系统工程的方法论.ppt

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1、1,系统工程方法与方法论,人们将研究、分析和处理问题的思想、程序和基本原则叫做方法论。系统工程方法 1、方法层次上的方法：研究、分析、处理系统工程问题运用的程序和基本原则 2、技术层次上的方法：处理复杂系统问题常用的一些具体方法系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本思想和方法论层次上各种方法的总和。,第二章 系统工程的方法论,2,系统工程方法论,方法和方法论在认识上是两个不同的范畴。方法是用于完成一个既定任务的具体技术和操作；而方法论是进行研究和探索的一般途径，是对方法如何使用的指导。系统工程方法论是研究和探索（复杂）系统问题的一般规律和途径。系统工程方法论就是分析和解决系统开发、运作及管

2、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。系统工程方法论特点:研究方法强调整体性 技术应用强调综合性 管理决策强调科学性,3,环境科学社会科学工程技术计算机科学管理科学经济法律,时间维（时间进程）,明确问题,选择目标,系统综合,系统分析,方案优化,作出决策,付诸实施,A B C D E F G,6 5 4 3 2 1,方案阶段,研制阶段,生产阶段,运行阶段,更新阶段,一、霍尔“三维结构”模型,第一节 系统工程的基本工作过程,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。,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

3、。,时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。,4,1.时间维,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。（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）设计（方案）阶段根据规划阶段所提出的设计思想和初步方案，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。,(4)运筹或生产阶段。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

4、划。(5)系统实施或“安装”阶段。把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。(6)运行阶段。系统投入运行，为预期用途服务。(7)更新阶段。改进或取消旧系统，建立新系统。其中规划、设计与研制阶段共同构成系统的开发阶段。,（1）明确问题 1）明确问题的性质。即指是什么样的系统问题（是硬件开发？还是软件设计等）；提出的主要指标（如工期、可靠性、先进性等）；问题的复杂程度评估等。2）明确系统开发的目的和意义。为此要较全面地了解生产急需情况及国内外研究现状，进而为设计系统目标提供依据。3）明确系统的边界，即建立系统与环境的概念，从而为确定系统的输入与输出关系提供依据。4）明确完成该项开发活动可能提供的人、

5、财、物等方面的条件。,2.逻辑维(七个步骤),（2）系统设计：设计系统目标系统目标体系设计：,目标体系层次结构,1,2,3,总目标,分目标,具体目标,目标体系设计应注意以下三条原则：第一、突出主要目标原则；第二、目标独立性原则；第三、有利决策原则。在给出量化指标时，必须满足：第一、与上级大系统指标要求相一致原则；第二、指标的先进性与可行性相统一原则；第三、留出置信区间原则。,农业系统目标设计实例,(3)系统综合 综合就是组装，也是创造。系统综合：是根据系统目标要求，综合加工信息，形成系统概念，并使目标达成的创造性劳动过程。核心：是概念开发，而不是具体设计。,系统综合可细分为：技术综合 侧重于将

6、现有科技成果加以有机地组装，形成不同的系统开发方案的过程；环境综合 侧重于对工程开发价值的评定，如目标选择的先进性，技术上的可行性、社会环境的融合性等，以便把握机会，对付竞争。环境综合比技术综合更重要，也最困难，必须深入调查研究，广泛占有信息，并经过反复论证才行。技术综合与环境综合也不能截然分开，经常是二者同时考虑，互为补充。,（4）系统分析 系统分析是系统工程人员使用科学的工具和方法，对系统的目的、功能、环境、费用、效益等进行充分的调查研究，通过数据处理和模型化方法，得出评价系统功能、费用等量化指标，来作为决策者确定最优方案的依据。主要内容：系统环境分析，包括自然环境和社会环境，如资源潜力、

7、市场情况、投资能力、人口发展等；方案可行性分析，重点分析方案的先进性、实用性和可操作性；经济活动分析，主要包括投入产业分析、投资效益分析等。,（5）系统优化一般解释：在满足一组约束条件情况下，使目标函数取得极大值或极小值的求解过程。系统工程观点：包括数学模型模型优化和多方案综合评定。,(6)决策:在分析、优化和评价的基础上，由决策者做出裁决，选定行动方案。(7)实施,决策者水平高,决策者能力不强承担后果,16,霍尔系统工程方法的专业维指解决一个系统工程问题，需要有相应专业知识。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

