2、系统工程方法论
第二讲 系统工程方法论
霍 尔 三 维 结 构
第一节 系统工程方法论
逻辑维
(1)明确问题。研究人员首先明确的是两点之间随着社会经济的
发展，其交通运输在近期、中期、远期的需求量，以及需求量
霍 尔 三 维 结 构
的变化趋势；其次要了解国内外交通运输方式的发展趋势以及
不同运输方式的优缺点；了解广大人民喜欢的运输方式和决策 者的偏好，了解他们对两点之间运输方式选择的看法。明确适 度超前、安全、经济是不同运输方式选择的前提条件。 (2)系统设计。研究人员要从人民对交通运输的期望入手，构造
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第一节 系统工程方法论
霍尔三维结构
霍尔管理矩阵
该矩阵为具体方法，一般
只是用时间维和逻辑维，构 成活动矩阵。 矩阵要素可表示处在该阶 段和该步骤的唯一行为。
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第一节 系统工程方法论
应 用 企 业 管 理 系 统 工 程 活 动 矩 阵
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——
第一节 系统工程方法论
基于 “三维结构”模型的系统工程的过程
19
第一节 系统工程方法论
霍 尔 三 维 结 构
三峡工程（HALL：时间维）
第三阶段：1958年到1993年10月
实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的阶段。 需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。 提出实施该系统的详细的研制方案；
提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。 提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输变 电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产的图纸； 按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、 施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电设备的研究等，进而 提出何时完成第一期工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系 统的实施计划。
系统工程的方法论
系统工程的方法论
系统工程的方法论是一种系统化的方法，旨在设计和管理复杂系统的开发和维护。
它从系统的整体性和部分之间的相互作用出发，采用系统化的思维方式和科学的分析方法，通过对系统进行分析、设计、实施和评估等一系列过程，以达到优化系统性能、提高系统效率的目的。
系统工程的方法论包括以下几个方面：系统分析方法、系统设计方法、系统实施方法、系统评估方法等。
其中，系统分析方法是系统工程的核心，其目的是收集、整理和分析系统的各种信息，从而确定系统的需求和问题，为后续的设计、实施和评估提供依据。
系统设计方法是在系统分析的基础上，通过对系统的结构和功能进行设计，构建出满足用户需求、性能优良、可靠稳定的系统。
系统实施方法是将系统设计方案转化为实际的系统，并进行测试和部署的过程。
系统评估方法是对系统的性能、可靠性、安全性等方面进行评估，以保证系统的质量和可靠性。
系统工程的方法论在各个领域都有广泛的应用，如军事、医疗、航空、交通、通信等领域。
通过系统工程的方法论，可以更好的理解和控制系统的复杂性，提高系统的性能和效率，为人类社会的发展和进步作出更大的贡献。
- 1 -。
系统工程的方法论
系统工程的方法论
系统工程是一种应用科学，它致力于设计、构建、操作和维护复杂系统。
系统工程的方法论包括以下方面：
1. 系统思维：系统工程师需要具备整体思维能力，即能够将系统看作一个整体，理解各个部分之间的相互作用和影响。
2. 系统分析：系统工程师需要使用系统分析方法，对系统的需求、功能、性能、成本等进行分析，以确定系统设计方案。
3. 系统设计：系统工程师需要使用系统设计方法，将系统需求翻译成可实现的设计，结合技术、成本、时间等因素，确定系统的最终设计方案。
4. 系统集成：系统工程师需要使用系统集成方法，将不同的系统组成部分进行集成，确保它们能够协同工作，实现系统整体功能。
5. 系统验证：系统工程师需要使用系统验证方法，对系统进行测试、评估和验证，确保系统满足需求和规格，符合性能和质量要求。
