自然辩证法第十章工程方法论课件.ppt

第十章 工程方法论,第一节 工程方法概述第二节 工程的基本系统方法第三节 工程的综合集成方法,主讲人：制作人：小组成员：,第一节、工程方法概述1、工程方法的内涵和外延内涵：工程方法是指人们在工程认识和实践活动中所采取的方式、规则、路线与程序等。显然，工程方法是在人们长期工程认识和实践活动中形成的，并随着工程认识和实践活动的深入而不断发展。,外延：按其普遍性程度，工程方法可分成特殊方法和一般方法。特殊方法只适用于某个或某几个工程领域。如：金属冶炼中的氧化还原法，机械加工中的铸造、锻压、焊接、热处理等方法；一般方法适用于各个工程领域，如选题方法、收集科技情报方法、试验方法、设计方法等。研究这些一般方法，特别是研究处理工程问题的基本思想和原则，则是工程方法论的主要任务。,2、工程问题的特点1）工程问题的系统性 一项工程系统包括9个基本要素和6个子系统。,9个基本要素是：用户：期望使用工程产品的人或组织；目标：用户期望什么产品，应有哪些功能，如何工作，期望 在什么条件下工作，带来什么价值，不希望它产生哪 些消极后果；资源：实现用户期望目标的可利用的基本物资条件；行动者：包括工程主承包商、子承包商、供应商、管理监督单 位、后勤保障单位等；方法与技术：行动者使用的有效完成工程任务的手段和方法；过程：包括工程开始、中间经历的一系列阶段、工程结束；时间：整个工程的持续时间，每项工程活动起始和完成的时 间，不同活动之间的时序关系；活动：在工程过程的每个阶段，每个行动者做什么、做的依 据、具体做法；环境：包括广泛的社会的、自然的背景。,6个子系统是：工程对象系统 它是用户所期望的一种产品。工程过程系统 它是工程所经历的所有阶段或步骤及其所有活动 的有序集合，因而又叫做工程系统开发生命周 期，还叫做工程项目生命周期。工程技术系统 工程技术活动及其所使用的全部原理和方法的有机集合。工程管理系统 工程管理活动及其所使用的全部原理和方法的有机集合。工程组织系统 它是为获取工程对象系统产品所涉及的所有组织、个人 及其技能、知识结构、组织准则、道德水准和行为规范 的有机集合。工程支持系统 它是为正常而有效地进行工程技术活动和工程管理活动 提供保障的全部实体的有机集合。,2）工程问题的集成性工程活动的复杂性不仅需要系统思考，还需要综合集成。集成：“集”是指会集、聚集的意思，“成”是指融合一体，重铸，重生。所以，集成是将众多的知识、方法、工具和信息，综合、重整、融汇在一起，实现协同的运作，从而创造工程的巨大价值。,工程问题集成的第一个层次是技术要素层次的集成。工程是多种技术的有效集成。工程科学可以看成是以一种核心专业技术或几种专业核心技术加上相关配套的专业技术所构成的集成性知识体系。工程问题集成性的第二层次是技术要素与其他要素的集成。工程往往是复杂的，工程活动中包括了物质要素、技术要素、经济要素、管理要素、社会要素文化要素等多种要素的集成。工程活动是人们改造自然的活动，同时也是社会活动，工程决策、设计、施工、运行必须考虑民众的要求。,第二节 工程基本系统方法,1、工程的系统方法论概述1）概念 工程的系统方法论是指处理工程问题的系统思想和原则，即把处理的对象视为一个系统，基于系统科学的观点和理论，运用系统思维方式加以认识和构建的思想与原则。,2）内容 第一、硬系统方法论贝尔电话实验室工程师霍尔提出了系统工程三维结构，作为硬系统方法论的经典，得到广泛应用：逻辑维：某一系统工程，从逻辑顺序上可分为七个步骤：问题的确定 选择目标 系统综合 系统分析 优化决策 规划行动,时间维：一项工程，工作过程可分为七个阶段：规划阶段（调研、工作程序设计阶段）方案阶段（具体计划阶段）研制阶段（系统开发）生产阶段 安装阶段 运行阶段 更新阶段,知识维：它是完成上述工作阶段和步骤所需的各种知识和工程专业技术，包括：相关的社会科学（如商业、法律等）自然科学和相关的工程技术,第二、软系统方法论 软系统方法论是由英国学者切克兰德提出的，它主要适用于没有明确目标和问题定义的所谓无良好结构的软问题。