8、能有效地进行系统工程的研究，解决相应的问题。,3.霍尔系统工程方法的知识维或专业维,17,【案例】两点之间的交通运输方式的选择（内容略）【案例分析】（1）时间维：从道路“规划研究”开始（2）专业维：要求参加问题研究人员要有“经济学、社会学、工程学、心理学、法学、环境科学”等方面的知识.（3）逻辑维：按照逻辑维要求开展研究工作，具体为“明确问题系统指标分析系统综合系统分析系统优化系统决策系统实施”,18,运用SE知识，把三维结构中的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如下：,霍尔管理矩阵,代表一项具体的管理活动,19,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，

9、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。,基于“三维结构”模型的,系统工程过程系统,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，只花去装备寿命

10、周期费用的极少部分，但确定了装备一生要花费用的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，装备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,21,寿命周期费用,寿命周期费用（LCC，Life Cycle Cost）是指装备在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用与保障、退役所付出的一切费用之和，亦即系统在寿命周期内，为购置以及维持其正常运行所需支付的全部费用。,22,系统可以分为硬系统和软系统。硬系统偏重工程系统、机理明显的物理系统。硬系统便于观察，便于用数学模型描述，可以用现成的定量方法计算出系统的行为和最佳结

11、果。软系统偏重社会、机理，尚不清楚的生物型的软系统，难以用数学模型描述，只能半定量、半定性或者只能用定性的方法来处理。用霍尔系统工程方法处理软系统问题，存在局限性：（1）大部分管理问题目标不清楚，需要研究、定义；（2）霍尔系统工程方法针对硬系统，没考虑人的作用，忽视人的主观认识；（3）实际中很多问题无法建立模型。,二、切克兰德方法论,23,处理软系统的方法有很多，如专家调查法（德尔菲法）、情景分析法、冲突分析法等。但从系统工程方法论角度看，80年代中前期英国学者切克兰德（P.B.Checkland）提出的“调查学习”方法（软方法）具有更高的概况性。切克兰德的“调查学习”软系统方法的核心是“调查

12、、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。,24,方法步骤如下：(1)不良结构系统现状说明。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。,25,切克兰德方法论的主要内容和工作过程,26,切克兰德

13、的“调查学习”软方法的核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径。,概念模型代替数学模型，思路更加开阔。,满意解代替最优解，价值观方面的重要变化。,1.问题情景描述 问题是已能明确确定下来的某些东西。问题情景是指人们感觉到其中有问题却不能确切定义的某种环境。目的 是要明确问题情景的结构变量、过程变量以及两者之间的关系，而不是定义问题本身。问题情景的相关系统 与问题情景密切相关的系统观点。如：研究一个公共图书馆 当地政府建立的一个休闲场所；教育系统的一个部分；一个存储并将存储物提供给公众使用的系统等,2.相关系统的根定义 根据分析者的观

14、点形成相关系统的概念，称之为相关系统的根定义。如：DISCO音乐会可以给出以下两个根定义：（1）它是传统商业活动系统；（2）它是用DISCO作为一种亚文化的象征来表达一种特殊生活方式的系统。对于同一个问题情景，不同的人可能给出不同的根定义。不同根定义的交集将形成该问题情景的“内核”。,根定义的特征,选择某些有潜力对问题情形提供洞察力的有关人类活动系统，并基于这些系统建立根定义。应该对一个根定义进行充分的明确表述，以便能够抓住相关系统的本质。根定义有其形式上的特征。它应含有CATWOE要素。C：顾客，即系统的受益者；A：进行系统变换的行动者；T：系统的变换；W：对世界的印象，类似于世界观，但强调

15、其中的价值观与伦理观，它使得具体的人类活动系统的思 考有意义：O：系统的拥有者，它掌管着系统，并有终止系统的权力：E：更大系统和环境对系统的约束。,举例：基于CATWOE要素的中国邮政营销体系的根定义,经过现状描述后，我们对于基于中国邮政集团整体业务发展的邮政营销体系建设现状已经有了全面和较为准确的认识，从而可以按照CATWOE要素模型建立中国邮政营销体系的根底定义：C(系统的受益者或受害者)：系统中最终受到影响的是邮政企业和顾客，邮政营销体系的构建事关中国邮政业务的长远发展，只有邮政业务健康持续发展，邮政的核心竞争力得到明确与加强，中国邮政才能不断为国民提供优质的邮政服务产品，不断提高为政府

