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第三章系统工程方法论•教学要求：掌握系统工程中处理复杂问题的基本思想，理解处理系统的整体、综合、层次、价值、发展等基本观点；了解系统方法论，熟悉系统工程的各种方法：如系统工程三维结构、调查学习模式、人理事理物理方法论、螺旋式推进原则、等，并能运用以上方法论说明如何去解决现实生活中相应的系统工程问题。第三章系统工程方法论•3.1系统工程方法与方法论•3.2处理复杂系统问题的基本观点•3.3霍尔系统工程方法•3.4切克兰德的系统工程方法•3.5物理-事理-人理系统方法•3.6综合集成系统方法•3.7螺旋式推进系统方法•3.8系统论方法3.1系统工程方法与方法论•1、研究、分析和处理问题的思想、程序和基本原则叫着方法论，它告诉人们如何去组织、计划、设计和实施问题的研究，但不能详细告诉如何进行一项具体的、个别的研究，因为每一项研究都具有特殊性。•本书将系统工程方法定义在方法论层次上的方法和技术层次上的方法。•方法论层次上的方法指的是人们研究、分析、处理某类系统工程问题运用的程序和基本原则、如对“硬系统”，HALL提出了三维结构模型，对“软系统”切可兰德提出了“调查学习”模式。3.1系统工程方法与方法论•技术层面上方法指的是处理复杂系统问题常用到一些具体方法，如系统分析方法，系统评价方法，系统仿真方法，系统预测方法和系统决策方法等。•系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本观点（整体、综合、层次、优化等）和方法论层次上各种方法的总和。3.2处理复杂系统问题的基本观点•整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体，在策划最优时，如果子系统最优与系统最优发生矛盾时，子系统要服从整个系统。反之，整个系统要对所有的子系统之间的关系进行协调，充分发挥各子系统的能动作用，使整个系统和各子系统都取得满意的效果。•整体观点要把系统与环境看成一个整体，从更高的角度来分析系统与环境的关系，在策划系统最优时，必须考虑环境的制约作用，必须使环境受益，在万不得已的情况下，力图使环境所受损失最小，决不允许环境受到不能接受的损失。3.2处理复杂系统问题的基本观点•整体观点倡导人们在思考问题时要从系统的整体去思考、判断和解决，而不是站在狭隘的个人立场，站在小团体立场去观察、思考和解决问题，整体观点强调关系的协调，强调发挥子系统的能动作用，发挥两个积极性。•整体观念要求站在更高的层次看待系统与环境，强调环境的制约作用，决不允许破坏环境。在提倡和谐社会、可持续发展的大背景下，人们更应强调整体观点，要站在全社会的角度思考、分析、处理某些问题。•案例：核电站建设，地区产业发展问题3.2处理复杂系统问题的基本观点•综合观点是指人们在思考、研究和解决问题时，要综合考虑系统的方方面面，协调系统内各要素之间的关系，遇到多目标、多因素、关系纵横交错、环境千变万化的系统时，应对目标、因素等进行综合分析或评价，分清主次，对目标、因素进行综合。•综合观点强调人们在判断和解决问题时要全面，要综合平衡系统的方方面面，要协调好系统内外各要素之间的关系，同时要分清主次。•案例：方案选择问题，政策设计问题3.2处理复杂系统问题的基本观点•层次观点是指处理复杂问题时要抓住问题的主要矛盾，抓住主要矛盾的主要方面。系统有很明显的层次性，一般存在树状结构（鱼刺图形状）。人们在分析、处理、解决这些问题时，要熟悉系统中诸要素在各种空间内的层次与分布，将主要精力放在最主要的问题上，避免平均主义。•层次观点强调人们在思考、研究和解决问题时，不要混淆父辈、子辈问题，即使在同一辈分中也存在主次之分，不要搞平均主义，要根据系统层次和要素的重要性确定时间的前后、空间位置和资源的投入强度。•案例：地区社会经济发展，企业发展3.2处理复杂系统问题的基本观点•价值观点是指人们在设计、改造、管理和控制系统时，应考虑系统的投入与产出，具体的说用最少的投入价值创造出最多的使用价值；或者说用同样的人、财、物和时间去开发一个性能最好的系统。•价值观点提醒人们必须从价值角度去思考、研究、解决问题，必须从系统的投入产出，从对系统产生的正作用和负作用角度去思考、研究和解决问题；其次，在设计、改造、管理和控制一个系统时，研究人员能够把“希望马儿跑得快，希望马儿少吃草”变成具体的是方案、政策、策略和手段。