第3章 系统工程方法论

第三章系统工程方法论3．1系统工程的方法论框架3．2阐明问题阶段3．3谋划备选方案3．4建模和预计后果3．5预测未来环境3．6评比备选方案3．7系统工程分析报告3．1系统工程的方法论框架阐明问题谋划备选方案建模、预计后果评比备选方案预测未来环境约束条件目标评价指标备选方案后果调整约束重新阐明问题分析研究评价比较阐明问题提供分析后果原始情况五个环节，两个注意：反复和交流3．2阐明问题阶段一、阿科夫——乱题（messes）二、“硬问题”：能够清楚的阐明目标、边界和约束的问题，求解过程是找到最有效的达到目标的手段。“软问题”：目标、边界和约束的问题不清楚，有些变量无法分析。系统思考的发展最重要的体现在问题阐明阶段，如基本假设表面化与检验、交互式规划，以及后现代系统思考。《系统思考——适于管理者的创造性整体论》（Jackson杰克逊）问题的情景与系统方法：硬系统思考（系统分析）解放系统思想系统动力学组织控制论复杂性理论后现代系统思想（鼓励多样化）参与者系统单元的多元的强制的简单复杂软系统方法三、决策者：感觉到现状不满意，或对未来担忧，并委托专业人员寻求解决。提出问题者：也可能不是决策者。如：政协委员。委托人：接受决策者的旨意，委托他人从事某项系统分析工作，起到决策者和系统工程人员之间的中间人作用。如：国家社科基金委。系统工程（分析）人员：专业人员，不涉及自身利益，寻求并提出解决问题的方案。四、阐明问题阶段工作内容：本身就是一个小规模的系统工程，要在某种程度上研究目标结构、价值观念、约束条件、备选方案、后果及相关人员的反应。1、问题剖析包括两部分：问题性质和问题条件。（5W1H：What,Why,When,Where,Who,How）检视利益相关者2、阶段结果报告包括：问题的由来和背景；重要性；可能采取行动的组织和个人；利益相关者的组织和人员；目标、评价指标、约束条件、备选方案的初步描述、建议等、1）目标：应帮助决策者达到真正的目标并找出适当的途径2）评价指标衡量决策者对方案后果的满意程度，需要确定一组指标。也是综合评价的基础。尽量量化，如医疗状况，用婴儿死亡率、预期寿命做指标。输入不宜做指标，垃圾清理系统的用户缴纳的清洁费。3）约束条件约束条件是对备选方案、后果和目标的限制。资源、技术、环境、时间、法律、制度3．3谋划备选方案1）特点——创造性，良好的方案是良好的系统分析的基础。都江堰都江堰，秦太守李冰父子，“鱼嘴”分水工程，“飞沙堰”分洪排沙工程，“宝瓶口”引水工程，120个附属渠堰。丁渭智修皇宫宋代符详年间，皇宫中发生火灾，要进行皇宫修复工程。当时需要解决“取土”、“外地材料的运送”、“被烧坏皇宫的瓦砾处理”等三大问题。主管该工程的是大臣丁渭。他便在皇宫前的大街上挖沟取土，免去到很远的地方取土；很快，路就挖成了大沟，又让汴河决口，将水引进壕沟。于是各地运来的竹木都被编成筏子，连同船运来的各种材料，都通过这条水路运进来。皇宫修复后，他又让大家将拆下来的碎砖瓦连同火烧过的灰，都填进沟里，重新修成大路。经过这一处理，不仅节约了大量时间，还节省了上亿的经费。丁渭智修皇宫，就是充分把握要素之间的相生关系，使系统往有序和互相促进的方向发展，同时又把握了系统要素的相克性质，促使其向反面演化，最终达到最理想的效果。阿拉斯加原油输送方案的系统分析普拉德霍湾油田→美国本土任务：每天运送200万桶环境：油田处于北极圈内，海湾长年处于冰封阶段；陆地长年冰冻，最低气温达零下50C。方案优点主要问题1：海路油船运输4～5艘超级油轮天需破冰船引航；起终点需建造大型油库；海上风暴影响2：陆路带加温系统油管输送利用成熟的管道输油技术沿途设加温站；管理、运输和供给燃料；一半管道需底架支撑和保温处理总结：1不安全，费用大，无保证；2安全，供油稳定，费用高决策人员处理策略：暂时把方案2作为参考方案作进一步细致研究，为规划做准备；同时继续播出经费，邀请系统分析人员提出竞争新方案。