16、与社会提供普遍服务与特殊服务的能力。A(进行系统变换的行动者)：邮政企业内部职能部门，是执行邮政营销体系主要活动者；T(系统的变换)：通过规划手段促进邮政营销体系的建立与完善，促进邮政业务的发展；,W(对世界的印象)：现代邮政业的发展水平已经成为影响国家与各地方综合竞争力的重要因素，所以无论是处于地方经济的发展需要还是出于邮政自身的发展需要，都需要建立一套达到如下要求的邮政营销体系：(1)适应企业发展和市场竞争需要；(2)机构健全，机制创新；(3)经营方式从以业务为中心到以客户为中心转变；(4)不断提高中国邮政的核心竞争力；(5)促进邮政业务的健康持续发展；(6)综合营销与专业营销相结合。O(

17、系统的拥有者)：政府与各级邮政企业，掌管着邮政营销体系，并有终止邮政营销体系存在的权力；E(更大系统和环境对系统的约束)：邮政营销的发展环境，包括国内和国际环境因素。,3.建立概念模型 概念模型 是根据根定义做出的，它不涉及实际系统的构成，它不是实际中正在运行的系统的重复和描述。(a)是根据系统理论建立的标准系统，用来检验概念模型是否完备，若不完备，则要说明原因。(b)涉及其他一些系统思想，比如系统动力学、社会技术系统等，也许这些思想更适合于描述当前系统，提醒分析者全面分析问题。,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。5.系统更新变革条件 在给定占优势的态

18、度和权力结构、并考虑到所考察情景的历史的前提下，它们应是合乎需要的和可行的。任务 将阶段的决定付诸行动以改善问题的情景。,软系统方法论的应用情况及评价 1.应用领域（1）有助于系统理论方面的研究与应用；（2）有助于决策理论的研究与应用；（3）有助于推动其他软系统问题的研究工作。2.软系统方法论的特点（1）与目标不明、非结构化的“麻烦”有关；（2）强调过程，即与学习和决策有关；（3）与感性认识、世界观及人类把组织现实的内涵与环境相联系的方式有关；（4）用模型的术语来说，它是非数量型的；（5）依靠加深对问题情景的理解来改进它；（6）依赖于解释社会理论；（7）与对统治人类社会的社会规则的理解有关。,

19、软系统方法论的不足：（1）不大适合处理突发事件，不能寄希望它立竿见影；（2）在解释问题情景中的权利与冲突时缺乏可信度，因此在考虑社会变革时往往是保守的；（3）缺乏明确的组织变革理论，只能通过有关参与者相互之间的沟通来激发变革；（4）没有提及行为措施的合理性与合法性的关系；人们往往忽视问题的合理解决方法与当权者利益之间的冲突。,36,三、霍尔三维结构模型与切克兰德工程方法比较：,霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。在此基础上，两种方法论主要存在以下不同点：（1）霍尔方法论主要以硬系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统

20、问题的研究。（2）前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。（3）前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。,软系统与硬系统的方法论比较,关于分析：泰罗将分析的力量和精确与纪律带到了工厂车间，他使用秒表，从理论上说，一位名叫施密特的生铁铲运工每天可以47吨，而普通工作量为125吨。泰罗说：科学管理就是“75%的科学加上25%的常识”；程序性工作占我们工作总量的80%泰罗预言：在未来，专家将决定我们日常活动的最佳行动方案，他们首先对工作进行分析，然后测出不同种方法做每一项工作所花时间，最后他们从准确的知识中而不是其他什么人的观念里了解到哪一种方法可以

21、最少的投入在最快的时间里完成工作。,一、系统分析的概念及要素,系统分析一词最早是第二次世界大战后由美国兰德公司开发的研究大型工程项目等大规模复杂系统问题的一种方法论而出现的.早期主要用于武器系统的成本效益分析，年代后，开始用于社会经济系统。1.定义 系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。,第二节 系统分析原理,问题,方案,模型,评价,系统分析的要素,2.要素,决策者,目的及目标,认识问题,探寻目标,综合方案,模型化,优化或仿真分析,系统评价,决策,Y,N,初步分析,规范分析,综合分析,

22、二、系统分析的程序,初步分析阶段围绕六个问题：,TEXT,Why,What,Where,When,Who,How,研究什么问题对象系统的要素是什 么？,为什么要研究？,系统边界和环境如何？,分析的是什么时候的情况？,关键主体是谁？,如何实现系统的目标状态？,初步分析的基本任务：对研究问题的粗加工；处认识问题阶段；初步分析的基本规则：目标导向；初步分析的基本技能：5W1H；假设树,问题的辨识（1）描述问题（2）研究问题的机会 为什么现在研究，而过去不研究，何时做好（3）弄清问题的性质 是评价分析还是决策（4）分析解决问题的目的（5）根据目的确定问题的范围和研究的深度（6）解决问题的方式和人员（7

