第二章 系统工程的基本方法

1. 第二章 系统工程的基本方法 系统工程方法论的基本特点是：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。 一、霍尔三维结构模型 二、软系统方法论 三、并行工程方法 四、综合集成法 五、物理-事理-人理系统方法论

2. 知识维 社会科学 工程技术 逻辑维 规划 拟定方案 系统研究 生产 安装 运转 更新 明确问题 系统综合 系统分析 系统优化 设计系统指标 决策 实施 时间维 霍尔三维结构模型

3. 霍尔管理矩阵

4. 第一节 霍尔三维结构模型 逻辑维的七个步骤： 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、财、物等方 面的条件。

5. 目标体系层次结构 2、设计系统目标 系统目标体系设计： 1 总目标 2 分目标 3 具体目标

6. 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。

7. 时序指标集 目标体系 1990 1995 2000 P1-农业总 产值(万元) 207.1- 225.0 103.5- 115.4 / O1-经济效益分目标 O-系统发展总目标 P2-人均 收入(元) 500- 600 876- 1000 / P3-上交粮食 (吨) O2-社会效益分目标 200 300 350 P4-工业上交 利税(元) 7.7- 9.0 12.0- 15.0 / P5-森林覆 被率(%) 12-15 15-18 18-21 O3-生态效益分目标 P6-亩施有 机肥(公斤) 650- 800 750- 1000 400- 1200 农业系统目标设计实例

8. 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。

9. 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。

10. 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、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。

11. 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。

12. 系统分析 系统综合 现实系统模型化 系统优化过程框图 计算机求解 方案可行? 多目标综合评定 方案设计 可行方案集 评价指标 推荐方案输出

13. 推荐方案 提出修改意见 重新研究 决策 选中一个？ 成功 实施 失败 6、决策 7、实施 决策者水平高 决策者能力不强承担后果

14. 第二节 软系统方法论 一、问题的认识 1、问题 问题是一种待消除的状态差异，一种令人担心的事物。 问题是为达到预定目标所要排除的障碍。 2、分类 （1）良结构的硬问题 便于观察、便于建模、边界清晰、目标明确、好定义的 （well-defined）问题； （2）劣结构的软问题 难以观测、不便建模、边界模糊、目标不定、不良定义 的（ill-defined）问题。

15. 二、硬系统方法的局限性 （1）硬系统方法论认为在问题研究开始定义目标是很容易 的，因此没有为目标定义提供有效的方法。但对大多数系统管 理问题来说，目标定义本身就是需要解决的首要问题； （2）硬系统方法论没有考虑系统中人的主观因素，将系统 中的人与其他物质因素等同起来，忽视人对现实的主观认识， 认为系统的发展是由系统外的人为控制因素决定的； （3）硬系统方法论认为只有建立数学模型才能科学地解决 问题，但是对于复杂的社会系统来说，建立精确的数学模型往 往是不现实的，即使建立了数学模型，也会因为建模者对问题 认识上的不足而不能很好地反映其特性，因此通过模型求解得 到的方案往往并不能解决实际问题。

16. 劣结构问题情景 ① 实施可行方案 ⑦ 可行改革方案 ⑥ 问题情景描述 ② ②和④比较 ⑤ 现实世界 相关系统根定义 ③ 概念模型 ④ 系统思维 形成系统概念 其他系统思想 三、软系统方法论解决问题的步骤

17. 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

18. 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”。

19. 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。 ④(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。 ④(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。

20. 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⑥的决定付诸行动以改善问题的情景。

21. 四、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。

22. 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。

23. 软系统与硬系统的方法论比较

24. 第三节 并行工程方法 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。

25. 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； （4）协同性； （5）科学性。 3、并行工程的四大要素 T — 加速产品开发周期 Q — 提高产品质量 C — 降低成本 S — 提供优质服务

26. 二、并行工程过程设计 关键 产品生命周期中各种相关过程活动的并行进 行和协作演进。 相关过程 主要包括产品设计、产品制造和支持过程。

27. 三、并行组织管理模式 1、向扁平型组织结构演化 组织中存在的两种专业分工： 以组织的等级结构为代表的垂直方向的专业化分工； 以部门为代表的水平方向的专业化分工。 信息集成化引起企业内部信息交流渠道的再构造 一方面，通过企业组织结构的重组来实现； 一方面，通过利用先进的计算机和通讯技术来加强。

28. 企业内部环境 制造工程 设计工程 制造计划 并行工程小组 质量保证 市 场 后勤支持 顾 客 子承包商或投资商 企业外部环境 2、并行工程的小组化组织结构

29. 四、并行工程的实施步骤 （1）制定并行工程实施计划：顶层管理人员了解并行工程和 过程管理的有关概念，分析企业现有业务流程、组织结构和管 理模式，考察并行工程将要影响的所有方面，制定实施纲要。 初步确定导入CE的实验项目，根据项目涉及的功能领域，组织 CE小组； （2）确定明确的开发目标； （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。

