第三章 系统工程方法论

阐明问题
分析研究
评价比较
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一、 阐明问题阶段
• 几个基本概念： 问题和解决问题（提出问题和解决问题） “硬”问题和”软”问题 决策者，提出问题者，委托人和系统工程人员
• 提出问题者——提出问题，但并不一定有明确目标
• 决策者——根据提出的问题，明确目标，选择工程人员 • 工程人员——实现决策者的目标
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6.更新阶段 代表一项具体的管理活动 a61 a62 a63 a64
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三、 建模和预估后果
• 建模过程
选择合适的模型和筛选数据 确定模型结构、选定参数、编制计算机程序等 应用和改进模型
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四、 预测未来环境
• 环境：决策人无法控制的自然，经济，社会和技术的未 来状况 • 预测未来环境要求有备选方案
系统工程人员要针对不同的环境，提出相应的决策
五、反馈思想
• 反馈的信息用来分析、评价、决策支持 • 反馈方法：市场调查、民意测验
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3.1 系统工程方法论的框架
预测未 来环境
原始 情况
阐明 问题
约束条件 谋划 备选 建模 后果 评比 目标
备选 方案 预计 方案 后果
备选 方案
提供 分析结果
评价指标
调整约束 重新阐明问题
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一、基于 “三维结构”模型的
系统工程过程系统
在这个过程系统中，每一阶段都有自己的管理内容和管 理目标，每一步骤都有自己的管理手段和管理方法，彼此相 互联系，再加上具体的管理对象，组成了一个有机整体。 霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作， 同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作 得到合理安排。 把系统工程过程系统运用于大型工程项目，尤其是探索 性强、技术复杂、投资大、周期长的“大科学”研究项目， 可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难。
系统工程方法论特点: 研究方法强调整体性 技术应用强调综合性 管理决策强调科学性
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系统思想 一、总体思想
• 直接要开发的对象系统――内 部系统 • 围绕该对象系统的各种环境条 件和其他因素――外部系统
“内部系统”＋“外部系统” ＝总体系统
• 系统工程的总体思想： 从系统总体出发，充 分考虑“输入”和 “输出”的各种因素 开发内部系统
物理定律 自然条件 资源限制 国家政策
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二、 谋划备选方案
• 提出方案：考虑一切可能的方案 • 筛选方案：考虑方案的可行性 • 工程技术人员在这个阶段面临着专业判断的问题
忠实于科学还是忠实于所属组织 原来推崇的方案在分析过程中发现了许多错误，有没有勇 气否定它。
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六、 系统工程分析报告
• 简略报告——决策者 • 主体报告——较低的决策人员 • 技术报告——专家审批和技术交流
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3.2 系统分析概述
系统分析（ SA ）是从运筹学OR（Operation Research）派生出来的，20世纪40年代末期成名于 美国兰德(RAND)公司的工作。早期是一种定量分 析方法。 早期主要应用于武器S，现已扩展到社会经济S， 并由此产生了政策科学PS。如Krone：《System Analysis and Policy Sciences》一书，已有中译本。
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3.2 系统分析概述
二、系统分析的要素
1. 目标：即对S的要求，它是SA的基础；
2. 可行方案：能实现S目标的各种可能途径、措施和方法；
3. 费用：用货币形式表示的每一方案所需消耗的全部资源； 4. 模型：对S的本质描述，是方案的表达形式；
5. 效果：S达到目标后所得到的结果，它既可用货币形式表 示，也可用其它指标来评价；
逻辑维（方法步骤）
A B C D
E
F
G
时间维：从规划到更新，按 时间顺序排列的SE全过程。
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一、霍尔管理矩阵
运用SE知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个逻辑 步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：
逻辑维（步骤） 时间维（阶段） 1.规划阶段 2.方案阶段 3.研制阶段 4.生产阶段 5.运行阶段 1 明 确 问 题 2 选 择 目 标 3 系 统 综 合 4 系 统 分 析 5 方 案 优 化 6 作 出 决 策 7 付 诸 实 施
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第三章 系统工程方法论
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系统工程方法论
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。
6. 准则：目标的具体化、S价值的量度，以评价方案优劣；
7. 结论：SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。
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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
（＋）
A5wenku.baidu.com
准则
费用
（－）
A1 A3
结论
• 方案的特性：
