系统工程第04讲(1).ppt

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系统工程系统工程（C（C类类）上海交通大学上海交通大学宋元斌宋元斌11/5/2022第二章第二章系统工程方法论系统工程方法论第一节第一节系统工程方法论遵循的原则系统工程方法论遵循的原则第二节第二节霍尔方法论霍尔方法论第三节第三节切克兰德方法论切克兰德方法论第四节第四节系统分析原理及应用系统分析原理及应用一、系统工程方法论原则一、系统工程方法论原则整体性原则整体性原则11把每项工程任务都看成由不同部分构成的有机整体，把把每项工程任务都看成由不同部分构成的有机整体，把全局观点、整体观点贯彻于整个工程的各个方面、各个部全局观点、整体观点贯彻于整个工程的各个方面、各个部分、各个阶段；分、各个阶段；2.2.由整体的功能、目标决定局部的功能、目标，按整体优化由整体的功能、目标决定局部的功能、目标，按整体优化规定各部分的性能指标；规定各部分的性能指标；3.3.从整体出发去组织局部的活动、使用局部的力量、协调局从整体出发去组织局部的活动、使用局部的力量、协调局部的关系；部的关系；4.4.把工程任务作为一个整体去研究、协调它与更大工程任务把工程任务作为一个整体去研究、协调它与更大工程任务之间的关系。

之间的关系。

该原则要求有整体观念，正确处理好局部和全局的关该原则要求有整体观念，正确处理好局部和全局的关系。

整体效应要大于简单相加系。

整体效应要大于简单相加“1+11+122”有序相关性原则有序相关性原则n在系统层次上表现出来的整体特征是由要素或子系统层次在系统层次上表现出来的整体特征是由要素或子系统层次上的相互关联、相互制约造成的。

上的相互关联、相互制约造成的。

n由同类要素或子系统组成的系统，由于其内部组织管理方由同类要素或子系统组成的系统，由于其内部组织管理方式的不同，即结构方式、有序程度的不同，系统的整体功式的不同，即结构方式、有序程度的不同，系统的整体功能表现出极大的差异。

能表现出极大的差异。

n凡是系统都是有序的，系统的任何联系都是按一定等级和凡是系统都是有序的，系统的任何联系都是按一定等级和层次进行。

层次进行。

n各部分之间的相互关系越有序，系统整体功能就越优良。

各部分之间的相互关系越有序，系统整体功能就越优良。

为获得预期的功能，系统工程师应当把注意力集中于为获得预期的功能，系统工程师应当把注意力集中于系统内部要素之间、子系统之间的相互关系上，着力系统内部要素之间、子系统之间的相互关系上，着力抓好内部的组织管理工作。

抓好内部的组织管理工作。

动态性原则动态性原则n系统工程往往是大型的、复杂的实践过程，对象内部复杂系统工程往往是大型的、复杂的实践过程，对象内部复杂的相互作用和环境的多变性是过程本身呈现出动态特征。

的相互作用和环境的多变性是过程本身呈现出动态特征。

n系统工程师应把实施工程任务看作一个动态过程，密切注系统工程师应把实施工程任务看作一个动态过程，密切注意系统内外的各种变化，掌握变化的性质、方向、趋势、意系统内外的各种变化，掌握变化的性质、方向、趋势、程度和速度，采取相应的措施，调整工程的方案、计划，程度和速度，采取相应的措施，调整工程的方案、计划，改进工作方法，在变化中求得系统优化。

改进工作方法，在变化中求得系统优化。

该原则要求该原则要求实施工程任务看作一个动态过程实施工程任务看作一个动态过程目标优化原则目标优化原则n凡工程都追求效益、功利，人类在效益和功利的追求上没凡工程都追求效益、功利，人类在效益和功利的追求上没有止境。

有止境。

n目标优化原则要求在组织和管理一个系统时应具有追求系目标优化原则要求在组织和管理一个系统时应具有追求系统最优性能的自觉性，以获得最大收益和付出最小代价为统最优性能的自觉性，以获得最大收益和付出最小代价为出发点去制定规划、方案、计划，实现系统的组织建立和出发点去制定规划、方案、计划，实现系统的组织建立和运行管理。

运行管理。

该原则要求在组织和管理系统时应具有追求系统最优该原则要求在组织和管理系统时应具有追求系统最优性能的自觉性性能的自觉性可行性原则可行性原则n系统工程时工程实践，客观条件总会使系统优化受到一定系统工程时工程实践，客观条件总会使系统优化受到一定的约束。