6. 系统维护：系统工程师需要使用系统维护方法，对系统进行维护和升级，确保系统持续稳定运行，并能够适应不断变化的需求。
总之，系统工程的方法论是一套系统的、科学的、规范的工程方法，可以帮助系统工程师有效地解决系统设计、构建、运行和维护中的各种问题。
- 1 -。
系统工程 第2章 系统工程的基本方法和方法论
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Hale Waihona Puke 2.1.3 兰德方法论——系统分析方法论1/5
美国兰德公司（RAND Corporation）自1948年成立以后 ，主要为战后美国空军的发展战 略提供咨询服务。后来逐渐扩大 了工作范围，在长期经验积累的 基础上，创立了系统分析方法论 ，在人口、自动化技术、新式 武器系统等问题分析方面得到了很好的应用。到了1972年，在 美国、前苏联等12个国家的科学家倡导下，在奥地利拉克森堡 成立了“国际应用系统分析研究所（IIASA，International Institute for Applied Systems Analysis）”，其应用范围也随 之扩展到社会、经济、科技、生态、环境等领域。
20
钱学森
2.2.1 综合集成方法论2/2
这套方法是钱老在研究复杂 巨系统的问题时提出的。 该方法从整体的角度研究解 决问题的方法，采用人机结 合、以人为主的思维方法和 研究方式，对各个层次、不 同领域的信息和知识进行综 合集成，通过将专家经验、 统计数据和信息资料、计算 机技术三者的有机结合，来 完成从对整体的定性认识到 定量认识转变，构成一个以 人为主的高度智能的人机结 合系统，并发挥这个系统的 整体优势，去解决更多的复 杂决策问题。
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2.1.1 霍尔方法论——硬系统方法论6/6 （3）知识维（Professions）
表明完成各个阶段和各个步骤所需的各种专业知识、技 能和技术。例如：艺术、社会科学、管理学。 一般只使用时间维和逻辑维，构成两维活动矩阵
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2.1.2 切克兰德方法论——软系统方法论1/4
英国学者P·切克兰德(Peter Checkland)在大量实践 的基础上提出了所谓“软”系统方法论 1930年，切克兰德生于英国伯明翰， 1954年从牛津大学圣约翰学院获得化学 硕士学位，并在化工领域工作了15年， 于在60年代末加入了兰开斯特大学的系 统工程系，后担任了系统科学教授。著 有《系统论的思想与实践》等著作，他 是软系统方法论的创始人。
系统工程方法论
系统工程方法论系统工程是一种综合性的工程方法论，它将系统理论、系统分析、系统设计、系统管理等多学科知识融合在一起，以解决复杂系统的设计、开发和管理问题。
系统工程方法论的核心理念是整体性思维和系统化方法，通过对系统整体的认识和分析，找出系统的关键问题，并提出解决方案，从而实现系统的高效运行和优化发展。
在系统工程方法论中，系统思维是至关重要的。
系统思维是一种综合性的思考方式，它强调整体性、协同性和多维度的思考。
在系统工程中，我们需要从整体的角度去考虑问题，不能只关注局部的细节，要把握系统的全貌，找出系统的内在联系和规律性，从而找到解决问题的关键点。
系统工程方法论还强调系统化方法。
系统化方法是指通过系统分析、系统设计、系统实施和系统管理等一系列有机的步骤和方法，来解决复杂系统问题的过程。
在系统工程中，我们需要运用各种科学的方法和工具，如系统分析方法、模型建立方法、决策支持方法等，来全面、系统地分析和解决问题，确保系统的高效运行和优化发展。
另外，系统工程方法论还注重团队合作和跨学科融合。
在系统工程中，往往需要多学科的知识和专业技术的综合运用，需要不同领域的专家和团队成员共同合作，协同工作。
只有通过跨学科的融合和团队的合作，才能充分发挥各方的优势，解决复杂系统问题。
总的来说，系统工程方法论是一种综合性的工程方法，它强调整体性思维、系统化方法、团队合作和跨学科融合。
通过系统工程方法论的应用，我们可以更好地解决复杂系统问题，提高系统的效率和性能，实现系统的优化和发展。
因此，系统工程方法论在现代工程领域具有重要的理论和实践意义，对于推动工程技术的创新和发展具有重要的作用。
系统工程方法论
系统工程方法论系统工程方法论是一种系统化的、综合性的工程方法，旨在解决复杂系统的设计、开发和管理问题。
它涵盖了系统工程的各个阶段，从需求分析到系统测试，再到系统维护和更新。
系统工程方法论强调整体性、系统性和协同性，通过系统思维和工程方法，有效地解决了复杂系统工程中的种种挑战。
