第3章系统工程方法论ppt课件.pptx
系统工程 Systems Engineering,2023/1/10,北京物资学院信息学院,1,本章主要内容,2023/1/10,北京物资学院信息学院,2,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,第3章 系统工程方法论,系统工程的方法论（Methodology of Systems Engineering）系统工程研究中的一套程序化的基本工作方法，为了达到预期目标，运用系统工程的思想方法和最优化技术，来解决问题的工作程序和步骤。反映了系统工程研究和解决问题的一般规律或模式，即分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法，它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法和总体框架。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,3,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,4,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,系统方法论从属于方法论范畴，是以系统的观点研究系统方法（含技术和工具）的一门学问，以各种各样的系统方法为对象。从系统思想、系统方法论与系统方法三者之间的关系来看，系统方法论应该是处于系统思想指导下来研究系统方法这一层面。,一般认为，系统方法论应当包括三个基本要素：哲学和原则；程序步骤或过程；相应的系统方法、技术和工具。,第3章 系统工程方法论,3.1 概述,所谓方法论，就一般意义来说就是解决问题的辩证程序的总体。通过这样的程序把问题可利用的技术联系起来，求得问题的解决。它的意义可以说是设定问题的环境，即解决问题的概念、目标（功能目标和价值目标）、结构关系和过程、途径、方法选择依据等。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,6,3.1 概述,系统方法论的演进大致经历了以下八个过程：（1）系统研究方法最早出现的是20世纪30年代末、40年代初的运筹学方法。（2）20世纪50年代末60年代初形成了先有古德和麦克霍尔（1957），后有霍尔等学者提出的系统工程方法论，1969年霍尔提出的三维结构（时间维、逻辑维、知识维）矩阵。（3）20世纪50年代中，美国兰德公司提出了系统分析的方法论。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,7,3.1 概述,（4）20世纪50年代，美国麻省理工学院的福雷斯特教授融控制理论、控制论、系统论、信息论、计算机模拟技术、管理科学及决策论等学科的知识为一体，提出了系统动力学。（5）英国学者切克兰德在1981年提出了软系统方法论，之后又相继出现了一些软的系统方法论，如定性系统动力学、社会技术系统设计、管理控制论、组织控制论、战略假设表面化和验证、战略选择发展与分析、对话式计划、生存系统设计、社会选择、关键系统思考和关键系统干预法等。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,8,3.1 概述,（6）20世纪90年代初，弗勒德和杰克逊在吸收哈贝马斯的社会系统学说和摩根的组织理论的基础上，提出了批判系统方法论。（7）20世纪80年代初，针对系统研究本身缺乏系统性这一现状，西方系统学界开始了整合方法论的研究。具有代表性的有林斯通的多观点概念模型，沃菲尔德的互动管理，巴纳斯的（社会）系统设计等。（8）20世纪80年代末与90年代初，在东方出现了三个重要的系统方法论，即钱学森教授等提出的从定性到定量综合集成的方法论、日本堪木义一教授提出的西诺雅卡系统方法论和顾基发教授等提出的物理事理人理方法论。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,9,3.1 概述,系统工程方法论的特点是：（1）研究方法强调整体性（2）技术应用强调综合性（3）管理决策强调科学性,2023/1/10,北京物资学院信息学院,10,3.1 概述,2023/1/10,北京物资学院信息学院,11,系统运动图,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,12,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,3.2 霍尔方法论,在操作层次上的系统工程方法论中出现最早，影响最大的是1968年美国贝尔电话公司工程师霍尔提出的系统工程三维结构模型，简称为霍尔方法论，其三维是时间维、逻辑维和专业维（或知识维）。霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标志化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,13,3.2 霍尔方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,14,霍尔三维结构模型,3.2 霍尔方法论,3.2.1 时间维（粗结构）时间维表示系统工程从开始启动到最后完成的整个过程中按照时间划分的各个阶段所需要进行的工作，是保证任务按时完成的时间规划。