1、1系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程概論2第2章 系統(tǒng)工程方法論n2.1 系統(tǒng)分析方法論 -蘭德公司為代表 n2.2 霍爾(Hall)的硬系統(tǒng)工程方法論n2.3 Chekland軟系統(tǒng)工程方法論n2.4 綜合集成方法論 -以錢學(xué)森為代表的從定性到定量的綜合集成方法論3系統(tǒng)工程方法論：以系統(tǒng)工程方法論：以“系統(tǒng)系統(tǒng)”為中心為中心是系統(tǒng)工程研究和解決問題的一般規(guī)律或模式。是系統(tǒng)工程研究和解決問題的一般規(guī)律或模式。42.1 系統(tǒng)分析方法論系統(tǒng)分析方法論一、系統(tǒng)分析一、系統(tǒng)分析SASASystem AnalysisSystem Analysis1. 1. 產(chǎn)生產(chǎn)生:20:20世紀(jì)世紀(jì)4040年代末期（第二次世界大戰(zhàn)

2、）年代末期（第二次世界大戰(zhàn)） 由美國(guó)蘭德由美國(guó)蘭德RANDRAND公司的研究總結(jié)的解決復(fù)公司的研究總結(jié)的解決復(fù)雜問題的方法和步驟。早期用于武器系統(tǒng)的成雜問題的方法和步驟。早期用于武器系統(tǒng)的成本和效益分析。本和效益分析。-蘭德公司為代表蘭德公司為代表52. 定義廣義：系統(tǒng)分析廣義：系統(tǒng)分析 系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程狹義：狹義：系統(tǒng)分析作為系統(tǒng)工程的一個(gè)邏輯系統(tǒng)分析作為系統(tǒng)工程的一個(gè)邏輯步驟，系統(tǒng)工程的中心部分。步驟，系統(tǒng)工程的中心部分。 系統(tǒng)分析貫穿于系統(tǒng)工程的全過程。系統(tǒng)分析貫穿于系統(tǒng)工程的全過程。6系統(tǒng)分析的定義（綜述）系統(tǒng)分析的定義（綜述） 是在對(duì)系統(tǒng)是在對(duì)系統(tǒng)問題問題現(xiàn)狀及現(xiàn)狀及目標(biāo)目標(biāo)充分挖充

3、分挖掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、真、評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)等方法，對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行等方法，對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者決策者選擇選擇滿意的系統(tǒng)滿意的系統(tǒng)方案方案提供決策依據(jù)的分析研究提供決策依據(jù)的分析研究過程。過程。 SASA是是SESE的核心內(nèi)容、分析過程和基本的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。方法。系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析(SA)(SA)：7二、系統(tǒng)分析基本要素二、系統(tǒng)分析基本要素目標(biāo)目標(biāo)可行方案（替代方案）可行方案（替代方案）模型模型(結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真)費(fèi)用費(fèi)用效益（效果）效益（效果）評(píng)價(jià)基準(zhǔn)評(píng)

4、價(jià)基準(zhǔn)82 系統(tǒng)分析的基本原理系統(tǒng)分析的基本原理()費(fèi)用費(fèi)用效果效果()探索探索評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)模模型型A4A3A5A1A2目標(biāo)目標(biāo)A1A2A4A3A5可行方案可行方案評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方案排序方案排序圖圖2.1 系統(tǒng)分析概念結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)分析概念結(jié)構(gòu)圖9三、系統(tǒng)分析的步驟三、系統(tǒng)分析的步驟是是否否提出問題提出問題建議的可行方案建議的可行方案分析與評(píng)價(jià)分析與評(píng)價(jià)（綜合評(píng)價(jià)）（綜合評(píng)價(jià)）建立模型建立模型構(gòu)成問題構(gòu)成問題目標(biāo)確定目標(biāo)確定收集資料收集資料探索可行方案探索可行方案是否滿意是否滿意圖圖2.2 系統(tǒng)分析的步驟系統(tǒng)分析的步驟10一、霍爾結(jié)構(gòu)體系一、霍爾結(jié)構(gòu)體系2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程

5、方法論 1969年，美國(guó)工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整年，美國(guó)工程師霍爾認(rèn)為系統(tǒng)工程整個(gè)活動(dòng)過程可以分為前后緊密銜接的六個(gè)階段，個(gè)活動(dòng)過程可以分為前后緊密銜接的六個(gè)階段，每個(gè)階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)每個(gè)階段應(yīng)遵循一定的思維程序，需各種專業(yè)知識(shí)和技能的支持。這構(gòu)成了時(shí)間維、邏輯維知識(shí)和技能的支持。這構(gòu)成了時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維的和知識(shí)維的“三維空間結(jié)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)”，概括了系統(tǒng)工，概括了系統(tǒng)工程的一般過程。程的一般過程。知識(shí)維（知識(shí)維（K）運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)控制論控制論社會(huì)科學(xué)社會(huì)科學(xué)工程技術(shù)工程技術(shù)醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生邏輯維（邏輯維（L）規(guī)劃階段規(guī)劃階段 擬定方案階段擬定方案階段 研制階段研制階段

