系统工程方法论
第二章系统工程方法论课件
❖ 发展观点倡导人们应从系统演化角度去看待事物，从环境
变化、价值观念变化角度去看待事物；其次，系统发展的
阶段性、渐变性为研究系统方法提供了方便，即可以用静
态方法处理某些动态问题。
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
切克兰德的系统工程方法
物理系统 为和最佳结果
型主要适用于此
不良 偏重社会、较难用数学模型描述，因其加入
结构 机理尚不 了人的直觉和判 断，往往只能用
系统 清楚的生 半定量、半定性或者只能用定性
物型的软 的方法来处理问题，这类系统难
系统
以观测，边界模糊，目标不定
用“软方法”求出
可行的满意解，常
用德尔菲法、 情
景分析法、冲突分
和。
处理复杂系统问题的基本观点
❖整体观点
❖整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体。
❖（1）策划最优时，如果子系统最优与整体系统最
优发生矛盾，子系统要服从整体；
❖（2）整个系统要协调各子系统之间的关系，充分
发挥各子系统的能动作用；
❖（3）考虑环境的制约作用，必须使环境受益。
处理复杂系统问题的基本观点
如工程系统、人造系统和人为系统，这类系统结构清楚，
概念明确，易定量化、模型化。
霍尔系统工程方法
专业维（知识）
工程技术
霍尔的三维结构模型将SE的
整个管理过程分为七个阶段
和七个步骤，并考虑为完成
这些阶段和步骤的工作所需
的各种专业管理知识。
信息技术
环境科学
社会科学
管理科学
经济
法律
逻辑维（步骤）
1
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。
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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是一种综合性的工程方法论，它旨在通过系统化的方法来解决复杂系统的设计、开发、运行和维护等问题。
在当今快速发展的科技领域，系统工程方法论的重要性日益凸显。
本文将从系统工程的概念、原则和应用等方面进行探讨，以期为相关领域的研究和实践提供一些参考和借鉴。
首先，系统工程的概念是指通过对整体系统的全面分析、设计、管理和优化，来实现系统的高效运行和良好性能。
系统工程强调系统的整体性和综合性，注重系统各个部分之间的相互作用和影响。
其核心思想是将系统看作一个整体，而不是简单地将其视为各个独立的部分的集合。
在系统工程的实践中，需要综合考虑技术、经济、社会、环境等多方面因素，以实现系统的最优化。
其次，系统工程的方法论包括系统分析、系统设计、系统集成、系统验证和系统评估等环节。
系统分析阶段主要是对系统需求和约束进行分析和定义，以确保对系统整体性能的充分理解。
系统设计阶段则是根据系统需求，进行系统结构和功能的设计，以满足用户的需求和期望。
系统集成阶段是将各个子系统和组件有机地结合在一起，形成一个完整的系统。
系统验证阶段是对系统进行全面测试和验证，以确保系统的正确性和可靠性。
系统评估阶段则是对系统进行全面评估和分析，以确定系统的性能和效果。
此外，系统工程的原则包括系统思维、综合性、系统优化、系统动态性和系统开放性等。
系统思维是系统工程的核心思想，要求从整体上看待系统，注重系统各部分之间的相互作用和影响。
综合性要求系统工程应该综合考虑技术、经济、社会、环境等多方面因素，以实现系统的最优化。
系统优化要求系统工程应该通过全面分析和设计，以实现系统的高效运行和良好性能。
系统动态性要求系统工程应该能够适应环境的变化和系统的演化，以保持系统的稳定性和可靠性。
系统开放性要求系统工程应该具有良好的可扩展性和可维护性，以适应未来的发展和变化。
最后，系统工程方法论的应用范围涵盖了航空航天、电子信息、交通运输、能源环保、医疗健康等多个领域。
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。
第三章 系统工程方法论
7. 结论：SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。
国防科技大学信息系统与管理学院
S5.NUDT
二、系统分析的要素
七个要素组成的SA要素结构图
目标 A2 A1 A3 A4 A5 A2 模型 A4 效果
（＋）
A5
准则
费用
（－）
A1 A3
结论
国防科技大学信息系统与管理学院
S5.NUDT
一、霍尔“三维结构”模型
20世纪60～70年代具有代表性的SE方法论。 1、霍尔的三维结构（1969年提出） 将系统的整个管理过程分为前后紧密相连 的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成 这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知 识。三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成， 如图示：
• 确定原则：
长远性 总体性 可行性 单义性 具体性 标准性 一致性 有序性
• 如：改善整个地区的医疗保健 改善公共交通安全状况
国防科技大学信息系统与管理学院
S5.NUDT
• 评价指标：合理的评价指标能反映达到目标的程度。
通过设定权重变多指标为单一指标
• 约束条件：对备选方案、后果和目标的限制。
系统的模型就是对系统特征的概括和描述 模型是对系统这一实体的抽象 系统模型帮助人们对系统加深理解，进行评价、决策
• 建模技术
结构模型：描述系统结构 分析模型：理想模型 仿真模型：模仿真实对象 博弈模型：加入人的因素的模型 判断模型：讨论结果（情景分析法）