1.规划阶段 根据系统的总体方针和发展战略制定规划。2.设计阶段 从社会、经济、技术等可行性方面进行综合分析，提出具体的设计方案。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,15,3.2 霍尔方法论,3.2.1 时间维（粗结构）3研制阶段以计划为行动指南，把人、财、物组成一个有机整体，使各环节、各部门围绕总目标，实现系统的研制方案，并随之做出生产计划。4生产阶段生产或者研制、开发出系统的零部件（硬、软件）及整个系统。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,16,3.2 霍尔方法论,3.2.1 时间维（粗结构）5运行阶段 把系统安装好，完成系统的运行计划，使系统按预定目标运行服务。6更新阶段 完成系统评价，在现有系统运行基础上，改进和更新系统，使系统更有效地工作，同时为系统进入下一个研制周期准备条件。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,17,3.2 霍尔方法论,3.2.2 逻辑维（细结构）逻辑维是指系统工程每一阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤，这是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序。1明确问题 尽可能全面收集资料、了解问题2系统设计 确定系统目标并据此设计出评价指标体系,2023/1/10,北京物资学院信息学院,18,3.2 霍尔方法论,3.2.2 逻辑维（细结构）3系统综合按照问题、环境、目标、条件，初步拟定若干个备选方案（假想方案或系统）。4系统分析 演绎上面提出的各种备选方案。利用模型来代替真实系统，利用演算或模拟来代替系统的实际运行,2023/1/10,北京物资学院信息学院,19,3.2 霍尔方法论,3.2.2 逻辑维（细结构）5系统评价多目标最优化方法进行评价，确定最优方案以及诸方案的优劣次序以供选择决策此步骤也称为最优化。6决策 在分析、优化和评价的基础上由决策者做出裁决，选定行动或者执行方案。7实施 即对选定的方案具体实施。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,20,3.2 霍尔方法论,3.2.2 逻辑维（细结构）,2023/1/10,北京物资学院信息学院,21,逻辑步骤示意图,3.2 霍尔方法论,3.2.3 专业维（知识维）专业维是指在完成上述各阶段、各步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括自然科学、工程技术、经济学、法律、管理科学、环境科学、计算机技术等方面。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,22,运用系统工程知识，把六个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,23,霍尔管理矩阵,3.2 霍尔方法论,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,24,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,3.3 软系统方法论,70年代以来，现代系统工程已用于研究社会经济系统及其发展战略问题，涉及的社会经济因素相当复杂。为适应这种发展，从70年代中期开始，有些学者对霍尔方法论提出了系统的修改意见，并提出了软系统方法论。其中，在80年代中前期由英国兰切斯特大学P切克兰德（PCheck land）教授提出的方法比较系统且具有一定的代表性。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,25,3.3 软系统方法论,3.3.1 软系统方法论的提出 切克兰德认为霍尔的系统工程方法论称为硬系统思想或硬系统方法论（Hard System Thinking/Hard System Methodology,HST/HSM），他自己提出一种软系统思想或称软系统方法论（Soft System Thinking/Soft System Methodology,SST/SSM）。他对“问题”作了区分，问题具有时间性、空间性、层次性。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,26,2023/1/10,北京物资学院信息学院,27,3.3 软系统方法论,3.3 软系统方法论,3.3.2 硬系统方法论的局限性 硬系统方法论的局限性如下：（1）没有为目标定义提供有效的方法，对于大多数系统管理问题而言，目标定义本身就是需要解决的首要问题；（2）没有考虑系统中人的主观因素（3）只有建立数学模型才能科学地解决问题，对于复杂的社会系统来说，通过模型求解得到的方案往往并不能解决实际问题。（4）更多关注定量分析方法,2023/1/10,北京物资学院信息学院,28,3.3 软系统方法论,3.3.3 软系统方法论的应用,2023/1/10,北京物资学院信息学院,29,软系统方法论的主要思路和工作步骤如图所示,3.3 软系统方法论,3.3.3 软系统方法论的应用 1问题情景描述 明确问题情景的结构变量、过程变量以及两者间的关系而不是定义问题本身。