第3章_系統(tǒng)工程方法論(后)

1、1系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程概論2第3章 系統(tǒng)工程方法論3.1 系統(tǒng)分析方法論系統(tǒng)分析方法論 -蘭德公司為代表蘭德公司為代表 3.2 霍爾霍爾(Hall)的的硬系統(tǒng)工程方法論硬系統(tǒng)工程方法論3.3 Chekland軟系統(tǒng)工程方法論軟系統(tǒng)工程方法論3.4 綜合集成方法論綜合集成方法論 -以錢學(xué)森為代表的從定性到定量的綜合集成方法論3.5 3.5 WSR系統(tǒng)方法論系統(tǒng)方法論3一、霍爾結(jié)構(gòu)體系一、霍爾結(jié)構(gòu)體系3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 1969年，美國工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整年，美國工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整個(gè)活動(dòng)過程可以分為前后緊密銜接的個(gè)活動(dòng)過程可以分為前后緊密銜接的7個(gè)階段，

2、個(gè)階段，每個(gè)階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)每個(gè)階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)知識(shí)和技能的支持。這構(gòu)成了知識(shí)和技能的支持。這構(gòu)成了時(shí)間維、邏輯維時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維和知識(shí)維的的“三維空間結(jié)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)”，概括了系統(tǒng)工，概括了系統(tǒng)工程的一般過程。程的一般過程。4知識(shí)維（知識(shí)維（K）運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)控制論控制論社會(huì)科學(xué)社會(huì)科學(xué)工程技術(shù)工程技術(shù)醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生邏輯維（邏輯維（L）規(guī)劃階段規(guī)劃階段 擬定方案階段擬定方案階段 研制階段研制階段生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段 安裝階段安裝階段 運(yùn)行階段運(yùn)行階段 更新階段更新階段時(shí)間維時(shí)間維(T) 明明 確確 問問 題題 確確 定定 目目 標(biāo)標(biāo)方方案案綜綜合合系

3、系統(tǒng)統(tǒng)分分析析實(shí)實(shí)施施 決決 策策系系統(tǒng)統(tǒng)選選擇擇知識(shí)維：指在完成上述各知識(shí)維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的知階段和各步驟所需要的知識(shí)和專業(yè)技術(shù)。識(shí)和專業(yè)技術(shù)。邏輯維：每個(gè)階段需進(jìn)行的工邏輯維：每個(gè)階段需進(jìn)行的工作步驟，是運(yùn)用系統(tǒng)工程方法作步驟，是運(yùn)用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行思考、分析和解決問題應(yīng)進(jìn)行思考、分析和解決問題應(yīng)遵循的一般程序。遵循的一般程序。時(shí)間維：從規(guī)劃到更新，時(shí)間維：從規(guī)劃到更新，按時(shí)間順序排列的按時(shí)間順序排列的SE全過全過程。程。5一一) 時(shí)間維時(shí)間維 表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始結(jié)束按時(shí)間結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過程，反映了系統(tǒng)的生命周期循環(huán)過順序排

4、列的全過程，反映了系統(tǒng)的生命周期循環(huán)過程。程。規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)擬定方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)擬定方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)階段：零部件生產(chǎn)階段：零部件組裝整個(gè)系統(tǒng)組裝整個(gè)系統(tǒng)安裝階段：安裝系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行安裝階段：安裝系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行運(yùn)行階段：運(yùn)行運(yùn)行階段：運(yùn)行更新階段：評(píng)價(jià)更新階段：評(píng)價(jià)改進(jìn)和更新改進(jìn)和更新3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 6二二) 邏輯維邏輯維每個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。每個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。明確問題：明確問題：收集資

5、料收集資料(考察、測量、調(diào)研、需求分析、考察、測量、調(diào)研、需求分析、市場預(yù)測市場預(yù)測)了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分及其聯(lián)系等。及其聯(lián)系等。3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 7確定擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則確定擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則(標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) 選擇目標(biāo)過程一般使用價(jià)值體系方法：選擇目標(biāo)過程一般使用價(jià)值體系方法：v 效用理論效用理論v 費(fèi)用費(fèi)用效益分析：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效益分析：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) v 風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)v 價(jià)值工程價(jià)值工程系統(tǒng)方案綜合：系統(tǒng)方案綜合：方案策略，對(duì)每種方案進(jìn)行說明方案策略，對(duì)每種方案進(jìn)行說明系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析：系

