第3章系統(tǒng)工程方法論課件

系統(tǒng)工程Systems

Engineering2023/10/20北京物資學院信息學院1本章主要內(nèi)容概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院2第3章系統(tǒng)工程方法論系統(tǒng)工程的方法論（Methodology

of

Systems

Engineering）系統(tǒng)工程研究中的一套程序化的基本工作方法，為了達到預期目標，運用系統(tǒng)工程的思想方法和最優(yōu)化技術，來解決問題的工作程序和步驟。反映了系統(tǒng)工程研究和解決問題的一般規(guī)律或模式，即分析和解決系統(tǒng)開發(fā)、運作及管理實踐中的問題

所應遵循的工作程序、邏輯步驟和基本方法，它是系統(tǒng)工程思考問題和處理問題的一般方法和總體框架。2023/10/20北京物資學院信息學院3第3章系統(tǒng)工程方法論概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院4系統(tǒng)方法論從屬于方法論范疇，是以系統(tǒng)的觀點研究系統(tǒng)方法（含技術和工具）的一門學問，以各種各樣的系統(tǒng)方法為對象。從系統(tǒng)思想、系統(tǒng)方法論與系統(tǒng)方法三者之間的關系來看，系統(tǒng)方法論應該是處于系統(tǒng)思想指導下來研究系統(tǒng)方法這一層面。一般認為，系統(tǒng)方法論應當包括三個基本要素：哲學和原則；程序步驟或過程；相應的系統(tǒng)方法、技術和工具。第3章系統(tǒng)工程方法論3.1概述所謂方法論，就一般意義來說就是解決問題的辯證程序的總體。通過這樣的程序把問題可利用的技術聯(lián)系起來，求得問題的解決。它的意義可以說是設定問題的環(huán)境，即解決問題的概念、目標（功能目標和價值目標）、結構關系和過程、途徑、方法選擇依據(jù)等。2023/10/20北京物資學院信息學院63.1概述系統(tǒng)方法論的演進大致經(jīng)歷了以下八個過程：（1）系統(tǒng)研究方法最 出現(xiàn)的是20世紀30年代末、40年代初的運籌學方法。（2）20世紀50年代末60年代初形成了先有古德和麥克霍爾（1957），后有霍爾等學者提出的系統(tǒng)工程方法論，1969年霍爾提出的三維結構（時間維、邏輯維、知識維）矩陣。（3）20世紀50年代中，美國蘭德公司提出了系統(tǒng)分析的方法論。2023/10/20北京物資學院信息學院73.1概述（4）20世紀50年代，美國麻省理工學院的福雷斯特教授融控制理論、控制論、系統(tǒng)論、信息論、計算機模擬技術、管理科學及決策論等學科的知識為一體，提出了系統(tǒng)動力學。（5）英國學者切克蘭德在1981年提出了軟系統(tǒng)方法論，之后又相繼出現(xiàn)了一些軟的系統(tǒng)方法論，如定性系統(tǒng)動力學、社會技術系統(tǒng)設計、管理控制論、組織控制論、戰(zhàn)略假設表面化和驗證、戰(zhàn)略選擇發(fā)展與分析、對話式計劃、生存系統(tǒng)設計、社會選擇、關鍵系統(tǒng)思考和關鍵系統(tǒng)干預法等。2023/10/20北京物資學院信息學院83.1概述（6）20世紀90年代初，弗勒德和杰克遜在吸收哈貝馬斯的社會系統(tǒng)學說和摩根的組織理論的基礎上，提出了批判系統(tǒng)方法論。（7）20世紀80年代初，針對系統(tǒng)研究本身缺乏系統(tǒng)性這一現(xiàn)狀，西方系統(tǒng)學界開始了整合方法論的研究。具有代表性的有林斯通的多觀點概念模型，沃菲爾德的互動管理，巴納斯的（社會）系統(tǒng)設計等。（8）20世紀80年代末與90年代初，在東方出現(xiàn)了三個重要的系統(tǒng)方法論，即錢學森教授等提出的從定性到定量綜合集成的方法論、日本堪木義一教授提出的西諾雅卡系統(tǒng)方法論和顧基發(fā)教授等提出的物理—事理—人理方法論。2023/10/20北京物資學院信息學院93.1概述系統(tǒng)工程方法論的特點是：研究方法強調(diào)整體性技術應用強調(diào)綜合性管理決策強調(diào)科學性2023/10/20北京物資學院信息學院103.1概述系統(tǒng)運動圖2023/10/20北京物資學院信息學院11第3章系統(tǒng)工程方法論概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院123.2霍爾方法論在操作層次上的系統(tǒng)工程方法論中出現(xiàn)最早，影響最大的是