首先，系统工程方法论注重系统思维。
在系统工程中，系统思维是一种综合性的思考方式，强调整体性和相互关联性。
系统工程方法论要求工程师不仅仅关注系统的各个部分，更要关注它们之间的相互作用和影响。
通过系统思维，工程师能够更好地把握整个系统的特性和需求，从而设计出更加合理和有效的解决方案。
其次，系统工程方法论强调工程方法。
在系统工程中，各种工程方法被应用于系统的不同阶段，包括需求分析、系统设计、系统集成、系统测试等。
这些工程方法不仅包括技术手段，还包括管理手段，如项目管理、风险管理等。
系统工程方法论通过科学的、系统化的工程方法，帮助工程师更好地组织和管理复杂系统工程，确保工程的质量和进度。
此外，系统工程方法论注重协同性。
在复杂系统工程中，涉及到多个不同领域的知识和技术，需要多个团队和个体之间的协同合作。
系统工程方法论通过建立有效的沟通和协作机制，促进不同团队和个体之间的协同工作，确保系统工程的整体一致性和协同性。
总的来说，系统工程方法论是一种综合性的工程方法，它强调系统思维、工程方法和协同性，帮助工程师解决复杂系统工程中的各种挑战。
在今后的系统工程实践中，我们应该充分认识到系统工程方法论的重要性，灵活运用其中的理念和方法，不断提升系统工程的质量和效率，推动系统工程领域的发展和进步。
系统工程方法论
系统工程方法论系统工程是一种综合性的工程方法论，它将系统理论、系统分析、系统设计、系统管理等多学科知识融合在一起，以解决复杂系统问题为目标，是一种以系统为研究对象，以系统为分析对象，以系统为设计对象，以系统为管理对象的综合性学科。
系统工程方法论的提出，旨在解决传统工程方法在处理复杂系统问题时所面临的困难和不足，通过系统的思维方式和方法手段，实现对复杂系统的全面、系统性的分析和解决。
系统工程方法论的核心理念是系统思维，它要求工程师在处理问题时要从整体的角度去考虑，而不是局部的角度。
系统工程方法论强调系统的整体性、协同性和综合性，要求工程师在设计和管理系统时，要考虑系统的各个部分之间的相互关系，以及系统与外部环境的相互作用，从而实现系统的高效运行和优化管理。
系统工程方法论的应用范围非常广泛，它可以应用于各种工程领域，如航空航天、电子信息、交通运输、能源环保、军事国防等。
在航空航天领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的飞行器系统，保证飞行器的安全性和可靠性；在电子信息领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的通信系统和网络系统，保证信息的传输和交换的高效和安全；在交通运输领域，系统工程方法论可以帮助工程师设计和管理复杂的交通运输系统，提高交通运输的效率和安全性。
系统工程方法论的核心方法包括系统分析、系统建模、系统仿真、系统优化、系统集成等。
系统分析是系统工程的第一步，它要求工程师对系统的各个部分进行全面的分析，找出系统存在的问题和瓶颈；系统建模是系统工程的重要手段，它要求工程师利用数学模型和计算机模拟技术，对系统进行抽象和描述；系统仿真是系统工程的重要方法，它要求工程师利用仿真软件对系统进行模拟和验证；系统优化是系统工程的重要目标，它要求工程师找出系统的最优解，使系统达到最佳状态；系统集成是系统工程的重要环节，它要求工程师将系统的各个部分有机地结合在一起，实现系统的整体性和协同性。
第2章 系统工程方法论
（2）请各方面有关专家对系统进行分析研究，明确问题的症结 所在，对系统做定性判断，确定系统建模思想；
（3）以经验假设为前提，对系统进行定量表示，建立数学模型；
（4）把与数学模型有关的数据、信息输入计算机，对系统做仿 真模拟试验，获得系统的定量数据资料；
（5）组织专家群体对仿真结果进行分析评价、检验； （6）依据专家们的新见解、新判断，对系统模型做出修改，然 后再仿真，再分析评价，如此反复循环，直到结果符合实际系统 的理论描述。
装修系统霍尔三维结构
（二）装修三维图中的逻辑维： 7．设计设施：具体到装修施工的实践中 如：买回来砖以后，就可以铺砖了。（A47） 上述只是以瓷砖为例来说明逻辑维的各个阶段。其他装修 主材料的购置过程也是如此。不管我们有意识还是无意识，都 要经历这个过程。
霍尔“三维结构”模型
知识维：指在完成上述各 知识维（科学技术） 阶段和各步骤所需要的各 种专业知识和管理知识。
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 规划阶段 方案阶段 研制阶段 生产阶段 运行阶段 更新阶段
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。