2相关问题的根定义确切定义相关系统是什么而不是做什么3建立概念模型根据根定义建立相关的概念模型 4概念模型与现实系统的比较目的是要发现两者之间的不同及其原因，以便改进。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,30,3.3 软系统方法论,3.3.3 软系统方法论的应用 5系统更新确定可能的变革。把决定付诸行动以改善问题的情景。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,31,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,32,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,3.4 综合集成方法论,3.4.1 综合集成方法论的提出 从定性到定量的综合集成法（Metasynthesis）是以钱学森院士为代表的中国学者的创造与贡献。钱学森院士在20世纪80年代初提出，将科学理论、经验知识、专家判断力相结合，用半理论半经验的方法来处理具有复杂行为的系统。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,33,3.4 综合集成方法论,3.4.1 综合集成方法论的提出1990年，钱学森院士明确提出，处理开放的复杂巨系统的方法论是从定性到定量的综合集成；作为一门技术，又称为综合集成技术；作为一门工程也可称为综合集成工程。1992年又发展为从定性到定量综合集成研讨厅体系的实践形式。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,34,3.4 综合集成方法论,3.4.1 综合集成方法论的提出理论基础是思维科学方法基础是系统科学和数学科学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术，实践基础是系统工程的应用，哲学基础是辩证唯物主义的实践论和认识认。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,35,3.4 综合集成方法论,3.4.2 综合集成方法的主要观点 1定性综合集成 由不同学科、不同领域专家组成专家体系进行多学科交叉研究，提出经验性假设、形成定性判断。2定性定量相结合综合集成 建立数据和信息体系、指标体系、模型体系，通过系统仿真和实验，对经验性假设的正确与否给出定量描述，增加了新的信息，这个过程可能反复多次,2023/1/10,北京物资学院信息学院,36,3.4 综合集成方法论,3.4.2 综合集成方法的主要观点 3从定性到定量综合集成 由专家体系对系统仿真和实验的结果进行综合集成，通过人机结合、反复对比、逐次逼近，直到专家们认为定量结果是可信的，也就完成了从定性到定量综合集成。从定性综合集成提出经验性判断，到人机结合的定性定量相结合综合集成得到定量描述，再到从定性到定量综合集成获得科学结论，这就实现了从经验性的定性认识上升到科学的定量认识。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,37,3.4 综合集成方法论,3.4.2 综合集成方法的主要观点 综合集成法的基本流程的工作步骤为：（1）对实际问题的信息资料进行收集，为建立模型提供基础数据；（2）专家团通过对问题进行分析研究，明确系统特性、确定建模思想；（3）将理论知识与经验假设相结合，从定性到定量地建立模型；,2023/1/10,北京物资学院信息学院,38,3.4 综合集成方法论,3.4.2 综合集成方法的主要观点（4）把有关的数据和信息输入计算机；（5）对系统行为进行计算机仿真模拟试验；（6）专家团对仿真结果进行分析评价和有效性检验；（7）根据前期结果调整有关参数，修改系统模型。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,39,2023/1/10,北京物资学院信息学院,40,综合集成方法的工作程序,3.4 综合集成方法论,（1）研究路线。综合集成方法采取由上而下和由下而上的路线，从整体到部分再由部分到整体，把宏观和微观研究统一起来，最终是从整体上研究和解决问题。（2）技术路线。采取人、机结合，人、网结合以人为主的信息、知识和智慧的综合集成，这个技术路线是以思维科学为基础的。（3）实现信息、知识和智慧的综合集成。信息、知识、智慧这是三个不同层次的问题。信息的综合集成可以获得知识，信息、知识的综合集成可以获得智慧。,3.4 综合集成方法论,3.4 综合集成方法论,3.4.3 综合集成法的特点 体现了一种人机结合以人为主的思维方式和研究方式（1）按照系统结构，能把多种科学结合起来，真正实施和实现多学科交叉研究。（2）能把科学理论和经验知识结合起来，把人们对客观事物星星点点的知识，汇集成一个系统的整体结构，达到定量认识。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,42,3.4 综合集成方法论,3.4.3 综合集成法的特点（3）定性综合集成提出经验性判断，这是非常重要的一步,虽然是经验性判断，但其中蕴含着专家体系知识和智慧的结晶。（4）人机结合以人为主，这里的人是指专家体系。（5）这个方法可以处理具有层次结构的系统问题，能把微观研究和宏观研究统一起来，诸如涌现（Emergence）这类问题的研究。