23、）组织方式和方法,（一）问题的辨识,2。研究问题的起因（1）问题 1）和原设想的有出入（原定目标、修改目标）2）正常运行受阻（内部、外部环境变化）3）发现某种缺陷和不足（完善）（2）危机 1）受外部环境的重大威胁 2）内部出现重大问题 3）出现致命性的缺陷（3）机会 1）来自问题本身的 2）来自系统外部的 3）其它可利用的,有利条件,问题,危机,机会,问题的辨识,3.问题的性质分析问题的类型（经济、社会、生产组织等）问题的紧迫程度（急、缓）问题的复杂程度（复、简）,复杂程度,类型,简 复,急 缓,紧迫程度,问题的辨识,组织建立原则,按内容设立,如设立大学生素质教育中心，建立教学组、科技组、演讲

24、组等,针对任务或目的，按功能设置。,如完成一大型系列活动，建立活动组，秘书组，操练组，宣传组等,按功能设立,4.组织设立与管理,问题的辨识,系统环境分析（1）系统环境的概念（2）环境因素的分类分析（3）环境因素的确定与评价（4）SWOT分析方法,（二）系统环境分析,系统环境分析,1.系统环境的概念（1）系统环境的定义 系统环境是指存在于系统之外的系统无法控制的自然、经济、社会、技术、信息和人际关系的总称。（2）系统总存在于一定的环境中。,系 统,按系统与环境的关系分类,孤立系统,封闭系统,开放系统,（3）系统环境分析的意义 系统环境决定着系统的生存与发展，系统环境的变化充满了不确定性。环境分析

25、几乎贯穿于系统分析的全过程，具有重要的作用。首先：在认识问题阶段，只有正确区分各种环境要素，才能划定系统边界。其次，在探寻目标阶段，要根据环境对系统的要求建立系统的目标结构，以求得系统对环境的最优和最大输出。第三，在综合方案阶段，要考虑到环境条件及其变化对方案可行性的影响，选择出能适应环境变化的切实可行的行动方案。第四，在模型化及其分析阶段，要充分而正确地考虑到各主要环境条件（如人、财、物、政策）第五，在评价和决策阶段，要通过灵敏度分析和风险分析等途径，减少环境变化对最佳决策方案的影响，提高政策与策略的相对稳定性和环境适应性。,环境是提出系统工程课题的来源,系统边界的确定要考虑环境因素,系统分

26、析与决策的资料取决于环境,系统分析的好坏最终最需要系统环境的检验与评价,系统的外部约束通常来自环境,意义,2.环境因素的分类分析从系统论的观点出发，全部环境因素应化为三大类，如下表：,3.SWOT分析法对环境因素进行分析的常用工具。S（Strength）：优势 W（Weakness）：劣势O（Opportunities）：机会 T（Threads）：威胁,设定任务和使命决定干什么,环境分析分析外部条件存在的机会和威胁,系统内部评价分析内部竞争能力的优势和劣势,设定目标确定系统的目标和方向,形成战略确定系统的发展战略,图：SWOT分析过程示意图,举例 以企业经营管理系统为例进行环境分析，它所面临

27、的主要环境因素如下图所示：,企业,评估科技发展动态,预期自行开发的新产品,竞争对手的开发情况,技术环境,经济环境,社会环境,政治环境,价值观念变化人口变化生活方式变化,国民生产总值消费水平政府开支利率变化汇率变化,政策变化 政治体制 企业与政府的关系,系统目标分析1.系统目标及其相关概念2.系统目标分析的目的、作用和要求3.目标集（目标系统）的建立 系统分析人员一般认为：如果把一个问题说明的清清楚楚，等于问题已经解决了一半。,（三）系统目标分析,系统目标分析,1.系统目标及其相关概念 系统目标是指系统发展要达到的结果，决定了系统的发展方向。,目标树状结构图：,2.目标集（目标系统）的建立,明确

