第二讲-系统工程方法论

系统工程前言系统工程方法论霍尔三维结构切克兰德方法论综合集成方法论物理-事理-人理系统方法论系统分析原理2主要内容前言3研究处理系统工程问题的知识有关对象系统的领域知识有关系统共性方面知识经验性知识一是指解决系统工程问题的手段和工具二是指工作中的办法和步骤4前言方法论方法技术工具指一些设备手段，或者概念上的手段。指处理问题的具体行动方式和方法，是使用工具的方法。是指选择什么技术来达到目的的办法。是指处理系统工程问题的一整套思想、原则，是运用方法的方法。系统工程方法论的主要代表以兰德公司为代表的系统分析方法论以霍尔为代表的硬系统工程方法论(霍尔三维结构)以切克兰德为代表的软系统工程方法论(切克兰德方法论)以钱学森为代表的综合集成方法论物理-事理-人理系统方法论5前言→系统分析原理→系统工程的基本工作过程第一节系统工程方法论霍尔三维结构1969年由美国学者A.D.Hall等人在大量工程实践的基础上提出的。20世纪60~70年代具有代表性的SE方法论。霍尔三维结构将系统工程活动分为前后紧密连接的7个阶段和7个步骤，同时考虑到为完成各个阶段和步骤所需要的各种专业知识。这样为解决规模大、结构复杂、涉及因素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。霍尔三维结构包括时间维(T)、逻辑维(L)和知识维(K)。67……运筹学控制论社会科学工程技术知识维（科学技术）逻辑维（方法步骤）ABCDEFG规划阶段设计阶段分析阶段运筹阶段运行阶段更新阶段霍尔三维结构时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。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。实施阶段第一节系统工程方法论8霍尔系统工程方法的时间维表示任何系统工程活动最先从规划开始，从系统规划开始到系统更新共分为七个阶段，任何研究工作都在其中的某一阶段，且每一阶段有对应的研究任务。根据总体方针和发展战略制定规划。根据规划提出具体计划方案。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的生产计划。运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而具体的实施和“安装”计划。把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。系统投入运行，为预期用途服务。改进或取消旧系统，建立新系统。霍尔三维结构第一节系统工程方法论9霍尔系统工程方法的逻辑维是指系统工程每阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤。明确所要解决的问题及其确切要求，全面收集和了解有关问题历史、现状和发展趋势的资料。确定目标及各目标分量，拟定评价标准，建立评价指标体系，设计评价算法。设计能完成预定任务的系统结构，拟定方案。针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型。在评价目标体系的基础上生成并选择最优、次优、合理或满意的方案。决策者做出裁决，选定行动方案。修改、完善以上6个步骤，制定具体执行计划和下一步工作计划。霍尔三维结构第一节系统工程方法论10霍尔系统工程方法的知识维的内容表征从事系统工程工作所需要的知识，也可以反映系统工程的专门应用领域。一般来讲，进行某项系统工程研究，研究工作者应具备法律、经济、管理科学、社会科学、环境科学、信息技术和相应的工程技术，才能有效地进行系统工程的研究，解决相应的问题。霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，应用定量分析手段，求得最优解答。该方法论具有研究方法上的整体性(三维)、技术应用上的综合性(知识维)、组织管理上的科学性(时间维与逻辑维)和系统工程工作的问题导向性(逻辑维)等突出特点。霍尔三维结构第一节系统工程方法论霍尔三维结构11第一节系统工程方法论霍尔管理矩阵该矩阵为具体方法，一般只是用时间维和逻辑维，构成活动矩阵。矩阵要素可表示处在该阶段和该步骤的唯一行为。12第一节系统工程方法论应用——企业管理系统工程活动矩阵13霍尔三维结构基于“三维结构”模型的系统工程的过程在这个过程系统中，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。第一节系统工程方法论14三维结构在上一世纪的60年代和70年代影响较大，后来有人把这个三维框架结构加以修改，形成了新的一种框架.维度说明步骤维和原来逻辑维大同小异，但较具体：1.明确问题；2.设置目标，建立评价准则；3.生成系统方案；4.为各方案建模；5.对各方案进行评价；6.选择一个方案；7.规划实施。应用领域与问题范畴维应用领域包括工业、经济、政治、社会经济、环境、心里、保健、教育、军事和社会技术。问题范畴则包括：1.运行效率；2.资源分配；3.项目评价；4.计划与预算；5.战略选择；6.系统的获得。分析工具维包括成本效益分析、决策分析等。第一节系统工程方法论霍尔三维结构15系统分析的逻辑步骤用图来表示反映了每一步不是一次完成的，需要进行多次反复。图中主要包括五个环节，可划分为三个阶段：明确问题、分析研究、评价比较。其中分析研究阶段包括产生方案、预测未来环境、建模与估计后果三个环节。第一节系统工程方法论16第一节系统工程方法论霍尔三维结构在霍尔三维结构的基础上，能从哪些方面进行扩展？思考17霍尔三维结构系统工程过程(硬系统工程方法论的应用)第一节系统工程方法论18霍尔三维结构案例分析——两点之间交通运输方式的选择上海交通大学系统工程研究生承接了交通部门关于“两点之间的交通运输方式的选择”的研究课题，研究人员按照霍尔系统工程方法，从霍尔三维结构角度去思考如何开展研究工作。