系统工程方法论ppt课件.ppt
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1、1,系统工程学,2 系统工程方法论,2,第二章 系统工程方法论,2.1 系统工程方法与方法论2.2 处理复杂系统问题的基本观点2.3 霍尔系统工程方法2.4 切克兰德的系统工程方法2.5 并行工程方法2.6 综合集成系统方法2.7物理-事理-人理系统方法2.8螺旋式推进系统方法,3,第二章 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,如霍尔三维结构模型、调查学习模式、物理-事理-人理方法论、螺旋式推进原则等;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。,4,2.1
2、 系统工程方法与方法论,方法: 用于完成一个既定任务的具体技术和操作。方法论: 进行研究和探索的一般途径,是对方法如何使用的指导。系统工程方法论: 研究和探索(复杂)系统问题的一般规律和途径。,5,2.1 系统工程方法与方法论,系统工程方法论的基本特点:,研究方法的整体性:如对“硬系统”,霍尔(Hall)提出了三维结构模型;对“软系统”,切可兰德(Checkland)提出了“调查学习”模式。,技术应用强调综合性:如系统分析方法,系统评价方法,系统仿真方法,系统预测方法等。,管理决策强调科学性:如系统决策方法。,6,2.2 处理复杂系统问题的基本观点,整体观点、层次观点、价值观点和发展观点。,2
3、.2.1 整体观点,整体观点是把系统内部所有要素看成一个整体。,案例:大型工程项目建设,7,整体,部分,制约,不慎, 皆输。,一着,全盘,8,胜,胜,败,败,败,败,上,中,下,下,中,上,齐威王,上,中,下,下,中,上,田忌赛,初赛,再赛,齐威王,田忌,田忌,9,2.2.2 层次观点,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。,案例:交通线路建设时序问题、地区社会经济发展,10,2.2.3 价值观点,价值观点指应考虑系统的投入与产出,用最少的投入价值创造出最多的使用价值。 价值观点提醒人们必须从价值角度去思考、研究、解决问题。 “希望马儿跑得快,希望马儿少吃草”
4、,案例:方案评估,11,2.2.4 发展观点,发展观点是指应该用动态的观点、用发展的观点去思考、研究、解决系统问题。 为什么要用发展的观点看问题? (1)系统永远处于运动之中; (2)选优的标准不断发展变化; (3)系统发展有阶段性。,12,2.3 霍尔系统工程方法,在系统工程方法中,出现最早、影响最大的是1969年霍尔(A.D.Hall)提出的系统工程三维结构模型,简称霍尔系统工程方法。从时间(阶段)、逻辑(步骤)、专业(知识)角度论述如何解决系统工程问题。,13,图2.1.1 霍尔的系统工程三维结构图,注意:霍尔三维结构模型主要针对的是硬系统!,实体系统,14,2.3.1 霍尔系统工程方法
5、的时间维,时间维表示从规划到更新,按时间顺序排列的系统工程全过程,分为6个阶段。 (1)规划阶段明确研究目标,提出自己的设想和初步方案。 (2)方案阶段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,实现系统的试制方案,并制定生产计划。,15,(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)运行阶段对系统进行安装和调试,使系统按预定的目标运行服务。 (6)更新阶段完成系统的评价、改进或更新系统,为系统进入下一个研制周期准备条件。,寿命周期:导入、成长、成熟、衰退,16,2.3.2 霍尔系统工程方法的逻辑维,逻辑维指每个阶段所要进行的工作步骤,是运用系统工程方
6、法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序。 (1)明确问题首先要明确要解决的问题,即明确要解决什么问题。 (2)确定目标系统指标设计。 (3)系统综合形成系统方案。,17,(4)系统分析应用系统工程技术,对每一个系统方案进行比较、分析、计算。 (5)系统优化寻找满足约束条件的最优方案。 (6)系统决策确定最佳方案。 (7)系统实施方案实施。,18,2.3.3 霍尔系统工程方法的专业维(知识维),专业维指解决一个系统工程问题,需要有相应的专业知识。运用系统工程知识,把6个时间阶段和7个逻辑步骤结合起来,便形成所谓霍尔管理矩阵。,19,2.3.4 霍尔管理矩阵,把时间维和逻辑维结合起来,形成二
7、维矩阵。,提醒人们在哪一个阶段该做哪一步工作,不走回头路,同时使人们明确各项具体工作在全局中的地位和作用,从而使资源得到合理安排,使工作井井有条、效率大大提高。,代表一项具体的管理活动,20,国内外许多事例表明,运用科学的系统工程过程系统管理方法,决策的可靠性可提高一倍以上,节约时间和总投资平均在15%以上,而用于管理的费用一般只占总投资的3%6%。在规划和方案探索阶段,只花去寿命周期费用的极少部分,但确定了工程要花费的70%;全面工程研制之前,花费的费用占到寿命周期费用的3%,但固定了寿命周期费用的85%;研制结束时,寿命周期费用已被基本固定。,基于 “三维结构”模型的,系统工程过程系统,2
