系统工程方法论.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,标题,文本,标题,文本,第二章 系统工程方法论,第一节：系统工程基本工作过程,第二节：系统分析原理及应用,第三节：系统工程新方法论,系统工程方法论,第1页,方法论,方法和方法论在认识上是两个不一样范围。,方法,是用于完成一个既定任务,详细技术和操作,；,方法论,是进行,研究和探索普通路径,，是对方法怎样使用指导。,系统工程方法论,是用于处理复杂问题普通程序、逻辑步骤和通用方法。,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,管理决议强调科学性,系统工程方法论,第2页,主要系统工程方法论,霍尔结构体系,(,霍尔三维结构,),切克兰德模式,新发展方法：,物理,事理,人理（,WSR,）,系统工程方法论,第3页,第一节：,SE,基本工作过程,20,世纪,60,70,年代含有代表性,SE,方法论。,1,、霍尔三维结构（,1969,年提出）,将系统整个管理过程分为前后紧密相连六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤工作所需各种专业管理知识。三维结构由,时间维,、,逻辑维,、,知识维,组成，如图示：,系统工程方法论,第4页,一、时间维,表示系统从规划到更新，从开始,结束按时间次序排列全过程，反应了系统生命周期循环过程。,规划阶段：调研、明确目标,方案阶段：比较分析方案，择优,研制阶段：实现方案，作生产计划,生产阶段：零部件组装整个系统,运行阶段：运行,更新阶段：评价改进和更新,系统工程方法论,第5页,二、逻辑维,每个阶段内所要进行工作内容和遵照思维程序。,明确问题：搜集资料（考查、测量、调研、需求分析、市场预测）,了解系统环境、目标、系统各组成部分及其联络等。,系统边界,:,问题：,社会经济系统边界怎样确定？,如“企业生产经营”系统,:,对该系统有作用,要素,包含：,哪些归于,系统要素,？,哪些归于,环境要素,？,依据什么来确定,?,系统工程方法论,第6页,选择目标：提出目标，制订准则,(,标准,),选择目标过程普通使用价值体系方法：,效用理论,费用,效益分析：经济系统,风险预计,价值工程,系统综合：方案策略，对每种方案进行说明,系统分析：比较分析各方案建模计算或仿真,目标确定：,确定目标标准,确定目标方法,目标实现标准,-,指标量化,!,目标,量化,目标,归一化,目标,有序化,目标,一致化,系统工程方法论,第7页,作出决议：不能十全十美，要考虑人、社会各种原因,付诸实施：,企业：生产计划,开发项目：,CPM,、,PERT,三、知识维,知识维是指在完成上述各种步骤所需要各种专业知识和管理知识，包含科学学、基础科学、工程技术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等。,系统工程方法论,第8页,9,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,知识维（科学技术）,逻辑维（方法步骤）,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,作出决议,付诸实施,A B C D E F G,6 5 4 3 2 1,规划阶段,方案阶段,研制阶段,生产阶段,运行阶段,更新阶段,知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要各种专业知识和管理知识。,逻辑维：每个阶段需进行工作步骤，是利用系统工程方法进行思索、分析和处理问题应遵照普通程序。,时间维：从规划到更新，按时间次序排列,SE,全过程。,第二节霍尔,“,三维结构,”,模型,系统工程方法论,第9页,采取霍尔三维结构处理采矿问题,时间维：采矿工程大系统有勘探、建井、生产、末期边角,煤回收等阶段；,逻辑维：摆明问题（需进行详细资源考查、实际,测量、调,研、需求分析、煤炭市场预测等）、系统设计（采,矿开拓系统、采区设计、通风及其它辅助生产系统,设计）、系统综合、模型化、最优化、决议及实,施）。,知识维：采矿工程所包括学科（力学、地质学、环境工程,学、经济学、管理学等）,系统工程方法论,第10页,在这个过程系统中，每一阶段都有自己管理内容和管理目标，每一步骤都有自己管理伎俩和管理方法，彼此相互联络，再加上详细管理对象，组成了一个有机整体。