6、生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段 安裝階段安裝階段 運(yùn)行階段運(yùn)行階段 更新階段更新階段時(shí)間維時(shí)間維(T) 明明 確確 問問 題題 確確 定定 目目 標(biāo)標(biāo)方方案案綜綜合合系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析實(shí)實(shí)施施 決決 策策系系統(tǒng)統(tǒng)選選擇擇知識(shí)維：指在完成上述各知識(shí)維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的知階段和各步驟所需要的知識(shí)和專業(yè)技術(shù)。識(shí)和專業(yè)技術(shù)。邏輯維：每個(gè)階段需進(jìn)行的工邏輯維：每個(gè)階段需進(jìn)行的工作步驟，是運(yùn)用系統(tǒng)工程方法作步驟，是運(yùn)用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行思考、分析和解決問題應(yīng)進(jìn)行思考、分析和解決問題應(yīng)遵循的一般程序。遵循的一般程序。時(shí)間維：從規(guī)劃到更新，時(shí)間維：從規(guī)劃到更新，按時(shí)間順序排列的按時(shí)間順序排列的SE全過全過程。

7、程。12一一) 時(shí)間維時(shí)間維 表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始表示系統(tǒng)從規(guī)劃到更新，從開始結(jié)束按時(shí)間結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過程，反映了系統(tǒng)的生命周期循環(huán)過順序排列的全過程，反映了系統(tǒng)的生命周期循環(huán)過程。程。規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)規(guī)劃階段：調(diào)研、明確目標(biāo)擬定方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)擬定方案階段：比較分析方案，擇優(yōu)研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃研制階段：實(shí)現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)階段：零部件生產(chǎn)階段：零部件組裝整個(gè)系統(tǒng)組裝整個(gè)系統(tǒng)安裝階段：安裝系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行安裝階段：安裝系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行運(yùn)行階段：運(yùn)行運(yùn)行階段：運(yùn)行更新階段：評(píng)價(jià)更新階段：評(píng)價(jià)改進(jìn)和更新改進(jìn)和更新2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬

8、系統(tǒng)工程方法論 13二二) 邏輯維邏輯維每個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。每個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和遵循的思維程序。明確問題：明確問題：收集資料收集資料(考察、測(cè)量、調(diào)研、需求分析、考察、測(cè)量、調(diào)研、需求分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)市場(chǎng)預(yù)測(cè))了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分了解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分及其聯(lián)系等。及其聯(lián)系等。2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 14確定擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則確定擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則(標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) 選擇目標(biāo)過程一般使用價(jià)值體系方法：選擇目標(biāo)過程一般使用價(jià)值體系方法：v 效用理論效用理論v 費(fèi)用費(fèi)用效益分析：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效益分

9、析：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) v 風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)v 價(jià)值工程價(jià)值工程系統(tǒng)方案綜合：系統(tǒng)方案綜合：方案策略，對(duì)每種方案進(jìn)行說明方案策略，對(duì)每種方案進(jìn)行說明系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分比較分析各方案系統(tǒng)分比較分析各方案建模建模計(jì)算或仿真計(jì)算或仿真2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 15系統(tǒng)分析主要內(nèi)容：系統(tǒng)分析主要內(nèi)容：v 系統(tǒng)變量的選擇：狀態(tài)變量、決策變量系統(tǒng)變量的選擇：狀態(tài)變量、決策變量(內(nèi)生、外生內(nèi)生、外生)v 建模和仿真：建模和仿真：GPSS、SD v 可靠性工程可靠性工程系統(tǒng)選擇：系統(tǒng)選擇：選出待選方案集，交決策部門選出待選方案集，交決策部門決策：決策：不能十全十美，要考慮人、社會(huì)各種