•案例：方案评估。3.3霍尔系统工程方法明确问题确定目标123456ABCDEFG逻辑维（步骤）专业维（知识）时间维（阶段）规划阶段经济管理科学社会科学环境科学信息技术工程技术法律计划阶段研制阶段生产阶段更新阶段安装阶段系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施3.3.1HALL系统工程的的时间维•（1）规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出自己的设想和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。•（2）计划阶段——根据规划阶段所提出设计思想和初步方案，从社会、经济、技术、可行性方面进行综合分析，提出具体的计划方案和选择一个最优方案。•（3）研制阶段——以计划为指南，组织人、财、物及各个环节、各个部门，实现系统的试制方案，并制定生产计划。•（4）生产阶段——生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划。•（5）安装阶段——对系统进行安装和调，提出系统的运行计划。•（6）运行阶段——系统按预定的目标运行服务。•（7）更新阶段——完成系统的评价，改进或以新系统代替老系统，使系统更有效的工作，为系统进入下一个研制周期准备条件。3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维•（1）明确问题——首先要明确要解决的问题，即明确要解决什么问题。为了了解研究的问题，研究者要尽量全面地收集和提供解决问题的历史、现状以及发展方面的资料和数据，对每一阶段要研究的问题要与决策者沟通，明确决策者的意图、或通过某种手段、方法，明确所研究的问题。在明确问题的过程中，研究人员要注重环境方面的调查，因为新系统与所在的环境密切相关，这里的环境包括物理环境、技术环境、社会环境、经济环境等。•案例：两点之间运输方式的选择问题3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维•（2）确定目标（系统指标设计）——系统目标是系统工程活动关注的重点，确定系统目标的是系统工程活动的关键环节。系统问题往往具有多目标（指标），在明确研究问题的基础上，应提出系统目标或目标体系，确定达到目标的程度标准，以此衡量方案的优劣。在确定目标和指标时要有系统的观点，如整体观点、发展观点，还有要考虑操作的可行性；其次，目标一般应包含经济、社会、环境、技术等方面的内容；当目标体系中各指标发生矛盾时，可采用折衷兼顾方法或剔除次要目标。•案例：两点之间运输方式的选择问题3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维•（4）系统分析——系统分析是应用系统工程技术，对于每一个系统方案进行比较、分析计算，为了能更好地分析各因素对目标的影响，需要建立相应的系统模型。建模之前，必须了解、掌握系统内部要素之间、内外要素之间的相互联系和系统的性能与特点，根据系统优化和系统决策的需要，所建立的模型应考虑到所需信息资料的采集。在系统分析中，可能形成新的方案。•案例：两点之间运输方式的选择问题3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维•（5）系统优化——在一定的约束条件下，人们总是希望选择最优的方案。系统优化就是寻找满足约束条件的最优方案，或者说挑选出最好地满足系统目标的方案。通常应根据系统方案对于系统目标满足的程度，对每一个被选方案进行综合评价，从中选出最优方案、次优方案、满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以便决策者做出正确的决策。•案例：两点之间运输方式的选择问题3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维•（6）系统决策——由决策者从多个优选方案中选择一个方案进行实施。出于各方面的考虑，决策者选择的方案不一定是最优方案。•（7）系统实施——对已选方案进行实施、修改，完善以上6个步骤，转入下一阶段。