,霍尔管理矩阵能够提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作，同时明确各项详细工作在全局中地位和作用，从而使工作得到合理安排。,把系统工程过程系统利用于大型工程项目，尤其是探索性强、技术复杂、投资大、周期长“大科学”研究项目，能够降低决议上失误和计划实施过程中困难。,基于“三维结构”模型,系统工程过程系统,系统工程方法论,第11页,国内外许多事例表明，利用科学系统工程过程系统管理方法，决议可靠性可提升一倍以上，节约时间和总投资平均在,15%,以上，而用于管理费用普通只占总投资,3%,6%,。,在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用极少部分，但确定了装备一生要花费用,70%,；,全方面工程研制之前，花费费用占到寿命周期费用,3%,，但固定了寿命周期费用,85%,；,研制结束时，装备寿命周期费用已被基本固定,。,系统工程方法论,第12页,2,.,切克兰德方法论,霍尔三维结构不适合用于以建立和管理“,软系统,”为,目标社会科学、管理科学等科学领域；而适合用于以研制“硬件系统”为目标自然科学、工程技术等“硬科学”领域，故有些人称霍尔三维结构为“硬科学”系统工程方法论。,英国切克兰德把,OR,、,SE,、,SA,和,SD,所使用方法论叫硬系统方法论，并在,1981,年自己提出一个,软系统方法（,SSM,）,“,调查学习”法。,系统工程方法论,第13页,同时，,切克兰德认为，完全按照处理工程技术问题思绪来处理,社会问题或“软科学”问题,，会碰到许多问题。提出了,良结构系统,：指偏重工程问题、机理显著物理型硬系统,不良结构系统,：指偏重社会问题、机理尚不清楚心理和事理型软系统,他认为：,不良结构问题,关键,不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现实状况比较中，学习改进现存系统路径，是有很显著反馈调整思想。,系统工程方法论,第14页,搞清关联原因,问题现实状况说明,建立概念模型,改进概念模型,比 较,实 施,切克兰德“调查学习”方法流程图,实施步骤,系统工程方法论,第15页,切克兰德“调查学习”软方法关键不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现实状况比较中，学习改进现存系统路径。,概念模型代替数学模型，思绪愈加开阔。,满意解代,替最优解，价值观方面主要改变。,系统工程方法论,第16页,问题及其环境,识别与表示,建立概念模型,(目标系统概念化),根底定义,比较，寻求改进路径,选择,设计,实施,评定,切克兰德方法主要内容和工作过程,系统工程方法论,第17页,在矿业工程中应用举例,某煤矿毗邻黄河,河滩湿地芦苇茂密,生态环境良好,但该矿私自排弃矸石填滩造地,严重破坏了湿地生态资源与环境。这时可采取切克兰德方法分析矿山环境地质灾害产生机制、发生条件和诱发机制等许多指标,并对其地形地貌、植被覆盖情况、历史发生情况等确定等级。并查明崩塌、泥石流等灾害诱发原因，并提出可行处理方法。,系统工程方法论,第18页,相关切克兰德方法,切克兰德认为对人类活动系统进行分析和研究，是软系统方法发展历史中里程碑，是最主要突破之一，以前系统思想者所要努力建立模型普通只是面向物质系统、设计系统，或者社会系统，不过当他们面对含有目标性人类系统时，就往往力不从心；人类活动系统是这么一个系统模型：人们在其中进行各种各样活动，而且是为了到达某一个或某一些特定目标。,系统工程方法论,第19页,人类活动系统概念与自然或人工系统概念有着重大区分。人类是自主，能将意义赋予所感知事物。所以，一个人类活动系统绝不会只有单一（可检验）解释，而是依据不一样维特沙，能够得到一系列有效解释。对人类活动系统研究，需要探究很多相互联络但又经常相互冲突价值，而且系统往往含有多元、不太明确目标，问题情境中关于组织政治文化和个人价值观、世界观等原因影响是不能忽略。所以，能够说，软系统方法论持有是诠释主义立场。,系统工程方法论,第20页,3,、,两种方法轮比较,相同点,：问题导向；重视程序及阶段；,不一样点,：,(,研究对象或应用领域、基本方法、关键内容或关键点、反馈机制、,),（,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,问题研究。