搞工程要讲究实际，优化而不可行的方案不是真的约束。

搞工程要讲究实际，优化而不可行的方案不是真正的优化方案。

正的优化方案。

n应把优化原则与可行性原则结合起来，在可行的方案中寻应把优化原则与可行性原则结合起来，在可行的方案中寻求最优方案。

求最优方案。

该原则要求该原则要求在可行的方案中寻求最优方案。

在可行的方案中寻求最优方案。

二、霍尔方法论二、霍尔方法论n总结了系统工程开展工作的基本过程。

总结了系统工程开展工作的基本过程。

n霍尔于霍尔于1962、1969年根据在贝尔实验室的年根据在贝尔实验室的经验，对系统工程一般的工作步骤、阶段经验，对系统工程一般的工作步骤、阶段划分和常用的知识范围进行了概括总结，划分和常用的知识范围进行了概括总结，提出了著名的霍尔三维结构模型。

提出了著名的霍尔三维结构模型。

n为解决规模大、结构复杂、涉及因素众多为解决规模大、结构复杂、涉及因素众多的大系统问题提供了科学的思维方法。

的大系统问题提供了科学的思维方法。

摆摆明明问问题题确确定定目目标标方方案案综综合合模模型型化化实实施施计计划划决决策策最最优优化化知识维（知识维（KK）运筹学运筹学控制论控制论信息论信息论社会科学社会科学工程技术工程技术法律法律艺术艺术逻辑维（逻辑维（LL）策划阶段策划阶段方案阶段方案阶段研制阶段研制阶段生产阶段生产阶段安装阶段安装阶段运行阶段运行阶段更新阶段更新阶段时间维时间维（T）（T）霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维

（1）时间维）时间维霍尔表明一个具体的工程项目的系统开发过程，按时霍尔表明一个具体的工程项目的系统开发过程，按时间上的先后次序可粗略地划分成为个阶段：

间上的先后次序可粗略地划分成为个阶段：

系统投入运行，实现系统地功能。

系统投入运行，实现系统地功能。

依据规划目标提出具体的系统（实现）方案。

依据规划目标提出具体的系统（实现）方案。

根据系统方案提出详细、具体的设计。

根据系统方案提出详细、具体的设计。

按照安装计划组成系统，并拟订详细的运行计划。

按照安装计划组成系统，并拟订详细的运行计划。

生产制造零部件，并提出详细而具体的安装计划。

生产制造零部件，并提出详细而具体的安装计划。

根据运行过程中出现的问题，或改进旧系统、或用新系根据运行过程中出现的问题，或改进旧系统、或用新系统替代旧系统，或干脆取消系统。

统替代旧系统，或干脆取消系统。

（1）

（1）策划阶段策划阶段

（2）

（2）方案阶段方案阶段（3）（3）研制阶段研制阶段（4）（4）生产阶段生产阶段（5）（5）安装阶段安装阶段（6）（6）运行阶段运行阶段（7）（7）更新阶段更新阶段分析环境条件，确定所需资源与目标，制订策划大纲。

分析环境条件，确定所需资源与目标，制订策划大纲。

（2）逻辑维）逻辑维是用步骤来表示划分工程中的决策思维活动的部分。

是用步骤来表示划分工程中的决策思维活动的部分。

表明在上述时间维上每一阶段中一般的逻辑过程。

表明在上述时间维上每一阶段中一般的逻辑过程。

（6）（6）决策决策选定行动方案。

选定行动方案。

（3）（3）系统综合系统综合收集能达到目标的若干备选方案。

收集能达到目标的若干备选方案。

（2）

（2）确定目标确定目标针对问题确定要达到的目标。

针对问题确定要达到的目标。

（1）

（1）明确问题明确问题把握问题的实质，抓住主要矛盾，找出行动方向。

把握问题的实质，抓住主要矛盾，找出行动方向。

（4）（4）模型化模型化对各方案进行建模，用模型来分析方案。

对各方案进行建模，用模型来分析方案。

（5）（5）最优化最优化从多种可行方案中得出最优解（或满意解）从多种可行方案中得出最优解（或满意解）（7）（7）实施实施对选定的方案具体实施。

对选定的方案具体实施。

（霍尔三维结构的核心）（霍尔三维结构的核心）

（1）

（1）明确问题明确问题把握问题的实质，抓住主要矛盾，找出行动方向。

把握问题的实质，抓住主要矛盾，找出行动方向。

这里的明确问题不只是清楚地说明了问题，而是在说明问题的基这里的明确问题不只是清楚地说明了问题，而是在说明问题的基础上础上更进一步地要求探明行动方向。

更进一步地要求探明行动方向。

例如，一家亏损企业；例如，一家亏损企业；亏损亏损:

可能有很多背景资料说明这是一个真实存在的问题可能有很多背景资料说明这是一个真实存在的问题；明确问题：

降低生产成本就是一个行动方向。

明确问题：

降低生产成本就是一个行动方向。

怎样去明确问题呢怎样去明确问题呢?

