第二章-系统工程方法论课件

系统工程方法论系统工程方法论第二讲第二讲 系统工程方法论系统工程方法论v内容：内容：霍尔方法论；软系统方法论；综合集成法；物理霍尔方法论；软系统方法论；综合集成法；物理事理人理系统方法论。事理人理系统方法论。v基本要求：基本要求：掌握霍尔方法论的基本思想，理解软系统方法掌握霍尔方法论的基本思想，理解软系统方法论和硬系统方法论的区别及相互关系，了解综合集成法和论和硬系统方法论的区别及相互关系，了解综合集成法和物理事理人理系统方法论。物理事理人理系统方法论。v重点：重点：霍尔方法论和软系统方法论的基本思想霍尔方法论和软系统方法论的基本思想v难点：难点：软系统方法论基本思想的理解软系统方法论基本思想的理解第二讲第二讲 系统工程方法论系统工程方法论2.1 引言引言方法与方法论的比较方法与方法论的比较 方法是用于完成一个特定目标的具体技术和工具。方法是用于完成一个特定目标的具体技术和工具。方法论是进行探索的一般途径，它高于方法，是对方法方法论是进行探索的一般途径，它高于方法，是对方法使用的指导。使用的指导。系统工程方法论系统工程方法论 它可以是它可以是哲学层次哲学层次上的思维方式、思维规律，也可以是上的思维方式、思维规律，也可以是操作层次操作层次上开展系统工程项目的一般过程或程序，它反映上开展系统工程项目的一般过程或程序，它反映了系统工程研究和解决问题的一般规律或模式。了系统工程研究和解决问题的一般规律或模式。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 科学性科学性数学数学描述描述方法方法+逻辑逻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本章介绍本章介绍v霍尔方法论霍尔方法论v软系统方法论软系统方法论v综合集成法综合集成法v物理事理人理（物理事理人理（WSR）系统方法论）系统方法论3.2 霍尔方法论霍尔方法论 1968年美国贝尔电话公司工程师霍尔年美国贝尔电话公司工程师霍尔（A.D.Hall）提出的系统工程三维结构模型，）提出的系统工程三维结构模型，简称为霍尔方法论，其三维是简称为霍尔方法论，其三维是时间维、逻辑时间维、逻辑维和专业维。维和专业维。3.2.1 时间维（粗结构）时间维（粗结构）对一个具体的项目，全过程可分为：对一个具体的项目，全过程可分为：规划阶段规划阶段 制定系统工程活动的规划和战略；制定系统工程活动的规划和战略；设计阶段设计阶段 提出具体的计划方案；提出具体的计划方案；研制阶段（系统开发）研制阶段（系统开发）提出具体的研制方案，并制定生提出具体的研制方案，并制定生产计划；产计划；生产阶段生产阶段 生产出系统的构件和整个系统，提出安装计划；生产出系统的构件和整个系统，提出安装计划；安装阶段安装阶段 对系统进行安装和调试，提出系统的运行计划；对系统进行安装和调试，提出系统的运行计划；运行阶段运行阶段 系统按照预期目标运作和服务；系统按照预期目标运作和服务；更新阶段更新阶段 以新系统取代旧系统，或对原系统进行改进。以新系统取代旧系统，或对原系统进行改进。案例案例三峡工程第一阶段：规划阶段第一阶段：规划阶段u1919年孙中山年孙中山建国方略建国方略：利用三峡的水利资源发电：利用三峡的水利资源发电u1946年年萨凡奇计划萨凡奇计划（国民党（国民党1932.10-1947.5)也称也称扬子江三峡计划初步报告扬子江三峡计划初步报告坝址坝址:南津关上游约南津关上游约2000米处米处指标指标:最大坝高最大坝高225米，米，水库正常蓄水位水库正常蓄水位200米高程，米高程，水电厂装机总容量水电厂装机总容量1056万千瓦，单机容量万千瓦，单机容量11万千瓦，万千瓦，设船闸通航，万吨级船队可通达重庆，还可拦洪蓄水设船闸通航，万吨级船队可通达重庆，还可拦洪蓄水投资投资935亿美元亿美元u50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室年代初期林一山为首的长江流域规划办公室第二阶段：设计阶段第二阶段：设计阶段(50年年)u设计工作的承担者设计工作的承担者:水利部长江水利委员会水利部长江水利委员会(长江委长江委),同时同时负责部分工程监理工作负责部分工程监理工作:派一名负责人担任三峡总公司副派一名负责人担任三峡总公司副总经理，部分设计人员担任工程项目监理。总经理，部分设计人员担任工程项目监理。u总目标：解决四个方面问题：发电、防洪、供水、航运总目标：解决四个方面问题：发电、防洪、供水、航运u目标进行分解和量化；目标进行分解和量化；u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；u为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；u根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。算。