这种方法论强调通过人的交流讨论，对问题的实质有所认识，逐步明确系统的目标，经过不断的反馈，逐步深化对系统的了解，进而得出满意的可行解。软系统方法论强调不断的反馈和学习。它通过组织讨论，听取各方面有关人员的意见，反复比较和学习，寻求可能的满意的结果。它主要依靠定性的方法。,收集尽可能多的问题情境，建立所研究情境的最充分的可能图像,作出系统的根定义抓住问题的本质,系统的受益者或受害者；系统的执行者；系统从输入到输出的变换过程；世界观；系统所有者；系统的环境约束,建立概念模型,系统的概念模型描述系统必须做什么才能是根定义所规定的系统,将概念模型与现实情境相比较，发现差异,进行模型的修正，实施“可行的和合乎需要”的变革。,3）工程的系统方法论原则整体性原则 是基于系统整体性原理 层次性原则 工程的系统方法论要求采取层次结构的 形式来建构复杂的工程系统。动态性原则 工程的系统方法论强调在运动和变化 的过程中来把握事物。协调优化原则 在处理工程问题时，统筹兼顾，大力协 同，多中选优，在限定的条件下达到最 优的效果 工程目标系统与环境的综合多种技术 综合集成原则 的综合集成工程的组织管理集成,2、工程系统分析与决策方法1）工程系统分析的含义 工程系统分析是在对一项工程的系统性认识基础上，为达到预期目标提出可供选择的最优方案的分析研究过程。工程系统分析是以工程的整体效益为目标，以寻求解决特定问题的最佳策略为重点，运用计量分析方法，凭借价值判断来处理问题的。,工程系统分析为系统设计所提供的成果是：工程建设的必要性和可行性；工程的目标和约束；工程系统的框架结构和评价基础；可供进一步加工的工程系统方案等。工程系统分析提供的成果主要以系统定义规格说明书形式表现出来,2）工程系统分析的要素第一，问题 主要是分析问题情境和问题内容、明确问题性质和问题条件。问题情境是问题得以构成的环境，人们常常因忽视对问题情境的准确分析而“抓”不住真正的问题。问题内容是问题本身的构成系统，分析问题内容就是辨识主问题和子问题系列、问题的层次结构等。,第二，目标 目标是工程所希望达到的结果或完成的任务。目标分析就是确定和分析工程系统的目的及其目标，分析和确定为达到工程系统目标所必须具备的工程系统功能和技术条件。目标分析的核心问题是明确要做什么、相应的技术和使用性能的要求等。,第三，可行方案 一般情况下，实现某一目标，可采取多种手段和措施。这些手段和措施在工程分析中称为可行方案，或称备选方案。当目标明确后，就要通过系统分析，提出多种可行方案。对方案的要求一般包括：方案的稳健性、可靠性、完整性、适应性、可操作性等。,第四，模型 模型是真实系统的替代物，作为真实系统的简化和抽象化，可以在一定程度上清晰、形象、深入地反映真实系统的属性。所以，模型比真实系统容易理解，便于操作、试验、模拟和优化。在工程系统分析中常常通过建立相应的结构模型、数学模型或仿真模型等来规范分析各种备选方案。,第五，评价 评价即评定不同方案对实现工程系统目标的达到程度。它是在考虑实现方案的综合费用和方案实现后的综合效果后，按照一定的评价标准，确定各种待选方案优先顺序，为决策提供依据。比较有代表性的系统评价方法有：费用-效益分析法、评分法、关联矩阵法、数据包络分析法、模糊综合评判法和层次分析法等。,3）工程系统分析的准则第一，系统与外部环境相结合。第二，当前利益与长远利益相结合。