国防科技大学信息系统与管理学院

国防科技大学信息系统与管理学院,国防科技大学信息系统与管理学院,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,S5.NUDT,S5.NUDT,第二章 系统工程方法论,1,系统工程方法论,方法和方法论在认识上是两个不同的范畴。方法是用于完成一个既定任务的具体技术和操作；而方法论是进行研究和探索的一般途径，是对方法如何使用的指导。系统工程方法论是研究和探索复杂系统问题的一般规律和途径。,系统工程方法论特点:,研究方法强调整体性,技术应用强调综合性,管理决策强调科学性,2,系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化开展的观念。即全面而不是片面的、联系的而不是孤立的、开展的而不是静止的看问题。,1古代的系统思想：“不见树木，只见森林,2近代的分析方法：“只见树木，不见森林,3现代的系统思想：“既见树木，又见森林,2.1 复原论与整体论,3,2.1 复原论与整体论,复原论是将物质的高级运动形式如生命运动归结为低级运动形式如机械运动，用低级运动形式的规律代替高级运动形式的规律的形而上学方法。复原论认为，各种现象都可被复原成一组根本的要素，各根本要素彼此独立，不因外在因素而改变其本质。通过对这些根本要素的研究，可推知整表达象的性质。比方，物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由电子和原子核组成的，等等，研究微观粒子就可以推知整体的规律。复原论是把事物分割开来，进行实验，然后再综合起来。复原论是西方科学的灵魂。,4,复原论与分析的方法相辅相成。分析的方法是科研的重要方法，最能表达复原论思想的分析方法是西方的公理化方法。西方科学的源头是古希腊文明。古希腊的复原论思想和公理化方法经过弗兰西斯培根、笛卡尔和伽利略的继承和发扬，奠定了近代科学的根底。基于复原论的西方科学体系经过几百年的开展已经非常庞大和完整，在它的根底上诞生的工程技术，创造了空前繁荣的人类文明。,2.1 复原论与整体论,5,尽管过去几百年以复原论为根底的西方科学取得了巨大成功，但是，世纪根底科学的三大成就相对论、量子论和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观、微观和宏观尺度下证实了复原论的局限性：,相对论认为宇宙是一个无法彻底复原的整体：复原论的宇宙观认为，时间和空间是别离的，宇宙内发生的事件与时空是别离的，宇宙仅仅是事件发生的舞台。但科技的开展证明，宇宙远不是复原论描述的那么简单。时间、空间、物质和能量乃至整个宇宙本身就是一个整体，必须作为一个整体来研究。,2.1 复原论与整体论,6,量子论从根本上动摇了复原论：描述微观世界最为成功的理论是量子论。量子论认为，我们的世界是一个非机械的、相互联系的、不可分割复原的世界。物质世界的根本元素就不是被分割的机械的原子、质子、中子，而是一个有机联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提出。测不准原理认为无法复原位置和速度两个根本量。这说明，在对待位置和速度这两个根本量上，复原论是失效的。微观层次上的复原论失效，导致了机械的决定论的失效。,2.1 复原论与整体论,7,复杂科学彻底动摇了复原论：混沌理论推动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂科学的问世彻底动摇了复原论能用复原论近似描述的仅仅是我们世界的很小的一局部。,2.1 复原论与整体论,8,整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体，各种事物之间相互联系，不可机械地分割。整体论思想是：整体的性质和功能不等同于其各局部要素的性质和功能的迭加；整体的运动特征只有在比其局部要素所处层次更高的整体层次上才能进行描述；整体与局部要素遵从不同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非复原性或非加和性。,2.1 复原论与整体论,9,钱学森提出将复原论方法和整体论方法结合起来，他提出“从定性到定量综合集成方法。,综合集成方法论的实质是把专家体系、数据和信息体系以及计算机体系有机结合起来，构成一个高度智能化的人、机结合，人、网结合的体系。运用这个方法也需要系统分解，在系统分解后研究的根底上，再综合集成到整体，实现“1+12的飞跃，到达从整体上研究和解决问题的目的。综合集成方法既吸收了复原论方法和整体方法的长处，同时也弥补了各自的局限性，既超越了复原论方法，也开展了整体论方法。,2.1 复原论与整体论,10,系统工程方法论,最具代表性的系统工程方法论有:,霍尔“三维结构,并行工程,综合集成方法,切克兰德的“学习调查法,物理事理人理WSR,11,1、霍尔的三维结构1969年提出,20世纪6070年代具有代表性的SE方法论。,将系统的整个管理过程分为前后紧密相连的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由,时间维,、,逻辑维,、,知识维,组成，如图示：,2.2 霍尔“三维结构模型,12,环境科学,社会科学,工程技术,计算机科学,管理科学,经济,法律,知识维科学技术,逻辑维方法步骤,时间维时间进程,明确问题,选择目标,系统综合,系统分析,方案优化,作出决策,付诸实施,A B C D E F G,6 5 4 3 2 1,规划阶段,方案阶段,研制阶段,生产阶段,运行阶段,更新阶段,2.2 霍尔“三维结构模型,知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的各种专业知识和管理知识。,逻辑维：每个阶段需进行的工作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题应遵循的一般程序。,时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。,13,运用SE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：,逻辑维（步骤）,时间维（阶段）,1明确问题,2选择目标,3系统综合,4系统分析,5方案优化,6作出决策,7付诸实施,1.规划阶段,a,11,a,12,a,13,a,14,a,15,a,16,a,17,2.方案阶段,a,21,a,22,a,23,a,24,a,25,a,26,a,27,3.