在实践工作中，系统综合、系统分析和系统优化存在循环，不断递进的过程，即在系统分析和系统优化的过程中可能产生系统方案，或者对模型进行修正。系统综合系统分析系统优化3.3.2HALL系统工程方法的逻辑维3.3.3HALL系统工程方法的专业维•HALL系统工程方法专业维说的是解决一个系统工程问题，需要有相应专业知识。如进行社会经济系统的规划研究，研究者需要有宏观经济学、微观经济学、社会学、心理学、环境科学、管理科学、法律、工程技术等学科的知识。如研究某项技术的发展与技术的评估问题，系统工程工作者需要具备所研究的某项技术的专业知识，了解它的特性，发展规律等。•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、信息技术和和相应的工程技术，才可能有效的进行系统工程的研究，解决相应的问题3.4切克兰德的系统工程方法•对哪些目标不是很清楚，边界较模糊，系统的机理尚不清楚，较难用数学模型描述，只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法来处理系统。切克兰德创造了“调查学习”软系统方法，其核心不是寻求系统的“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从现状调查和模型比较中，学习改善现存系统的途径。3.4切克兰德的系统工程方法实施系统现状说明建立概念模型弄清关联因素改善概念模型比较3.4切克兰德的系统工程方法•(1)系统现状说明。通过调查分析，对现存的不良结构系统的现状进行说明。•(2)弄清关联因素。初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系。•(3)建立概念模型。在不能建立数学模型的情况下，用结构模型或语言模型来描述系统的现状。•(4)改善概念模型。随着分析的不断深入和“学习”的加深，进一步用更合适的模型或方法改进上述概念模型。•(5)比较。将概念模型与现状进行比较，找出符合决策者意图而且可行的改革途径或方案。•(6)实施。实施提出的改革方案。3.4切克兰德的系统工程方法•案例讲解：建设世界一流大学的问题。3.5物理-事理-人理系统方法•作者在总结国内很多系统工程的研究与实践，分析它们成功与失败的原因，从众多的案例分析中悟出了“关系协调”的重要性，从方法论角度提出了物理、事理、人理系统方法。该方法认为系统工程研究者在处理复杂系统问题时，不仅要明物理，懂自然科学，明白世界到底是什么样，还应通事理，通晓各种科学的方法，各种可硬可软的解决问题的方法，选择科学合理的方法处理事物，更应晓人理，掌握人际交往的艺术，充分认识系统内部各部门的价值取向，协调考虑系统各方利益。只有把这三方面结合起来，利用人的理性思维的逻辑性和形象思维的综合性和创造性，去组织实践活动，才可能产生最大的效益与效率。协调关系1．理解意图2．调查分析3．形成目标4．建立模型5．提出建议6．执行3.5物理-事理-人理系统方法3.5物理-事理-人理系统方法•1、理解意图。这与霍尔系统工程方法论中逻辑维中的明确问题含义相近。在进行任何工作之前，明确要解决的问题、理解决策者的意图。在很多数情况下，决策者们对要解决的问题、或系统的愿望可能是清晰的，也可能是相当模糊的，这就需要沟通，需要协调，因为决策者们各自站在不同的角度，对问题、愿望等有不同的理解，需要分析者理解他们的意图，同时也需理解相关人员的意图。•2、调查分析。调查分析是一个物理分析过程，任何结论只有在深入、仔细地调查分析之后才可能得出。开展调查分析，要协调好与被调查者关系，争取被调查者（专家、广大群众）的积极配合，且对调查得到的资料、信息要进行必要的处理。3.5物理-事理-人理系统方法•3、形成目标。作为一个复杂的问题，往往一开始问题拟解决到什么程度，决策者和系统工程工作者都不是很清楚。在领会和理解决策者的意图以及深入的调查分析、取得相关信息后，进行系统目标的确定，形成目标。这些目标可能与当初决策者的意图不完全一致的地方，同时在以后大量分析和进一步考虑后，可能还会有所改变。所以需要协调，使形成的目标得到共识。•4、建立模型。这里的模型是比较广义的，除数学模型外，还可以是物理模型、概念模型，运作程序、运行规则等。建立的模型应与相关领域的人员讨论、协商，在协商的基础上形成。在这一阶段，可能开展的工作是设计、选择相应的方法、模型、步骤和规则来