国防科技大学信息系统与管理学院
环境的不确定性导致系统工程的“不确定性”
“情景分析”是解决环境问题的最佳方法
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系统分析方法论 ——谋划备选方案 ■ 方案确定之一：形态结构分析法： 如：
第三章
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系统分析方法论 ——建模和预计后果
解决的中心问题 • 预计哪些后果？ • 其中，哪一项最重要？ • 后果的作用时期考虑多久？
第三章
可控
变 量 不可控 结果
自变量
模型：客观世界本质特性的抽象 表述。 • 由分析问题的主要因素所构成 • 集中表明有关因素之间的关系
– – – – 改善交通环境 杜绝安全隐患 改善空气质量 提升城市形象
谁能采取解决问题的行动？（城管、交通、 公安） 这类行动会带来什么变化？（车主的就业问 题、车辆的处置问题） 这个问题和哪些问题相牵连？从属于哪个更 大的问题？（残疾人保障问题、就业问题、 稳定问题、低收入者的出行问题）
问题条件报告
• • • • 涉及到哪些资源分配问题？（工作岗位、补 偿资金） 谁来分配资源？（劳动部门、城市管理部门） 分配者的职权、作用如何？ 资源使用的监督、控制系统如何？（公开、 公正）
•
可能的解决方案有哪些？
– 取缔，不安置
• • • • • 政策性补贴X年 收购 其它工作岗位 出租公司 提供再就业培训
• • • • •
可能采取行动的组织和个人 利益相关的组织和人员 目标、评价指标、约束条件 备选方案的初步描述 建议
• 目标的体系结构如何（属于哪
一个层次的目标）？ • 目标的可测度性如何？（目标 是否可以衡量）
6
系统分析方法论 ——阐明问题阶段
• 是否存在多目标的情况？（同 一层次） • 目标之间的协调性如何？（是 否存在目标冲突） – 将某项目标归结到更高一级 目标 – 将各目标排出优先序 例如建造一个水库： • 增加电力 • 扩大农田灌溉面积 • 尽量少淹没农田 • 水系变化的副作用小 • 生态变化所产生的不良后果尽 可能低 • 旅游价值最好能增加或至少不 减
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系统分析方法论 ——阐明问题阶段
5、约束条件 约束条件的类型： • 物理定律（长期成立，不容破坏） • 自然条件 • 资源限制（资金、工作岗位） • 组织体制 • 法律、规定 • 道德观念 • 企业管理中最常见的约束：时间、资源、标准
第三章
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系统分析方法论 ——谋划备选方案
第三章
一、基本的原则 1、尽可能考虑多种方案（无为也是一种方案，但必须有非常明确具体
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霍尔(Hall)硬系统方法论 ——思考
第三章
从时间维角度谈谈“产品的生产过程”经历 的七个时间环节。
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第三章
(2) 知识维
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第三章
(3) 逻辑维
• 问题界定 • 目标确定 • 方案汇总 • 模型建立—方案优化 • 评价决策
• 实施管理
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霍尔(Hall)硬系统方法论 ——特点
综合性 联系性
系统分析方法论 ——预测和分析未来环境
• 方案的后果总是与将来 付诸实践时所处的环境 相关，离开未来实施环 境去讨论方案后果是没 有实际意义的 • 环境具有不确定性，但 具有可以预测的状态 • 在不同的状态下讨论方 案实施的后果更具有现 实意义。
第三章
如何进行环境的分析？（以企业为例） 一、环境分析的五个步骤 1、找出影响环境变化的各种因素 2、把这些影响因素分类 3、把各种选出来的因素以成对方式制 作关系图 4、在不同的情况下，分析方案实施后 可能的结果 二、环境的三个层次 1、总体环境 2、产业环境 3、竞争环境
第三章
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系统分析方法论 ——预评价备选方案
一、评价方案的困难 • 方案的后果依不同环境情况而定，在不同的情景中方案后果不同 • 不同情景下的结果（指标）如何统一（如短期与长期） • 在统一的过程中，指标的权重如何确定 二、已有的方法： 1、成本-效益分析 2、综合评价方法 3、多目标决策方法 效用值理论
方式：与决策者及有关人员开展 对话
第三章
问题条件报告： 弄清解决问题所需资源，描述 各种可利用的资源情况以及相 应的限制条件 •涉及到哪些资源分配问题？ •谁来分配资源？ •分配者的职权、作用如何？ •资源使用的监督、控制系统 如何？
4
系统分析方法论 ——阐明问题阶段
• • •
第三章
问题性质报告
• • • • • 存在什么问题？（交通、污染、安全、市容） 为什么这是个问题？（事实与数据） 问题是如何出现的？（起初为方便和安置残 疾人） 是什么原因引起的？（管理失控） 解决这个问题的重要性何在？
– 取缔，安置
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系统分析方法论 ——阐明问题阶段
2、阶段结果报告 主要内容： • 问题的由来和背景 • 问题的重要性
第三章
3、目标 • 什么是真正的目标？（决策者
本人也不一定很清晰） • 目标是否明确（目标笼统，分 析的难度大）？