第三，局部效果与整体效果相结合。第四，定量分析与定性分析相结合。,4)工程系统分析的逻辑程序,5)工程决策 这里的工程决策是指选择方案的活动，是决策者最后做出决定的过程。工程决策具有重要的意义，其正确与否直接决定着工程的成败，并由此可能影响到整个社会的稳定和发展。为此，工程决策者务须掌握科学决策的理论和方法，站在工程全局，甚至国家战略的高度，审时度势，权衡利弊，作出科学决策。,科学决策包含三方面的内容：严格实行科学的决策程序；依靠专家和运用科学的决策技术；运用科学的思维方法进行决断。,科学决策必须遵循八条准则：情报准则：决策应以可靠的，高质量的情报资料为基础。预测准则：决策必须要有远见卓识。科学准则：用科学理论作为决策的指导。系统准则：要考虑涉及到的整个系统和相关系统，还应 使系统与环境能彼此协调。可行准则：决策是可行的。选优原则：必须根据一定价值标准选择满意或最优方案。行动准则：决策都是要付诸实施的。反馈准则：应及时根据实践中的新情况、新发现作出相 应调整。,3、工程系统设计方法1）工程系统设计的含义与特点 工程系统设计，是运用系统思想，综合应用各学科知识、技术和经验，通过一系列的分析-综合过程，将以系统定义规格说明书形态存在的概念的工程对象系统逐步转化为合理的、最优的和可实行的系统配置及实施“方案”或“图纸”的过程。,工程系统设计的特点是：创造性：工程系统设计需要创造出那些先前不存在的甚 至不存在于人们观念中的新东西；复杂性：工程系统设计总是涉及到具有多变量、多参数、多目标和多重约束条件的复杂问题；选择性：在各个层次上，工程设计都必须在许多不同的 解决方案中作出选择；折中性：工程设计常常需要在多个相互冲突的目标及约 束条件之间进行权衡和折中。,2）工程系统设计的考虑因素,工程系统设计的考虑因素,3）工程系统设计的程序,工程系统设计的程序,4、工程系统实施方法1）工程系统实施的含义 工程系统实施是把已经设计好的文件图纸变成真实可运行的工程物理系统，是一个由虚变实的建造过程。工程系统实施的基本任务是建造物理设备、协调建造中提出的与设计有关的问题、测试并鉴定物理设备等。,2）工程系统实施的项目生产体制工程系统实施一般采用项目生产体制。与连续生产体制相比，项目生产体制有如下特点：第一，活动过程的一次性。第二，具有预定的目标，具有时间、财务、人力和其他限 制条件。第三，项目组织的特殊性。第四，专业化程度较低，对工人和技术人员的技术水平要 求高。第五，采用非流水线生产方式，通用设备或大型设备用得 较多,要求较高的柔性制造技术。第六，生产计划和控制复杂，生产率比较低。,3）工程系统实施的组织方式第一，平行承发包模式。第二，总承包模式。第三，承包联营模式。第四，承包监理模式。,第三节 工程的综合集成方法1、从定性到定量综合集成方法1）从定性到定量综合集成方法的含义 从定性到定量综合集成方法就是指综合集成定性认识达到整体定量认识的方法。就其实质而言，定性与定量相结合的综合集成法是将专家群体(各种有关的专家)、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来，把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来，用于解决问题。从定性到定量综合集成方法的内容是：实现信息、知识、智慧的综合集成。,从定性到定量的综合集成法概括起来具有以下特点：1)根据开放的复杂巨系统的复杂机制和变量众多的特点，把定性 研究和定量研究有机的结合起来，从多方面的定性认识上升到 定量认识。2)由于系统的复杂性，要把科学理论和经验知识结合起来，把人 对客观事物的星星点点知识综合集中起来，解决问题。