的关系问题,实现1+1>2。
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第二节
综合集成工程
“方法论层次”上的综合集成要点：
（1）直接诉诸实践经验，特别是专家的经验、感受 和判断力，把这些经验，知识和现代科学提供的理论 知识结合起来。 （2）通过建模、计算把这些定性知识和各种观测数 据、统计资料结合起来，使局部性的知识达到整体定 量的认识。
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第一节
还原论与整体论
复杂科学彻底动摇了还原论：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还 原论——能用还原论近似描述的仅仅 是我们世界的很小的一部分。
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1
2主要内容
·系统工程基本工作过程
·系统分析原理及应用
3 2.1 系统工程的基本工作过程——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。
4 2.1 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”
5
6
7
运用SE知识，把三维结构中的七个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，
8
·英国兰卡斯特大学切克兰德(P．Checkland)把霍尔系统工程方法论称为“
硬系统”的方法论，认为用这种思路来解决社会问题和软科学问题，将遇
到很多困难。
·系统工程面临问题的新特点：与人的因素越来越密切；与社会、政治、经
济、生态等众多复杂的因素纠缠在一起，属于非结构性问题；本身的定义
并不清楚，难以用逻辑 严谨的数学模型进行定量描述。
·由于人们的立场、利益和价值观的不同，很难认定何谓“最优”， 因此“
可行”、“满意”、“非劣”的概念逐渐代替了“最优”的概念。
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10二、 切克兰德方法论
12 三、 两种方法论的比较
· 相同点：问题导向；注重程序及阶段；…
· 不同点： (研究对象或应用领域、基本方法、
· 核心内容或关键点、反馈机制、…)
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系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模
及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相
结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。
15系统分析
16
·系统工程人员不是决策者，他只是决策者的智囊，
·帮助决策者达到真正的目的并找出适当的途径。
17
·问题：对象；偏差
·目的及目标：目的是对S的总要求，目标是S目的具体化；
·方案：能实现S目标的各种可能途径、措施和方法；
·模型：对S的本质描述，是方案的表达形式；
·评价：投入产出等评价准则综合评价；
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·问题分析的关键是界定问题
·所谓界定问题，就是把问题的实
质和范围准确地加以说明。
·系统分析人员一般认为：如果把
一个问题说明得清清楚楚，等于
问题已经解决了一半。
19
·把所要研究的对象理解为一个从周围环境中划分出来的整体。
·在边界内进行分析，对这个整体起重要作用的基本要素进行分析，找出主
要矛盾，解决主要矛盾。
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系统分析人员最初的也是最重要的任务就是要了解领导者意图，明确存
在的问题，确定系统的目的。
22
·目的可能由决策者事先提出，但通常只是先提出一个大概，需要由系统工
程人员将它明确。
23Ex:
·一位决策者提出为他拟议中的新建医院选择合理地址，以满足病人需要。
24
25
·目的是定性的方向。
·目标是达到目的的具体 (定量) 衡量指标或标准。
26
·目标具体化
为使目标准确，就要对目标进行落实，也就是说目标必须具体化。
在系统分析中常采取图解方式来描述目标与目标之间的相互关系，
即目标树法。