1968年美國貝爾電話公司工程師霍爾提出的系統(tǒng)工程三維結構模型，簡稱為霍爾方法論，其三維是時間維、邏輯維和專業(yè)維（或知識維）?；魻柸S結構集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)化、綜合化、最優(yōu)化、程序化和標志化等特點，是系統(tǒng)工程方法論的重要基礎內(nèi)容。2023/10/20北京物資學院信息學院133.2霍爾方法論2023/10/20霍爾三維結構模型北京物資學院信息學院143.2霍爾方法論3.2.1時間維（粗結構）時間維表示系統(tǒng)工程從開始啟動到最后完成的整個過程中按照時間劃分的各個階段所需要進行的工作，是保證任務按時完成的時間規(guī)劃。規(guī)劃階段根據(jù)系統(tǒng)的總體方針和發(fā)展戰(zhàn)略制定規(guī)劃。設計階段從社會、經(jīng)濟、技術等可行性方面進行綜合分析，提出具體的設計方案。2023/10/20北京物資學院信息學院153.2霍爾方法論時間維（粗結構）3．研制階段以計劃為行動指南，把人、財、物組成一個有機整體，使各環(huán)節(jié)、各部門圍繞總目標，實現(xiàn)系統(tǒng)的研制方案，并隨之做出生產(chǎn)計劃。4．生產(chǎn)階段生產(chǎn)或者研制、開發(fā)出系統(tǒng)的零部件（硬、軟件）及整個系統(tǒng)。2023/10/20北京物資學院信息學院163.2霍爾方法論3.2.1時間維（粗結構）運行階段把系統(tǒng)安裝好，完成系統(tǒng)的運行計劃，使系統(tǒng)按預定目標運行服務。更新階段完成系統(tǒng)評價，在現(xiàn)有系統(tǒng)運行基礎上，改進和更新系統(tǒng)，使系統(tǒng)更有效地工作，同時為系統(tǒng)進入下一個研制周期準備條件。2023/10/20北京物資學院信息學院173.2霍爾方法論3.2.2邏輯維（細結構）邏輯維是指系統(tǒng)工程每一階段工作所應遵從的邏輯順序和工作步驟，這是運用系統(tǒng)工程方法進行思考、分析和解決問題時應遵循的一般程序。明確問題盡可能全面收集資料、了解問題系統(tǒng)設計確定系統(tǒng)目標并據(jù)此設計出評價指標體系2023/10/20北京物資學院信息學院183.2霍爾方法論3.2.2邏輯維（細結構）系統(tǒng)綜合按照問題、環(huán)境、目標、條件，初步擬定若干個備選方案（假想方案或系統(tǒng)）。系統(tǒng)分析演繹上面提出的各種備選方案。利用模型來代替真實系統(tǒng)，利用演算或模擬來代替系統(tǒng)的實際運行2023/10/20北京物資學院信息學院193.2霍爾方法論3.2.2邏輯維（細結構）系統(tǒng)評價多目標最優(yōu)化方法進行評價，確定最優(yōu)方案以及諸方案的優(yōu)劣次序以供選擇決策此步驟也稱為最優(yōu)化。決策在分析、優(yōu)化和評價的基礎上由決策者做出裁決，選定行動或者執(zhí)行方案。實施即對選定的方案具體實施。2023/10/20北京物資學院信息學院203.2霍爾方法論3.2.2邏輯維（細結構）邏輯步驟示意圖2023/10/20北京物資學院信息學院213.2霍爾方法論3.2.3專業(yè)維（知識維）專業(yè)維是指在完成上述各階段、各步驟所需要的各種專業(yè)知識和管理知識，包括自然科學、工程技術、經(jīng)濟學、法律、管理科學、環(huán)境科學、計算機技術等方面。2023/10/20北京物資學院信息學院22運用系統(tǒng)工程知識，把六個時間階段和七個邏輯步驟結合起來，便形成所謂霍爾管理矩陣?；魻柟芾砭仃囘壿嬀S時間維明確問題選擇目標系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化做出決策付諸實施規(guī)劃階段×××××××方案階段×××××××研制階段×××××××生產(chǎn)階段×××××××運行階段×××××××更新階段2023/10/20××北京物資學院信×息學院××××233.2霍爾方法論第3章系統(tǒng)工程方法論概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院243.3軟系統(tǒng)方法論70年代以來，現(xiàn)代系統(tǒng)工程已用于研究社會經(jīng)濟系統(tǒng)及其發(fā)展戰(zhàn)略問題，涉及的社會經(jīng)濟因素相當復雜。為適應這種發(fā)展，從70年代中期開始，有些學者對霍爾方法論提出了系統(tǒng)的修改意見，并提出了軟系統(tǒng)方法論。其中，在80年代中前期由英國蘭切斯特大學P·切克蘭德（P·Check land）教授提出的方法比較系統(tǒng)且具有一定的代表性。2023/10/20北京物資學院信息學院253.3軟系統(tǒng)方法論3.3.1軟系統(tǒng)方法論的提出切克蘭德認為霍爾的系統(tǒng)工程方法論稱為硬系統(tǒng)思想或硬系統(tǒng)方法論（Hard