10、因素不能十全十美，要考慮人、社會(huì)各種因素實(shí)施：實(shí)施： 企業(yè)：生產(chǎn)計(jì)劃企業(yè)：生產(chǎn)計(jì)劃 開發(fā)項(xiàng)目：開發(fā)項(xiàng)目：CPM、PERT2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 16三三) 知識(shí)維知識(shí)維 知識(shí)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種知識(shí)維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業(yè)知識(shí)和管理知識(shí)，包括工程、醫(yī)藥、建筑、商專業(yè)知識(shí)和管理知識(shí)，包括工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)及藝術(shù)等各種專業(yè)知識(shí)業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)及藝術(shù)等各種專業(yè)知識(shí)和技術(shù)。和技術(shù)。2.2 Hall的硬系統(tǒng)工程方法論的硬系統(tǒng)工程方法論 17 霍爾管理矩陣 邏輯維(步驟)時(shí)間維(階段)1234567明確問題選擇

11、目標(biāo)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化作出決策付諸實(shí)施1規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研制階段a31a32a33a34a35a36a374生產(chǎn)階段a41a42a43a44a45a46a475運(yùn)行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a6718小結(jié)小結(jié):霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問題基本上霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問題基本上都可歸納成都可歸納成工程系統(tǒng)工程系統(tǒng)問題，因此問題，因此強(qiáng)調(diào)明確強(qiáng)調(diào)明確目標(biāo)目標(biāo); ;核心內(nèi)容是核心內(nèi)容是模型化模型化和和最優(yōu)化最優(yōu)化, ,應(yīng)用定應(yīng)用定量分析

12、手段，求得最優(yōu)解答。霍爾三維結(jié)量分析手段，求得最優(yōu)解答。霍爾三維結(jié)構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)化、綜系統(tǒng)化、綜合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。 19 2.3 軟系統(tǒng)方法論軟系統(tǒng)方法論良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重工程問題、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng)：指偏重工程問題、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng) 不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重社會(huì)問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事：指偏重社會(huì)問題、機(jī)理尚不清楚的心理和事理型的軟系統(tǒng)理型的軟系統(tǒng)。軟系統(tǒng)：軟系統(tǒng)：以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等管理領(lǐng)域（人類活動(dòng)為主），以社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等管理領(lǐng)域（人類活動(dòng)為主），針對(duì)不良結(jié)

13、構(gòu)問題而提出、問題不明確。難以用數(shù)學(xué)模型針對(duì)不良結(jié)構(gòu)問題而提出、問題不明確。難以用數(shù)學(xué)模型表示，一般是概念模型。表示，一般是概念模型。 通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法來處理，吸通常用半定量、半定性甚至只能用定性的方法來處理，吸取人們的判斷和直覺。取人們的判斷和直覺。核心：核心：不是尋求不是尋求“最優(yōu)化最優(yōu)化”，而是，而是“調(diào)查、比較調(diào)查、比較”或者說或者說是是“學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)”，從模型和現(xiàn)狀比較中，學(xué)習(xí)改善現(xiàn)存系統(tǒng)，從模型和現(xiàn)狀比較中，學(xué)習(xí)改善現(xiàn)存系統(tǒng)的途徑，是有很明顯的反饋調(diào)節(jié)思想。的途徑，是有很明顯的反饋調(diào)節(jié)思想。202.3 Checkland方法論問題及其環(huán)境的識(shí)別與表達(dá)建立概念模型

14、（目標(biāo)系統(tǒng)概念化）根底定義(C,A,T,W,O,E)比較比較尋求改善途徑評(píng)估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇方案概念模型代替概念模型代替數(shù)學(xué)模型，思數(shù)學(xué)模型，思路更加開闊。路更加開闊。滿意解代替最優(yōu)滿意解代替最優(yōu)解，價(jià)值觀方面解，價(jià)值觀方面的重要變化。的重要變化。22切克蘭德方法論的核心是“比較”與“探尋”，它強(qiáng)調(diào)從“理想”模式（概念模型）與現(xiàn)實(shí)狀況的比較中，探詢改善現(xiàn)狀的途徑，使決策者滿意（化）。通過認(rèn)識(shí)與概念化、比較與學(xué)習(xí)、實(shí)施與再認(rèn)識(shí)等過程，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等問題進(jìn)行分析研究，這是一般軟系統(tǒng)工程方法論的共同特征。23兩種方法論的比較 (1)三維結(jié)構(gòu)方法論三維結(jié)構(gòu)方法論ChecklandCheckland方法論方法

15、論A開始開始: :要求解決一個(gè)相對(duì)明確的要求解決一個(gè)相對(duì)明確的或認(rèn)為是或認(rèn)為是“給定的給定的”問題問題開始開始: :感到有一個(gè)難以定義的問題情感到有一個(gè)難以定義的問題情景并期望改善之景并期望改善之B確定解決問題的目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定解決問題的目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通過考察通過考察“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”和和“過程過程”元素元素及其相互關(guān)系給出與問題情景相關(guān)及其相互關(guān)系給出與問題情景相關(guān)的系統(tǒng)定義的系統(tǒng)定義C擬定達(dá)到目標(biāo)可能采取的方案擬定達(dá)到目標(biāo)可能采取的方案, ,制定模型制定模型, ,進(jìn)行綜合研究進(jìn)行綜合研究提出相關(guān)系統(tǒng)的定義并據(jù)此構(gòu)造系提出相關(guān)系統(tǒng)的定義并據(jù)此構(gòu)造系統(tǒng)的概念模型統(tǒng)的概念模型D選擇能最好滿足需要且可