28、问题,收集信息,自下而上的目标建议,拟定系统总目标,自上而下的目标分解,拟定分系统目标,分析、模拟或实验,满意否,确定目标集,需求预测,否,是,图：目标确定过程,大量订购,买廉价品,设备条件好,技术条件好,附加费用低,职工人数少,原料便宜,产品质量高,管理费用低,推销地区广,推销数量大,制造成本低,销售额高,经营目标积累资金,图：企业积累资金目标层次图,例：某企业为了扩大再生产，确定下年度的经营目标中增加一项“积累资金”的内容。究竟可能积累多少资金，有待决策前分析。于是系统分析人员通过对这一系统目标要求的分析，最终将其化为三个层次如下图所示：,（1）基本概念（2）系统要素集分析 例:如果要达到

29、运载飞行的分目标就要有火箭或飞机的实体系统；如果要达到运载飞行就要有能源、推力、力的传递等分目标。相应的，从系统要素集看，则要有液体或固体燃料、输送和控制部分，发动机部分、力的传递机制等。这些要素集与系统的目标集是一一对应的。,3.系统结构功能及要素提取,由于与目标单元对应的功能单元（要素）可能不唯一，因此存在着选择最优对应的问题，即在满足给定目标要求下确定的功能单元应使其构造成本最低。价值分析技术 例：核弹头与普通弹头在达到同样杀伤目标的条件下，哪种弹头综合计算后比较低廉。注意技术进步的因素 可能使费用减少，但是功能费用比可能更高 在系统要素集的确定过程中，充分运用各种科技知识和丰富实践经验

30、综合出来的创造力。,应用实例：纽约市供水网扩建工程的系统分析,20世纪60年代未，美国纽约市负责全市供水的供水委员会拟定了一个扩建供水网的工程计划。全计划预计耗资10亿美元，分五阶段执行，全部竣工后可满足40年后纽约市的人口增加25%时的需求。这个计划遭到了预算局的反对，它们认为供水委员会预估的人口增长率是过分的，和实际不符。但供水委员会想做出大成绩，一心坚持这种增长率是合理的，在这种情况下，双方请麻省理工的系统分析人员对工程进行系统分析。经过分析提出的设计案，节约额为1亿美元。,（一）问题的提出,纽约市的自来水分两个系统，供水委员负责全市直径25CM以上的管道，也称为一级管道，而把水送到用户

31、的管道称为二级管道，即15CM以下的管道，由另一部门负责。因而供水委员会的方案，并没有考虑到这些投资是否是自来水系统中最需要的投资。1、供水委员会的最初设计方案 他们的最初方案是增设80公里长的直径为71CM的水管，主要的设计规定有：1）只考虑供水网的地理几何布局2）只有一个目标，即一级网络终端的自来水压力必须达到2.8KG/CM3）工程的预计使用期限为40年。4）整个网络只依靠重力把水送到终端。这个最初的规定很随意，草率。工程的目标过于单一化，设计指标没有结合投资和系统的实际效果进行论证评价。必须进行深入的探讨，进行调整。,2、系统分析工作所受的制约 1）系统分析工作是在方案已经拟定的情况下

32、加入工作的。因而没法做任何大的变动。这样会受到有关部门的反对。2）系统工作分析受到职权的制约，它只能起一个咨询工作，提出最优方案，但是由于有关部门的反对，只能提一个折中方案。系统分析工作是预算局做的，想利用分析结果来推迟供水委员会的工程设计计划。但是供水委员会垄断工程设计的详细数据，并拥有绝对的否决权，所以系统分析师的工作必须得到委员会的同意，这样复杂的情况给分析带来了难度。,（二）系统分析方法,1、制定分析步骤 本项分析把整个过程分为五个阶段：制定目标，制定衡量效果的准则，制定方案，方案的评审，选定方案。2、制定目标原先方案的目标只有一个就是终端水压达到2.8KG/CM。但是作为一个供水系统

33、，城市用水部门是多样的。所以系统分析师制定了新的目标：1）系统的总性能2）市区用水的方便程度3）供水的可靠性4）基建和保持运行的总费用,3、制定衡量效果的准则要选择一个长期经济性能较好的系统。还是采用了供水压力来评价供水系统的性能，还包括评估供水系统可靠性指标，并规定投资贴现为每年5%。4、制定方案系统分析人员先把所有方案进行了分类，最后选定了三类。1）关于系统的物理构型2）关于系统的使用周期3）使用水泵加压还是加大水管来改进供水系统的性能。通过对三类方案进行各种分析，分析人员得出最有效的结构应当是能有效减少压力损失，提高供水系统性能的方案。,5、方案的评审麻省理工学院设计了一个综合土木工程系