System

Thinking/Hard

SystemMethodology,

HST/HSM），他自己提出一種軟系統(tǒng)思想或稱軟系統(tǒng)方法論（Soft

System

Thinking/Soft

SystemMethodology,

SST/SSM）。他對“問題”作了區(qū)分，問題具有時間性、空間性、層次性。2023/10/20北京物資學院信息學院263.3軟系統(tǒng)方法論2023/10/20北京物資學院信息學院273.3軟系統(tǒng)方法論3.3.2硬系統(tǒng)方法論的局限性硬系統(tǒng)方法論的局限性如下：沒有為目標定義提供有效的方法，對于大多數(shù)系統(tǒng)管理問題而言，目標定義本身就是需要解決的首要問題；沒有考慮系統(tǒng)中人的主觀因素只有建立數(shù)學模型才能科學地解決問題，對于復雜的社會系統(tǒng)來說，通過模型求解得到的方案往往并不能解決實際問題。更多關注定量分析方法2023/10/20北京物資學院信息學院283.3軟系統(tǒng)方法論3.3.3軟系統(tǒng)方法論的應用軟系統(tǒng)方法論的主要思路和工作步驟如圖所示2023/10/20北京物資學院信息學院293.3軟系統(tǒng)方法論3.3.3軟系統(tǒng)方法論的應用問題情景描述明確問題情景的結構變量、過程變量以及兩者間的關系而不是定義問題本身。相關問題的根定義確切定義相關系統(tǒng)是什么而不是做什么建立概念模型根據(jù)根定義建立相關的概念模型概念模型與現(xiàn)實系統(tǒng)的比較目的是要發(fā)現(xiàn)兩者之間的不同及其原因，以便改進。2023/10/20北京物資學院信息學院303.3軟系統(tǒng)方法論3.3.3軟系統(tǒng)方法論的應用5．系統(tǒng)更新確定可能的變革。把決定付諸行動以改善問題的情景。2023/10/20北京物資學院信息學院31第3章系統(tǒng)工程方法論概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院323.4綜合集成方法論3.4.1綜合集成方法論的提出從定性到定量的綜合集成法（Metasynthesis）是以錢學森院士為代表的中國學者的創(chuàng)造與貢獻。錢學森院士在20世紀80年代初提出，將科學理論、經(jīng)驗知識、專家判斷力相結合，用半理論半經(jīng)驗的方法來處理具有復雜行為的系統(tǒng)。2023/10/20北京物資學院信息學院333.4綜合集成方法論3.4.1綜合集成方法論的提出1990年，錢學森院士明確提出，處理開放的復雜巨系統(tǒng)的方法論是從定性到定量的綜合集成；作為一門技術，又稱為綜合集成技術；作為一門工程也可稱為綜合集成工程。1992年又發(fā)展為從定性到定量綜合集成研討廳體系的實踐形式。2023/10/20北京物資學院信息學院343.4綜合集成方法論3.4.1綜合集成方法論的提出理論基礎是思維科學方法基礎是系統(tǒng)科學和數(shù)學科學，技術基礎是以計算機為主的現(xiàn)代信息技術，實踐基礎是系統(tǒng)工程的應用，哲學基礎是辯證唯物主義的實踐論和認識認。2023/10/20北京物資學院信息學院353.4綜合集成方法論3.4.2綜合集成方法的主要觀點定性綜合集成由不同學科、不同領域?qū)＜医M成專家體系進行多學科交叉研究，提出經(jīng)驗性假設、形成定性判斷。定性定量相結合綜合集成建立數(shù)據(jù)和信息體系、指標體系、模型體系，通過系統(tǒng)仿真和實驗，對經(jīng)驗性假設的正確與否給出定量描述，增加了新的信息，這個過程可能反復多次2023/10/20北京物資學院信息學院363.4綜合集成方法論3.4.2綜合集成方法的主要觀點3．