大胆假设 严谨求证,2023/1/10,北京物资学院信息学院,43,3.4 综合集成方法论,3.4.3 综合集成法的特点（6）需要有数据和信息体系的支持，这就为统计指标设计和系统观测方式，提出了新的要求。（7）这个方法可以在线工作，也可以离线工作。（8）这个方法体现了社会思维和辩证思维，把这个方法和计算机网络等现代信息技术结合起来，就更能发挥这个方法的优势。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,44,3.4 综合集成方法论,3.4.3 综合集成法的特点 概括起来其主要特点有如下四个方面：（1）定性分析与定量计算相结合；（2）分析与综合相结合；（3）专家个人分析与多位不同领域专家的知识集成相结合；（4）专家直觉经验判断与计算机逻辑运算相结合。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,45,3.4 综合集成方法论,3.4.4 综合集成研讨厅体系 钱学森提出的“从定性到定量综合集成研讨厅体系”则是一个人机结合，人网结合的信息加工系统，知识生产系统、智慧集成系统，是知识生产力的实践形式，同时也是将系统工程成功的实践经验汇总和升华,2023/1/10,北京物资学院信息学院,46,3.4 综合集成方法论,3.4.4 综合集成研讨厅体系,2023/1/10,北京物资学院信息学院,47,综合集成研讨厅体系框图,3.4 综合集成方法论,3.4.4 综合集成研讨厅体系 综合集成法及其研讨厅体系既可以用来研究理论问题也可以用来解决实际问题。研讨厅体系可以看作由三部分组成：以计算机为核心的现代高新技术的集成与融合所构成的机器体系、专家体系、知识体系，其中专家体系和机器体系是知识体系的载体。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,48,在综合集成研讨厅体系这个概念中，综合集成是方法特征，研讨厅体系是组织形式。综合集成方法指出了解决复杂开放巨系统和复杂性问题的过程性以及过程的方向性和反复性。,综合集成研讨厅体系本身是个开放的、动态的体系，也是个不断发展和进化的体系。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,49,3.4 综合集成方法论,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,50,3.1 概述3.2 霍尔方法论3.3 软系统方法论3.4 综合集成方法论3.5 物理-事理-人理方法论,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.1 物理-事理-人理方法论的提出 物理事理一人理系统方法（简称WSR）是中国系统工程学会前理事长、中国科学院系统科学研究所研究员顾基发和华裔学者朱志昌博士在1995年提出的。“关系协调”,2023/1/10,北京物资学院信息学院,51,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.1 物理-事理-人理方法论的提出 物理是象征本体论的客观存在，包括物质及其组织结构；物理是阐述自然客观现象和客观存在的定律、规则物理是指物质运动和技术作用的一般规律，是一种客观存在，不以人的意志为转移；物理是指管理过程和管理对象中可以并应该由自然科学、工程技术描述和处理的层面。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,52,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.1 物理-事理-人理方法论的提出 事理是人们办成办好事情应遵循的道理、规律；事理是指方法，帮助人们基于客观存在有效处理事务的方法；事理是指管理者介入和执行管理事务的方式和规律，包括如何感知、看待、认识、思考、描述和组织管理对象和管理过程。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,53,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.1 物理-事理-人理方法论的提出 人理是关注、协调系统中所有团体相互之间的主观关系，包括顾客、权力当局、组织者、专家、潜在业主、使用者、操作者、受益和受损者；人理是基于心理学、社会学、组织行为学，结合文化、传统、价值、观念等，把人组织在一起有效地开展工作的方法；人理主要研究管理过程中管理主体之间如何相互沟通、学习、调整、谈判等技巧。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,54,自然科学是关于物理的科学；,运筹学是关于事理的科学（许国志），实际还包括管理科 学、系统科学，事理就是做事的道理；,处理好人的关系是人理学，就是人文科学、行为科学，人 理就是做人的道理。,27,2023/1/10,北京物资学院信息学院,55,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.2 物理-事理-人理方法的主要步骤,2023/1/10,北京物资学院信息学院,56,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.2 物理-事理-人理方法的主要步骤 1理解意图 明确要解决的问题、理解决策者的意图2调查分析 深人程度直接影响到后续协调关系过程的开展。