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

霍尔三维结构模型

生产

系统

优化

社会科学工程技术

规划拟定方案

系统研究

安装运转

更新

系统

分析

系统

综合

设计

系统

指标

明确

问题

决策

实施

时间

维知识维

逻辑维

逻辑维（步骤） 时间维（阶段）

1明确问题

2设计目标

3系统综合

4系统分析

5系统优化

6作出决策

7付诸实施

1. 规划阶段2. 设计阶段3. 研制阶段4. 生产阶段5. 安装阶段6. 运行阶段7. 更新阶段

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霍 尔 管 理 矩 阵

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。

第一节 霍尔三维结构模型

2 、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。

O1- 经济效益分目标

目标体系时序指标集

P1- 农业总产值 ( 万元 )

P2- 人均收入 ( 元 )

P3- 上交粮食( 吨 )

P4- 工业上交利税 ( 元 )P5- 森林覆被率 (%)

P6- 亩施有机肥 ( 公斤 )

O-

系统发展总目标

O2- 社会效益分目

标

O3- 生态效益分目标

1990 1995 2000

/

/

/

103.5-115.4500-600

300

7.7-9.0

15-18750-1000

200

12-15650-800

207.1-225.0876-1000

350

400-1200

18-21

12.0-15.0

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。

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。

系统综合 现实系统模型化 系统分析

计算机求解 方案可行 ?

可行方案集

评价指标 多目标综合评定

系统优化过程框图

方案设计

推荐方案输出

6 、决策7 、实施 推荐方案

决策

选中一个？

实施成功

失败

提出修改意见

重新研究

决策者水平高

决策者能力不强承担后果

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。

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。

三、软系统方法论解决问题的步骤

劣结构问题情景①

问题情景描述②

相关系统根定义③

概念模型④

形成系统概念 其他系统思想

实施可行方案⑦

可行改革方案⑥

②和④比较⑤

现实世界

系统思维

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

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”。

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。

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。

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。

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。

硬系统方法论 软系统方法论 硬系统方法论 软系统方法论

硬问题良结构知物之善还原论思维目标确定状态辨识

软问题劣结构知理之善系统论思维目标模糊共识、沟通

二元论最优化问题解决最优方案客观评价

多元论准优化状态改善改革方案主观评价

软系统与硬系统的方法论比较

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。

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

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。

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。

2 、并行工程的小组化组织结构

制造工程

后勤支持

制造计划设计工程

市 场

并行工程小组

企业内部环境

企业外部环境

质量保证

顾 客 子承包商或投资商

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。

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。

综合集成（集大成，出智慧）Meta-Synthesis

综合Synthesis

集成Integration

对各种综合的集成 对各种集成的综合

从定性到定量

相关概念组合联合合作兼并融合…

相关概念集合集中集结集聚

…

还原论与整体论相结合

定性研究与定量研究相结合

宏观研究与微观研究相结合

确定性描述与不确定性描述相结合

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

科学研究与人文研究相结合

多学科交叉

老中青相结合

… …

管理方法的集成

数学模型的集成

技术的集成

观念的集成

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。

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。

社会认识

知识体系

专家体系

机器体系

社会实践

客观世界

命题结果 认识世界改造世界

研讨厅体系框图

统计数据信息资料

建模、仿真分析优化

结果分析与综合集成

结论与建议

提出问题和形成判断

决策部门

系统运行

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

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。

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。

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。

要素 物 理 事 理 人 理

道理物质世界、法则、规则的理论 管理和做事的理论

人、纪律、规范的理论

对象 客观物质世界 组织、系统人、群体、人间关

系、智慧

着重点 是什么？功能分析 怎样做？逻辑分析应当怎么做？人文

分析

原则诚实，真理，尽可

能正确协调，有效率，尽

可能平滑人性，有效果，尽

可能灵活

需要的知识

自然科学 管理科学，系统科学

人文知识，行为科学

WSR系统方法论的内容

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

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

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

提出项目 决 策

开展研究 研究结果

实 施

对话 B对话 A

甲 方

乙 方

D

C