竞争方案3：原油中加入海水，用普通输油管道运输原理：类似制作汽车防冻液，含10％～20％NaCl的海水＋原油＝低温下乳状液原油，能畅流优点：安全，供油稳定，节省费用缺点：需运输无用海水竞争方案4：天然气转换为甲醇＋原油＝低熔点原油，增加流动性原理：埋在地下的石油原来是油、气合一的熔点很低，经漫长年代，油气才逐渐分离优点：普通管道可同时输送原油和天然气，仅管道铺设费就节省近60亿美元，比方案3省一半2）原则：避免利益冲突忠于科学有勇气否定集体智慧——头脑风暴法3．4建模和预计后果建模——从直觉到科学的分析。1、分析模型：分析模型通常用数学关系式表达变量之间的关系。如运筹学模型。2、仿真模型：通过一系列“伪试验”（一般用计算机），来预测结果。蒙特卡洛仿真圣吉的微世界模型物流和交通仿真3、博弈模型又叫对策论，在人类的互动行为中，结局依赖于两个或更多的人们所采取的交互式的战略，这些人们具有相反的动机或者最好的组合动机（mixedmotives）。如冲突分析4、判断模型软系统方法，会议法，Delphi法等3．5预测未来环境环境是决策人无法控制的自然、经济、社会和技术的未来状态。1、离开未来实施环境去谈方案后果是没有实际意义的。系统工程者向决策人后果信息只能这样表述：在某种环境下采取某种行动将会导致什么结果。2、行动方案从决策到实施有一段时间间隔，而未来状态是不确定的，不确定是系统工程全过程的一个基本特点。方法情景分析法——对于每种方案都确定几组未来实施环境的特征和条件。如对市场：好、持平、差。一般需要给出每种情景的可能性，好：30％；持平：40％；差30％，比较方案的期望后果。模型法：考虑效率和效果。在不确定情况下，给出一个预测范围比精确预测更有意义。灵敏度分析，如项目投资灵敏度分析是指在你原有的分析基础上如果投资环境发生变化例如原材料价格变化或者土地价格变化等会引起多少的最终利润变化.要分为单项的投入变化的灵敏度和综合的灵敏度分析,也就是说最坏的情况比如材料价格上涨并且土地价格也上涨再加上产品价格下降会引起怎样的利润变化.3．6评比备选方案对备选方案排出优先持续。方案评价是复杂的。或将备选方案和情景列于同一表格或图表，如兰德公司在为荷兰三角湾防洪这项巨大工程所进行的系统分析中，就将四种备选方案（建封闭水坝、建防风浪水坝、修堤防和维持现状）在投资、经常费用、安全、生态、渔业、运输、旅游、国民经济及区域经济等方面的后果指标值用不同颜色标志登记在同一记分表格中，供决策者比较判断。在很大程度上，系统工程是决策支持，而非直接给出决策结果，涉及价值观和效用函数。钱学森派系统工程继承并发扬了西蒙(Simon)的决策思想。在西蒙提出的决策模型中，其目标函数以效用函数取代价值函数，可以适应目标多样化的要求，非物质因素（精神因素）也可用“效用”的形式表现；在决策方法上，以满意性准则取代原来奉行的最优化准则，即企业中的各级决策人，从“主观的理性”出发，在决策中寻求的是他们自己认为“满意的解”，而不是从“客观的理性”出发所要来的“最优解”。把决策人看作是“寻求满意的人”，而不是寻求“最优的人”，在决策中会更加符合或接近客观实践。缺陷在于硬思考（较少考虑演化和自组织）和强势者控制（较少考虑多样化、批判和解放）。系统思考，由科技奖得主捐出奖金想起孔子一则公案，中国人的系统观，支教3年免费师范生政策思考，岳飞之死的系统思考3．7系统工程分析报告包括三部分：1、简略报告，要点、依据、结论和行动方案的建议，提供给决策者。2、主体报告，用非技术语言描述整个分析过程，包括背景分析、问题的阐明、分析的依据和设想、方案的筛选、分析过程的关键问题、结论，提供给主管或实施项目的有关决策者和管理人员。3、技术报告，包括分析过程的技术内容、数学模型、计算机程序及使用说明等，提供给审查分析报告的专家阅读。写作顺序一般为技术报告、主体报告到简报。还可能需要讲解材料和答辩。本课程后续大部分内容是与本章系统工程分析框架有关的方法和工具，如一般的系统分析、高阶分析与建模方法以及评价方法。决策分析及系统思考的发展作为独立部分讲解。