第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論

1、1第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論1.1 系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)1.2 系統(tǒng)工程的基本工作過程1.3 系統(tǒng)分析原理2第一節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ) 一、三論一、三論 （一般系統(tǒng)論、信息論、控制論）（一般系統(tǒng)論、信息論、控制論） 1 1、控制論、控制論 1 1）定義）定義 研究動物（包括人類）和機器內(nèi)部的控制與研究動物（包括人類）和機器內(nèi)部的控制與通信的一般規(guī)律的學科，著重于研究過程中的數(shù)通信的一般規(guī)律的學科，著重于研究過程中的數(shù)學關(guān)系。學關(guān)系。 1947 1947年美國數(shù)學家維納創(chuàng)立。年美國數(shù)學家維納創(chuàng)立。32 2）重點內(nèi)容）重點內(nèi)容 帶有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。帶有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 研究動態(tài)系統(tǒng)在

2、變化的環(huán)境條件下如何研究動態(tài)系統(tǒng)在變化的環(huán)境條件下如何保持平衡或穩(wěn)定狀態(tài)。保持平衡或穩(wěn)定狀態(tài)。3 3）黑箱）黑箱- -灰箱灰箱- -白箱法白箱法42 2、信息論、信息論 1 1）定義）定義 用數(shù)量統(tǒng)計方法來研究信息的度量、傳遞和變用數(shù)量統(tǒng)計方法來研究信息的度量、傳遞和變化規(guī)律的科學?；?guī)律的科學。 1948 1948年美國數(shù)學家香農(nóng)創(chuàng)立。年美國數(shù)學家香農(nóng)創(chuàng)立。 2 2）信息量）信息量 信息熵（平均信息量）信息熵（平均信息量） Ph2logniiiPPH12log53 3）信息方法）信息方法 信息的輸入、存儲、處理、輸出等。信息的輸入、存儲、處理、輸出等。 信息的反饋信息的反饋6二、一般系統(tǒng)論的

3、發(fā)展二、一般系統(tǒng)論的發(fā)展1 1、耗散結(jié)構(gòu)理論、耗散結(jié)構(gòu)理論 開發(fā)系統(tǒng)在遠離平衡態(tài)下形成新的、穩(wěn)定的有開發(fā)系統(tǒng)在遠離平衡態(tài)下形成新的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。序結(jié)構(gòu)。2 2、協(xié)同學、協(xié)同學 系統(tǒng)從無序到有序轉(zhuǎn)變的規(guī)律。系統(tǒng)從無序到有序轉(zhuǎn)變的規(guī)律。3 3、突變論、突變論 研究事物的不連續(xù)變化問題，從量變到質(zhì)變的研究事物的不連續(xù)變化問題，從量變到質(zhì)變的研究。研究。7三、運籌學三、運籌學 線性規(guī)劃線性規(guī)劃 整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃 排隊論排隊論 對策論對策論 存儲論存儲論 圖論圖論8第二節(jié) 系統(tǒng)工程的基本工作過程一、霍爾三維結(jié)構(gòu)一、霍爾三維結(jié)構(gòu) 美國學者美國學者A.D.A.D.霍爾（霍爾（A.D.

4、HallA.D.Hall）于）于19691969年提出的。年提出的。 時間維時間維(T)(T)、邏輯維、邏輯維(L)(L)、 知識維（專業(yè)維）知識維（專業(yè)維）(K)(K) 9時間維時間維邏輯維邏輯維知識維知識維社會科學社會科學運籌學運籌學控制論控制論工程工程實施計劃實施計劃決策決策最優(yōu)化最優(yōu)化模型化模型化系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析擺明問題擺明問題霍爾三維結(jié)構(gòu) 規(guī)劃階段規(guī)劃階段設(shè)計階段設(shè)計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行階段運行階段更新階段更新階段 10 邏輯維是指系統(tǒng)工程每個階段工作所應(yīng)遵循邏輯維是指系統(tǒng)工程每個階段工作所應(yīng)遵循的邏輯順序和工作步驟，一般分為以下七

