1、第二章 系统工程方法论,系统工程方法论的概念,系统工程方法论(Methodology)就是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与总体框架。,2.1 系统工程的基本工作过程,2.1.1霍尔三维结构 2.1.2切克兰德方法论,2.1.1 霍尔三维结构,一项复杂工程，可以从三个方面加以考察 时间方面：各项工作在世间上有先后并且互相依赖； 思维方面：围绕决策的一系列工作相互依存并按一定的逻辑顺序展开； 知识方面：工程需要多项知识的支撑。,霍尔三维结构的产生,是由美国学者AD霍尔(ADHall) 等人在大量工程实践基
2、础上，于1969年提出的，其内容反映在可以直观展示系统工程各项工作内容的三维结构图中。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、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。,（一）时间维,规划阶段 设计阶段 分析或研制阶段 运筹或生产阶段 系统实施或安装阶段 运行阶段 更新阶段,上述7个阶段是按时间先后顺序排列的，故称之为“时间维”； 由于时间维上的每一阶段又可细分为许多相互联系的活动，这种划分又称为系统工程方法论的粗结构。,案例：三峡工程,第一阶段： 1919年孙中山建国方略：利用三峡的水利资源发电 1946年萨凡奇计划 50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室
3、,第二阶段： 解决四个方面问题： 目标进行分解和量化； 协调目标，提出实现目标的具体的方案； 为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障； 根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。 总目标：发电、防洪、供水、航运 正常蓄水位：230米、235米；坝址设在南津关,第三阶段：1958年到1993年10月 实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。 提出实施该系统的详细的研制方案； 提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。 提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输变电工程等方面的各项研究工作以及
4、最终拿出可供施工和生产的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统的实施计划。,第四阶段 根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的零部件和所有的设备和装置； 提出系统的安装计划。完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机电设备的制造； 提出未来的安装计划； 安置库区移民。 第五、六、七阶段：安装、运行、更新。,时间上可以交叉。研制阶段可部分进行生产，生产阶段就可部分安装，安装阶
5、段可部分进行运行。需寻求最佳方案，用计划协调技术（PERT）、图解评审技术（GERT）。,（二）逻辑维,逻辑顺序：因某一事件A的确立，有事件B存在，则说A在B 的逻辑前，B在A的逻辑后。 逻辑维是指系统工程时间维上每阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤,明确问题 确定目标并据此设计评价指标体系 系统综合 模型化 最优化 决策 实施计划,逻辑框架,逻辑框架中的步骤在时间先后上并不严格，步骤划分也不是绝对的 ，有时候将几个步骤合并在一起完成，有时候又要将一个步骤分成多次完成。,（三）活动矩阵,把霍尔三维结构的时间维和逻辑维结合起来形成一个二维结构，称为系统工程的活动矩阵。,（四）知识维,该维的内容
6、表征从事系统工程工作所需要的知识(如运筹学、控制论、管理科学等)，也可反映系统工程的专门应用领域(如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等)。,（五）霍尔三维结构的特点,研究方法上的整体性（三维） 技术应用上的综合性（知识维） 组织管理上的科学性（时间维和逻辑维） 系统工程工作的问题导向性（逻辑维）,2.1.2 切克兰德方法论,（一）切克兰德方法论的产生 20世纪4060年代期间，系统工程主要用来寻求各种“战术”问题的最优策略、组织管理大型工程项目等，即主要研究硬系统方法论。 但硬系统方法论有以下不足 认为目标定义很容易，没有为定义目标提供有效方法； 未考虑人的主观因素； 认为只有