3形成目标 在领会和理解决策者的意图以及进行深人的调查分析、取得相关信息后，进行系统目标的确定，形成目标,2023/1/10,北京物资学院信息学院,57,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.2 物理-事理-人理方法的主要步骤 4建立模型 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。5提出建议 运用模型，分析、比较、计算各种条件、环境、方案之后，可以得到解决问题的初步建议。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,58,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.2 物理-事理-人理方法的主要步骤 6实施方案 将上述建议付诸实施，在实施过程中也需要与相关主体进行沟通，以取得满意的效果。7协调关系 协调关系是整个系统工程活动的核心，在整个活动中发挥作用。在处理问题时，由于不同的人拥有的知识不同、立场不同、利益不同、价值观不同、认知不同，对同一个问题、同一个目标、同一个方案往往会有不同的看法和感受，因此往往需要协调。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,59,WSR系统方法论中常用的方法,物理,事理,人理,方法,要素,理解意图,了解领导最初想法，收,了解领导对目标的,了解哪些领导会,头脑风暴法，讨,集有关领导讲话,偏好，喜欢什么模,参加决策，谁来,论分析会，认知,型和评价标准,使用这个结果,图等,调查分析,通过现场调查和文件检,了解问题背景和有,弄清各种关系和,Delphi法，各种,索，分析现有资源和约,关经验、知识,必要的知识,调查表，交叉影,束条件,响分析，Kj法等,形成目标,列出所有可行的目标和,在目标中弄清它们,弄清各种目标涉,头脑风暴法，目,约束,的优先次序和权重,及到的人物,标树法等,建立模型,将各种目标和约束数据,选择适当的模型程,尽量把领导的意,各种建模方法和,化和规范化,序和知识,图放入模型中,工具,协调关系,协调所有模型、软硬件、,协调模型和知识的,协调各方面的利,冲突分析、和谐,数据的关系，即技术协,合理性，即知识协,益、观点、关,理论、亚对策等,调,调,系，即利益协调,提出建议,对各种物理设备和程序,将各种术语变为用,尽量让各方面易,各种统计图表等,进行安装、调式、验证,户能懂和喜欢的语,于接受、易于执,言,行,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.3 物理-事理-人理方法论的特点 WSR方法论具有如下主要特点：（1）首先它是自然科学、工程技术与社会科学的综合集成，这种综合集成不是简单的综合，而是贯通自然科学、技术科学与社会科学，使它们更深层次更复杂的交叉、渗透与综合。（2）其次，它是一个包含许多方法的总体方法，它所采用的模型方法不是运筹学或系统工程中的某一具体单个模型方法，而是方法群、模型库。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,61,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.3 物理-事理-人理方法论的特点（3）最后它以计算机为核心工具，利用计算机建立数据信息库、模型库、知识库、方法库，不断吸收新的数据、模型、方法充实系统本身，并随着时间环境等条件变化，分析调整模型，以更有效的指导人类的社会实践活动。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,62,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.4 物理-事理-人理方法论的应用原则1参与的原则 在整个项目过程中，领导、有关实际工作人员、系统工程人员都应自始至终、亲自参与。2综合集成的原则 由于问题涉及各种知识、信息，因此，需要将它们与讨论的专家意见进行综合，以便集众家之长，互相弥补。3人机结合的原则 以人为主，将人员、信息、计算机、通信手段有机结合起来，以提高工作能力和绩效。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,63,3.5 物理-事理-人理方法论,3.5.4 物理-事理-人理方法论的应用原则4迭代与学习的原则 不能强调一步到位，而要随时考虑新信息的影响，尤其对极其复杂的问题，要采取探索前进的办法。5区别对待的原则 要区别对待物理、事理、人理。6开放性的原则 项目工作的各个方面、各个环节必须开放。,2023/1/10,北京物资学院信息学院,64,第3章 系统工程方法论,2023/1/10,北京物资学院信息学院,65,1方法论与方法有什么区别？2简述系统工程方法论的主要内容。3系统工程方法论主要有哪些方法？4什么是硬系统方法论？什么是软系统方法论？简述其特点。5霍尔的三维结构都有什么具体内容？6简述切克兰德的系统工程方法论的内容。7简述霍尔和切克兰德系统工程方法论的主要区别。8综合集成的内容是什么？9论述综合集成方法的主要观点。10谈谈你对综合集成研讨厅体系的看法。11什么是物理？什么是事理？什么是人理？12简述物理-事理-人理方法的应用原则。13举例说明物理-事理-人理方法的主要步骤。,思考题,