调查、经验、感觉都是十分重要的。

创造学的调查、经验、感觉都是十分重要的。

创造学的方法、统计学的方法都可在这一步骤中起作用。

但必须强调，明确方法、统计学的方法都可在这一步骤中起作用。

但必须强调，明确问题不是一个纯粹的技术问题。

问题不是一个纯粹的技术问题。

（2）

（2）确定目标确定目标针对问题确定要达到的目标。

针对问题确定要达到的目标。

目标的基本含义是希望得到的结果或希望达到的标准。

从逻辑维步骤目标的基本含义是希望得到的结果或希望达到的标准。

从逻辑维步骤的关联看，这一步骤是把上一步骤的问题定义进一步具体化，把行动方的关联看，这一步骤是把上一步骤的问题定义进一步具体化，把行动方向转化为行动目标。

向转化为行动目标。

目标对行动具有导向意义，目标不同往往会导致不同的行为。

目标对行动具有导向意义，目标不同往往会导致不同的行为。

举例：

在第二次世界大战中，英国的战争物资要靠商船运输来供应，举例：

在第二次世界大战中，英国的战争物资要靠商船运输来供应，而商船很易被敌方飞机炸沉。

于是，就计划在商船上安装高射炮。

而商船很易被敌方飞机炸沉。

于是，就计划在商船上安装高射炮。

经试装后测试证明，商船在安装后保存率由经试装后测试证明，商船在安装后保存率由7575提高到提高到9999，但是，但是安装在船上的高射炮的命中率比在陆地上低的多。

由于陆军也急需安装在船上的高射炮的命中率比在陆地上低的多。

由于陆军也急需高射炮。

所以，在高射炮有限的情况下，如何合理使用？

高射炮。

所以，在高射炮有限的情况下，如何合理使用？

如以击落飞机为目标，应该给陆军；如以击落飞机为目标，应该给陆军；如以保护商船物资为目标，则安装在船上合理。

所以目标的明确是如以保护商船物资为目标，则安装在船上合理。

所以目标的明确是保证所作计划结果是否有效的前提。

保证所作计划结果是否有效的前提。

例子：

房地产开发与经营企业（说明上述两个例子：

房地产开发与经营企业（说明上述两个步骤步骤）n明确问题明确问题提出：

提出：

“开发市场能接受的住宅新品种开发市场能接受的住宅新品种”没有明确问题。

从行动的要求来看还没有任没有明确问题。

从行动的要求来看还没有任何指向，因此这一种提法尚未达到对目标的支撑。

何指向，因此这一种提法尚未达到对目标的支撑。

提出：

提出：

“体现装饰效果的住宅的开发体现装饰效果的住宅的开发”明确问题。

所要开发产品的概念已经形成。

明确问题。

所要开发产品的概念已经形成。

n确定目标确定目标比如可以从价格、样式、景观等方面来确定目标。

比如可以从价格、样式、景观等方面来确定目标。

（3）（3）系统综合系统综合收集能达到目标的若干备选方案。

收集能达到目标的若干备选方案。

实际上在这一步骤中方案的数量比方案的质量更重要，尽管最终我实际上在这一步骤中方案的数量比方案的质量更重要，尽管最终我们希望获得高质量的方案，但高质量的方案可能要以方案的数量为基们希望获得高质量的方案，但高质量的方案可能要以方案的数量为基础。

础。

系统工程中的提出方案强调在创新意义下的创造性。

如何才能有效系统工程中的提出方案强调在创新意义下的创造性。

如何才能有效地提出方案？

地提出方案？

有几类方法是很有用的。

有几类方法是很有用的。

1.1.把其他事物中的原理借鉴过来，在类比中引申。

把其他事物中的原理借鉴过来，在类比中引申。

2.2.把一个整体功能分解成小的功能子块，小功能再分解，形成功能把一个整体功能分解成小的功能子块，小功能