7、建立数学模型才能科学地解决问题。,良结构系统：偏重工程、机理明显的物理型的硬系统，可以用较明显的数学模型描述，有较现成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。（硬方法） 不良结构系统：偏重社会、机理尚不清楚的生物型的软系统，较难用数学模型描述，往往只能用半定量、半定性的方法来处理。(专家调查法Delphi、情景分析法scenario、冲突分析法conflict analysis) （软方法）,一般的硬系统都是要创建或实施一个系统； 对于许多人类活动系统而言，并不是要创建出一个新系统，而是要对原已存在的系统进行变革，使它从一种问题情境变换到另一种问题情境，使它能愈来愈令人满意。,进入70年代以
8、来，系统工程越来越多地用于研究社会经济的发展战略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得系统工程的对象系统软化，并导致其中的许多因素又难以量化。,为适应这种发展，从70年代中期开始，许多学者在霍尔方法论基础上，进一步提出了各种软系统工程方法论。其中，在80年代中前期由英国兰切斯特大学P切克兰德(PCheckland)教授提出的“调查学习”方法比较系统且具有代表性。,（二）切克兰德方法论框架,（三）两种方法的比较,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； 前者的核心内容是优化分析，后者的核心内容是比较学习； 前者更关注
9、定量分析，后者强调定量与定型相结合。,2.2系统分析原理,2.2.1系统分析的概念及其要素 2.2.2系统分析的程序 2.2.3系统分析的原则,2.2.1系统分析的概念及其要素,(一) 定义 系统分析：运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各个方面进行定性和定量相结合的分析，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。,目的提高问题的清晰度 方法用系统的方法，定性、定量的工具分析结构和状态，提出方案并进行评价和协调 任务提供方案、评价标准以及建议,（二）系统分析与系统工程,狭义上：系统分析是系统工程的一部分，对应于霍尔三维结构的逻辑维或者切克兰德方法论。 广义上：两者同义。
10、（回顾第一章ppt27之“系统分析与系统工程”）,（三）系统分析的要素,问题 目的和目标 方案 模型 评价 决策者,（四）系统分析过程,要点,初步分析阶段5W1H：What, Why, When, Where, Who, How； 环境分析贯穿全程； 并非所有问题都要进行所有环节。,（五）系统分析的原则,坚持问题导向 以整体为目标 多方案模型分析和选用 定量分析和定性分析相结合 多次反复进行,2.3 应用实例,（1）阿拉斯加原油输送方案的系统分析 普拉德霍湾油田美国本土 任务：每天运送200万桶 环境：油田处于北极圈内，海湾长年处于冰封阶段；陆地长年冰冻，最低气温达零下50C。,初始方案,总结
11、：不安全，费用大，无保证；安全，供油稳定，费用高。 决策人员处理策略：暂时把方案2作为参考方案作进一步细致研究，为规划做准备；同时继续播出经费，邀请系统分析人员提出竞争新方案。,继续寻找备选方案,竞争方案3：原油中加入海水，用普通输油管道运输 原理：类似制作汽车防冻液，含1020 NaCl的海水原油低温下乳状液原油，能畅流 优点：安全，供油稳定，节省费用 缺点：需运输无用海水 竞争方案4：天然气转换为甲醇原油低熔点原油，增加流动性 原理：埋在地下的石油原来是油、气合一的熔点很低，经漫长年代，油气才逐渐分离 优点：普通管道可同时输送原油和天然气，仅管道铺设费就节省近60亿美元，比方案3省一半,系
12、统分析结果,选择方案四。 启发：方案并非一步到位，提出方案与分析方案往往是交织在一起的。,（2）某厂外购玻璃壳进厂入库搬运路线的系统分析,现有流程问题分析,装卸次数太多； 运输路线长，且路线曲折； 玻璃壳破损率高。,改进方案,方案1：修建北站台。 优点：缩短物流线路；减少装卸；降低破损率。 缺点：投资较大。,方案2：修建北站台，同时将523库改为外购玻璃库。 优点：同方案1，且路线更短。 缺点：同方案1，且需协调不同部门。,方案3：外购玻璃壳与成品共用523库。 优点：节省投资；路线缩短；减少装卸；降低破损率。 缺点：管理难度大。,方案比较,系统分析结果,方案2优于方案1；方案1优于方案3。,（3）钢筋下料问题,某钢筋车间制作一批直径相同的钢筋，需要长度为3米的90根，长度为4米的60根。已知所用的下料钢筋长度为10米，问怎样下料最省？建立解决此问题的数学模型。理解：最少需要多少根10米的钢筋才能得到90根3米和60根4米的钢筋？,首先分析由10米钢筋如何能得到3米和4米的钢筋？,模型（方案）,作业,P34 第2、3、4、5题。 任务：通过课外阅读，了解系统分析在大型项目中的应用。,
