系统工程方法论.ppt

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1、第二章 系统工程方法论,第一节：系统工程基本工作过程 第二节：系统分析原理及应用 第三节：系统工程的新方法论,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；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。 系统工程方法论是用于解决复杂问题的一般程序、逻辑步骤和通用方法。 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,主要的系统工程方法论,霍尔结构体系(霍尔三维结构) 切克兰德模式,新发展方法： 物理事理人理（WSR）,第一节：SE基本工作过程,20世纪6070年代具有代表性的SE方法论。,1、霍尔的三维结

2、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：,一、 时间维,表示系统从规划到更新，从开始结束按时间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期循环过程。,规划阶段：调研、明确目标 方案阶段：比较分析方案，择优 研制阶段：实现方案，作生产计划 生产阶段：零部件组装整个系统 运行阶段：运行 更新阶段：评价改进和更新,二、 逻辑维,每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。,明确问题：收集资料（考察、测量、调研、需求分析、市场预测） 了解系统的环境、目的、系统

3、的各组成部分及其联系等。,系统边界: 问题：社会经济系统的边界如何确定？ 如“企业生产经营”系统 : 对该系统有作用的要素包括： 哪些归于系统要素？ 哪些归于环境要素？ 根据什么来确定?,选择目标：提出目标，制定准则(标准),选择目标过程一般使用价值体系方法： 效用理论 费用效益分析：经济系统 风险估计 价值工程,系统综合：方案策略，对每种方案进行说明 系统分析：比较分析各方案建模计算或仿真,目标确定： 确定目标的原则 确定目标的方法 目标实现标准 -指标量化!,目标的量化 目标的归一化 目标的有序化 目标的一致化,作出决策：不能十全十美，要考虑人、社会各种因素 付诸实施： 企业：生产计划 开

4、发项目：CPM、PERT,三、 知识维,知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括科学学、基础科学、工程技术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等 。,9,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,知识维（科学技术）,逻辑维（方法步骤）,时间维（时间进程）,明确问题,选择目标,系统综合,系统分析,方案优化,作出决策,付诸实施,A B C D E F G,6 5 4 3 2 1,规划阶段,方案阶段,研制阶段,生产阶段,运行阶段,更新阶段,知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的各种专业知识和管理知识。,逻辑维：每个阶

5、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。,时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。,第二节 霍尔“三维结构”模型,采用霍尔三维结构解决采矿问题 时间维：采矿工程大系统有勘探、建井、生产、末期的边角 煤回收等阶段； 逻辑维：摆明问题（需进行具体的资源考察、实际测量、调 研、需求分析、煤炭市场预测等）、系统设计（采 矿开拓系统、采区设计、通风及其他辅助生产系统 的设计）、系统综合、模型化、最优化、决策及实 施）。 知识维：采矿工程所涉及的学科（力学、地质学、环境工程 学、经济学、管理学等）,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

6、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。,基于 “三维结构”模型的系统工程过程系统,国内外许多事例表明，运用科学的系统工程过程系统管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3%6%。 在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周

7、期费用的极少部分，但确定了装备一生要花费用的70%； 全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%，但固定了寿命周期费用的85%； 研制结束时，装备寿命周期费用已被基本固定。,2. 切克兰德方法论,霍尔三维结构不适用于以建立和管理“软系统”为目的的社会科学、管理科学等科学领域；而适用于以研制“硬件系统”为目标的自然科学、工程技术等“硬科学”领域，故有人称霍尔三维结构为“硬科学”的系统工程方法论。 英国的切克兰德把OR、SE、SA和SD所使用的方法论叫硬系统方法论，并在1981年自己提出一种软系统方法（SSM）“调查学习”法。,同时，切克兰德认为，完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问

8、题或“软科学”问题，会碰到许多问题。提出了 良结构系统：指偏重工程问题、机理明显的物理型的硬系统 不良结构系统：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事理型的软系统 他认为：不良结构问题的核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想。,实施步骤,切克兰德的“调查学习”软方法的核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径。,概念模型代替数学模型，思路更加开阔。,满意解代替最优解，价值观方面的重要变化。,切克兰德方法的主要内容和工作过程,在矿业工程中的应用举例

9、 某煤矿毗邻黄河, 河滩湿地芦苇茂密, 生态环境良好,但该矿擅自排弃矸石填滩造地, 严重破坏了湿地生态资源与环境。这时可采用切克兰德方法分析矿山环境地质灾害产生机制、发生条件和诱发机制等许多指标, 并对其地形地貌、植被覆盖情况、历史发生情况等确定等级。并查明崩塌、泥石流等灾害诱发的原因，并提出可行的解决办法。,有关切克兰德方法,切克兰德认为对人类活动系统进行分析和研究，是软系统方法发展历史中的里程碑，是最重要的突破之一，以前的系统思想者所要努力建立的模型一般只是面向物质系统、设计系统，或者社会系统，但是当他们面对具有目的性的人类系统时，就往往力不从心；人类活动系统是这样的一种系统模型：人们在其

