第2章系统工方法论2ppt课件

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1、系统工程原理系统工程原理2约定缩写约定缩写345SESE的定义的定义6基础科学马马克克思思主主义义哲哲学学自自然然科科学学数数学学社社会会科科学学思思维维科科学学系系统统科科学学人人体体科科学学技技术术科科学学: :运运筹筹学学、信信息息论论、控控制制论论工工程程技技术术: :各各门门系系统统工工程程直接改造直接改造客观世界客观世界工程技术的工程技术的理论基础。理论基础。技术科学的概括，技术科学的概括，即为认识客观世界即为认识客观世界的基本理论。的基本理论。7SESE的定义的定义8S的定义的定义91011SESE的定义的定义121314SESE的定义的定义15SESE的特点的特点p是知识体系，

2、不是工程实践是知识体系，不是工程实践p是工程技术，不是科学理论是工程技术，不是科学理论p是普遍适用的方法，一切工程都适用是普遍适用的方法，一切工程都适用 精华是系统观点，强调从总体着眼构思，从局部着手实精华是系统观点，强调从总体着眼构思，从局部着手实现，从全局出发用好局部，从全过程出发关注好各个阶现，从全局出发用好局部，从全过程出发关注好各个阶段段 16 我们已走得太远，以至于我们已忘记为何我们已走得太远，以至于我们已忘记为何而出发而出发 论文论文 学习学习17 相关问题的解决要相关问题的解决要求有独特的思考问题求有独特的思考问题和处理问题的方法和处理问题的方法系统工程方法论：系统工程方法论：

3、 18引子：方法和方法论引子：方法和方法论19方法论方法论q方法论是关于认识世界和改造世界的根本方法。q系统工程方法论是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法。是系统工程思考问题和处理问题的一般方法和总体框架。2021222324 p提出假说。提出假说。 p对各解决方案所蕴涵的结果进行对各解决方案所蕴涵的结果进行“合理的加工合理的加工”或推演。或推演。p求证或求证或“证实证实”。 252627 引子：系统工程方法论引子：系统工程方法论28引子：系统工程方法论引子：系统工程方法论29主要内容主要内容3031323334E=mc2，质量能量互相转换。物质和

4、能量不可分。物质和时间不可分，相对论认为质量是可变的。d(mv)/dt3536373839系统工程方法论系统工程方法论4041霍尔三维结构的理论基础霍尔三维结构的理论基础p只要是工程实践，不论其具体内容有多么不同，分析和解决问题的思考程序大体是一致的。p思维过程的这种逻辑同型性是工程过程的客观逻辑型的主观反映，哲学上称思维与存在的一性42环境科学环境科学社会科学社会科学工程技术工程技术计算机科学计算机科学管理科学管理科学经济经济法律法律知识维（科学技术）知识维（科学技术）逻辑维（方法步骤）逻辑维（方法步骤）时间维（时间进程）时间维（时间进程）明确问题明确问题选择目标选择目标系统综合系统综合系统

5、分析系统分析方案优化方案优化作出决策作出决策付诸实施付诸实施A B C D E F G6 5 4 3 2 1规划阶段规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运行阶段运行阶段更新阶段更新阶段知识维：指在完成上述各知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的各阶段和各步骤所需要的各种专业知识和管理知识。种专业知识和管理知识。逻辑维：每个阶段需进行的逻辑维：每个阶段需进行的工作步骤，是运用系统工程工作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决方法进行思考、分析和解决问题应遵循的一般程序。问题应遵循的一般程序。时间维：从规划到更新，按时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的时间顺序排列的

