，加以有效的疏通和化解。 经过调解得到的目标是有关各方均能接受的满意结果，并非某种意义上的最优。 目标协调的办法，常采用利益分配法和评定等级法。,54,确定目标的方法

18、,比较法 分析法 随机观察法 专家法,55,系统结构分析,确定要素集 系统相关性分析 系统层次性分析 系统整体性分析,核心,工作：确定要素；进行价值分析（择优）,主要解决系统分层数目和各层规模的合理性问题，获得相关关系集。,确定系统的关系集,56,合理性的判别标准,系统各层次间传递物质、能量和信息的效率、质量和费用，同时要便于控制。 一般，对技术系统应主要注意能量和信息传递的效率、质量和费用；对组织管理系统应主要看信息传递的效率和质量；对任何系统都应以便于控制为标准。,57,系统边界,系统边界就是属于系统的要素和不属于系统的要素之间的分界线，即确定系统边界就是确定什么因素属于系统要素的范围。,

19、58,系统边界确定的原则,对所研究的问题或系统具有举足轻重的影响 具有可控制性（由系统的设计或系统运营进行控制调节） 对系统行为产生直接影响,59,系统环境分析,系统环境分析需要完成环境的概念、环境因素及其影响作用、系统与环境边界划定等分析内容。,60,系统与环境,系统与环境相互依存，相互作用 对所研究的系统能产生作用或影响，但不属于系统因素的，划归为环境。 系统要素具有限的，作为一个有限的存在，都有其外界或环境。 环境通常是指存在于系统外的物质量、能量的、信息的相关因素的总称。 系统与环境相互作用，之间通常有物质、能量和信息交换。 环境对系统产生输入作用，系统反过来对环境产生输出作用。,61

20、,系统环境的概念,系统环境是指存在于系统之外的系统无法控制的自然、经济、社会、技术、信息和人际关系的总称。 系统环境因素的属性和状态变化一般通过输入使系统发生变化。反之，系统本身的活动通过输出也会影响环境相关因素的属性或状态的变化。这就是所谓的环境开放性。 系统与环境是依据时间、空间、所研究问题的范围和目标划分的，故系统与环境是个相对的概念。,62,环境因素及分类,从系统论的观点出发，全部环境因素应划分为以下四大类：1自然环境。自然环境包括：地理位置、地形地貌、水文、地质、地震、气象、矿产资源、河流、湖泊、山脉、动植物、生态环境状态等。2科学技术环境。包括科研水平与成果、教育水平、机构及设施、

21、现存系统、技术标准、科技进步与发展等。3社会经济环境。包括：外部有关的组织机构、政策、政府作用、法规、人口、市场、价格、税收、资金等。4人的因素。包括：人的主观偏好、文化素质、道德水准、社会经验、能力、生理和心理上的局限性等。,63,环境因素的确定与评价,确定环境因素，就是根据实际系统的特点，通过考察环境与系统之间的相互影响和作用，找出对系统有重要影响的环境要素的集合，即划定系统与环境的边界。 环境因素的评价，就是通过对有关环境因素的分析，区分有利和不利的环境因素，弄清环境因素对系统的影响和谐、作用方向和后果等。,64,环境因素的确定与评价注意的问题,（1）应适当取舍。即将与系统联系密切、影响

22、较大的因素列入系统的环境范围，既不能太多，又不能过少。太多会使分析研究过于复杂，且容易掩盖主要环境因素的影响；太少则客观性差。（2）对所考虑的环境因素，要分清主次，分析要有重点。（3）不能孤立地、静止地考察环境因素，必须明确地认识到环境是一个动态发展变化的有机整体，应以动态的观点来探讨环境对系统的影响与后果。（4）尤其要重视某些间接、隐蔽、不易被察觉的、但可能对系统有着重要影响的环境因素。对于环境中的人的因素，其行为特征、主观偏好、以及各类随机因素都应有所考察,65,案例分析,以企业经营管理系统为例进行内部要素分析和外部环境分析 一般经常采用SWOT分析法 SW是指系统内部的优势和劣势（Str

23、engths and Weaknesses） OT是指外部环境存在的机会和威胁（Opportunities and Threats）,66,67,SWOT分析过程,68,SWOT分析表,优势,劣势,69,谋划方案,当实现系统目标有多种方案时，应进行方案汇总，评价决策，选出最佳方案。 制定方案的原则1、目的性：方案应服从于目标2、可行性：方案应满足客观约束条件3、详尽性：方案应是多样的，应把所有备选方案列举出来4、排斥性：方案之间应该是相互排斥的，不允许某一方案包含在另一方案之中。5、可比性：方案之间应是可以比较的，并有明确的比较指标。,70,制定方案的方法,系统的类型多种多样，系统的目标多种多

24、样，系统的功能多种多样，所以系统的方案多种多样 常用的制定方案的方法：目标手段考察法，形态结构分析法会议法,71,模型建立,系统模型是采用某种特定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等）对一个系统某一方面本质属性进行描述，提供有关系统的知识。 系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象。,对同一个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型。另一方面，同一种模型也可以代表多个系统。,72,系统模型使用的出发点,系统开发的需要 经济上的考虑 安全上的考虑 时间上的考虑 总之，系统模型容易操作，分析结果易于理解,73,模型的作用,1、便于了解系统的整体结构2、便于研究系统