5、步：的邏輯順序和工作步驟，一般分為以下七步： 擺明問題擺明問題 明確所要解決的問題及其確切要求，全面收明確所要解決的問題及其確切要求，全面收集了解有關(guān)問題歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的資料。集了解有關(guān)問題歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的資料。 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 確定目的并據(jù)此設(shè)計評價指標體系。（確定確定目的并據(jù)此設(shè)計評價指標體系。（確定任務(wù)所要達到的目標或各目標分量，擬定評價標任務(wù)所要達到的目標或各目標分量，擬定評價標準；用系統(tǒng)評價等方法建立評價指標體系，設(shè)計準；用系統(tǒng)評價等方法建立評價指標體系，設(shè)計評價算法）評價算法）11 系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合 設(shè)計能完成預(yù)定任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擬定政策、設(shè)計能完成預(yù)定任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、，擬定政策、活動、控制方案及整個系統(tǒng)的可行方案?；顒?、控制方案及整個系統(tǒng)的可行方案。 模型化模型化 針對系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和方案類型建立分析模針對系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和方案類型建立分析模型，并初步分析系統(tǒng)各種方案的性能、特點、對型，并初步分析系統(tǒng)各種方案的性能、特點、對預(yù)定任務(wù)能實現(xiàn)的程度以及在目標和評價指標體預(yù)定任務(wù)能實現(xiàn)的程度以及在目標和評價指標體現(xiàn)的優(yōu)劣次序?，F(xiàn)的優(yōu)劣次序。12 最優(yōu)化最優(yōu)化 在評價目標體系的基礎(chǔ)上生成并選擇各項政在評價目標體系的基礎(chǔ)上生成并選擇各項政策、活動、控制方案和整個系統(tǒng)方案，盡可能達策、活動、控制方案和整個系統(tǒng)方案，盡可能達到最優(yōu)、次優(yōu)或合理，至少能令人滿意。到最優(yōu)、次優(yōu)

7、或合理，至少能令人滿意。 決策決策 在分析、優(yōu)化和評價的基礎(chǔ)上有決策者作出在分析、優(yōu)化和評價的基礎(chǔ)上有決策者作出裁決，選定行動方案。裁決，選定行動方案。 實施計劃實施計劃 不斷地修改、完善以上六個步驟，制定出具不斷地修改、完善以上六個步驟，制定出具體的執(zhí)行計劃和下一階段的工作計劃。體的執(zhí)行計劃和下一階段的工作計劃。13 T-LT-L系統(tǒng)工程活動矩陣系統(tǒng)工程活動矩陣14二、切克蘭德方法論二、切克蘭德方法論 由英國蘭切斯特大學切克蘭德教授由英國蘭切斯特大學切克蘭德教授2020世紀八十世紀八十年代中前期提出的。年代中前期提出的。 軟系統(tǒng)工程方法論的主要內(nèi)容和工作過程如圖軟系統(tǒng)工程方法論的主要內(nèi)容和工

8、作過程如圖所示。所示。1516三、兩種方法論的比較 霍爾三維結(jié)構(gòu)（霍爾三維結(jié)構(gòu)（H H）與切克蘭德方法論（）與切克蘭德方法論（C C）均為系統(tǒng)工程方法論，均以問題為起點，具有相均為系統(tǒng)工程方法論，均以問題為起點，具有相應(yīng)的邏輯過程。應(yīng)的邏輯過程。17兩種方法論的兩種方法論的不同點不同點：（1 1）H H以工程（硬）系統(tǒng)為研究對象，而切克蘭德以工程（硬）系統(tǒng)為研究對象，而切克蘭德方法論更適合于對社會經(jīng)濟和經(jīng)營管理等方法論更適合于對社會經(jīng)濟和經(jīng)營管理等“軟軟”系統(tǒng)問題的研究。系統(tǒng)問題的研究。（2 2）H H的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而C C的核心內(nèi)容是比的核心內(nèi)容是比較學習。較

9、學習。（3 3）H H關(guān)注定量分析方法，而關(guān)注定量分析方法，而C C強調(diào)定性或定性與定強調(diào)定性或定性與定量有機結(jié)合的基本方法。量有機結(jié)合的基本方法。18 第三節(jié) 系統(tǒng)分析 Systems Analysis （SA）一、定義 運用建模及預(yù)測、優(yōu)化、仿真、評價等技術(shù)運用建模及預(yù)測、優(yōu)化、仿真、評價等技術(shù)對系統(tǒng)的各有關(guān)方面進行定性與定量相結(jié)合的分對系統(tǒng)的各有關(guān)方面進行定性與定量相結(jié)合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。的分析研究過程。 二戰(zhàn)后由美國蘭德公司開發(fā)。（狹義的二戰(zhàn)后由美國蘭德公司開發(fā)。（狹義的SESE） 19二、系統(tǒng)分析的

10、要素問題問題目的及目標（目的唯一、目標可多個）目的及目標（目的唯一、目標可多個）方案（方案（3-43-4個，可替代性，最合適）個，可替代性，最合適）模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學、仿真）模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學、仿真）評價（費用和效益、評價標準）評價（費用和效益、評價標準）決策者決策者20三、分析程序認識認識問題問題探尋探尋目標目標綜合綜合方案方案模型模型化化優(yōu)化優(yōu)化或或仿真仿真分析分析決策決策系統(tǒng)系統(tǒng)評價評價初步分析初步分析規(guī)范分析規(guī)范分析綜合分析綜合分析YN21注意：注意： 1) 1)初步分析很重要（初步分析很重要（5W1H5W1H） What What Why/Where/When/Who Why/Where/When/Who How How 222)2)環(huán)境分析貫穿于全過程環(huán)境分析貫穿于全過程3)3)方案變化軌跡方案變化軌跡（可行方案，非劣方案，方案排序）（可行方案，非劣方案，方案排序）4)4)步驟可跨越，不可顛倒。