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 可操作性：方案实施的可能性
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三、 建模和预估后果
• 模型的定义
• 切克兰德的“学习调查” 法 • 物理—事理—人理（WSR）
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系统工程常常把所研究的系统分为良结构系统与不良 结构系统，由于它们具有不同的特点，故分别采取不同的 解决方法，如下表：
定 义 特 点 解决的方法 用“硬方法”求出 最佳的定量结果， 霍尔的三维结构主 要适用于此。
良结构 S
偏重工程、 可用较明显的数学模 机理明显 型描述，有较现成的 的物理型 定量方法可以计算出 的硬S 系统的行为和最佳结 果。
不良结 构S
偏重社会、 较难用数学模型描述， 用“软方法”求出 机理尚不 因其加入了人的直觉 可行的满意解，常 清楚的生 和判断，往往只能用 用德尔菲法、情景 物型的软 半定量、半定性或者 分析法、冲突分析 S 只能用定性的方法来 法、切克兰德的 处理问题。 “调查学习” 法等。
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阶段结果报告
• • • • 问题的由来和背景，重要性 可以选择的工程技术人员 提出大致的目标和评价指标 备选方案的初步描述
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目标—系统期望达到的结果
• 目标分类： （多目标/单目标）
高层目标：易被更多人接受，但实现困难大 低层目标：容易实现，但会出现以偏概全
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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五、 评比备选方案
• 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
• “外部系统”要求＋约束＋干 扰→对内部系统的“输入” • “内部系统”对“外部系统” 也有要求、影响、干扰→内部 系统的“输出”
内 部 系 统 输 入
输 出
外部系统
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二、最优思想
• 要追求系统的总体最优，不是局部最优。 • 系统工程的主要任务是开发整体（综合）最优系统 • 为达到系统整体最优建立目标体系和评价体系
三、组合思想
• 组合思想即：合理选择要素，既能满足系统目标、又没 有不必要的要素 • 选择要素的原则：尽可能选已有要素、尽可能选标准化、 规格化、通用化的要素
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四、分解和协调思想
• 复杂的大系统可以分解为结构相对简单的若干子系统， 简化处理 • 同一级的子系统相互关联，要求相互之间密切配合，协 调完成大系统的任务――是为协调 • 原则：目标分解，功能协调
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问题剖析报告
• 问题性质
提出问题 确定内部系统的构成，确定原则如下： • 对所研究的问题或系统具有举足轻重的影响 • 具有可控制性 • 对系统行为产生直接影响
• 问题条件，人、财、物，以及外部系统（环境因素）
对所研究的系统能产生作用或影响，但不属于系统因 素的，划归为环境。 环境通常是指存在于系统外的物质的、能量的、信息 的相关因素的总称。
• 委托人——决策者把问题交给委托人来处理
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阐明问题阶段
• 工作内容：
问题剖析报告
• 问题性质报告：结构、过程、态势 • 问题条件报告：环境因素 • 方式：与决策者及有关人员开展对话
阶段结果报告
• 目标分析 • 评价指标 • 约束条件
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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：
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3.2 系统分析概述
一、系统分析(System Analysis SA)的定义
对于SA的解释有广义与狭义之分。 广义解释：SA ＝ SE 狭义解释：SA SE ，它是SE的一个逻辑步骤。 美国学者奎德（ E.S.Quade ）认为，系统分析是通 过一系列的步骤，帮助领导者选择最优方案的一种系统方 法。 系统分析是对一个系统的基本问题，采用系统方法进 行分析研究，包括研究领导者意图，明确主要问题，确定 系统目标，开发可行方案，建立系统模型，进行定性与定 量相结合的分析，全面评价和优化可行方案，为领导者的 科学决策提供科学、可靠的依据。因此，系统分析是一种 辅助领导决策的系统方法。
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）
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可行方案
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五、系统分析的步骤
认识 问题
探寻 目标
综合 方案
模型 化
优化 或仿 真分 析
系统 评价 N
Y
决 策
初步分析
规范分析
综合分析
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3.3 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” • 并行工程 • 综合集成方法
• 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
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• 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。
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一、霍尔“三维结构”模型
知识维：指在完成上述各 阶段和各步骤所需要的各 知识维（科学技术） 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。