25、的特征3、便于预测未来趋势4、便于对方案进行评价5、用安全、节省、快速的方法得到系统的特征性结论,74,模型的分类,数学模型用数学原理或方法描述系统要素或变量之间相互作用和因果关系的模型称为数学模型。按所采用的数学方法不同，分为 网络模型：用网络图的形式来描述系统要素及其关系模型目录树结构 图表模型：用图形或表格形式来描述系统 逻辑模型：用逻辑关系表达的模型，如A=B 仿真模型：无法用精确的数学表达式给出，只能模仿实际情况一步工地进行计算和分析的模型。,75,模型的分类,实体模型系统本身当系统较小、易得、廉价、安全时，可以把系统本身作为模型直接加以研究 模拟模型利用相似性原理，找出另一种具有相

26、同或相似特征的系统作为所研究系统的模型。,网络计划图,1,4,3,5,6,8,9,2,7,0,2,6,2,6,15,19,12,0,2,0,2,2,5,6,10,2,9,15,19,0,2,2,8,15,12,2,12,2,6,2,12,5,0,0,2,2,12,12,15,15,2,19,19,11,11,8,7,6,12,6,15,8,11,7,4,6,15,11,15,7,11,B,6,2,I,H,D,G,E,C,A,2,2,K,L,J,7,4,10,3,4,3,4,77,2005-2006年同期东、中、西部通信业务收入,78,评价决策,评价 评价是对各方案实现系统目标的优劣程度的判定。

27、 评价是一项技术性工作，由与系统有关的各学科、各方面的专家来完成。 决策 决策是根据评价结果从众多方案中选出一种最佳的方案。 决策是由领导者完成的。,评价是决策的前提和依据； 决策是评价的目的。,79,评价的前提和方法,评价的前提是目标分析，尤其是指标的数量化、统一化、有序化、一致化，例如： 对没有明确的数量表示的指标，如美观度、舒适度、方便度等给出数量表示； 对不统一量纲的指标给予量纲统一； 对不同重要程度的指标，例如安全、省油各定各自的权重。 评价的方法1、对于能够用精确的数学表达式表达优劣的指标到直接评价。2、对于无法直接表述的数量化指标可采用专家经验打分法等方法。,80,第五节 系统工

28、程方法论建立原则,整体性 综合性 最优化,81,整体性原则,就是把被研究的系统当作一个整体看待，全面地辩证地看问题。各部分组成系统后形成了系统的总体功能，系统的功能要大于各部分功能的总和，这不仅是一种量变，而且是一种质变。此外还要有时间上的整体观念，要看系统的生命周期，不能只顾当前，忽视长远，因此看问题要有整体、全局、长远的观点。,82,综合性原则,任何系统都可看成是多元素的有机综合体，具有多种的属性。故在确定系统目标时，应进行多目标的综合。另外，对任何系统的研究，应采用多学科高度综合的方法，从系统的成分、结构、功能、相互联系方式，历史发展，外部环境等多方面进行综合考察。任何一项措施、一个方案

29、，对自然、社会都会有不同影响，故还应进行多方案的比较和多效益的综合。量的综合导致了质的飞跃，现代科学技术发展的趋势是向“系统综合型发展，系统工程本身也正是综合了许多学科而建立起来。,83,最优化原则,处理系统问题时，应尽可能做到准确、严密、按科学规律办事。这要求有一个严格的工作步骤和程序，同时还应该尽可能进行定量分析。通过对量的分析，可以更准确的认识事物的质，这就必须借助数学方法，建立系统优化模型，然后在计算机上进行系统仿真，分析系统的运行及后果，对系统某些方面加以选择和控制使系统达到总体最优。 系统工程可用来研究复杂系统的预测、规划、决策和评价等重大问题，故又产生了相应的技术与方法，如预测技

30、术、规划方法。,84,第六节 霍尔三维结构,霍尔三维结构 (Hall three dimensions structure) 是美国系统工程专家霍尔(ADHall)于1969年提出的一种系统工程方法论。 霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤，同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。这样，就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。 时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新七个时间阶段。 逻辑维是指时间维的每一个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，包括明确

31、问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施七个逻辑步骤。 知识维列举需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术、等各种知识和技能。三维结构体系形象地描述了系统工程研究的框架，对其中任一阶段和每一个步骤，又可进一步展开，形成了分层次的树状体系。,85,86,逻辑维,明确问题 建立价值体系或评价体系 系统分析 系统综合 系统方案的优化选择 决策 实施,87,时间维,1、规划阶段 调查研究 明确目标 提出设计 思想初步方案 制定系统工程活动的方针、政策、规划 2、方案阶段,88,时间维,3、研制阶段 最优方案 人财物 研制方案 生产计划 4、生产阶段 生产计划生产各类部

32、件形成整个系统 5、运行阶段 系统安装调试投运按预定目标运行 6、更新阶段 系统评价改进、更新系统系统更有效工作进入下个研制周期,89,知识维,在逻辑维中各个步骤所需要的各种专业知识和管理知识，如：科学学、工程技术、经济学、法律、数学、管理学、环境科学、计算机技术等,90,霍尔矩阵,把六个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来形成 矩阵中的每一个元素aij(i=16, j=17)代表时间维的某阶段和逻辑维的某一步聚所对立的一项具体活动。 矩阵中各项活动相互影响，紧密相关，要从整体上达到最优效果，必须使各阶段、步骤反复进行。 系统工程过程的每一阶段都有自己的管理内容和管理目标，每一步骤都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互联系，再加上具体的管理对象，组成一个有机整体。 把以上系统工程方法用于大型工程项目，尤其是搜索性强、技术复杂、投资大、周期长的大型研究项目，可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难。,91,92,软系统方法论(SSM),80年代，英国学者切克兰德创立了软系统方法论(SSM)。 软系统方法论是在以霍尔的系统工程(后人与软系统方法论对比，称为硬系统方法论，HSM)基础上提出的。 背景：以大型工程技术问题的组织管理为基础产生的硬系统方法论，扩展其应用领域后，特别是在处理存在利益