34、统模型，用它评审一个方案只用几分钟，对250个备选方案进行了评审。主要采用了三种方法进行评审：1）费用-效果函数评估总性能2）关于使用周期的确定，使用了标准分析法，在经济规模和贴现率之间进行平衡。3）评估水泵加压方案时，分析师们认为必须在作业费用和固定投资之间作最佳平衡。6、实施如预期那样，最后实施的是一个折中方案：1）供水系统的布局沿用了最初的设计方案2）工程规模为原设计的3/5，水管直径为原设计的4/5，仅这一项节约1亿美元。,总 结,由这个折中方案可以看出以下问题。首先整个系统线路布局没有改。这是为了照顾供水委员会的威信。同时也达到了预算局节约费用的目标。其次，本系统分析的任务只是澄清问

35、题，只是提供所需的意见。这些意见能否发挥作用，取决于系统分析的质量和许多其它因素。所以用系统分析后取得的实际成果来评价系统分析本身工作是不合适的。,系统分析小结,系统分析的任务在于发现认识问题和处理问题的路径，即确立目标、区分阶段、发现关键、明确关系等。系统分析的原理在于事物的发展皆具有继承性、阶段性、相关性、相仿性和显现性系统分析的关键在于系统思维的指导，整体地、系统地看待问题和处理问题。系统分析的难点在于发现事物间的联系和作用机理及机制,三、应用系统分析的原则,1.坚持问题导向2.以整体为目标3.多方案模型分析和选优4.定量分析与定性分析相结合5.多次反复进行,第三节 创新思维与方案创造技

36、术,一、创新方案的价值,说明：创造性设想需要创新思维方法，好的方案源自于正确的思维方法。,2.系统工程与创新思维对系统目标的认定和对系统方案的探寻与综合是现代创造性思维及活动的重要基础，并常常需要反复进行。系统思想与系统分析方法是现代创新性思维及活动的重要基础，创造性思维及活动的过程就是系统分析的工程。,二、创新方案的产生技术,1.提问法(检核表法）主要就是5w1H 和产品设计用检核表法2.头脑风暴法3.德尔菲法4.群体决策支持系统5.情景分析法,产品设计检核表法,奥斯本检核表法的实施过程奥斯本检核表法的核心是改进，或者说，关键词是：改进！通过变化来改进。其基本做法是：首先选定一个要改进的产品

37、或方案；然后，面对一个需要改进的产品或方案，或者面对一个问题，从下列角度提出一系列的问题，并由此产生大量的思路；第三，根据第二步提出的思路，进行筛选和进一步思考、完善。实施步骤（1）根据创新对象明确需要解决的问题；（2）根据需要解决的问题，参照表中列出的问题，运用丰富想象力，强制性地一个个核对讨论，写出新设想；（3）对新设想进行筛选，将最有价值和创新性的设想筛选出来；过程注意（1）要联系实际一条一条地进行核检，不要有遗漏。（2）要多核检几遍，效果会更好，或许会更准确地选择出所需创新、发明的方面。（3）在检核每项内容时，要尽可能的发挥自己的想象力和联想力，产生更多的创造性设想。进行检索思考时，可

38、以将每大类问题作为一种单独的创新方法来运用。（4）核检方式可根据需要，一人核检也可以，三至八人共同核检也可以。集体核检可以互相激励，产生头脑风暴，更有希望创新。奥斯本检核表法的9大类75个问题,奥斯本检查单法创新实例手电筒,1、能否他用-其他用途：信号灯、装饰灯；2、能否借用-增加功能：加大反光罩，增加灯泡亮度；3、能否改变-改一改：改灯罩、改小电珠和用彩色电珠等；4、能否扩大-延长使用寿命：使用节电、降压开关；5、能否缩小-缩小体积：1号电池2号电池5号电池7号电池8号电池钮扣电池；6、能否替代-代用：用发光两极管代小电珠；7、能否调整-换型号：两节电池直排、横排、改变式样；8、能否颠倒-反

39、过来想：不用干电池的手电筒，用磁电机发电；9、能否组合-与其他组合：带手电收音机、带手电的钟等。,奥斯本的检核表法属于横向思维，以直观、直接的方式激发思维活动，操作十分方便，效果也相当好。下述九组问题对于任何领域创造性地解决问题都是适用的，这75个问题不是奥斯本凭空想象的，而是他在研究和总结大量近、现代科学发现、发明、创造事例的基础上归纳出来的。（1）现有的东西（如发明、材料、方法等）有无其他用途？保持原状不变能否扩大用途？稍加改变，有无别的用途？人们从事创造活动时，往往沿这样两条途径：一种是当某个目标确定后，沿着从目标到方法的途径，根据目标找出达到目标的方法；另一种则与此相反，首先发现一种事

