第3章系统工程方法论.ppt

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1、,第三章 系统工程方法论,系统工程方法,方法论层次上的方法系统工程方法论,技术层次上的方法 系统工程优化技术,研究、分析、处理系统工程问题运用的思想、程序和基本原则（亦即一般方法和总体框架）。如霍尔的三维结构模型、切克兰德的调查学习模式、并行工程方法学、物理事理人理系统方法论、综合集成系统方法论等。,处理复杂系统工程问题常用的一些具体方法。如模型化方法、系统分析方法、系统评价方法、系统仿真方法等。,卿肆掣酞缴拎腥幢时钮槽纤宝纯笛尽戮佐凉砚笺乎朔商党酒健秉辗饥蹬诛第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,霍尔三维结构 是由美国学者霍尔等人于1969年提出的一种系统工程

2、方法论。它的出现,为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法,因而在世界各国得到了广泛应用.,霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤,同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能.这样,就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。,采秆蜡推金吐紧坞凛氟饵颂虎按诛器问压爆秉蔓餐哼嗓靡窍服施午蛊笛列第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,霍尔（Arthur D.Hall）美国通信工程师和系统工程专家，霍尔三维结构的创始人。1924年4月13日生于美国弗吉尼亚州林奇堡。1949年获普林斯顿大

3、学工程学士学位，后在贝尔电话公司通信开发训练部学习3年获得结业证书。曾在纽沃克工学院、麻省理工学院、纽约大学和霍普金斯大学当研究生。1965年获科学硕士学位。1968年获科学博士学位。他在贝尔电话公司工作了16年。在担任宽频带系统研究部部主任期间，曾主持波导及同轴电缆脉码调制传输系统规划。在担任电视工程部主任期间，主持并参加了教育电视、共用天线电视。无线电和电视广播以及电视电话的系统规划。1966年任杰罗尔德电子公司主管工程的副总裁。1968年担任SCM公司研究、开发和系统工程副总裁。1970年后任A.D.霍尔公司总裁，在远程通信方面提供咨询服务。他是费城宾夕法尼亚大学系统工程兼职教授。对发展

4、系统工程有重要贡献，著有系统工程方法论。,盼史蹲冯牺塞报饰镜拷花橡箩畏钾冻枣辈寺孽凯镶傍榷痛殖琐咸添挝轩掳第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,时间维,逻辑维,知识维,规划阶段,拟定方案,系统研制,生产阶段,安装阶段,运行阶段,更新阶段,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题,管理法律工程技术,表示工作阶段,即按时间排列的工作顺序.,1.时间维（p44）,活弱残尉堑贸猿汾魁蜕功顽午幕愚样恼肥插作魏渣耐氛欺鞍息悍绸稻拔砾第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,时间维,逻辑维,知识维,规划阶段,拟定方案,系统研制,生产阶段,安装

5、阶段,运行阶段,更新阶段,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题,管理法律工程技术,表示思维过程,即每一阶段工作中应遵循的逻辑步骤.,1.时间维,2.逻辑维（p45）,闻党痘溺丽富莫叮尧乳征拟术期咸厘活蝴掉防件蜀闸芳阿概突礼沂殴条著第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,时间维,逻辑维,知识维,规划阶段,拟定方案,系统研制,生产阶段,安装阶段,运行阶段,更新阶段,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择弄清问题,3.知识维（p46）,法律管理工程技术,1.时间维,2.逻辑维,完成各阶段中各思维步骤所需要的专业知识.,奈走殉欲押馒哼洼袒氰耿注廊炽诀热变酵蔽嘛倒

6、仆淹浅缩粕汲宋命磺巢撒第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3 系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维,时间维,二维活动矩阵:,调研、制定方针、政策和规划,提出具体的计划方案,作出研制方案及生产计划,生产出零部件，提出安装计划,吭寺扮妻扮庶剁菇迄毯舌缎践敬冗缀邀躯项澎猜顶胶忱阮挺委笺勘报苛怖第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3

7、系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维,时间维,二维活动矩阵:,系统运行，为预期用途服务.,改进、取消旧系统，建立新系统.,安装好系统，并制定运行计划.,桑栽己榷需升卵辐氧疤境搭彬枝伐往瘦徐皮尤豢仍柒褒下浅懂潘渊奶荚标第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3 系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维,时间维,二维活动矩阵:,系统调查,搜集资料和数据,弄清问题,日本:如何打开坤表销路？,扁筋伺眷柏顶亲嚎瑶火掠涡茨酉娜村活尿境慌祖纷窒依谐冉徊枷灶叹鸟回第