10、中进行各种各样的活动，并且是为了达到某一个或某一些特定的目的。,人类活动系统的概念与自然或人工系统的概念有着重大的区别。人类是自主的，能将意义赋予所感知的事物。因此，一个人类活动系统绝不会只有单一的（可检验的）解释，而是根据不同的维特沙，可以得到一系列有效的解释。对人类活动系统的研究，需要探究很多相互联系但又常常相互冲突的价值，并且系统往往具有多元的、不太明确的目标，问题情境中关于组织政治文化和个人价值观、世界观等因素的影响是不能忽略的。因此，可以说，软系统方法论持有的是诠释主义立场。,3、两种方的比较,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

11、点、反馈机制、) （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。 （4）后者较之前者具有反馈过程。,第二节：系统分析原理及应用,1、系统分析概念 系统分析（Systems Analysis）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。 SA是SE的核心内容

12、、分析过程和基本方法。 SA的要素： 问题-界定对象 目的及目标-目标体系 方案 -多个可替代性的能达方案 模型（结构、数学、仿真） 评价-经济、效用、环境、社会 决策者-决策者参与的重要性,2、SA程序或步骤,SA程序图是SA的一般过程，也为系统分析提供了基本的逻辑框架，因而十分重要。,初步阶段常采用“5W1H”方法,3、SA的特点及原则,（1）问题导向 （2）以整体为目标 （3）多方案模型分析和选优 （4）定量分析与定性分析相结合 （5）多次反复进行,外部环境与内部条件相结合 当前利益与长远利益相结合 整体效益与局部效益相结合 定性分析与定量分析相统一,4、SA的方法,SA方法,定量分析法

13、定量方法适用于S结构清楚，收集到的信息准确，能建立数模的对象。可采用投入产出分析法、成本效益分析法等方法。 定性分析法当S结构不清、收集到的信息不太准确，或是由于评价者的偏好不一，对于所提方案评价不一致，难以形成常规的数学模型时，可采用目标-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。,1、目标手段分析法,将要达到的目标和所需手段按照系统展开，一级手段等于二级目标，二级手段等于三级目标，依次类推，便产生了层次分明、相互联系又逐渐具体化的分层目标系统。 在目标分解过程中，要注意使分解的分目标与总目标保持一致，分目标的集合一定要保证总目标的实现。此法的实质是运用效能原理不断进行分析的过程。,系统分析的定

14、性分析方法,目标手段分析法,2、因果分析法,利用因果分析图（鱼刺图）来分析影响系统的因素，并从中找出产生某种结果的主要原因的一种定性分析方法。 此法形象简单，一目了然，问题越复杂越能发挥其长处，适宜于集体讨论，统一意见和向领导机关汇报工作。,例：某工厂用于分析产品质量不稳定的因果分析图,3、KJ法,日本东京工业大学的川喜田二郎(Kauakida Jir)教授提出的一种直观的定性分析方法。 它的基本原理是：把一个个信息做成卡片，将这些卡片摊在桌子上观察其全部，把有“亲近性”的卡片集中起来合并，依次做下去，依据信息的相关性（“亲近性”）逐渐合并成小组中组大组，然后画出问题的整体结构图，分析其含义，

15、取得对问题的明确认识，最后求得问题整体的构成。,它是从很多具体信息中归纳出问题整体含义的一种分析方法，故又称信息卡片归类法。 这种方法把人们对图形的思考功能与直觉的综合能力很好地结合起来，不需要特别的手段和知识，不论是个人或者团体都能简便地实行，因此，是分析复杂问题的一种有效的方法。 例：我国社会的老龄化问题分析。,社会老龄化问题的有关信息,3、5、20 老年人口增多,1、34、35 劳动力不足,6、30、28、44 经济困难大,12、19、29 社会负担重,27 兵源不足,人力资源下降,创造力下降 8 9 23 40,经济问题,经济增长减慢,26、37、45 文体设施不适应,17、18、36

16、 教育、管理、不适应,13、15、24、32、33 衣食住行不适应,31 社会需求变化,社会需求发生变化,青年人受到压抑 16213342,老年人不幸福 4 7 22,10、25、41 社会问题,2 、13 、14 家庭问题,社会矛盾加深,社会问题,1）要对复杂的系统或问题进行分析研究，就必须首先建立数学模型，然后借助模型和计算机进行定性与定量相结合的分析。因此，数学模型和建模技术是分析的基础，是必须掌握的重要手段。 2）系统分析的要点就是运用逻辑思维推理的方法，通过“5W1H”，找到解决问题的关键，从而使问题得到圆满的解答。 3）系统分析方法论很重要，遇到工程问题可采用霍尔的“三维结构”方法，遇到“软”问题可采用切克兰德的“调查学习” 方法，研究解决开放的复杂巨系统问题可采用从定性到定量的综合集成方法。,系统分析小结,第三节：系统工程的