6、SE全过程。全过程。43二二. .霍尔三维结构霍尔三维结构 时间维时间维：每个具体系统工程活动从规划到更新按时间排列的顺序：每个具体系统工程活动从规划到更新按时间排列的顺序规划阶段规划阶段制定系统工程活动的政策和规划制定系统工程活动的政策和规划方案阶段方案阶段提出具体的计划方案提出具体的计划方案研制阶段研制阶段实现系统的研制方案，做出生产计划实现系统的研制方案，做出生产计划生产阶段生产阶段生产出系统的零部件及整个系统，提出安装计划生产出系统的零部件及整个系统，提出安装计划 安装阶段安装阶段把整个系统安装好，通过试验运行订出运行计划把整个系统安装好，通过试验运行订出运行计划运行阶段运行阶段系统按

7、照预期目标服务系统按照预期目标服务更新阶段更新阶段改进或充实旧系统使之变成新系统而更有效地工作改进或充实旧系统使之变成新系统而更有效地工作44二二. 霍尔三维结构霍尔三维结构 逻辑维逻辑维：按系统工程方法思考和解决每一阶段问题的思维过程：按系统工程方法思考和解决每一阶段问题的思维过程明确问题明确问题弄清问题的实质弄清问题的实质确定目标确定目标解决问题所需达到的目标，制定衡量标准解决问题所需达到的目标，制定衡量标准系统综合系统综合自由提出设想，形成可供选择的系统方案自由提出设想，形成可供选择的系统方案系统分析系统分析说明各方案性能、特点及与整个系统的相互关系，用说明各方案性能、特点及与整个系统的

8、相互关系，用模型描述方案与系统评价目标间联系模型描述方案与系统评价目标间联系系统选择系统选择在一定限制条件下，选择最优方案在一定限制条件下，选择最优方案决策决策由领导根据更全面要求，选择一个或几个方案试用（决策由领导根据更全面要求，选择一个或几个方案试用（决策步骤非系统工程师的工作）步骤非系统工程师的工作）实施实施根据最后选定的方案，将系统付诸实施根据最后选定的方案，将系统付诸实施45二二. 霍尔三维结构霍尔三维结构 知识维知识维：完成各阶段各步骤所需知识和各种专业技术。：完成各阶段各步骤所需知识和各种专业技术。 知识管理（知识管理（knowledge menagement, 1986） 知识

9、辨识：根据总体目标，制定知识来源战略，划定知识管理范围，知识辨识：根据总体目标，制定知识来源战略，划定知识管理范围，辨识知识辨识知识 获取知识：现存知识（信息库、文件或人脑中）正式化获取知识：现存知识（信息库、文件或人脑中）正式化 知识选择：评估知识及其价值，去除相互冲突的知识知识选择：评估知识及其价值，去除相互冲突的知识 储存知识：通过适当、有效的方式储存所选择的知识储存知识：通过适当、有效的方式储存所选择的知识 知识共享：将正确的知识传输给每一个阶段的使用者知识共享：将正确的知识传输给每一个阶段的使用者 知识使用：在各个阶段的工作中使用知识知识使用：在各个阶段的工作中使用知识 知识创新：通

10、过科研、实验和创造性思维发现新知识知识创新：通过科研、实验和创造性思维发现新知识46代表一项具体的管理活动代表一项具体的管理活动474849 寿命周期费用（寿命周期费用（LCC，Life Cycle Cost）是指）是指装备在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用装备在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用与保障、退役所付出的一切费用之和，亦即系统在与保障、退役所付出的一切费用之和，亦即系统在寿命周期内，为购置以及维持其正常运行所需支付寿命周期内，为购置以及维持其正常运行所需支付的全部费用。的全部费用。购置费购置费使用费使用费保障费保障费处置费处置费50使用和保障费用系统采办费用生产费用寿命周

11、期费用103060IIIIII年阶段决策点论证与研制费用0511:110:11000:1效益效益:成本成本S使用阶段使用阶段S研制阶段研制阶段S开发阶段开发阶段 阶段阶段效益成本比效益成本比52535455硬与软的关系硬与软的关系p传统的观点，硬胜于软，如传统的观点，硬胜于软，如“改革开放是硬道理改革开放是硬道理”p现代，软更重要。机器全硬件，计算机软硬结合，现代，软更重要。机器全硬件，计算机软硬结合，软件更为关键软件更为关键p人们认识到，软因素往往支配硬因素。软实力越来人们认识到，软因素往往支配硬因素。软实力越来越重要越重要56软问题软问题p明知有问题，且对问题深感不安，却说不出问题在哪，明