8、1,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,A点,B点,时间维: 建设问题建设规划阶段,确定两点之间采用什么运输方式是规划研究的首要问题,22,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,A点,B点,专业维:参与该问题研究的人员:首先应具有方案比较、评价、选择等方面的技术能力;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、地区发展概况等。,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,23,明确问题,确定目标,系统综
9、合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,需求量及变化趋势国内外发展趋势运输方式的优缺点使用者的偏好,A点,B点,运输的对象人、物(液、气、固)运输量发展趋势不同的运输方式偏好,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,24,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,系统指标设计(可比性),安全性,经济性,准时性,舒适性,与现有运输网络接口,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,25,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,形成系统方案,不同时期,不同运输方式,组合方案,当前、未来铁路、航空、公路、水运等单独、组合形成
10、不同的方案,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,26,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案比较,根据指标体系,调查数据,比较分析,根据“确定目标”环节中给出的指标调查各种方案的数据比较分析,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,27,1、铁路运输铁路能提供长距离大宗商品的低成本、低能源运输,且能运输至少一整车皮的批量货物,其运输的经济里程一般在200公里以上。铁路运输的优点有:运输速度快,时速可达350公里;运输能力较大;运输连续性强;轨道运输的安全性能高;通用性能好;运输成本较低;能耗低。其缺点是:建设周期较长,占地也多;运能紧张;
11、近距离的运费较高;中途停留时间较长;装卸次数较多,货物损失事故多。综上,它主要适用于以下作业:大宗低值货物的中、长距离运输,也较适合运输散装、罐装货物; 适于大量货物一次高效率运输。,28,2、公路运输公路运输能提供更为灵活多样的服务,多用于价高量小的货物的门对门服务,其经济里程一般在200公里以内。公路运输的优点有:运输速度快;可靠性高,对产品损伤较少;机动性高;投资少,经济效益高;操作人员容易培训。其缺点有:变动成本相对较高;运输能力较小;能耗高;土地占用较多。综上,公路运输主要适用于以下作业:近距离的独立运输作业;补充和衔接其他运输方式。,29,3、水路运输水路运输通常表现为:远洋运输和
12、内河运输。其主要优点有:运能大;通用性较强,客货两宜;运输成本低。其缺点有:受自然气象条件因素影响大;营运范围受到限制;航行风险大,安全性略差;运送速度慢,准时性差;装卸作业量最大。所以,水运主要承担以下作业任务:承担大批量货物,特别是集装箱运输;承担原料半成品等散货运输;承担国贸运输,即远距离,运量大,不要求快速抵达的客货运输。,30,3、水路运输水路运输通常表现为四种形式:沿海运输,近海运输,远洋运输和内河运输。其主要优点有:运能大,能够运输数量巨大的货物;通用性较强,客货两宜;越洋运输大宗货品,连接被海洋所宏展的大陆,远洋运输是发展国际贸易的强大支柱;运输成本低,能以最低的单位运输成本提
13、供最大的货运量,尤其在运输大宗货物或散装货物时,采用专用的船舶运输,可以取得更好的技术经济效果;劳动生产率高;平均远距长。其缺点有:受自然气象条件因素影响大。由于季节、气候、水位等的影响,水运受限的程度大,因而一年中中断运输的时间较长;营运范围受到限制;航行风险大,安全性略差;运送速度慢,准时性差,在途中的货物多,会增加货主的流动资金占有量,经营风险增加;搬运成本与装卸费用高,这是因为运能最大,所以导致了装卸作业量最大。所以,水运主要承担以下作业任务:承担大批量货物,特别是集装箱运输;承担原料半成品等散货运输;承担国贸运输,即远距离,运量大,不要求快速抵达的客货运输。,1、铁路运输铁路能提供长
14、距离大宗商品的低成本、低能源运输,且能运输至少一整车皮的批量货物,其运输的经济里程一般在200公里以上。铁路运输的优点有:运输速度快,时速可达80120公里;运输能力较大,可满足大量货物一次性高效率运输;运输连续性强,由于运输过程受自然条件限制较小,所以可提供全天候的运行;轨道运输的安全性能高,运行较平稳;通用性能好,可以运送各类不同的货物;运输成本(特别是可变成本)较低;能耗低。其缺点是:设备和站台等限制使得铁路运输的固定成本高,建设周期较长,占地也多;由于设计能力是一定的,当市场运量在某一阶段急增时难以及时得到运输机会;铁路运输的固定成本很高,但变动成本相对较低,使得近距离的运费较高;长距