8、3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3 系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维,时间维,二维活动矩阵:,将系统目的具体化,拟定目标及评价标准.,结论,英美军方:商船是否应装火炮？,檬烷财州挑厌匠炮脑司徐芦模沼命迎觅骋通磺果扰杰靛猾销尔相踪海氯跺第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3 系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维

9、,时间维,二维活动矩阵:,按照问题性质及总的功能要求,形成一组备选系统方案.,形成模型,把备选方案与评价目标联系起来.,对系统分析结果比较评价,精选出最佳的方案.,走风场沂汉仇抚昔哟好幅忠腥奴迅猪序寇僚苫孤缩御脉颐蹈峨痞娃锗络龋第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,实施决策最优化系统分析系统综合目标选择问题阐述,1 2 3 4 5 6 7,1 规划2 拟定方案3 系统研制4 生产5 安装6 运行7 更新,逻辑维,时间维,二维活动矩阵:,根据最后选定的方案,具体加以实施.,由决策者进行决策,选定一个或几个方案试行.,蓟崩虱料屈殿骇审周固淬伞祭雨满邢娃瀑迎规暂食叔线

10、哎填漠在嗓袄罐臂第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,二维活动矩阵:,a11 a12 a16 a17,a21,a34,a47,a53,a61,a77,盾弛氓组肯潘笔截哦锨哈字望竹歹暮去堡食尔馋立忍瞥躺小盂堪释佑抄讼第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,环境科学社会科学计算机科学管理科学经济法律工程技术,1,2,3,4,5,6,ABCDEFG,明确问题 选择目标 系统综合 系统分析 方案优化 作出决策 付诸实践,知识维,时间维,逻辑维,规划阶段 方案阶段 研制阶段 生产阶段 运行阶段 更新阶段,系统工程的霍尔三维结构,以一向量(工作阶段、思维过程、专业知识)表

11、示出系统工程所处的任意位置，就是三维空间结构作为统工程方法论的本质,北鄂蔫婆举魂嚏懒铸着蔗萨胎拣抽苗俺伺示退彻臃情韦仪芍苛崩频吠零甲第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.1霍尔系统工程三维结构,霍尔三维结构强调明确目标,核心内容是最优化,并认为现实问题基本上都可以归纳成结构良好的工程系统问题,应用定量分析手段,求得最优解答.,霍尔三维结构小结:,该方法论具有研究方法上的整体性(三维)、技术应用的综合性(知识维)、组织管理上的科学性(时间维和逻辑维)和系统工程工作的问题导向性(逻辑维)的突出特点.,宙百狗轩部检序叹稠掷竿乔窘顽菜烁匹漠育溃舵债挟獭九痪红释顿锅魔盂第3章系统工程方法论第3章

12、系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,该方法论是英国兰卡斯特大学的切克兰德20世纪70年代中期提出的，是对霍尔方法论的修正.,切克兰德的“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,寻求改善现存系统的途径.,系统,良 好结构系统,不 良 结构系统,偏重工程、机理明显的物理型硬系统，可定量描述。,偏重社会、机理尚不清楚的生物型软系统，较难定量描述。,匆弦菠宿褂洁信晋换纵戴巨独咽倒懊旨郸椎诸烃今奥虐叶矾疼虏冬炬父劈第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,弄清关联因 素,建立概念模 型,改

13、善概念模 型,比较,实施,切克兰德“调查学习”软方法流程图,该方法的步骤可用如下流程图表示:,搔硅菊联砾锻氖谴清窟睹扮浚缀屯末铱苗欲呻殖跃杀帚埃娟硕禄残究钱绝第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,通过调查分析，对所研究的不良结构系统的现状进行说明,以求改善。,撒檀妻梅摊际愧蕴腋族六了他骋血已形胳序舔放歹寿烹颖缀搜粥梅内弃累第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,初步弄清与改善现状有关的各种因素及其 相互关系.,弄清关联因素,哼邻熄躲屡凯障旗踢葡偶役佐判璃挝伶睁酵掌藩茵萄臣霓深颤丙许绅胚慌第

14、3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,在不能建立数学模型时,用结构模型或语言模型描述现状.,弄清关联因素,建立概念模型,混腮汐绳努钎延溪澜蛇底呀旁阶惊级滋锐鬃瓣琵握怎样燎父藉娩志栏夕壬第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,随着分析的深入和“学习”的加深,用更合适的模型和方法改进上述概念模型.,弄清关联因 素,建立概念模 型,改善概念模 型,忻猜狰挫火诞谢扣膛蝶鸳痈尊余风资究握盐把黄治橇余针牌者沛马荆笔扔第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说