40、实，然后想象这一事实能起什么作用，即从方法入手将思维引向目标。后一种方法是人们最常用的，而且随着科学技术的发展，这种方法将越来越广泛地得到应用。某个东西，“还能有其他什么用途？”、“还能用其他什么方法使用它？”这能使我们的想象活跃起来。当我们拥有某种材料，为扩大它的用途，打开它的市场，就必须善于进行这种思考。德国有人想出了300种利用花生的实用方法，仅仅用于烹调，他就想出了100多种方法。橡胶有什么用处？有家公司提出了成千上万种设想，如用它制成：床毯、浴盆、人行道边饰、衣夹、鸟笼、门扶手、棺材、墓碑等等。炉渣有什么用处？废料有什么用处？边角料有什么用处？当人们将自己的想象投入这条广阔的“高速公

41、路”上就会以丰富的想象力产生出更多的好设想。,（2）能否从别处得到启发？能否借用别处的经验或发明？外界有无相似的想法，能否借鉴？过去有无类似的东西，有什么东西可供模仿？谁的东西可供模仿？现有的发明能否引入其他的创造性设想之中？当伦琴发现“X光”时，并没有预见到这种射线的任何用途。因而当他发现这项发现具有广泛用途时，他感到吃惊。通过联想借鉴，现在人们不仅已用“X光”来治疗疾病，外科医生还用它来观察人体的内部情况。同样，电灯在开始时只用来照明，后来，改进了光线的波长，发明了紫外线灯、红外线加热灯、灭菌灯等等。科学技术的重大进步不仅表现在某些科学技术难题的突破上，也表现在科学技术成果的推广应用上。一

42、种新产品、新工艺、新材料，必将随着它的越来越多的新应用而显示其生命力。,（3）现有的东西是否可以作某些改变？改变一下会怎么样？可否改变一下形状、颜色、音响、味道？是否可改变一下意义、型号、模具、运动形式？改变之后，效果又将如何？如汽车，有时改变一下车身的颜色，就会增加汽车的美感，从而增加销售量。又如面包，给它裹上一层芳香的包装，就能提高嗅觉诱力。据说妇女用的游泳衣是婴儿衣服的模仿品，而滚柱轴承改成滚珠轴承就是改变形状的结果。,（4）放大、扩大。现有的东西能否扩大使用范围？能不能增加一些东西？能否添加部件，拉长时间，增加长度，提高强度，延长使用寿命，提高价值，加快转速？在自我发问的技巧中，研究“

43、再多些”与“再少些”这类有关联的成分，能给想象提供大量的构思设想。使用加法和乘法，便可能使人们扩大探索的领域。“为什么不用更大的包装呢？”橡胶工厂大量使用的粘合剂通常装在一加仑的马口铁桶中出售，使用后便扔掉。有位工人建议粘合剂装在五十加仑的容器内，容器可反覆使用，节省了大量马口铁。“能使之加固吗？”织袜厂通过加固袜头和袜跟，使袜的销售量大增。“能改变一下成分吗？”牙膏中加入某种配料，成了具有某种附加功能的牙膏。,（5）缩小、省略。缩小一些怎么样？现在的东西能否缩小体积，减轻重量，降低高度，压缩、变薄？能否省略，能否进步细分？前面一条沿着“藉助于扩大”、“藉助于增加”而通往新设想的渠道，这一条则

44、是沿留“藉助于缩小”、“藉助于省略或分解”的途径来寻找新设想。袖珍式收音机、微型计算机、摺叠伞等就是缩小的产物。没有内胎的轮胎，尽可能删去细节的漫画，就是省略的结果。,（6）能否代用。可否由别的东西代替，由别人代替？用别的材料、零件代替，用别的方法、工艺代替，用别的能源代替？可否选取其他地点？如在汽体中用液压传动来替代金属齿轮，又如用充氩的办法来代替电灯泡中的真空，使钨丝灯泡提高亮度。通过取代、替换的途径也可以为想象提供广阔的探索领域。（7）从调换的角度思考问题。能否更换一下先后顺序？可否调换元件、部件？是否可用其他型号，可否改成另一种安排方式？原因与结果能否对换位置？能否变换一下日程？更换一

