系統工程概論普通高等教育“十一五”國家級規劃教材21世紀高等院校教材工業工程系列主講教師：周志華電話：137862445151第2章系統工程方法論§2.1系統分析方法論

------------蘭德公司為代表§2.2霍爾(Hall)的硬系統工程方法論§2.3

Chekland軟系統工程方法論§2.4

綜合集成方法論

-----以錢學森為代表的從定性到定量的綜合集成方法論2系統工程方法論：以“系統”為中心是系統工程研究和解決問題的一般規律或模式。系統工程方法論的研究對象：（1）各系統工程方法的形成和發展、基本特征、應用范圍、方法間的相互關系。（2）如何構建、選擇和應用系統方法。3§2.1系統分析方法論一、系統分析SA—SystemAnalysis1.產生:20世紀40年代末期（第二次世界大戰）由美國蘭德RAND公司的研究總結的解決復雜問題的方法和步驟。早期用于武器系統的成本和效益分析。定性與定量分析相結合，解決復雜問題，為決策提供科學依據。------------蘭德公司為代表42.定義①廣義：系統分析系統工程②狹義：系統分析作為系統工程的一個邏輯步驟，系統工程的中心部分。系統分析貫穿于系統工程的全過程。5系統分析的定義（綜述）

是在對系統問題現狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優化、仿真、評價等方法，對系統的有關方面進行定性與定量相結合的分析，為決策者選擇滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。

SA是SE的核心內容、分析過程和基本方法。系統分析(SA)：6二、系統分析基本要素①目標②可行方案（替代方案）③模型(結構、數學、仿真)④費用⑤效益（效果）⑥評價基準72系統分析的基本原理(－)費用效果(＋)探索評價模型A4A3A5A1A2目標A1A2A4A3A5可行方案評價標準方案排序圖2.1系統分析概念結構圖8三、系統分析的步驟是否提出問題建議的可行方案分析與評價（綜合評價）建立模型構成問題目標確定收集資料探索可行方案是否滿意圖2.2系統分析的步驟檢驗與核實9一、霍爾結構體系§2.2Hall的硬系統工程方法論

1969年，美國工程師霍爾認為系統工程整個活動過程可以分為前后緊密銜接的六個階段，每個階段應遵循一定的思維程序，需各種專業知識和技能的支持。這構成了時間維、邏輯維和知識維的“三維空間結構”，概括了系統工程的一般過程。10知識維（K）運籌學控制論社會科學工程技術醫藥衛生……邏輯維（L）規劃階段擬定方案階段研制階段生產階段安裝階段運行階段更新階段時間維(T)

明確問題

確定目標方案綜合系統分析實施

決策系統選擇知識維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的知識和專業技術。邏輯維：每個階段需進行的工作步驟，是運用系統工程方法進行思考、分析和解決問題應遵循的一般程序。時間維：從規劃到更新，按時間順序排列的SE全過程。11一)時間維表示系統從規劃到更新，從開始→結束按時間順序排列的全過程，反映了系統的生命周期循環過程。規劃階段：調研、明確目標擬定方案階段：比較分析方案，擇優研制階段：實現方案，作生產計劃生產階段：零部件→組裝整個系統安裝階段：安裝系統、試驗運行運行階段：運行更新階段：評價→改進和更新§2.2Hall的硬系統工程方法論

12二)邏輯維每個階段內所要進行的工作內容和遵循的思維程序。明確問題：收集資料(考察、測量、調研、需求分析、市場預測)了解系統的環境、目的、系統的各組成部分及其聯系等。§2.2Hall的硬系統工程方法論

13確定擇目標：提出目標，制定準則(標準)選擇目標過程一般使用價值體系方法：

效用理論費用—效益分析：經濟系統風險估計價值工程系統方案綜合：方案策略，對每種方案進行說明系統分析：系統分比較分析各方案→建模→計算或仿真§2.2Hall的硬系統工程方法論

14系統分析主要內容：系統變量的選擇：狀態變量、決策變量(內生、外生)

建模和仿真：GPSS、SD

可靠性工程系統選擇：選出待選方案集，交決策部門決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素實施：

企業：生產計劃

開發項目：CPM、PERT§2.2Hall的硬系統工程方法論

15三)知識維

知識維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業知識和管理知識，包括工程、醫藥、建筑、商業、法律、管理、社會科學及藝術等各種專業知識和技術。§2.2Hall的硬系統工程方法論

