ch2 系統(tǒng)工程理論與方法論課件

第二章SE理論與方法論第一節(jié)SE理論第二節(jié)SE基本工作過(guò)程1系統(tǒng)理論包括：

1、老三論（形成于20世紀(jì)四十年代）：一般系統(tǒng)論、控制論和信息論。2、新三論（形成于20世紀(jì)七十年代）：耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論和突變論。3、其他理論：運(yùn)籌學(xué)、高等數(shù)學(xué)、集合論等等第一節(jié)系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)2系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)及其工具一般系統(tǒng)論控制論運(yùn)籌學(xué)信息論發(fā)展（理論基礎(chǔ)）耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論……集合論31、一般系統(tǒng)論（generalsystemtheory)創(chuàng)始人：美籍奧地利理論生物學(xué)家L.V貝塔朗菲1945年發(fā)表《關(guān)于一般系統(tǒng)論》研究復(fù)雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學(xué)科

5

一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生背景：本世紀(jì)初，物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等已得到深入發(fā)展、學(xué)科體系已趨于完整。生物學(xué)卻仍處于一種想象，試驗(yàn)的階段。例如，生命的起源、生命的本質(zhì)等問(wèn)題，就存在兩種激烈爭(zhēng)論的觀點(diǎn)6機(jī)械論與活力論機(jī)械論觀點(diǎn)：認(rèn)為生物體應(yīng)像機(jī)械體一樣服從物理學(xué)、化學(xué)所闡明的各種規(guī)律，也就是說(shuō)，把生命問(wèn)題簡(jiǎn)化為物理和化學(xué)問(wèn)題，純粹用物理原因和化學(xué)原因來(lái)說(shuō)明一切生命的生理現(xiàn)象和心理過(guò)程。------無(wú)法說(shuō)明生命體的統(tǒng)一性.活力論觀點(diǎn)：認(rèn)為不能把生命現(xiàn)象簡(jiǎn)單地歸結(jié)為物理與化學(xué)過(guò)程，但卻用“超自然的活力”來(lái)解釋生命現(xiàn)象，認(rèn)為有機(jī)界和無(wú)機(jī)界之間有一道不可逾越的鴻溝，支配生物體的是一種超物質(zhì)力量。有機(jī)體7

一般系統(tǒng)論堅(jiān)決反對(duì)活力論與機(jī)械論1、反對(duì)簡(jiǎn)單相加的觀點(diǎn)，認(rèn)為系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地等于各部分之和；2、反對(duì)機(jī)械觀點(diǎn)，認(rèn)為有機(jī)整體各部分的關(guān)系不能用機(jī)械關(guān)系來(lái)解釋；3、反對(duì)被動(dòng)反應(yīng)觀點(diǎn)，即生物活動(dòng)不是受環(huán)境刺激作出簡(jiǎn)單信息，而是具有自調(diào)功能的活動(dòng)，有機(jī)體對(duì)于環(huán)境的干擾具有調(diào)節(jié)能力。92、信息論信息論產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代末，主要?jiǎng)?chuàng)立者是美國(guó)的數(shù)學(xué)家香農(nóng)（C.E.Shannon）和維納。（信息科學(xué)）研究對(duì)象：信息研究?jī)?nèi)容：信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法研究工具：計(jì)算機(jī)、光導(dǎo)纖維研究目標(biāo)：擴(kuò)展人類的信息功能。10什么是信息

香農(nóng)對(duì)信息的定義：不確定性的減少即：信息量是把某種不確定性趨向于確定的一種度量，信息量的大小取決于消息的不確定減少程度，不確定減少程度越大，則信息量越大；不確定減少程度小則信息量越少。消息與信息的關(guān)系？