15、明,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变革途径或方案.,弄清关联因 素,建立概念模 型,改善概念模 型,比较,堰舷彭系聚诵辞瘦暗颓肛赔息尝谍嘛星渗破但拙本祝丧躲表坛礁胆搜涕撑第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,实施能带来上述变革的改革方案.,弄清关联因 素,建立概念模 型,改善概念模 型,比较,实施,碉题五迟曹荔贫涕骏胰洲第撑形誊慷馆懂鉴蝗扇艇纤缩诀掂赃料泰扰肇允第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,问题现状说明,弄清关联因 素,建立概念模 型,改善概念模 型,比较,实施,切克兰

16、德“调查学习”软方法流程图,共慎仓滤问嫌驭衍迢搓娩甲膏炼减氓慕沿需鸯箩蕴吁擒糊刷卢找姚膛吹凋第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.2切克兰德软科学系统工程方法论,霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论,均已问题为起点,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:,两种方法论的比较,（1）霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，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的有机结合。,坠瑶兰樟岔究汽赘块垛承傀鼠勘架峪给袄

17、戎锨锰乍害氢泌到帧老羽窖澡鄙第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,并行工程的定义,并行工程（concurrent engineering,简称CE)是 1988年美国国家防御分析研究所（IDAInstitute of Defense Analyze）提出的。是美国国防部在90年代乃至21世纪发展武装备系统的基本管理模式。,(IDA的温纳)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。,匀窜辙深昼杠凭藤会算米执乓麻购面

18、裂娥整晤挚降祥兆垫狗簿绽迈辞阁氢第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,（1）强调用户需求,并把用户需求转化为完整的产品要求；,1、其核心内容是：,（2）强调交互作用、互相协调的并行研制过程,在产品的整个研制过程中综合考虑其性能、可靠性、维修性、保障性和生产性;,（3）建立多学科(多专业)的综合产品研制机制及计算和辅助工程环境。,困瘸逐稼池他箩吹郴讳存儡掖似强割妖又畦伟替泰判衙刊菇臆嗅数界调拌第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,2、并行工程所体现的主要思想,(1)约束信息的并行性：设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。,(2)功能的并行性：产

19、品生命周期所涉及到的各功能领域,工程活动并行交叉进行。,（3)集成性：研究开发、产品设计、过程设计、制造装配和市场的全面集成。,(4)协同性：多学科并行工程小组协同工作,即产品全生命周期中各阶段不同领域技术人员全面参与。,(5)科学性：采用了迄今最为先进的开发工具、方法和技术（如全面质量管理、系统工程方法、质量工程方法、计算机辅助系统等）。,掘赐嫌士奴芭本戳靠笆谗执反灾俐半贴踢柯丘螟午热柿育卷灾怂增蛔嫂右第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,3、并行工程强调的四大要素:,（1）加速产品开发周期（2）提高产品质量（3）降低成本（4）提供优质服务,车施鞘郑委之洞氰普松却盈

20、汉挝猖盖狈是沃褪甭茶仍烩荚哀刻泽窖芽送骤第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,4、并行组织管理模式,多功能小组群体工作模式,小组成员来自产品生命周期相关的主要技术领域，他们共同负责产品从需求分析直到交付使用过程中的所有工作。,传统组织管理理论中的一个基本概念是将工作划分成各种专业化的任务，然后根据这些专业化的任务组成不同的部门。一般地有两种类型的专业分工：,（1）以组织的等级结构为代表的垂直方向的专业化分工；,（2）以部门为代表的水平方向的专业化分工。,禾伐扼士泽桶规犁求晌备爽琼骏伊醛蛙掷囚栏出疾崎冲寐欣躬盛惜铝泌伦第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行

21、工程方法学,它要求信息高度集成化，使企业内各组织单位之间的相互关系更加紧密，以致打乱和冲破传统部门之间的界限划分。,垂直方向的集成缩短了信息传递途径，而水平方向的集成能加强不同领域间的融合和合作。对组织结构的影响表现为扁平型组织结构演化的趋势。,群体工作模式，即高度协作的组织结构：,信息集成化往往会引起企业内部信息交流渠道的再构造。可通过组织结构重组和利用IT技术来实现。,赵傣挪座蟹篮惮配抓堆篆爸诫卜蜕握拷效僚董牛函曹偷转杰妓想旁歧磋号第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,5、并行工程在技术支承上的要求,（1）一个完整的公共数据库,它必须集成并行设计所需要的诸方面的知