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霍爾管理矩陣邏輯維(步驟)時間維(階段)1234567明確問題選擇目標系統綜合系統分析方案優化作出決策付諸實施1規劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研制階段a31a32a33a34a35a36a374生產階段a41a42a43a44a45a46a475運行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a6717小結:霍爾三維結構方法論認為現實問題基本上都可歸納成工程系統問題，因此強調明確目標;核心內容是模型化和最優化,應用定量分析手段，求得最優解答。霍爾三維結構集中體現了系統工程方法的系統化、綜合化、最優化、程序化和標準化等特點。

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2.3軟系統方法論良結構系統：指偏重工程問題、機理明顯的物理型的硬系統

不良結構系統：指偏重社會問題、機理尚不清楚的心理和事理型的軟系統。軟系統：以社會、經濟系統等管理領域（人類活動為主），針對不良結構問題而提出、問題不明確。難以用數學模型表示，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，吸取人們的判斷和直覺。核心：不是尋求“最優化”，而是“調查、比較”或者說是“學習”，從模型和現狀比較中，學習改善現存系統的途徑，是有很明顯的反饋調節思想。192.3Checkland方法論問題及其環境的識別與表達建立概念模型（目標系統概念化）根底定義(C,A,T,W,O,E)比較尋求改善途徑評估實施設計選擇方案20切克蘭德的“調查學習”軟方法的核心不是尋求“最優化”，而是“調查、比較”或者說是“學習”，從模型和現狀比較中，學習改善現存系統的途徑。概念模型代替數學模型，思路更加開闊。滿意解代替最優解，價值觀方面的重要變化。21切克蘭德方法論的核心是“比較”與“探尋”，它強調從“理想”模式（概念模型）與現實狀況的比較中，探詢改善現狀的途徑，使決策者滿意（化）。通過認識與概念化、比較與學習、實施與再認識等過程，對社會經濟等問題進行分析研究，這是一般軟系統工程方法論的共同特征。22兩種方法論的比較(1)三維結構方法論Checkland方法論A開始:要求解決一個相對明確的或認為是“給定的”問題開始:感到有一個難以定義的問題情景并期望改善之B確定解決問題的目標及評價標準通過考察“結構”和“過程”元素及其相互關系給出與問題情景相關的系統定義C擬定達到目標可能采取的方案,制定模型,進行綜合研究提出相關系統的定義并據此構造系統的概念模型D選擇能最好滿足需要且可行的方案把概念模型與現實進行比較,并據此確定現實中合乎需要和可行的變革E實施設計好的系統實施獲得同意的變革23兩種方法論的比較(2)相同點：問題導向；注重程序及階段；…三維結構方法論Checkland方法論研究對象工程系統軟系統處理的問題明確,良結構不明確,不良結構基本方法關注定量分析概念模型,定性方法核心內容最優化比較學習不同點:

研究對象；基本方法；核心內容；…24霍爾三維結構與切克蘭德方法論的比較相同點：問題導向；注重程序及階段；…不同點：霍爾方法論主要以工程系統為研究對象，而切克蘭德方法更適合于對社會經濟和經營管理等“軟”系統問題的研究。前者的核心內容是優化分析，而后者的核心內容是比較學習。前者更多關注定量分析方法，而后者比較強調定性或定性與定量有機結合的基本方法。

25第4節綜合集成系統方法1987年，錢學森提出了定性和定量相結合的系統研究方法，并把處理復雜巨系統的方法命名為定性定量相結合的綜合集成方法，把它表述為從定性到定量的綜合集成技術。1992年，他又提出從定性到定量的綜合集成研討廳體系，進而把處理開放復雜巨系統的方法與使用這種方法的組織形式有機結合起來，將其提升到了方法論的高度。26綜合集成研討廳體系的框架與特點

由三部分組成：機器體系、專家體系和知識體系。命題專家體系社會認識客觀世界知識體系社會實踐機器體系結果改造世界認識世界圖3.3研討廳框圖27開放復雜巨系統系統與子系統分別與外界有各種各樣的能量、信息或物質的交換，而且通過學習互相取得知識。系統內部結構復雜，不僅要用定量模型，而且要用定性模型，各個子系統的知識表達不同，獲取知識方式也各有不同，系統中的結構隨著情況變化會不斷演變。子系統數量巨大。28調整模型與參數系統運行系統評價決策部門系統機制分析，優化要求判斷建模、仿真、優化結果分析與綜合結論與建議專家的理論與經驗知識數據與各種信息資料圖2-4綜合集成方法29綜合集成系統方法的特點:直接訴諸實踐經驗，特別是專家的經驗、感受和判斷力，把這些經驗，知識和現代科學提供的理論知識結合起來。專家的經驗是局部的，多半是定性的，要通過