從定性到定量綜合集成由專家體系對系統(tǒng)仿真和實驗的結果進行綜合集成，通過人－機結合、反復對比、逐次逼近，直到專家們認為定量結果是可信的，也就完成了從定性到定量綜合集成。從定性綜合集成提出經(jīng)驗性判斷，到人－機結合的定性定量相結合綜合集成得到定量描述，再到從定性到定量綜合集成獲得科學結論，這就實現(xiàn)了從經(jīng)驗性的定性認識上升到科學的定量認識。2023/10/20北京物資學院信息學院373.4綜合集成方法論3.4.2綜合集成方法的主要觀點綜合集成法的基本流程的工作步驟為：對實際問題的信息資料進行收集，為建立模型提供基礎數(shù)據(jù)；專家團通過對問題進行分析研究，明確系統(tǒng)特性、確定建模思想；將理論知識與經(jīng)驗假設相結合，從定性到定量地建立模型；2023/10/20北京物資學院信息學院383.4綜合集成方法論3.4.2綜合集成方法的主要觀點把有關的數(shù)據(jù)和信息輸入計算機；對系統(tǒng)行為進行計算機仿真模擬試驗；專家團對仿真結果進行分析評價和有效性檢驗；根據(jù)前期結果調(diào)整有關參數(shù)，修改系統(tǒng)模型。2023/10/20北京物資學院信息學院39綜合集成方法的工作程序3.4綜合集成方法論2023/10/20北京物資學院信息學院40研究路線。綜合集成方法采取由上而下和由下而上的路線，從整體到部分再由部分到整體，把宏觀和微觀研究統(tǒng)一起來，最終是從整體上研究和解決問題。技術路線。采取人、機結合，人、網(wǎng)結合以人為主的信息、知識和智慧的綜合集成，這個技術路線是以思維科學為基礎的。實現(xiàn)信息、知識和智慧的綜合集成。信息、知識、智慧這是三個不同層次的問題。信息的綜合集成可以獲得知識，信息、知識的綜合集成可以獲得智慧。3.4綜合集成方法論3.4綜合集成方法論3.4.3綜合集成法的特點體現(xiàn)了一種人機結合以人為主的思維方式和研究方式按照系統(tǒng)結構，能把多種科學結合起來，真正實施和實現(xiàn)多學科交叉研究。能把科學理論和經(jīng)驗知識結合起來，把人們對客觀事物星星點點的知識，匯集成一個系統(tǒng)的整體結構，達到定量認識。2023/10/20北京物資學院信息學院423.4綜合集成方法論3.4.3綜合集成法的特點定性綜合集成提出經(jīng)驗性判斷，這是非常重要的一步,雖然是經(jīng)驗性判斷，但其中蘊含著專家體系知識和智慧的結晶。人－機結合以人為主，這里的人是指專家體系。這個方法可以處理具有層次結構的系統(tǒng)問題，能把微觀研究和宏觀研究統(tǒng)一起來，諸如涌現(xiàn)（Emergence）這類問題的研究。大膽假設 嚴謹求證2023/10/20北京物資學院信息學院433.4綜合集成方法論3.4.3綜合集成法的特點需要有數(shù)據(jù)和信息體系的支持，這就為統(tǒng)計指標設計和系統(tǒng)觀測方式，提出了新的要求。這個方法可以在線工作，也可以離線工作。這個方法體現(xiàn)了社會思維和辯證思維，把這個方法和計算機網(wǎng)絡等現(xiàn)代信息技術結合起來，就更能發(fā)揮這個方法的優(yōu)勢。2023/10/20北京物資學院信息學院443.4綜合集成方法論3.4.3綜合集成法的特點概括起來其主要特點有如下四個方面：定性分析與定量計算相結合；分析與綜合相結合；專家個人分析與多位不同領域?qū)＜业闹R集成相結合；專家直覺經(jīng)驗判斷與計算機邏輯運算相結合。2023/10/20北京物資學院信息學院453.4綜合集成方法論3.4.4綜合集成研討廳體系錢學森提出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”則是