16、行的方選擇能最好滿足需要且可行的方案案把概念模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較把概念模型與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較, ,并據(jù)此并據(jù)此確定現(xiàn)實(shí)中合乎需要和可行的變革確定現(xiàn)實(shí)中合乎需要和可行的變革E實(shí)施設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)實(shí)施設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)實(shí)施獲得同意的變革實(shí)施獲得同意的變革24兩種方法論的比較 (2)相同點(diǎn)：?jiǎn)栴}導(dǎo)向；注重程序及階段；問題導(dǎo)向；注重程序及階段；三維結(jié)構(gòu)方法論三維結(jié)構(gòu)方法論ChecklandCheckland方法論方法論研究對(duì)象研究對(duì)象工程系統(tǒng)工程系統(tǒng)軟系統(tǒng)軟系統(tǒng)處理的問題處理的問題明確明確, ,良結(jié)構(gòu)良結(jié)構(gòu)不明確不明確, ,不良結(jié)構(gòu)不良結(jié)構(gòu)基本方法基本方法關(guān)注定量分析關(guān)注定量分析概念模型概念模型, ,定性方法定性方法

17、核心內(nèi)容核心內(nèi)容最優(yōu)化最優(yōu)化比較學(xué)習(xí)比較學(xué)習(xí)不同點(diǎn)不同點(diǎn): : 研究對(duì)象；基本方法；核心內(nèi)容；25霍爾三維結(jié)構(gòu)與切克蘭德方法論的比較相同點(diǎn)：?jiǎn)栴}導(dǎo)向；注重程序及階段；不同點(diǎn)：霍爾方法論主要以工程系統(tǒng)為研究對(duì)象，而切克蘭德方法更適合于對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)營(yíng)管理等“軟”系統(tǒng)問題的研究。前者的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而后者的核心內(nèi)容是比較學(xué)習(xí)。前者更多關(guān)注定量分析方法，而后者比較強(qiáng)調(diào)定性或定性與定量有機(jī)結(jié)合的基本方法。 26第第4 4節(jié)節(jié) 綜合集成系統(tǒng)方法綜合集成系統(tǒng)方法1987 年，錢學(xué)森提出了定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，并把處理復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法命名為定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，把它表述為從定性到定量

18、的綜合集成技術(shù)。1992年，他又提出從定性到定量的綜合集成研討廳體系，進(jìn)而把處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法與使用這種方法的組織形式有機(jī)結(jié)合起來，將其提升到了方法論的高度。27綜合集成研討廳體系的框架與特點(diǎn)綜合集成研討廳體系的框架與特點(diǎn) 由三部分組成：機(jī)器體系、專家體系和知識(shí)體系。由三部分組成：機(jī)器體系、專家體系和知識(shí)體系。 命題命題 專家體系專家體系社會(huì)認(rèn)識(shí)社會(huì)認(rèn)識(shí)客觀世界客觀世界知識(shí)體系知識(shí)體系社會(huì)實(shí)踐社會(huì)實(shí)踐機(jī)器體系機(jī)器體系結(jié)果結(jié)果 改造世界改造世界認(rèn)識(shí)世界認(rèn)識(shí)世界 圖圖3.3 研討廳框圖研討廳框圖28開放復(fù)雜巨系統(tǒng)開放復(fù)雜巨系統(tǒng)系統(tǒng)與子系統(tǒng)分別與外界有各種各樣的能量、信息或物質(zhì)的交換，而且通過學(xué)習(xí)互相取得知識(shí)。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅要用定量模型，而且要用定性模型，各個(gè)子系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)不同，獲取知識(shí)方式也各有不同，系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)隨著情況變化會(huì)不斷演變。子系統(tǒng)數(shù)量巨大。調(diào) 整 模 型 與調(diào) 整 模 型 與參數(shù)參數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策決策部門部門系 統(tǒng) 機(jī) 制系 統(tǒng) 機(jī) 制分 析 ， 優(yōu)分 析 ， 優(yōu)化 要 求 判化 要 求 判斷斷建模、仿建模、仿真、優(yōu)化真、優(yōu)化結(jié)果分析結(jié)果分析與綜合與