12、知有问题，且对问题深感不安，却说不出问题在哪，无法给以明确定义，因而也找不出规范的解决办法无法给以明确定义，因而也找不出规范的解决办法p由于对这类问题存在争议，有时也称为由于对这类问题存在争议，有时也称为“议题议题”p或者说，什么是或者说，什么是“一个问题一个问题” 本身是一个需要研究的本身是一个需要研究的问题。问题。p要解决的问题不止一个，而是相互缠绕的一堆问题。要解决的问题不止一个，而是相互缠绕的一堆问题。p随着系统从简单到复杂的演化，存在三个层次的问题：随着系统从简单到复杂的演化，存在三个层次的问题：问题问题problem议题议题issue堆题堆题mess57581. 不良结构不良结构问

13、题提出问题提出2. 问题的表问题的表示示3. 有关系统有关系统的基本定义的基本定义4. 概念模型概念模型4a. 公式化公式化系统概念系统概念4b. 其他其他系统思考系统思考5. 模型与问模型与问题的比较题的比较6. 可行满意可行满意解解7. 采取行动改采取行动改善实际问题善实际问题现实世界现实世界系统思考系统思考概念模型代替概念模型代替数学模型，思数学模型，思路更加开阔。路更加开阔。满意解代替最优满意解代替最优解，价值观方面解，价值观方面的重要变化。的重要变化。59切克兰德对系统科学的贡献切克兰德对系统科学的贡献p涌现概念的强调涌现概念的强调p系统思维的强调和论述系统思维的强调和论述60案例案

14、例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题p本问题是一个不良结构问题，无法用合适数学模型本问题是一个不良结构问题，无法用合适数学模型来描述。来描述。p可尝试用可尝试用“调查学习法调查学习法”进行分析进行分析 61案例案例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（1）问题现状说明）问题现状说明我国经济增长方式呈现出明显的高投入、高消我国经济增长方式呈现出明显的高投入、高消耗、低质量、低效益的粗放经济。具体特征有耗、低质量、低效益的粗放经济。具体特征有u以社会固定资产投资和基建投资的成倍增长来满足经济高速增长的需要u资源消耗及浪费大u产品质量低劣，企业和全社会的经济效益平均偏低62案例案例-我

15、国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（2）弄清关联因素）弄清关联因素根据涌现性原理，整体涌现性是由规模效应和结根据涌现性原理，整体涌现性是由规模效应和结构效应共同产生的。我国经济增长所体现的涌现性，构效应共同产生的。我国经济增长所体现的涌现性，主要是由规模效应产生的，而不是结构效应，但其主要是由规模效应产生的，而不是结构效应，但其决定作用的是结构效应。结构效应则取决于系统的决定作用的是结构效应。结构效应则取决于系统的结构方式和组分的属性。结构方式和组分的属性。从组分属性看，我国经济要素的素质比较低下，从组分属性看，我国经济要素的素质比较低下，主要有主要有u劳动力素质低下u企业技术总体水平不高

16、，生产工业落后。u从结构方式上看：u产业结构及其内部诸要素结构不合理u体制缺失 63案例案例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（3）建立概念模型）建立概念模型 为保持国民经济持续、快速、健康发展，必须实现为保持国民经济持续、快速、健康发展，必须实现增长方式由粗放型到集约型的转变，其实质，就是依增长方式由粗放型到集约型的转变，其实质，就是依靠提高经济的整体素质、经济运行的质量来创造更多靠提高经济的整体素质、经济运行的质量来创造更多的经济剩余，获得更大的经济效益，实现我国综合要的经济剩余，获得更大的经济效益，实现我国综合要素生产力的全面提高。素生产力的全面提高。 具体，则是如何改变。具体，