30. 第四节 综合集成法 一、综合集成的含义 集成 — 注重物理意义上的集中和小型化、微型化，主要反 映量变（这在集装箱和集成电路两术语上看得很清楚）； 综合— 含义更广、更深，反映质变。 综合集成是在各种集成（观念的集成、人员的集成、技术 的集成、管理方法的集成等）之上的高度综合，又是在各种综 合（复合、覆盖、组合、联合、合成、合并、兼并、包容、结 合、融合等）之上的高度集成。

31. 综合集成（集大成，出智慧） Meta-Synthesis 对各种综合的集成 对各种集成的综合 相关概念 相关概念 集合 组合 从定性到定量 集中 联合 综合 Synthesis 集成 Integration 合作 集结 兼并 集聚 融合 … … … 确定性描述与不确定性描述相结合 定性研究与定量研究相结合 还原论与整体论相结合 观念的集成 技术的集成 数学模型的集成 管理方法的集成 宏观研究与微观研究相结合 人机结合╱以人为主 继承与创新相结合 自组织与他组织相结合 … 计划机制与市场机制相结合 多学科交叉 老中青相结合 科学研究与人文研究相结合

32. 二、综合集成法和综合集成研讨厅体系 1、综合集成法的提出 （1）在社会系统中，为解决宏观决策问题，运用由几百个变 量和上千个参数描述的模型、定性与定量相结合的一系列方法来 开展研究； （2）在地理系统中，用生态系统、环境保护以及区域规划等 方法开展综合研究； （3）在人体系统中，将生理学、心理学、西医学、中医学和 其他传统医学综合起来开展研究； （4）在军事系统中，运用军事对阵方法和现代作战模型综合 开展研究。

33. 2、综合集成法的特点 实质 是将专家体系、数据和信息体系以及计算机体系结合起 来，构成一个高度智能化的人机结合系统，这个方法的成功应 用，就在于发挥了这个系统的综合优势、整体优势和智能优势。 特点 （1）体现了精密科学从定性判断到精密论证的特点； （2）体现了以形象思维为主的经验判断到以逻辑思维为主 的精密定量论证过程。 （3）可以进行系统分解，在系统总体指导下进行分解，在 分解后研究的基础上，再综合集成到整体，实现1+1>2的涌 现，达到从整体上严密解决问题的目的； （4）指出了解决复杂巨系统和复杂性问题的过程的方向性 和反复性； （5）综合集成法及其研讨厅体系既可用来研究理论问题， 也可用来解决实际问题。

34. 社会认识 知识体系 改造世界 结果 专家体系 命题 认识世界 机器体系 社会实践 客观世界 研讨厅体系框图

35. 统计数据 信息资料 系统 运行 提出问题和 形成判断 结果分析与综合集成 结论与 建议 建模、仿真 分析优化 决策 部门 系统 评价 专家体系评价 综合集成法在社会系统决策支持研究中的应用

36. 第五节 物理—事理—人理系统方法论 一、物理-事理-人理系统方法论的基本概念 物理、事理、人理 —— 硬件、软件、斡件 斡件 指除了硬件、软件之外，为沟通思想、协调关系、建立信 任感而进行的各种工作。斡件属于公共关系学研究的对象。 物理 主要涉及物质运动的规律，通常要用到自然科学知识， 回答有关的物是什么，能够做什么，它需要的是真实性。

37. 事理 是做事的道理，主要解决如何安排、运用这些 物，通常用到管理科学方面的知识，回答可以怎样 去做。 人理 是做人的道理，主要回答应当如何做。处理任何事和物 都离不开人去做，以及由人来判断这些事和物是否得当，并 且协调各种各样的人际关系。通常要运用人文和社会学科的 知识去处理各种社会问题，人理常常是主要内容。

38. WRS系统方法论认为，在处理复杂问题时，既 要考虑对象系统的物的方面（物理），又要考虑如 何更好使用这些物的方面，即事的方面（事理）， 还要考虑由于认识问题、处理问题、实施管理与决 策都离不开的人的方面（人理）。将这三方面结合 起来，利用人的理性思维的逻辑性和形象思维的综 合性与创造性，组织实践活动，以产生最大的效益 和效率。

39. WSR系统方法论的内容

40. 二、WSR系统方法论的主要步骤 （1）理解领导意图 （2）调查分析 （3）形成目标 （4）建立模型 （5）协调关系 （6）提出建议

41. 遵循原则： （1）参与 （2）综合集成 （3）人机结合，以人为主 （4）迭代和学习 （5）区别对待 （6）开放性

42. D 实 施 提出项目 甲 方 决 策 对话B 对话A 乙 方 开展研究 研究结果 C 三、WSR系统方法论中常用的方法 四、系统工程项目研究的一般过程