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
2、、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。 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
3、要的各种专业知识和管理知识。,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”,
4、并提出详细而具体的实施和“安装”计划。 (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
5、供依据。 4)明确完成该项开发活动可能提供的人、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。
6、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
7、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、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
8、,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
9、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,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
10、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
11、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
12、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、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
13、) 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
14、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
15、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(
16、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
17、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(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
18、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
19、”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。,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
20、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
21、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
22、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,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
23、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)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)
24、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
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