u正常蓄水位：正常蓄水位：230米、米、235米；坝址设在南津关米；坝址设在南津关第三阶段：开发研究阶段第三阶段：开发研究阶段(1958年到年到1993年年10月月)u实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。u提出实施该系统的详细的提出实施该系统的详细的研制方案研制方案。u提出详细的提出详细的实施实施（生产或施工，包括往后各阶段）（生产或施工，包括往后各阶段）计划计划。u提出可供施工的提出可供施工的蓝图蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、，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的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区和生产的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅移民以及工厂的搬迁安置、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、何时全面投产等详细的系统的实施计工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统的实施计划。划。第四阶段：生产制造阶段第四阶段：生产制造阶段u根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产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；出系统的零部件和所有的设备和装置；u提出系统的安装计划。提出系统的安装计划。u完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、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电设备的制造；配电室以及其他各种机电设备的制造；u提出未来的安装计划；提出未来的安装计划；u安置库区移民。安置库区移民。第五、六、七阶段：第五、六、七阶段：安装、运行、更新。安装、运行、更新。v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，用计划评审技术（寻求最佳方案，用计划评审技术（PERT）、图解）、图解评审技术（评审技术（GERT）。）。v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。v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。3.2.2逻辑维（细结构）逻辑维（细结构）对于时间维的每个阶段，可以划分为若干个逻辑对于时间维的每个阶段，可以划分为若干个逻辑步骤，展示出系统工程的细结构。步骤，展示出系统工程的细结构。1.摆明问题摆明问题 收集各种有关资料和数据，调查工作具体包括：收集各种有关资料和数据，调查工作具体包括：环境方面的调查研究环境方面的调查研究物理和技术环境物理和技术环境经济和事务的环境经济和事务的环境社会环境社会环境 需求方面的调查研究需求方面的调查研究2.确定目标确定目标 系统问题往往具有多目标，在摆明问题的前提下，系统问题往往具有多目标，在摆明问题的前提下，应该建立明确的目标体系，作为衡量各个备选方应该建立明确的目标体系，作为衡量各个备选方案的评价标准。案的评价标准。具体包括具体包括:运行目标运行目标经济目标经济目标社会目标社会目标环境目标环境目标在确定目标和指标时应注意以下在确定目标和指标时应注意以下8条原则：条原则：v要有长远观点要有长远观点v要有总体观点要有总体观点v注意明确性注意明确性v多目标时应注意区分主次、轻重、缓急，以便加权计算综合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评价值v权衡先进性和可行性权衡先进性和可行性v注意标准化注意标准化v指标数不宜过多，不要互相重叠和包含指标数不宜过多，不要互相重叠和包含v指标宜简不宜繁指标宜简不宜繁3.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。为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择的方案。4.系统分析系统分析 演绎各种备选方案，分析这些措施方法在实施中的预期演绎各种备选方案，分析这些措施方法在实施中的预期效果。效果。5.系统评价系统评价 用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣，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。将最优方案、次优方案和满意方案送交以进行方案选择。