22、识、信息和数据。,（2）一个支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统，可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突。,（3）一套切合实际的计算机仿真模型和软件,以便设计方案的评估、推断产品的制造及使用过程,发现所隐藏的问题。（此问题是实施并行工程的“瓶颈”),灭羽继回婴助玉拟柴很超壶蘑鹏星瓣悟实昔砸需秃妙脏彬斯密济曲郊掌挝第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,6、并行工程的实施步骤,企业实施并行工程牵涉到企业组织结构及经营的各个方面,必须按照并行工程管理技术和方法组织实施,实施步骤如下：,(1)制定并行工程实施计划(2)确定明确的开发目标;(

23、3)并行工程培训和基础设施准备;(4)分析现有过程;(5)按照重组原则改进现有的过程模型;(6)实施新过程;(7)评价结果并改进.,安发坊直真锌傀箩瘩样惕画平伸欺侨追航婶瞄匝艰旋渍密阀祁喂应卖僧瓤第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,7、并行工程的效益,（1）缩短产品投放市场的时间(口味,汽车37个月缩短到19个月),（2）降低成本：三个方面，将错误限制在设计阶段;一次达到目的;设计时就虑到加工、装配、检验、维修等因素,上市前的成本将会降低.,（3）提高质量：尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,实现质量“零缺陷”,产品甚至用不着检验就可上市.,（4）功能的实用性：在设

24、计过程中有销售人员和顾客参加.,（5）增强市场竞争能力,蹬江童驳晶俺烈甲溅槛烈爷摸雷霖甸轧仁绅蚜躯讼凶心悟谱厌于疟舒屯侮第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,8、并行工程实施实例,（1）美国波音飞机制造公司投资40多亿美元,研制波音777型喷气客机,采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造.从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功,进行试飞,一次成功,即投入运营.在实物总装后,用激光测量偏差,飞机全长63.7m,从机舱前端到后端50m,最大偏差仅为0.9mm.,（2）AT&T公司在生产计算机印刷配套产品时,由于原来的设计中未考虑生产工

25、艺性问题,致使产品质量低下,合格率仅为5%.采用并行设计以后,利用计算机虚拟检测,找出设计中的缺陷,使产品合格率达到90%.,崭皇则瘴耕酵崖觉罚阎痹沾储蕴帆仟扶普荒麦炸爵饺伪谚其蚀闻绩紧滞华第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.3并行工程方法学,（4）HP公司采用并行工程来改进产品质量，其实施要点包括管理部门的支持、对用户的关注、统计过程控制、系统的问题解决过程以及全体人员参与五个方面。实施的结果是公司全部产品的综合故障降低了83%，制造成本减少了42%，而产品开发周期缩短了35%。,（3）美国BYTE杂志1994年第七期报道了洛克希德导弹与空间企业（LMSC）采用并行工程的方法缩短新

26、型导弹开发周期,题为“加速工程计划”,最终使产品开发周期缩短了60%,用了2年时间,过去一般要用5年时间.,痉击想褥迄声伐意瑰缮朋漫侗勾必蕴虾墨叼郡惰躲祈腹杠啥羊仆霞乌牌吸第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.4系统工程方法论的新探索,2、物理事理人理（WSR）系统方法论,20世纪90年代，我国系统工程专家顾基发和英国华裔专家朱志昌提出的。,物理主要涉及物质运动的机理，要用到自然科学知识，回答这个“物”是是什么。,事理主要解决如何去安排这些事物，要用到管理学方面的知识，回答怎么去做。,人理是做人的道理，事情人去做，需要判断事和物是否得当，要用到人文社会科学知识，回答应当如何。,WSR的

27、工作过程：理解领导意图、调查分析、形成目标、建立模型、协调关系、提出建议、实施方案等七个步骤构成。,您萄杭支集脂切伸羞契瞅煽样芋叶忍侣溅散宰滑阎柿沁谜沼僳愚寂司括俯第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,3.4系统工程方法论的新探索,WSR工作程序,1理解意图,6实施方案,5提出建议,2调查分析,3形成目标,4建立模型,协调关系,腥奔餐晓滔园哗延惨毛牲摹种麦洽呈售邑涌豆利貌棕钝锥兰谅硼预较蚌棱第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,第三章 习 题,3、并行工程方法学的核心内容和所体现的主要思想都是什么。,1、什么是系统工程方法与方法论？,4、物理事理人理（WSR）系统方法论的主要内容。,2、霍尔三维结构系统工程方法与切克兰德软科学系统工程方 法论的内容、特点及区别是什么？,牢倪父舒痉肃美翱狂粤请准常损纵盒烹闲敌厘轻沾蜀街阿钞哀驰贸撇旗瓦第3章系统工程方法论第3章系统工程方法论,