一個人－機結合，人—網(wǎng)結合的信息加工系統(tǒng)，知識生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧集成系統(tǒng)，是知識生產(chǎn)力的實踐形式，同時也是將系統(tǒng)工

程成功的實踐經(jīng)驗匯總和升華2023/10/20北京物資學院信息學院463.4綜合集成方法論3.4.4綜合集成研討廳體系綜合集成研討廳體系框圖2023/10/20北京物資學院信息學院473.4綜合集成方法論3.4.4綜合集成研討廳體系綜合集成法及其研討廳體系既可以用來研究理論問題也可以用來解決實際問題。研討廳體系可以看作由三部分組成：以計算機為核心的現(xiàn)代高新技術的集成與融合所構成的機器體系、專家體系、知識體系，其中專家體系和機器體系是知識體系的載體。2023/10/20北京物資學院信息學院48在綜合集成研討廳體系這個概念中，綜合集成是方法特征，研討廳體系是組織形式。綜合集成方法指出了解決復雜開放巨系統(tǒng)和復雜性問題的過程性以及過程的方向性和反復性。綜合集成研討廳體系本身是個開放的、動態(tài)的體系，也是個不斷發(fā)展和進化的體系。3.4綜合集成方法論2023/10/20北京物資學院信息學院49第3章系統(tǒng)工程方法論概述霍爾方法論軟系統(tǒng)方法論綜合集成方法論物理-事理-人理方法論2023/10/20北京物資學院信息學院503.5物理-事理-人理方法論3.5.1物理-事理-人理方法論的提出物理－事理一人理系統(tǒng)方法（簡稱WSR）是中國系統(tǒng)工程學會前理事長、中國科學院系統(tǒng)科學研究所研究員顧基發(fā)和華裔學者朱志昌博士在1995年提出的?！瓣P系協(xié)調(diào)”2023/10/20北京物資學院信息學院513.5物理-事理-人理方法論3.5.1物理-事理-人理方法論的提出物理是象征本體論的客觀存在，包括物質(zhì)及其組織結構；物理是闡述自然客觀現(xiàn)象和客觀存在的定律、規(guī)則物理是指物質(zhì)運動和技術作用的一般規(guī)律，是一種客觀存在，不以人的意志為轉(zhuǎn)移；物理是指管理過程和管理對象中可以并應該由自然科學、工程技術描述和處理的層面。2023/10/20北京物資學院信息學院523.5物理-事理-人理方法論3.5.1物理-事理-人理方法論的提出事理是人們辦成辦好事情應遵循的道理、規(guī)律；事理是指方法，幫助人們基于客觀存在有效處理事務的方法；事理是指管理者介入和執(zhí)行管理事務的方式和規(guī)律，包括如何感知、看待、認識、思考、描述和組織管理對象和管理過程。2023/10/20北京物資學院信息學院533.5物理-事理-人理方法論3.5.1物理-事理-人理方法論的提出人理是關注、協(xié)調(diào)系統(tǒng)中所有團體相互之間的主觀關系，包括顧客、權力當局、組織者、專家、潛在業(yè)主、使用者、操作者、受益和受損者；人理是基于心理學、社會學、組織行為學，結合文化、傳統(tǒng)、價值、觀念等，把人組織在一起有效地開展工作的方法；人理主要研究管理過程中管理主體之間如何相互溝通、學習、調(diào)整、談判等技巧。2023/10/20北京物資學院信息學院54自然科學是關于物理的科學；運籌學是關于事理的科學（許國志），實際還包括管理科學、系統(tǒng)科學，事理就是做事的道理；處理好人的關系是人理學，就是人文科學、行為科學，人理就是做人的道理。272023/10/20北京物資學院信息學院553.5物理-事理-人理方法論3.5物理-事理-人理方法論3.5.2物理-事理-人理方法的主要步驟2023/10/20北京物資學院信息學院563.5物理-事理-人理方法論3.5.2物理-事理-人理方法的主要步驟理解意圖明確要解決的問題、理解決策者的意圖調(diào)查分析深人程度直接影響到后續(xù)協(xié)調(diào)關系過程的開展。形成目標在領會和理解決策者的意圖以及進行深人的調(diào)查分析、取得相關信息后，進行系統(tǒng)目標的確定，形成目標2023/10/20北京物資學院信息學院573.5物理-事理-人理方法論3.5.2物理-事理-人理方法的主要步驟建立模型除數(shù)學模型外，還可以是物理模型、概念模型、運作程序、運行規(guī)則等。建立的模型應與相關領域的人員討論、協(xié)商，在協(xié)商的基礎上形成。提出建議運用模型，分析、比較、計算各種條件、環(huán)境、方案之后，可以得到解決問題的初步建議。2023/10/20北京物資學院信息學院583.5物理-事理-人理方法論3.5.2物理-事理-人理方法的主要步驟實施方案將上述建議付諸實施，在實施過程中也需要與相關主體進行溝通，以取得滿意的效果。協(xié)調(diào)關系協(xié)調(diào)關系是整個系統(tǒng)工程活動的核心，在整個活動中發(fā)揮作用。在處理問題時，由于不同的人擁有的知識不同、立場不同、利益不同、價值觀不同、認知不同，對同一個問題、同一個目

