系统工程第二章方法论.ppt

第二章第二章 系统工程方法论系统工程方法论l教教学学要要求求：掌握系统工程中处理复杂问题的基本思想，理解处理系统的整体、综合、层次、价值、发展等基本观点；了解系统方法论，熟悉系统工程的各种方法，并能运用以上方法论说明如何去解决现实生活中相应的系统工程问题。2.1系统工程方法与方法论系统工程方法与方法论l方法论的定义：研究、分析和处理问题的思想、程序和基本原则叫着方法论。l系统工程方法定义在方法论层次上的方法和技术层次上的方法2.1系统工程方法与方法论系统工程方法与方法论l系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本观点（整体、综合、层次、优化等）和方法论层次上各种方法的总和。2.2霍尔方法论123456ABCDEFG逻辑维（步骤）专业维（知识）规划阶段经济管理科学社会科学环境科学信息技术工程技术法律计划阶段研制阶段生产阶段更新阶段安装阶段2.2.1 HALL2.2.1 HALL系统工程的的时间维系统工程的的时间维l（1）规规划划阶阶段段调查研究、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。l（2）计计划划阶阶段段根据规划阶段所提出设计思想和初步方案，从社会、经济、技术、可行性方面进行综合分析，提出具体的计划方案和选择一个最优方案。l（3）研研制制阶阶段段以计划为指南，组织人、财、物及各个环节、各个部门，实现系统的试制方案，并制定生产计划。l（4）生产阶段）生产阶段生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划。l（5）安装阶段）安装阶段对系统进行安装和调，提出系统的运行计划。l（6）运行阶段）运行阶段系统按预定的目标运行服务。l（7）更更新新阶阶段段完成系统的评价，改进或以新系统代替老系统，使系统更有效的工作，为系统进入下一个研制周期准备条件。以三峡工程作为案例：以三峡工程作为案例：第一阶段：第一阶段：1919年孙中山建国方略：利用三峡的水利资源发电年孙中山建国方略：利用三峡的水利资源发电1945年萨凡奇计划年萨凡奇计划该“计划”的坝址在南津关上游约2000米处，最大坝高225米，水库正常蓄水位200米高程，水电厂装机总容量1056万千瓦，单机容量11万千瓦，设船闸通航，万吨级船队可通达重庆，还可拦蓄洪水，估计投资935亿美元。应当说，“萨凡奇计划”是第一个比较具体的、可以充分利用三峡水能资源的计划。50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室年代初期林一山为首的长江流域规划办公室第二阶段：第二阶段：解决四个方面问题：解决四个方面问题：目标进行分解和量化；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；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；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。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、航运总目标：发电、防洪、供水、航运正常蓄水位：正常蓄水位：230米、米、235米；坝址设在南津关米；坝址设在南津关第三阶段：第三阶段：1958年到年到1993年年10月月 实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工实施系统工程（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。员，合作完成。提出实施该系统的详细的研制方案；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）计提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。划。提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电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最终拿设备、输变电工程等方面的各项研究工作以及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，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、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。投产等详细的系统的实施计划。第四阶段：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；部件和所有的设备和装置；提出系统的安装计划。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；电设备的制造；提出未来的安装计划；提出未来的安装计划；安置库区移民。安置库区移民。第五、六、七阶段：安装、运行、更新。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，安装阶段可部分进行运行。需阶段就可部分安装，安装阶段可部分进行运行。需寻求最佳方案，用计划协调技术（寻求最佳方案，用计划协调技术（PERT）、图解评）、图解评审技术（审技术（GERT）。）。主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临更主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临更加频繁和严重的洪水问题、环境问题和资金问题。加频繁和严重的洪水问题、环境问题和资金问题。综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。