•目标词义的清晰和单一性 •有衡量目标是否达到的具体标准 •有明确的实现目标的期限和条件
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第三章
硬系统工程方法论
处理对象 处理的问题 处理的方法 价值观 技术系统 人造系统 明确，良结构 定量模型，定量方法
软系统工程方法论
有人参与的系统 不明确，不良结构 概念模型，定性方法
多元的，满意解，系统有好 一元的，要求优化，有明确的 的变化或者从中学到了某些 好结果（系统）出现 东西
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以钱学森为代表的综合集成方法论
第三章
• 鲁棒性（强壮性）：在受到干扰的情况下，继续维持正常后果的程度 • 适应性（弹性）：目标经过修正甚至变动的情况下，原方案仍能适用 • 可靠性：系统在任何时候正常工作的可能性（如飞行器在各种复杂的 天气环境下保持正常飞行） • 可操作性：方案实施的可能性
当然在寻求方案的过程中过分追求其完美性 往往会增加解决问题的难度，我们寻求的是 能解决问题的方案，他们不一定要非常完美， 只要这些方案可行，能解决问题，易于管理 就可以了。
第三章
反复性
收敛性 功能性
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软系统工程方法论
以Checkland为代表的软系统工程方法论
7、采取行动改 善实际问题
第三章
特点：比较分析
6、可行满意解
1．无结构问题
2．问题的表示
5．模型与 问题的比较
现实世界
系统思考 3．有关系统 的基本定义
4．概念模型
4a.公式化 系统概念
4b.其Cf: 硬系统工程方法论&软系统工程方法论
第三章
霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论，均已 问题为起点，具有相应的逻辑过程。在此基础上，两种方法 论主要存在以下不同点： （1）霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德 方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研 究。 （2）前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比 较学习。 （3）前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或 定性与定量有机结合的基本方法。
第3章 系统工程方法论
以兰德公司为代表的系统分析方法 论 以HALL为代表的硬系统工程方法 论 以Checkland为代表的软系统工程
1
系统分析方法论
第三章
问题的 构成
目标的 确定
资料的 收集
方案的 拟订
引进新的 可行方案
模型的 建立
重新考虑 新目标
检查各 项假定 与资料
综合 评价
分析方 案指标
2
的理由） 2、不要轻易否定某个方案 – 难以思议的想法 – 不符合人们习惯的想法 – 可能违背现有法规、条款的想法 – 不符合某个集团利益和个人利益的想法 3、不要轻易肯定决策者支持的方案，但最终方案一定是决策者支持的
4、自始至终注意发掘新的更好的方案
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系统分析方法论 ——谋划备选方案
二、备选方案应具备的特性
第三章
7
系统分析方法论 ——阐明问题阶段
第三章
4、评价指标：用以衡量方案实现目标的程度 评价指标的建立是一项富有创新的工作，指标是否有针对 性，指标能否反映目标的改善状况，指标熟轻熟重，指标 数量多少，这都依赖于系统分析人员对问题的认识程度， 对目标的把握程度。 评价指标的作用在于向决策者显示备选方案在成本与效益 方面的后果。
系统分析方法论 ——阐明问题阶段
第三章
一、什么叫阐明问题？ • 问题是由那些因素构成的？问题的研究范围 • 问题的边界在哪？边界是否明确？有什么样的约束条件？ 环境变量有哪些？如何变化？ • 问题的目标是什么？这些目标有什么价值？这些价值对谁 而言的？ –良结构问题与病态结构问题
–硬问题与软问题
3
14
系统分析方法论 ——建模和预计后果
第三章
分析模型的作用： • 描述变量之间的关系。如回归模型、状态 方程 • 根据变量之间的关系模型计算方案的结果， 从而得到方案的优先顺序。如计量经济模 型、网络模型、库存模型 • 找出优化方案，如线性规划、动态规划、 目标规划、决策树。（有一定的先决条件）
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评价
模 型
因变量
常 量
关 系
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系统分析方法论 ——建模和预计后果
例：一个库存系统 库存量x，需求量y，销售量z，利润u 销售价格a，采购单价b，滞销时产品单价为c
第三章
变量 x,y,z,u，其中x,y为自变量，z,u为因变量 常量 a,b,c 关系： z=min(x,y) u=az+c(x-z)-bx =a min(x,y)+c[x-min(x,y)]-bx 约束：仓库面积等
第三章
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第三章
(1) 时间维
规划：制订系统工程活动的政策和规划 设计：提出具体的计划方案 研制：实现系统的研制方案，并作出生产计划 生产：生产系统的零部件及整个系统，提出安装计划 安装：把系统安装好，通过试验运行订出运行计划 运行：系统按照预期目标服务 更新：改进或充实旧系统使之变成新系统而更有效地工作