45、下，会怎么样？重新安排通常会带来很多的创造性设想。飞机诞生的初期，螺旋桨安排在头部，后来，将它装到了顶部，成了直升飞机，喷气式飞机则把它安放在尾部，说明通过重新安排可以产生种种创造性设想。商店柜台的重新安排，营业时间的合理调整，电视节目的顺序安排，机器设备的布局调整都有可能导致更好的结果。,（8）从相反方向思考问题，通过对比也能成为萌发想象的宝贵源泉，可以启发人的思路。倒过来会怎么样？上下是否可以倒过来？左右、前后是否可以对换位置？里外可否倒换？正反是否可以倒换？可否用否定代替肯定？这是一种反向思维的方法，它在创造活动中是一种颇为常见和有用的思维方法。第一次世界大战期间，有人就曾运用这种“颠倒

46、”的设想建造舰船，建造速度也有了显著的加快。（9）从综合的角度分析问题。组合起来怎么样？能否装配成一个系统？能否把目的进行组合？能否将各种想法进行综合？能否把各种部件进行组合？等等。例如把铅笔和橡皮组合在一起成为带橡皮的铅笔，把几种部件组合在一起变成组合机床，把几种金属组合在一起变成种种性能不同的合金，把几件材料组合在一起制成复合材料，把几个企业组合在一起构成横向联合应用奥斯本检核表是一种强制性思考过程，有利于突破不愿提问的心理障碍。很多时候，善于提问本身就是一种创造。,头脑风暴法,头脑风暴法力图通过一定的讨论程序与规则来保证创造性讨论的有效性，由此，讨论程序构成了头脑风暴法能否有效实施的关键

47、因素，从程序来说，组织头脑风暴法关键在于以下几个环节：1、确定议题一个好的头脑风暴法从对问题的准确阐明开始。一般而言，比较具体的议题能使与会者较快产生设想，主持人也较容易掌握；比较抽象和宏观的议题引发设想的时间较长，但设想的创造性也可能较强。,2、会前准备为了使头脑风暴畅谈会的效率较高，效果较好，可在会前做一点准备工作。如收集一些资料预先给大家参考，以便与会者了解与议题有关的背景材料和外界动态。就参与者而言，在开会之前，头脑风暴50位商界巨子的财富论战对于待解决的问题一定要有所了解。会场可作适当布置，座位排成圆环形的环境往往比教室式的环境更为有利。此外，在头脑风暴会正式开始前还可以出一些创造力

48、测验题供大家思考，以便活跃气氛，促进思维。,3、确定人选一般以8人12人为宜，也可略有增减(515人)。与会者人数太少不利于交流信息，激发思维而人数太多则不容易掌握，并且每个人发言的机会相对减少，也会影响会场气氛。只有在特殊情况下，与会者的人数可不受上述限制。,4、明确分工要推定一名主持人，12名记录员(秘书)。主持人的作用是在头脑风暴畅谈会开始时重申讨论的议题和纪律，在会议进程中启发引导，掌握进程。如通报会议进展情况，归纳某些发言的核心内容，提出自己的设想，活跃会场气氛，或者让大家静下来认真思索片刻再组织下一个发言高潮等。记录员应将与会者的所有设想都及时编号，简要记录，最好写在黑板等醒目处，

49、让与会者能够看清。记录员也应随时提出自己的设想，切忌持旁观态度。,5、规定纪律根据头脑风暴法的原则，可规定几条纪律，要求与会者遵守。如要集中注意力积极投入，不消极旁观；不要私下议论，以免影响他人的思考；发言要针对目标，开门见山，不要客套，也不必做过多的解释；与会之间相互尊重，平等相待，切忌相互褒贬等等。,6、掌握时间会议时间由主持人掌握，不宜在会前定死。一般来说，以几十分钟为宜。时间太短与会者难以畅所欲言，太长则容易产生疲劳感，影响会议效果。经验表明，创造性较强的设想一般要在会议开始10分钟15分钟后逐渐产生。美国创造学家帕内斯指出，会议时间最好安排在3045分钟之间。倘若需要更长时间，就应把

50、议题分解成几个小问题分别进行专题讨论。,三、系统创新思维辅助工具Mindmanager,（一）思维导图与Mindmanager,第四节 系统工程方法论的新发展,并行工程方法综合集成法物理-事理-人理 WSR,（一）并行工程的定义 1、并行工程（Concurrent Engineering，简称CE）是对产品及相关过程，包括制造过程和支持过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法，这种方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全生命周期从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。,一 并行工程方法,2、并行工程的主要思想（1）约束信息的并行性；（2）功能的并行性；（3）集成性；