研制阶段,a,31,a,32,a,33,a,34,a,35,a,36,a,37,4.生产阶段,a,41,a,42,a,43,a,44,a,45,a,46,a,47,5.运行阶段,a,51,a,52,a,53,a,54,a,55,a,56,a,57,6.更新阶段,a,61,a,62,a,63,a,64,a,65,a,66,a,67,霍尔管理矩阵,代表一项具体的管理活动,14,在这个过程系统中，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，组成了一个有机整体。,霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作，同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作得到合理安排。,把系统工程过程系统运用于大型工程工程，尤其是探索性强、技术复杂、投资大、周期长的“大科学研究工程，可以减少决策上的失误和方案实施过程中的困难。,基于“三维结构模型的,系统工程过程系统,15,国内外许多事例说明，运用科学的系统工程过程系统管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3%6%。,在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用的极少局部，但确定了装备一生要花费用的70%；,全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%，但固定了寿命周期费用的85%；,研制结束时，装备寿命周期费用已被根本固定。,基于“三维结构模型的,系统工程过程系统,16,寿命周期费用,寿命周期费用LCC，Life Cycle Cost是指装备在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用与保障、退役所付出的一切费用之和，亦即系统在寿命周期内，为购置以及维持其正常运行所需支付的全部费用。,购置费,使用费,保障费,处置费,17,2.3 并行工程方法学,并行工程(Concurrent Engineering，简称CE)是美国在80年代末提出的，在计算机集成制造系统CIMS和系统工程中开展起来的工程技术，也是美国国防部在90年代乃至21世纪开展武器装备系统的根本管理模式。,Winner等人对并行工程的定义：,并行工程是对产品及相关过程，包括制造过程和支持过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法。,这种方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全寿命周期即从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、本钱、进度和用户需求。,18,2.3 并行工程方法学,也就是把以往的那种序列化的设计生产保障研制过程变为并行的、交互作用的综合研制过程，到达缩短研制周期的目的。,并行工程 同时工程,19,并行工程综合研制工程,传统专业综合,工程专业综合,综合,硬件,软件,人员,设施,数据,系统,综合,传统工程,专业工程,生产工程,并行地进行产品传统性能、可生产性和RMS等特性的研制。,多专业综合,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，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。,20,2.3 并行工程方法学,并行工程的主要思想：,(1)约束信息的并行性：即设计时同时考虑产品生命周期的所有因素，同时产生产品设计规格(或CAD文件)和相应的制造和支持过程方案。,(2)功能的并行性：即产品寿命周期所涉及的各功能领域工程活动并行交叉进行。,(3)集成性：要求实现产品及其过程的一体化并行设计，根本在于研究开发、产品设计、过设计、制造装配和市场的全面集成。,(4)协同性：指多学科并行工程小组协同工作，即产品全生命周期中各阶段不同领域技术人员(包括顾客和供给商)的全面参与和协同工作。,(5)科学性：并行工程采用了迄今最为先进的开发工具、方法和技术，如全面质量管理、系统工程方法、质量工程方法、计算机辅助系统等。,21,2.3 并行工程方法学,并行组织管理模式,1、向扁平化组织结构演化,并行工程过程要求的信息集成化，将使系统内各组织单位之间的相互关系更加紧密，以至会打乱和冲破传统部门之间的界限划分。因此，与并行工程过程相应的组织结构应该是一种协作组织结构。因此，并行工程对组织结构的影响表现为向扁平化组织结构演化的趋势。,2、并行工程的小组化组织结构,多功能小组是并行工程实施过程中普遍采用的组织结构形式。小组成员来自产品寿命周期相关的主要技术领域，他们共同负责产品从需求分析直到交付使用过程中的所有工作，是一种群体工作模式。,22,系统工程常常把所研究的系统分为,良结构系统,与,不良结构系统,，由于它们具有不同的特点，故分别采取不同的解决方法，如下表：,定 义,特 点,解决的方法,良结构S,偏重工程、机理明显的物理型的硬S,可用较明显的数学模型描述，有较现成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。,用“硬方法”求出最佳的定量结果，霍尔的三维结构主要适用于此。,不良结构S,偏重社会、机理尚不清楚的生物型的软S,较难用数学模型描述，因其加入了人的直觉和判断，往往只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法来处理问题。,用“软方法”求出可行的满意解，常用德尔菲法、情景分析法、冲突分析法、切克兰德的“调查学习”法等。,2.3 切克兰德的“调查学习 法,23,切克兰德1981年提出“调查学习模式，从系统工程方法论角度看，切克兰德的“调查学习方法具有更高的概括性。,切克兰德的“调查学习软方法的核心不是寻求“最优化，而是“调查、比较或者说是“学习，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径。,2.4 切克兰德的“调查学习 法,24,方法步骤如下：,(1)不良结构系统现状说明。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，进一步用更适宜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“