,（,2,）前者关键内容是,优化分析,，而后者关键内容是,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,基本方法。,（,4,）后者较之前者含有,反馈,过程。,系统工程方法论,第21页,第二节：系统分析原理及应用,1、,系统分析概念,系统分析（,Systems Analysis）,是在对系统,问题,现实状况及,目标,充分挖掘基础上，利用,建模,及预测、优化、仿真、,评价,等方法，对系统相关方面进行定性与定量相结合分析，为,决议者,选择满意系统,方案,提供决议依据分析研究过程。,SA,是,SE,关键内容、分析过程和基本方法。,SA,要素：,问题,-,界定对象,目标及目标,-,目标体系,方案,-,多个可替换性能达方案,模型（结构、数学、仿真）,评价,-,经济、效用、环境、社会,决议者,-,决议者参加主要性,系统工程方法论,第22页,2、,SA,程序或步骤,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,决议,（分析）,N,Y,初步,SA,规范分析,综合分析,SA,程序图是,SA,普通过程，也为系统分析提供了基本逻辑框架，因而十分主要。,系统工程方法论,第23页,初步阶段常采取“,5W1H”,方法,系统工程方法论,第24页,3、,SA,特点及标准,（1）问题导向,（2）以整体为目标,（3）多方案模型分析和选优,（4）定量分析与定性分析相结合,（5）屡次重复进行,外部环境与内部条件相结合,当前利益与久远利益相结合,整体效益与局部效益相结合,定性分析与定量分析相统一,系统工程方法论,第25页,4,、,SA,方法,SA,方法,定量分析法,定量方法适合用于,S,结构清楚，搜集到信息准确，能建立数模对象。可采取投入产出分析法、成本效益分析法等方法。,定性分析法,当,S,结构不清、搜集到信息不太准确，或是因为评价者偏好不一，对于所提方案评价不一致，难以形成常规数学模型时，可采取目标,-,伎俩分析法、因果分析法、,KJ,法等方法。,系统工程方法论,第26页,1,、目标,伎俩分析法,将要到达目标和所需伎俩按照系统展开，一级伎俩等于二级目标，二级伎俩等于三级目标，依次类推，便产生了层次分明、相互联络又逐步详细化分层目标系统。,在目标分解过程中，要注意使分解分目标与总目标保持一致，分目标集合一定要确保总目标实现。此法实质是利用效能原理不停进行分析过程。,系统分析定性分析方法,系统工程方法论,第27页,目标,伎俩,目标,伎俩,目标,发展能源,发展能源生产,开发新能源,节能,资源,勘探,基地,建设,运输,太阳能,生物能,潮汐能,综合,利用,节能,设备,目标,伎俩分析法,系统工程方法论,第28页,2,、因果分析法,利用因果分析图（鱼刺图）来分析影响系统原因，并从中找出产生某种结果主要原因一个定性分析方法。,此法形象简单，一目了然，问题越复杂越能发挥其优点，适宜于集体讨论，统一意见和向领导机关汇报工作。,x,2,x,i,x,1,x,3,x,n,y,x,21,x,23,x,12,x,14,x,13,x,11,x,32,x,31,x,33,x,34,x,n1,x,n3,x,n2,x,n4,x,22,x,24,x,ij,系统工程方法论,第29页,例：某工厂用于分析产品质量不稳定因果分析图,系统工程方法论,第30页,3,、,KJ,法,日本东京工业大学川喜田二郎,(Kauakida Jir),教授提出一个直观定性分析方法。,它基本原理是：把一个个信息做成卡片，将这些卡片摊在桌子上观察其全部，把有“亲近性”卡片集中起来合并，依次做下去，依据信息相关性（“亲近性”）逐步合并成小组中组大组，然后画出问题整体结构图，分析其含义，取得对问题明确认识，最终求得问题整体组成。,系统工程方法论,第31页,它是从很多详细信息中归纳出问题整体含义一个分析方法，故又称信息卡片归类法。,这种方法把人们对图形思索功效与直觉综合能力很好地结合起来，不需要尤其伎俩和知识，不论是个人或者团体都能简便地实施，所以，是分析复杂问题一个有效方法。,例：我国社会老龄化问题分析。