6、統(tǒng)分比較分析各方案系統(tǒng)分比較分析各方案建模建模計(jì)算或仿真計(jì)算或仿真3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 8系統(tǒng)分析主要內(nèi)容：系統(tǒng)分析主要內(nèi)容：v 系統(tǒng)變量的選擇：狀態(tài)變量、決策變量系統(tǒng)變量的選擇：狀態(tài)變量、決策變量(內(nèi)生、外生內(nèi)生、外生)v 建模和仿真：建模和仿真：GPSS、SD v 可靠性工程可靠性工程系統(tǒng)選擇：系統(tǒng)選擇：選出待選方案集，交決策部門選出待選方案集，交決策部門決策：決策：不能十全十美，要考慮人、社會(huì)各種因素不能十全十美，要考慮人、社會(huì)各種因素實(shí)施：實(shí)施： 企業(yè)：生產(chǎn)計(jì)劃企業(yè)：生產(chǎn)計(jì)劃 開發(fā)項(xiàng)目：開發(fā)項(xiàng)目：CPM、PERT3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)

7、工程方法論 9三三) 知識(shí)維知識(shí)維 知識(shí)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種知識(shí)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業(yè)知識(shí)和管理知識(shí)，包括工程、醫(yī)藥、建筑、商專業(yè)知識(shí)和管理知識(shí)，包括工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)及藝術(shù)等各種專業(yè)知識(shí)業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)及藝術(shù)等各種專業(yè)知識(shí)和技術(shù)。和技術(shù)。3.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 10 霍爾管理矩陣 邏輯維(步驟)時(shí)間維(階段)1234567明確問題選擇目標(biāo)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)選擇作出決策付諸實(shí)施1 規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172 擬定方案階段a21a22a23a24a25a26a273 研制

8、階段a31a32a33a34a35a36a374 生產(chǎn)階段a41a42a43a44a45a46a475 （安裝）運(yùn)行階段a51a52a53a54a55a56a576 更新階段a61a62a63a64a65a66a6711小結(jié)小結(jié): 霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問題基認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問題基本上都可歸納成本上都可歸納成工程系統(tǒng)工程系統(tǒng)問題，因此問題，因此強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)明確目標(biāo)明確目標(biāo); ;核心內(nèi)容是核心內(nèi)容是模型化模型化和和最優(yōu)化最優(yōu)化, ,應(yīng)應(yīng)用定量分析手段，求得最優(yōu)解答?；魻柸枚糠治鍪侄?，求得最優(yōu)解答?；魻柸S結(jié)構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的維結(jié)構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)化、系統(tǒng)化、綜合

9、化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化綜合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。 12硬系統(tǒng)工程方法論的局限性1 1、沒有進(jìn)行系統(tǒng)的目標(biāo)定義、沒有進(jìn)行系統(tǒng)的目標(biāo)定義2 2、沒有考慮系統(tǒng)中人的主觀因素、沒有考慮系統(tǒng)中人的主觀因素3 3、往往依靠建立數(shù)學(xué)模型來解決，、往往依靠建立數(shù)學(xué)模型來解決，對(duì)復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)不適宜對(duì)復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)不適宜13 3.3 軟系統(tǒng)方法論軟系統(tǒng)方法論良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重工程問題、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng)：指偏重工程問題、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng) 不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重社會(huì)問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事：指偏重社會(huì)問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事理型的軟系統(tǒng)理型的軟系統(tǒng)

10、。軟系統(tǒng)：軟系統(tǒng)：以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等管理領(lǐng)域（人類活動(dòng)為主），以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等管理領(lǐng)域（人類活動(dòng)為主），針對(duì)不良結(jié)構(gòu)問題而提出、問題不明確。難以用數(shù)學(xué)模型針對(duì)不良結(jié)構(gòu)問題而提出、問題不明確。難以用數(shù)學(xué)模型表示，一般是概念模型。表示，一般是概念模型。 通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法來處理，吸通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法來處理，吸取人們的判斷和直覺。取人們的判斷和直覺。核心：核心：不是尋求不是尋求“最優(yōu)化最優(yōu)化”，而是，而是“調(diào)查、比較調(diào)查、比較”或者說或者說是是“學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)”，從模型和現(xiàn)狀比較中，學(xué)習(xí)改善現(xiàn)存系統(tǒng)，從模型和現(xiàn)狀比較中，學(xué)習(xí)改善現(xiàn)存系統(tǒng)的途徑，是有很明顯的反饋