判斷：消息等同于信息？

——消息是信息的攜帶者，但并非每條消息都帶有信息，或帶有同等信息量的信息11信息論的基本思想

信息論：是一門研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學(xué)科。信息論起源于通訊理論。信息論的基本思想：通訊和控制系統(tǒng)：信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)；系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)：信息變換過(guò)程，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)，在信息論的框架中，是一個(gè)進(jìn)行信息變換和信息處理的機(jī)構(gòu)。13信息論的類型狹義信息論：即香農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問(wèn)題。一般信息論：主要研究通訊問(wèn)題，但還包括噪聲理論、信號(hào)濾波與預(yù)測(cè)、調(diào)制、信息處理等問(wèn)題。廣義信息論：不僅包括前兩項(xiàng)的研究?jī)?nèi)容，而且包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。143、控制論（Cybernatics）概念：控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的控制規(guī)律為對(duì)象的一門科學(xué)。包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、建模及簡(jiǎn)化等。標(biāo)志：維納于1948年出版了《控制論》一書(shū)發(fā)展：經(jīng)典控制論——現(xiàn)代控制論——大系統(tǒng)控制理論155、運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)形成于二戰(zhàn)期間。運(yùn)籌學(xué)（Operationalresearch，OR）是為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)對(duì)其控制下的事務(wù)、活動(dòng)采取策略而提供定量依據(jù)的科學(xué)方法；是在實(shí)行管理的領(lǐng)域，運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法，對(duì)需要進(jìn)行管理的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、做出決策的一門應(yīng)用學(xué)科。17運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容運(yùn)籌學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)劃對(duì)策論決策論…線性規(guī)劃非線性規(guī)劃動(dòng)態(tài)規(guī)劃一般線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃目標(biāo)規(guī)劃排隊(duì)論圖論存儲(chǔ)論可靠性理論論18第二節(jié)系統(tǒng)工程方法論方法（method）是完成一個(gè)既定目標(biāo)的具體技術(shù)與工具；方法論（methodology）即關(guān)于方法的理論，是進(jìn)行探索的一般途徑，它高于方法，是對(duì)方法使用的指導(dǎo)。19系統(tǒng)工程基本工作過(guò)程------霍爾三維結(jié)構(gòu)------切克蘭德方法論21

規(guī)劃階段

設(shè)計(jì)階段

分析階段

運(yùn)籌階段

實(shí)施階段

運(yùn)行階段

更新階段

運(yùn)籌學(xué)

控制論

社會(huì)科學(xué)

工程技術(shù)

………

邏輯維

知識(shí)維

時(shí)間維

實(shí)施計(jì)劃

決策

最優(yōu)化

模型化

系統(tǒng)方案綜合

系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)

擺明問(wèn)題

霍爾三維結(jié)構(gòu)示意圖

美國(guó)學(xué)者A·D·Hall1969系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣T-L一、霍爾三維結(jié)構(gòu)22霍爾三維結(jié)構(gòu)一項(xiàng)復(fù)雜工程，可以從三個(gè)方面加以考察時(shí)間方面：各項(xiàng)工作在時(shí)間上有先后并且互相依賴；邏輯思維方面：圍繞決策的一系列工作相互依存并按一定的邏輯順序展開(kāi)；知識(shí)方面：工程需要多項(xiàng)知識(shí)的支撐。23上述7個(gè)階段是按時(shí)間先后順序排列的，故稱之為“時(shí)間維”；由于時(shí)間維上的每一階段又可細(xì)分為許多相互聯(lián)系的活動(dòng)，這種劃分又稱為系統(tǒng)工程方法論的粗結(jié)構(gòu)。25案例：三峽工程第一階段：規(guī)劃1919年孫中山《建國(guó)方略》：利用三峽的水利資源發(fā)電1946年《薩凡奇計(jì)劃》50年代初期林一山為首的長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室26第四階段：生產(chǎn)根據(jù)系統(tǒng)研制階段所提出的方案和生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件和所有的設(shè)備和裝置；提出系統(tǒng)的安裝計(jì)劃。完成大壩以及全部水工結(jié)構(gòu)的建筑，船閘、廠房的建設(shè)，水輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備、中央控制臺(tái)、配電室以及其他各種機(jī)電設(shè)備的制造；提出未來(lái)的安裝計(jì)劃；安置庫(kù)區(qū)移民。第五、六、七階段：安裝、運(yùn)行、更新。29時(shí)間上可以交叉研制階段可部分進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)階段就可部分安裝，安裝階段可部分進(jìn)行運(yùn)行。需尋求最佳方案，用計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)（PERT）、圖解評(píng)審技術(shù)（GERT）。30明確問(wèn)題確定目標(biāo)并據(jù)此設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系系統(tǒng)方案綜合模型化（建模預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境與效果）最優(yōu)化（方案評(píng)比）決策實(shí)施計(jì)劃（二）邏輯維31邏輯框架擺明問(wèn)題確定目標(biāo)系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)實(shí)施決策32（三）知識(shí)維該維的內(nèi)容表征從事系統(tǒng)工程工作所需要的知識(shí)(如運(yùn)籌學(xué)、控制論、管理科學(xué)等)，也可反映系統(tǒng)工程的專門應(yīng)用領(lǐng)域(如企業(yè)管理系統(tǒng)工程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、工程系統(tǒng)工程等)。33（四）霍爾三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)研究方法上的整體性（三維）技術(shù)應(yīng)用上的綜合性（知識(shí)維）組織管理上的科學(xué)性（時(shí)間維和邏輯維）系統(tǒng)工程工作的問(wèn)題導(dǎo)向性（邏輯維）34(P·Checkland)教授80年代中前期問(wèn)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）根底定義比較尋求改善途徑評(píng)估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇切克蘭德方法論軟系統(tǒng)工程方法論二、切克蘭德方法論35兩種方法論的比較相同點(diǎn)：均為系統(tǒng)工程方法論，均以問(wèn)題為起點(diǎn)，具有