将最优方案、次优方案和满意方案送交决策者。决策者。6.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，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。选择最优方案。7.实施实施 按决策结果制定实施方案和计划按决策结果制定实施方案和计划。3.2.3 活动矩阵活动矩阵v把时间维和逻辑维结合起来形成一个二维结构把时间维和逻辑维结合起来形成一个二维结构A=称称为系统工程的活动矩阵。为系统工程的活动矩阵。应用应用企业管理系统工程活动矩阵企业管理系统工程活动矩阵（框架（框架H；内容；内容C）3.2.4 专业维与三维结构专业维与三维结构 专业维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由专业维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段中，执行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会中，执行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会科学、工程技术、法律、商业、医学、艺术等等。科学、工程技术、法律、商业、医学、艺术等等。数学知识数学知识数学知识数学知识知识维知识维知识维知识维逻辑维逻辑维逻辑维逻辑维规划阶段规划阶段规划阶段规划阶段设计阶段设计阶段设计阶段设计阶段研制阶段研制阶段研制阶段研制阶段生产阶段生产阶段生产阶段生产阶段安装阶段安装阶段安装阶段安装阶段运行阶段运行阶段运行阶段运行阶段更新阶段更新阶段更新阶段更新阶段问问问问题题题题确确确确定定定定目目目目标标标标确确确确定定定定系系系系统统统统综综综综合合合合系系系系统统统统分分分分析析析析系系系系统统统统评评评评价价价价系系系系统统统统决决决决策策策策计计计计划划划划实实实实施施施施社会科学社会科学社会科学社会科学法律法律法律法律系统理论系统理论系统理论系统理论计算机技术计算机技术计算机技术计算机技术工程知识工程知识工程知识工程知识美国学者霍尔美国学者霍尔美国学者霍尔美国学者霍尔提出了系统方法的提出了系统方法的提出了系统方法的提出了系统方法的“三维结构体系三维结构体系三维结构体系三维结构体系”时时时时间间间间维维维维案例案例:阿拉斯加原油输送方案阿拉斯加原油输送方案v任务和环境任务和环境 要求每天运送要求每天运送200200万桶。油田处在北极圈内，最低气万桶。油田处在北极圈内，最低气温达零下温达零下5050v提出竞争方案提出竞争方案 方案方案 由海路用油船运输原油由海路用油船运输原油 方案方案 用带加温系统的油管输送原油用带加温系统的油管输送原油 方案方案 在原油中加入含在原油中加入含10%-20%10%-20%氯化钠的海水氯化钠的海水 方案方案 天然气转化成液态，来降低原油的熔点天然气转化成液态，来降低原油的熔点v结果结果 方案方案比方案比方案节省一半成本节省一半成本3.3 软系统方法论软系统方法论3.3.1软系统与硬系统软系统与硬系统 英国学者切克兰德将霍尔的系统工程方法论称英国学者切克兰德将霍尔的系统工程方法论称为硬系统方法论（为硬系统方法论（HST/HSM），他自己提出一种），他自己提出一种软系统方法论软系统方法论(SST/SSM)硬系统方法论的硬系统方法论的局限性局限性（1）没有为目标定义提供有效的方法没有为目标定义提供有效的方法（2）没有考虑系统中人的因素）没有考虑系统中人的因素（3）只有建立数学模型才能科学的解决问题）只有建立数学模型才能科学的解决问题软系统方法论软系统方法论对问题做了区分对问题做了区分:从问题的结构来看，问题有从问题的结构来看，问题有良结构良结构与与劣结构劣结构之分。之分。从问题的性质来看，问题有从问题的性质来看，问题有硬问题硬问题与与软问题软问题之分。之分。根据系统研究对象不同，将工程系统工程要解决的根据系统研究对象不同，将工程系统工程要解决的问题叫问题叫“问题问题”，社会系统工程要解决的问题叫，社会系统工程要解决的问题叫“议题议题”。3.3.2软系统方法论解决问题的步骤软系统方法论解决问题的步骤切克兰德的软系统方法论的思路和步骤切克兰德的软系统方法论的思路和步骤步骤：步骤：1.问题情景描述问题情景描述 问题与问题情景的区别问题与问题情景的区别 问题：指已经明确确定下来的某些东西问题：指已经明确确定下来的某些东西 问题情景：指人们感觉到其中有问题却不能确切问题情景：指人们感觉到其中有问题却不能确切定义的某种环境定义的某种环境2.相关系统的根定义相关系统的根定义3.建立概念模型建立概念模型4.概念模型与现实系统的比较概念模型与现实系统的比较5.