11、調(diào)節(jié)思想。的途徑，是有很明顯的反饋調(diào)節(jié)思想。143.3 Checkland方法論問題及其環(huán)境的識(shí)別與表達(dá)建立概念模型（目標(biāo)系統(tǒng)概念化）根底定義(C,A,T,W,O,E)比較比較尋求改善途徑評(píng)估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇方案15概念模型代替概念模型代替數(shù)學(xué)模型，思數(shù)學(xué)模型，思路更加開闊。路更加開闊。滿意解代滿意解代替最優(yōu)替最優(yōu)解，價(jià)值觀方面解，價(jià)值觀方面的重要變化。的重要變化。16切克蘭德方法論的核心是“比較”與“探尋”，它強(qiáng)調(diào)從“理想”模式（概念模型）與現(xiàn)實(shí)狀況的比較中，探詢改善現(xiàn)狀的途徑，使決策者滿意。通過認(rèn)識(shí)與概念化、比較與學(xué)習(xí)、實(shí)施與再認(rèn)識(shí)等過程，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等問題進(jìn)行分析研究，這是一般軟系統(tǒng)工程方法論

12、的共同特征。17兩種方法論的比較 (1)三維結(jié)構(gòu)方法論三維結(jié)構(gòu)方法論ChecklandCheckland方法論方法論A開始開始: :要求解決一個(gè)相對(duì)明確的要求解決一個(gè)相對(duì)明確的或認(rèn)為是或認(rèn)為是“給定的給定的”問題問題開始開始: :感到有一個(gè)難以定義的問題情感到有一個(gè)難以定義的問題情景并期望改善之景并期望改善之B確定解決問題的目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定解決問題的目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 通過考察通過考察“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”和和“過程過程”元素元素及其相互關(guān)系給出與問題情景相關(guān)及其相互關(guān)系給出與問題情景相關(guān)的系統(tǒng)定義的系統(tǒng)定義C擬定達(dá)到目標(biāo)可能采取的方案擬定達(dá)到目標(biāo)可能采取的方案, ,制定模型制定模型, ,進(jìn)行綜合研究進(jìn)行

13、綜合研究提出相關(guān)系統(tǒng)的定義并據(jù)此構(gòu)造系提出相關(guān)系統(tǒng)的定義并據(jù)此構(gòu)造系統(tǒng)的概念模型統(tǒng)的概念模型D選擇能最好滿足需要且可行的方選擇能最好滿足需要且可行的方案案把概念模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較把概念模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較, ,并據(jù)此并據(jù)此確定現(xiàn)實(shí)中合乎需要和可行的變革確定現(xiàn)實(shí)中合乎需要和可行的變革E實(shí)施設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)實(shí)施設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)實(shí)施獲得同意的變革實(shí)施獲得同意的變革18兩種方法論的比較 (2)相同點(diǎn)：問題導(dǎo)向；注重程序及階段；問題導(dǎo)向；注重程序及階段；三維結(jié)構(gòu)方法論三維結(jié)構(gòu)方法論ChecklandCheckland方法論方法論研究對(duì)象研究對(duì)象工程系統(tǒng)工程系統(tǒng)軟軟系統(tǒng)系統(tǒng)處理的問題處理的問題明確明確, ,良結(jié)構(gòu)良

14、結(jié)構(gòu)不不明確明確, ,不良結(jié)構(gòu)不良結(jié)構(gòu)基本方法基本方法關(guān)注定量分析關(guān)注定量分析定量模型、定量方法定量模型、定量方法概念模型概念模型, ,定性方法定性方法核心內(nèi)容核心內(nèi)容最最優(yōu)化優(yōu)化比較學(xué)習(xí)比較學(xué)習(xí)不同點(diǎn)不同點(diǎn): : 研究對(duì)象；基本方法；核心內(nèi)容；19霍爾三維結(jié)構(gòu)與切克蘭德方法論的比較相同點(diǎn)：問題導(dǎo)向；注重程序及階段；不同點(diǎn)：霍爾方法論主要以工程系統(tǒng)為研究對(duì)象，而切克蘭德方法更適合于對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)營管理等“軟”系統(tǒng)問題的研究。前者的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而后者的核心內(nèi)容是比較學(xué)習(xí)。前者更多關(guān)注定量分析方法，而后者比較強(qiáng)調(diào)定性或定性與定量有機(jī)結(jié)合的基本方法。 203.4 3.4 綜合集成系統(tǒng)方法綜合