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28
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·在系统分析中明确目标是最重要的作业。
·如果所确定的目标是错误的，即使今后无论怎样进行分析，也不会取得正
确的分析结果
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■理论依据的充分性。
■客观条件的保证。
33
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一般情况下，实现某一目标，可采取多种手段和措施，这些手段和措施在
系统分析中称为可行方案，或称为备选方案
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◆ 拟定供选择用的各种可行方案可以说是系统分析的基础。
◆ 多数情况下需成立常设的咨询系统，专门拟定和设计各种可行方案
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·如何设计备选方案
38
打破框框，大胆创新。
撒开细节，减少对创新、设想的束缚。
39
· 确定方案的细节
方案细节根据分析问题的性质而有所不同，很难确定出一份不变的清单。
40
·圆珠笔写一段时间后,由于笔头上的小珠子与纸的摩擦,使小珠子变小,书写
一段时间后,油墨下降的速度过快,因而被迫弃用,此时笔芯中往往都还剩有
大量尚未用完的油墨.
41
·提高珠子的耐磨性？
42逆向思维
43Solution
·根据笔头,小珠能正常书写的寿命,估计出所需的油墨用量,装入笔芯.
·该设计最后获得专利,为市场广泛接受.
45
·其中一位淘金者却改变了主意;既然有那么多人过河,我不去淘金了,就送他
们过河吧.于是就选择了经营渡口.他在过河的方案思考中反馈到了目标之
前.
46
对对象和过程某一方面的本质属性的描述，
它是对客观世界抽象的描述
47
48
·模型是系统分析的主要工具
◆ 可以将复杂的问题简化为易于处理的形式；
◆ 可以用简便的方式，预测结果的货币支出形式。
49
衡量可行方案的优劣指标
◆ 系统目的的具体化；
◆ 是确定各备选方案优先选择顺序的标准。
50
用于方案实施的实际支出，或者说各备选方案实现系统目的所需投入或
消耗的全部资源折算成货币的形式。
51
效益大于费用的设计方案是可取的；
反之不可取。
52
53
54系统分析(SA)的原理 ——SA程序
56系统分析(SA)的原理 ——SA程序
③每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案→非劣方案→经排序的非
劣方案（或称选择性方案）。
④环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和必不可少的。
⑤在管理应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历并完成每一个具体过
程（哪些必不可少？）。
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1研究什么问题?问题与哪些要素有关?(What)
2为什么研究该问题?目的或希望的状态是什么？(Why)
3系统的边界和环境如何?( Where )
4分析的是什么时候的情况? (When)
5问题与谁有直接关系?( Who )
6怎样才能解决问题? 即如何干?( How )
58※ 系统分析的要点表
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·系统目的与环境
▲目的：每天运送200万桶原油。
▲环境：油田处在北极圈内，
海湾长年处于冰封状态；
陆地更是常年冰冻，
最低气温达零下50℃。
60提高原油输送效率的一般思路
·选择最优的管道直径、
·选择最优的管道壁厚、
·选择最优的加压泵站的压力
·确定合适的管道输送距离
·， ， ， ，
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63
64
65
67
68
69
70
71
72
信息 标题 卡片 摊在桌子上 观察 ，
把有亲近性的卡片 集中起来 组成辅助问题。
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
▲ 集中一个题目，
用易懂的语言简洁地叙述；
▲ 绝不允许批判别人的想法；
▲ 欢迎各抒己见；
▲ 想法越多越好；
▲ 鼓励以别人的想法为启示
加以修改或构成自己的新想法。