3)根据系统思想，把多种学科结合起来进行研究。4)根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究和微观研究统一起来5）人机结合，以人为主。在解决问题的过程中,专家群体和专 家的经验知识起着重要的作用。,2）从定性到定量综合集成方法的实施程序,定性综合集成,定性、定量相结合综合集成,从定性到定量综合集成,数据、信息、指标体系,2、从定性到定量综合集成研讨厅体系的方法1）从定性到定量综合集成研讨厅体系方法的含义 从定性到定量综合集成研讨厅体系方法是钱学森提出的，应用从定性到定量综合集成方法，解决开放的复杂巨系统问题的实践方式。作为一种解决问题的方法，从定性到定量综合集成研讨厅体系不是一系列的公式的汇总，也不是以某几条公理为基础搭建起来的抽象框架。其实质是指导人们在处理复杂问题时，把专家的智慧、计算机的智能和各种数据、信息有机地结合起来，把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来，构成一个统一的、人机结合的巨型智能系统和问题求解系统。这个方法的核心在于人的心智与机器高性能的取长补短、综合集成。,从定性到定量综合集成研讨厅体系具有以下特点：第一、是专家们同计算机和信息资料情报系统一起工作的“厅”。是人机结合的智能计算机体系；是巨型人机结合的智能系统。不仅具有知识采集、存储、传递、共享、调用、分析和综合等功能，更重要的是具有产生新知识的功能，是知识的生产系统，知识发现的技术。第二、人机结合的方法：从定性到定量综合集成研讨厅体系中，核心的是人，即专家们，整个体系的成效有赖于专家们；把人集成于系统之中，采取人机结合、以人为主的技术路线，充分发挥人的作用。,第三、集大成，得智慧，以此来解决现实生活中的复杂问题。通过研讨厅体系可把今天世界上千百万人的聪明智慧和古人的智慧(通过书本的记载，以知识工程中的专家系统表现出来)统统综合集成起来，以得出完备的思想和结论。第四、体现民主集中制和辩证思维原则。通过研讨厅体系（可以是电子空间），参与者跨越时间和地域的限制，互相启发，互相激活，形成远远胜过一个人的智慧的集体创见。,2）从定性到定量综合集成研讨厅体系方法的实行 一个实际的研讨厅体系应该由三个部分组成：专家体系、知识/信息体系 机器体系。,从定性到定量综合集成研讨厅体系的实现，需要逐个考虑以上三个体系的实现问题：第一、专家体系的建设涉及到专家群体的角色划分问题、专家群体不良思维模式的预防及纠正、专家个体之间的有效交互方式、研讨过程的组织形式问题等等；第二、机器体系的建设涉及到基本系统(包括软、硬件)框架的设计、功能模块和软件模块的分析与综合，软件系统开发方法的选择等问题；第三、知识/信息体系的建设则涉及到知识，尤其是定性知识和非结构化知识的表达与抽取问题，知识的共享、重用和管理问题，信息的获取和推荐问题等,3、总体设计部方法 20世纪80年代末90年代初，钱学森先后提出“从定性到定量综合集成方法”和“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，并将运用这套方法的集体称为总体设计部。他说：“我们把处理开放的复杂巨系统的方法定名为从定性到定量综合集成方法，把运用这个方法的集体称为总体设计部。”,复习题 1、试述工程的本质与特征。2、工程分为哪些类型。,参考文献1 陈昌曙.技术哲学引论M,北京：科学出版社，1999；2蔡乾和.从“四元知识链”的视角看工程创新J.东北大学学报(社会科学版),2008(3)。,谢谢！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,