系统更新系统更新案例案例:农村城市化农村城市化问题情景描述问题情景描述空气污染严重空气污染严重建筑能耗大建筑能耗大水资源缺乏水资源缺乏圈占土地多圈占土地多,土地晾晒时间长土地晾晒时间长中心城区随意开发中心城区随意开发,高密度开发高密度开发,开发不合理开发不合理小城镇用地效率低小城镇用地效率低防灾、减灾措施少防灾、减灾措施少矿业城市资源不足，面临着产业转型矿业城市资源不足，面临着产业转型片面追求规模，失去城市原貌和特色，丢掉了城市脉络片面追求规模，失去城市原貌和特色，丢掉了城市脉络根定义根定义它是一个大系统工程它是一个大系统工程它是需要综合考虑资源、能源、产业、管理等因素它是需要综合考虑资源、能源、产业、管理等因素具体的组成要素：具体的组成要素：概念模型概念模型农转非、市政规划、人员安置、产业建立等农转非、市政规划、人员安置、产业建立等概念模型与现实系统的比较概念模型与现实系统的比较可行的改革方案可行的改革方案适当的发展速度，有指导、有控制地发展适当的发展速度，有指导、有控制地发展节约土地资源，如地下空间资源节约土地资源，如地下空间资源矿业城市可借助公共资源发展矿业城市可借助公共资源发展2.软系统方法论的特点软系统方法论的特点所要研究的问题没有限制，但以人和社会问题为主，且将所要研究的问题没有限制，但以人和社会问题为主，且将问题作为系统对待的意识较强；问题作为系统对待的意识较强；所要处理的问题多数是带有政策性的，同时多半带有探讨所要处理的问题多数是带有政策性的，同时多半带有探讨未来的性质，所以十分关心未来的不定因素；未来的性质，所以十分关心未来的不定因素；所要处理的问题包括了大量事实上不明确的东西；因此在所要处理的问题包括了大量事实上不明确的东西；因此在分析中，不仅要重视客观上可定量化的问题，同时还要了分析中，不仅要重视客观上可定量化的问题，同时还要了解直观性和含糊不清之处；解直观性和含糊不清之处；从发现问题到最后实施解决方案的这一期间，多数情况下从发现问题到最后实施解决方案的这一期间，多数情况下要充分利用模型。但是，所关心的不是要充分利用模型。但是，所关心的不是“是否精确是否精确”，而，而是该模型是否与目标相符，是否有用；是该模型是否与目标相符，是否有用；问软科学所处理的问题跨学科的性质很强。为了能解决题，问软科学所处理的问题跨学科的性质很强。为了能解决题，应积极利用现有社会科学与自然科学的成果，而且要求有应积极利用现有社会科学与自然科学的成果，而且要求有关专家在广泛的领域内进行合作。关专家在广泛的领域内进行合作。3.4 综合集成法综合集成法钱学森钱学森的综合集成工程方法论的综合集成工程方法论方法论层次：方法论层次：(1)经验知识理论知识；经验知识理论知识；(2)通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合；通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合；(3)人人(知识工程专家系统知识工程专家系统)与计算机与计算机(电脑电脑)结合结合数学模型数学模型(符合实际系统的理论描述符合实际系统的理论描述)-可信的结论可信的结论工程技术层次：工程技术层次：(1)根据实际问题收集信息资料和统计数据；根据实际问题收集信息资料和统计数据；(2)约请相关专家分析研究，明确系统四大变量约请相关专家分析研究，明确系统四大变量(状态、状态、环境、控制、输出环境、控制、输出)，确定系统建模思想；，确定系统建模思想；(3)建立系统数学模型建立系统数学模型(定量表示系统结构、功能、行定量表示系统结构、功能、行为、特性、输入输出关系为、特性、输入输出关系)；(4)对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料；对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料；(5)组织专家群体检验系统模型的有效性；组织专家群体检验系统模型的有效性；(6)修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。3.5 物理事理人理系统方法论物理事理人理系统方法论1.定义定义物：独立于人的意志而存在的物质客体。物：独立于人的意志而存在的物质客体。事：人们变革自然和社会的各种有目的的活动。事：人们变革自然和社会的各种有目的的活动。人：人与人的交往、合作、竞争，对人的活动所作的组织、人：人与人的交往、合作、竞争，对人的活动所作的组织、管理。管理。物理：物质运动的规律，通常用自然科学知识，回答有关的物理：物质运动的规律，通常用自然科学知识，回答有关的物是什么，能够做什么。物是什么，能够做什么。事理：做事的道理，主要解决如何安排、运用这些物。事理：做事的道理，主要解决如何安排、运用这些物。人理：做人的道理，回答应当如何做。人理：做人的道理，回答应当如何做。2.内容内容3.步骤步骤（1）理解领导意图）理解领导意图（2）调查分析）调查分析（3）形成目标）形成目标（4）建立模型）建立模型（5）协调关系）协调关系（6）提出建议）提出建议 p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日