標、同一個方案往往會有不同的看法和感受，因此往往需要協(xié)

調(diào)。2023/10/20北京物資學院信息學院59WSR系統(tǒng)方法論中常用的方法要素物理事理人理方法理解意圖了解領導最初想法，收了解領導對目標的了解哪些領導會頭腦風暴法，討集有關領導講話偏好，喜歡什么模參加決策，誰來論分析會，認知型和評價標準使用這個結果圖等調(diào)查分析通過現(xiàn)場調(diào)查和文件檢了解問題背景和有弄清各種關系和Delphi法，各種索，分析現(xiàn)有資源和約束條件關經(jīng)驗、知識必要的知識調(diào)查表，交叉影響分析，Kj法等形成目標列出所有可行的目標和在目標中弄清它們弄清各種目標涉頭腦風暴法，目約束的優(yōu)先次序和權重及到的人物標樹法等建立模型將各種目標和約束數(shù)據(jù)選擇適當?shù)哪Ｐ统瘫M量把領導的意各種建模方法和化和規(guī)范化序和知識圖放入模型中工具協(xié)調(diào)關系協(xié)調(diào)所有模型、軟硬件、協(xié)調(diào)模型和知識的協(xié)調(diào)各方面的利沖突分析、和諧數(shù)據(jù)的關系，即技術協(xié)合理性，即知識協(xié)益、觀點、關理論、亞對策等調(diào)調(diào)系，即利益協(xié)調(diào)提出建議對各種物理設備和程序?qū)⒏鞣N術語變?yōu)橛帽M量讓各方面易各種統(tǒng)計圖表等進行安裝、調(diào)式、驗證戶能懂和喜歡的語于接受、易于執(zhí)言行3.5物理-事理-人理方法論3.5物理-事理-人理方法論3.5.3物理-事理-人理方法論的特點WSR方法論具有如下主