,系统工程方法论,第32页,1,、劳动力不足,16,、年轻人提拔难,31,、社会需求改变,2,、家庭不和睦,17,、管理制度不适应,32、生活环境改变,3,、出生率下降,18,、教育设施不适应,33,、食物结构改变,4、需照料老人增多,19,、社会福利开支大,34,、服务行业增加,5,、平均寿命增加,20、要求退休年纪增大,35,、服务人员不足,6,、生活水平下降,21,、青少年感到孤独,36,、教育设施不适应,7,、老年人孤独,22,、老年人不受尊敬,37,、娱乐设施不适应,8,、思想僵化,23,、社会创造力下降,38,、青年人受压抑,9,、社会缺乏活力,24,、衣着式样不适应,39,、不易产生新思想,10,、“代沟”加深,25,、社会道德观念不适应,40、不易出研究结果,11,、老年医疗设施不足,26,、体育设施不适应,41,、社会矛盾增加,12,、能源消耗大,27,、兵源不足,42,、年轻人缺乏独立性,13、住房担心,28,、经济缺乏竞争力,43,、年轻人嫌弃老年人,14,、组织新家庭阻力大,29,、工资结构不合理,44、经济增加减慢,15,、交通设施不适应,30,、生产成本上升,45、鲜艳色彩降低，生活单调枯燥,社会老龄化问题相关信息,系统工程方法论,第33页,3,、,5,、,20,老年人口增多,1,、,34,、,35,劳动力不足,6,、,30,、,28,、,44,经济困难大,12,、,19,、,29,社会负担重,27,兵源不足,人力资源下降,创造力下降,8 9 23 40,经济问题,经济增加减慢,26,、,37,、,45,文体设施不适应,17,、,18,、,36,教育、管理、不适应,13,、,15,、,24,、,32,、,33,衣食住行不适应,31,社会需求改变,社会需求发生改变,青年人受到压抑,16213342,老年人不幸福,4 7 22,10,、,25,、,41,社会问题,2,、,13,、,14,家庭问题,社会矛盾加深,社会问题,系统工程方法论,第34页,1,）要对复杂系统或问题进行分析研究，就必须首先建立数学模型，然后借助模型和计算机进行定性与定量相结合分析。所以，数学模型和建模技术是分析基础，是必须掌握主要伎俩。,2,）系统分析关键点就是利用逻辑思维推理方法，经过“,5W1H”,，找到处理问题关键，从而使问题得到圆满解答。,3,）系统分析方法论很主要，碰到工程问题可采取霍尔“三维结构”方法，碰到“软”问题可采取切克兰德“调查学习”方法，研究处理开放复杂巨系统问题可采取从定性到定量综合集成方法。,系统分析小结,系统工程方法论,第35页,第三节：,系统工程新方法论,系统工程方法论一直是系统工程研究主要内容。,20,世纪,90,年代初提出了从定性到定量综合集成系统方法论。,系统工程方法论,第36页,1,、钱学森从定性到定量综合集成方法图,系统运行,系统,评价,决议部门,提出问题,形成判断,建模仿真 分析优化,结果分析综合集成,结论提议,统计数据,信息资料,教授群体,综合集成即创造；,综合集成是实现大科学、大工程基本路径；,综合集成关键是处理整体与局部关系问题,实现,1+12,。,系统工程方法论,第37页,2,、物理,事理,人理（,WSR,）系统方法论,自然科学是关于物理科学；运筹学是关于事理科学（许国志），实际还包含管理科学、系统科学，事理就是做事道理；处理好人关系这是人理学，就是人文科学、行为科学，人理就是做人道理。把这三者结合起来“,WSR,系统方法论”。,WSR,系统方法论是含有东方文化传统系统方法论，得到国际同行认同,。,WSR,系统方法论基本内容和主要步骤：,1,、,了解领导意图,；,2,、调查分析；,3,、形成目标；,4,、建立模型；,5,、,协调关系,；,6,、提出提议,。,系统工程方法论,第38页,WSR,方法论主要内容,要素,物理,事理,人理,道理,对象,着重点,标准,需要知识,物质世界、法则、,规则理论,客观物质世界,是什么？功效分析,老实，真理，尽可能正确,自然科学,管理和做事理论,组织、系统,怎样做？逻辑分析,协调，有效，尽可能平滑,管理科学，,系统科学,人、纪律、规范理论,人、群体、人际关系、智慧,应该怎样做（人文分析）,人性，有效果，尽可能灵活人文知识，,行为科学,系统工程方法论,第39页,系统工程方法论总结,还原论与整体论相结合,定性与定量相结合,系统分析与系统综合相结合,局部研究与整体研究相结合,系统工程方法论,第40页,简述霍尔三维结构和切克兰德“调查学习”模式含义。,霍尔和切克兰德系统工程方法论有什么不一样,?,霍尔三维结构逻辑维所表达主要思想是什么,?,从方法论上讲，运筹学和系统工程有什么不,何谓系统分析？系统分析包含有哪些要素？画简图说明这些要素之间关系。,处理问题“,5W1H”,是什么？举例说明。,思索题,系统工程方法论,第41页,