在实践工作中，系统综合、系统分析和系统优化存在循环，不断递进的过程，即在系统分析和系统优化的过程中可能产生系统方案，或者对模型进行修正。系 统 综合系 统 分析系 统 优化2.2.2HALL系统工程方法的逻辑维系统工程方法的逻辑维2.2.3 HALL系统工程方法的专业维系统工程方法的专业维 lHALL系统工程方法专业维说的是解决一个系统工程问题，需要有相应专业知识。l具备法律、经济、管理科学、社会科学、环境科学、信息技术和和相应的工程技术。活动矩阵1摆明问题2确定目标3系统综合4系统分析5系统评价6决策7实施1规划阶段a11a12a172设计阶段a213研制阶段a31a364生产阶段5安装阶段6运行阶段7更新阶段a71a712.3 切克切克兰兰德的德的“调查调查学学习习”模式模式良结构系统：偏重工程、机理明显的物理型的硬系统，可以用良结构系统：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。的行为和最佳结果。切克兰德切克兰德“调查学习调查学习”方法流程图方法流程图问问题题现现状状说说明明弄弄清清关关联联因因素素建建立立概概念念模模型型改改善善概概念念模模型型 比比 较较实实 施施不良结构系统：偏重社会、机理尚不清楚的生物型的软系统，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。理。(专家调查法专家调查法Delphi、情景分析法、情景分析法scenario、冲突分析法、冲突分析法conflict analysis)一般的硬系统都是要创建或实施一个系统；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。题情境变换到另一种问题情境，使它能愈来愈令人满意。实例分析l硬系统实例：汽车零部件系统构成汽车零部件系统构成汽车零部件系统构成汽车汽车零部零部件生件生产系产系统工统工程程汽车汽车零部零部件网件网络营络营销系销系统工统工程程零部零部件工件工业组业组织结织结构优构优化系化系统工统工程程汽车汽车零部零部件研件研发系发系统工统工程程可行可行符合要求符合要求符合要求符合要求汽车零部件研发系统工程汽车零部件研发系统工程提出零部件设计任务书提出零部件设计任务书初步可行性分析初步可行性分析零部件设计零部件设计价值工程分析价值工程分析不可行不可行不符合要求不符合要求样品试制样品试制试验评价试验评价鉴鉴 定定不符合要求不符合要求批量生产批量生产功功能能设设计计结结构构设设计计成成本本估估算算市市场场需需求求分分析析市市场场供供应应分分析析生生产产能能力力分分析析工工程程能能力力分分析析技技术术经经济济分分析析用用户户使使用用分分析析汽车零部件研发系统工程符合要求符合要求汽车零部件生产系统工程汽车零部件生产系统工程生产方案决策生产方案决策工艺设计工艺设计设备选择方案设备选择方案生产方式设计生产方式设计生产系统建设生产系统建设不符合要求不符合要求可行性分析可行性分析汽车零部件生产系统工程市市场场需需求求预预测测市市场场供供应应预预测测供求平衡分析供求平衡分析研发零部件试生产研发零部件试生产用户试用用户试用实用性分析实用性分析技技术术可可行行性性材材料料可可行行性性资资金金可可行行性性经经济济可可行行性性汽车零部件营销系统工程汽车零部件营销系统工程汽车零部件营销系统工程现现有有用用户户网网点点分分析析现现有有销销售售网网点点分分析析零部件营销方案零部件营销方案零部件市场需求零部件市场需求现现有有服服务务网网点点分分析析汽车零部件研发系统工程汽车零部件研发系统工程汽车零部件生产系统工程汽车零部件生产系统工程用用户户网网点点营营销销方方案案销销售售网网点点营营销销方方案案服服务务网网点点营营销销方方案案汽车零部件组织结构优化系统工程不可行不可行可行可行汽车零部件组织结构优化系统工程汽车零部件组织结构优化系统工程组织结构评价组织结构评价评价结果分析评价结果分析优化目标方案优化目标方案可行性研究可行性研究优化实施方案优化实施方案反反馈馈研研究究系统聚类分析系统聚类分析组组织织结结构构现现状状分分析析组组织织结结构构评评价价模模型型软系统实例l班级组织系统1.问题情景描述2.相关系统的根定义3.建立概念模型4.概念模型与现实系统的比较5.系统更新2.4 钱钱学森的学森的综综合集成工程方法合集成工程方法论论方法论层次：方法论层次：(1)经验知识理论知识；经验知识理论知识；(2)通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合；通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合；(3)人人(知识工程专家系统知识工程专家系统)与计算机与计算机(电脑电脑)结合结合工程技术层次：工程技术层次：(1)根据实际问题收集信息资料和统计数据；根据实际问题收集信息资料和统计数据；(2)约约请请相相关关专专家家分分析析研研究究，明明确确系系统统四四大大变变量量(状状态态、环环境境、控控制制、输输出出)，确定系统建模思想；，确定系统建模思想；(3)建建立立系系统统数数学学模模型型(定定量量表表示示系系统统结结构构、功功能能、行行为为、特特性性、输输入入输输出出关系关系)；(4)对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料；对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料；(5)组织专家群体检验系统模型的有效性；组织专家群体检验系统模型的有效性；(6)修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。数学模型数学模型(符合实际系统的理论描述符合实际系统的理论描述)-可信的结论可信的结论协调关系1理解意图2调查分析3形成目标4建立模型5提出建议6执行3.5 3.5 物理物理-事理事理-人理系统方法人理系统方法