第一节系统工程方法论19霍尔三维结构第一节系统工程方法论时间维道路建设问题首要是道路建设规划研究，而后是道路规划、道路建设、道路维护和更新，而确定两点之间采用什么运输方式是规划研究的重要课题，也就是说两点之间交通方式选择是道路建设工程的首要问题，它将影响以后所有的环节。知识维参加“两点之间运输方式的选择”问题研究的人员，首先应具有方案比较、评价、选择等方面的技术能力，同时需要了解不同运输方式的特性、技术参数，不同地形地貌对不同运输方式造价的影响，了解不同运输方式对生态环境的影响，了解国外运输方式的发展趋势，了解两点之间货物的类型，了解地区交通网络规划以及国家的法律、宏观经济形势、地区发展状况等。因此，研究人员需要有经济学、社会学、工程学、心理学、法学、环境科学等方面的知识，有了这些专业知识，研究人员才可能较好地对“两点之间运输方式选择”问题进行研究，为了快速具有上述专业知识，课题组邀请了相关专家给研究人员讲课、座谈，实地调查和查阅相关的研究成果，访问道路规划、设计部门的相关人员，并遵照逻辑维要求开展工作。20霍尔三维结构第一节系统工程方法论21霍尔三维结构第一节系统工程方法论逻辑维(1)明确问题。研究人员首先明确的是两点之间随着社会经济的发展，其交通运输在近期、中期、远期的需求量，以及需求量的变化趋势；其次要了解国内外交通运输方式的发展趋势以及不同运输方式的优缺点；了解广大人民喜欢的运输方式和决策者的偏好，了解他们对两点之间运输方式选择的看法。明确适度超前、安全、经济是不同运输方式选择的前提条件。(2)系统设计。研究人员要从人民对交通运输的期望入手，构造一套衡量标准，如希望所提出的交通运输方式有较好的安全性、经济性、准时性、舒适性，同时与地区交通运输网络有较好的接口，所提出的指标对于所有的运输方式具有可比性，且各指标可测量以便与指标标准进行比较。22霍尔三维结构第一节系统工程方法论逻辑维(3)形成系统方案(系统综合)。根据两点之间的近期、中期和远期运输需求量，以及不同运输方式(如高速公路、一级公路、二级公路、单轨铁路、双轨铁路、高速铁路等)所能提供的运输量和网络的接口，利用枚举方法，可构造出满足不同时期运输需求量的组合运输方式，即系统方案。剔除一些有明显缺陷的组合运输方式，并对每一个方案进行必要的说明。(4)模型化。根据系统指标设计所提出的指标和衡量标准，调查每种单一运输方式的数据资料，对每一个方案的各个属性进行测度、比较、分析方案每一条指标的优劣。为了比较不同方案差异，建立组合运输方式的评价模型，所建立的模型应较好地反映组合方案的综合价值或效用，并计算、比较不同运输方式的综合价值。23霍尔三维结构第一节系统工程方法论逻辑维(5)系统优化。根据系统方案对系统目标满足的程度和不同运输方式的综合效用，同时考虑不同运输方案实施的难易程度，以及地区经济状况、决策者偏好、所需投资满足程度等，对每一个备选方案进行综合排序，从中选出最优方案、次优方案、满意方案。研究人员根据上述研究内容，撰写研究报告，为交通部门提出可供选择的一组方案和相应的资料。下面步骤由交通部门自行完成。(6)系统决策。决策者可根据自身的实际情况和对地区经济短期与长期发展等的看法，运用系统决策方法，确定某一运输方式作为两点之间的满意方案，将满意方案作为道路规划研究的成果。(7)系统实施。将道路规划提交有关部门审查、备案，为道路计划工作提供指导，并完善上述步骤。24第一节系统工程方法论霍尔三维结构三峡工程（HALL：时间维）第一阶段：1919年孙中山《建国方略》：利用三峡的水利资源发电1946年《萨凡奇计划》：美国高坝建筑专家，1944年5月受政府资源委员会邀请来华，在中国工程师陪同下查勘了三峡，随后提出了报告，是第一个比较具体的三峡高坝计划——《萨凡奇计划》。50年代初期以林一山为首的长江流域规划办公室第二阶段：解决四个方面问题：目标进行分解和量化；协调目标，提出实现目标的具体的方案；为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。总目标：发电、防洪、供水、航运正常蓄水位：230米、235米；坝址设在南津关25第一节系统工程方法论霍尔三维结构三峡工程（HALL：时间维）第三阶段：1958年到1993年10月实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。提出实施该系统的详细的研制方案；提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统的实施计划。26第一节系统工程方法论霍尔三维结构三峡工程（HALL：时间维）第四阶段根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的零部件和所有的设备和装置；提出系统的安装计划。完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机电设备的制造；提出未来的安装计划；安置库区移民。第五、六、七阶段：安装、运行、更新。27第一节系统工程方法论霍尔三维结构以“霍尔三维结构”理论，构建奥运会服务质量管理体系结构第一维：服务过程维，包括服务策划、服务准备和服务提供三大服务过程；第二维：质量管理维，包括管理职责、资源管理、产品（服务）实现和测量分析与改进四大管理过程；第三维：服务体系维，包括服务体系12个子体系。奥运会服务质量管理体系呈三维矩阵结构模式。在此三维结构中，服务过程维是各个服务子体系的主体运行过程，每一个服务子体系应围绕主体过程的各个阶段实施过程方法模式，按照ISO9000标准的质量管理体系要求，建立奥运会质量管理体系。28第一节系统工程方法论霍尔三维结构29第一节系统