15、集成系統(tǒng)方法1987 年，錢學(xué)森提出了定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，并把處理復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法命名為定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，把它表述為從定性到定量的綜合集成技術(shù)。1992年，他又提出從定性到定量的綜合集成研討廳體系，進(jìn)而把處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法與使用這種方法的組織形式有機(jī)結(jié)合起來，將其提升到了方法論的高度。21綜合集成方法論的處理對(duì)象：22綜合集成研討廳體系的框架與特點(diǎn)綜合集成研討廳體系的框架與特點(diǎn) 由三部分組成：機(jī)器體系、專家體系和知識(shí)體系。由三部分組成：機(jī)器體系、專家體系和知識(shí)體系。 命題命題 專家體系專家體系社會(huì)認(rèn)識(shí)社會(huì)認(rèn)識(shí)客觀世界客觀世界知識(shí)體系知識(shí)體系社會(huì)實(shí)踐社會(huì)實(shí)踐機(jī)器體系

16、機(jī)器體系結(jié)果結(jié)果 改造世界改造世界認(rèn)識(shí)世界認(rèn)識(shí)世界 圖圖3.3 研討廳框圖研討廳框圖23開放復(fù)雜巨系統(tǒng)開放復(fù)雜巨系統(tǒng)系統(tǒng)與子系統(tǒng)分別與外界有各種各樣的能量、信息或物質(zhì)的交換，而且通過學(xué)習(xí)互相取得知識(shí)。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅要用定量模型，而且要用定性模型，各個(gè)子系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)不同，獲取知識(shí)方式也各有不同，系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)隨著情況變化會(huì)不斷演變。子系統(tǒng)數(shù)量巨大。24調(diào) 整 模 型 與調(diào) 整 模 型 與參數(shù)參數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)估與反饋評(píng)估與反饋決策決策部門部門提出問題、提出問題、形成判斷形成判斷建模、仿建模、仿真、優(yōu)化真、優(yōu)化結(jié)果分析結(jié)果分析與綜合與綜合結(jié)論與結(jié)論與建議建議專家體系專家體系數(shù)據(jù)與各種數(shù)

17、據(jù)與各種信息資料信息資料圖圖3.4 3.4 綜合集成方法綜合集成方法25綜合集成系統(tǒng)方法的特點(diǎn)綜合集成系統(tǒng)方法的特點(diǎn): :直接訴諸實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，特別是專家的經(jīng)驗(yàn)、感受和判斷力，把這些經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)和現(xiàn)代科學(xué)提供的理論知識(shí)結(jié)合起來。專家的經(jīng)驗(yàn)是局部的，多半是定性的，要通過建模、計(jì)算把這些定性知識(shí)和各種觀測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料結(jié)合起來，使局部定性的知識(shí)達(dá)到整體定量的知識(shí)。把人與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，充分利用知識(shí)工程，專家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮人腦的洞察力和形象思維能力，取長補(bǔ)短，產(chǎn)生出更高的智慧。26特點(diǎn)：總而言之體現(xiàn)：體現(xiàn)：273.5 3.5 WSR系統(tǒng)方法論系統(tǒng)方法論 中國著名系統(tǒng)科學(xué)專家中國著名系統(tǒng)科學(xué)專

18、家顧基發(fā)教授顧基發(fā)教授和和朱志昌朱志昌博士于博士于1994年在英國年在英國HULL大學(xué)提出的。它既是大學(xué)提出的。它既是一種方法論，又是一種解決復(fù)雜問題的工具。在一種方法論，又是一種解決復(fù)雜問題的工具。在觀察和分析問題時(shí)，尤其是觀察分析帶復(fù)雜特性觀察和分析問題時(shí)，尤其是觀察分析帶復(fù)雜特性的系統(tǒng)時(shí)，的系統(tǒng)時(shí)，WSR體現(xiàn)其獨(dú)特性，并具有中國傳統(tǒng)體現(xiàn)其獨(dú)特性，并具有中國傳統(tǒng)的哲學(xué)思辨，是多種方法的綜合統(tǒng)一；根據(jù)具體的哲學(xué)思辨，是多種方法的綜合統(tǒng)一；根據(jù)具體情況，情況，WSR將方法組群條理化、層次化、起到化將方法組群條理化、層次化、起到化繁為簡之功效；屬于定性與定量分析綜合集成的繁為簡之功效；屬于定性與定量分析綜合集成的東方系統(tǒng)思想。東方系統(tǒng)思想。WSR是是“物理一事理