15、离运输情况下,由于需要进行货车配车,其中途停留时间较长;铁路运输由于装卸次数较多,货物损失事故通常也比其他运输方式多。综上,它主要适用于以下作业:;大宗低值货物的中、长距离运输,也较适合运输散装、罐装货物;适于大量货物一次高效率运输;对于运费负担能力小、货物批量大、运输距离长的货物来说,运费比较便宜。轨道运输,安全系数大。,2、公路运输公路运输能提供更为灵活多样的服务,多用于价高量小的货物的门对门服务,其经济里程一般在200公里以内。公路运输的优点有:运输速度快;可靠性高,对产品损伤较少;机动性高,可以选择不同的行车路线,灵活制定营运时间表,所以服务便利,能提供门到门服务,市场覆盖率高;投资少
16、,经济效益高。因为运输企业不需要拥有公路,所以其固定成本很低,且公路运输投资的周转速度快;操作人员容易培训。其缺点有:变动成本相对较高。公路的建设和维修费经常是以税和收费班的形式向汽运人征收的;运输能力较小,受容积限制,使它不能像铁路运输一样运大量不同品种和大件的货物;能耗高,环境污染比其他运输方式严重得多,劳动生产率低;土地占用较多。综上,公路运输主要适用于以下作业:近距离的独立运输作业;补充和衔接其他运输方式,当其他运输方式担负主要运输时,由汽车担负起点和终点处的短途集散运输,完成其他运输方式到达不了的地区的运输任务。,当然,运输方式的选择不仅限于单一的运输手段,而是通过多种运输手段的合理
17、组合实现物流的合理化。可以在不同运输方式间自由变化运输工具,也即“联运”。,31,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案优化 ,根据系统目标,实施难易程度,其他:,目标中的指标,偏好,当地经济发展概况,最优方案次优方案满意方案,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,例:物流 从物流系统的总体目标出发,运用系统理论和系统工程原理和方法,充分利用各种运输方式,选择合理的运输路线和运输工具,以最短的路径,最少的环节,最快的速度和最少的劳动消耗,组织好物质产品的运输活动。,逻辑维,32,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案选择
18、,决策者根据实际情况确定,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,33,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案实施,相关工程实施,提交有关部门审批,案例一:两点之间交通运输方式的选择问题,逻辑维,34,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,案例二:新产品开发,开发新产品(手机),需求量,产品定位,逻辑维,35,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,指标体系(手机),操作性,外形体积,功能,能耗,价格,案例二:新产品开发,逻辑维,36,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统
19、决策,系统实施,系统方案,功能、外观等的具体方案,此处是示意图开发应给出具体的设计方案,案例二:新产品开发,逻辑维,37,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案比较,根据指标体系,列出数据,比较分析,示意图产品开发还应有其他技术指标,案例二:新产品开发,逻辑维,38,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案优化-,根据系统总体目标等确定,案例二:新产品开发,逻辑维,39,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,方案选择 ,根据系统目标,决策者根据实际情况确定(企业生产水平、生产能力等),案例二:
20、新产品开发,逻辑维,40,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,系统优化,系统决策,系统实施,生产制造,案例二:新产品开发,逻辑维,41,2.4 切克兰德的系统工程方法,系统工程常常把所研究的系统分为良结构系统与不良结构系统,由于二者具有不同的特点,故分别采取不同的解决方法。,42,2.4 切克兰德的系统工程方法,如果用霍尔系统工程方法处理软系统问题,主要存在如下局限性:(1)大多数系统管理问题,目标本身就是需要研究、解决的问题;(2)硬系统方法论没有考虑人在系统中的作用;(3)实际中有很多系统问题是无法建立模型的。,43,2.4 切克兰德的系统工程方法,从系统工程方法论角度看,英国学者切克
21、兰德(P. B. Checkland)的“调查学习”方法具有更高的概括性。切克兰德的“调查学习”软系统方法的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。,44,切克兰德软系统方法论的思路和步骤,2.4 切克兰德的系统工程方法,45,(1)系统现状说明(2)弄清关联因素 (3)建立概念模型: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 (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,2.4 切克兰德的系统工程方法,46,案例:建设世界一流大学的问题,问题:如何创办世界一
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