17、则是如何改变。64案例案例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（4）改善概念模型）改善概念模型 进一步用更合适的模型或方法来改进上一步的概念进一步用更合适的模型或方法来改进上一步的概念模型模型 65案例案例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（5）比较）比较 粗放型经济和集约型经济的比较，即实现四个转变：粗放型经济和集约型经济的比较，即实现四个转变：u 从主要依靠铺新摊子、上新项目，扩大建设规模，转变到立足现从主要依靠铺新摊子、上新项目，扩大建设规模，转变到立足现有基础，把建设重点放到现有企业的挖潜、改造、改组、改革和有基础，把建设重点放到现有企业的挖潜、改造、改组、改革和提高上提

18、高上u 从主要依靠资金、能源消耗，到主要依靠科技进步，加强经营管从主要依靠资金、能源消耗，到主要依靠科技进步，加强经营管理，提高生产要素的质量和利用效率理，提高生产要素的质量和利用效率u 从主要依靠经济规模扩张，转变到主要依靠结构优化升级，实现从主要依靠经济规模扩张，转变到主要依靠结构优化升级，实现规模经营，合理布局生产力，提高结构优化效益规模经营，合理布局生产力，提高结构优化效益u 从片面增求产量、产值和增长速度，转变到以市场需求为导向的从片面增求产量、产值和增长速度，转变到以市场需求为导向的注重产品质量、性能和品种，以提高产品的技术含量、附加值和注重产品质量、性能和品种，以提高产品的技术含

19、量、附加值和市场占有率上市场占有率上66案例案例-我国经济增长方式问题我国经济增长方式问题（6）实施）实施 实施所提出的改革方案，还需要采取一系列措施，国家实施所提出的改革方案，还需要采取一系列措施，国家制定政策。制定政策。67四四. .并行工程方法学并行工程方法学68四四. .并行工程方法学并行工程方法学 并行工程 同时工程69 概念设计概念设计 详细详细设计设计 工艺工艺设计设计 原型机试制及试验原型机试制及试验 生产制造生产制造 频繁的反馈频繁的反馈 串行开发串行开发 概念设计概念设计 详细详细设计设计 工艺工艺设计设计 生产制造生产制造 并行开发并行开发 原型机试制及试验原型机试制及试

20、验 下游对上游过程的支持信息下游对上游过程的支持信息 缩短上市时间缩短上市时间 少量反馈少量反馈 70p 串行作法往往先开发性能样机，即所谓先解决有无问题，然串行作法往往先开发性能样机，即所谓先解决有无问题，然后再根据其他方面诸如可信性（可靠性、维修性、保障性）、后再根据其他方面诸如可信性（可靠性、维修性、保障性）、安全性安全性等要求予以修改补充。等要求予以修改补充。p 串行作法的缺点：以性能为质量主体的样机设计木已成舟之串行作法的缺点：以性能为质量主体的样机设计木已成舟之后，要兼顾质量的其他方面的如可信性、安全性后，要兼顾质量的其他方面的如可信性、安全性等要求，等要求，有时需要作很大的修改设

21、计，浪费开发费用，延长开发周期，有时需要作很大的修改设计，浪费开发费用，延长开发周期，有时甚至是不可能的。有时甚至是不可能的。p 并行工程方法力图使开发者一开始就考虑到产品效能及全寿并行工程方法力图使开发者一开始就考虑到产品效能及全寿命周期费用的所有影响因素，包括产品的用户需求、质量命周期费用的所有影响因素，包括产品的用户需求、质量（性能、可信性、安全性（性能、可信性、安全性）、进度及经费等等。这也称）、进度及经费等等。这也称为为综合产品研制综合产品研制。71pCEConcurrent Engineer，并行工程，并行工程pIPDIntegrated Product Development，综

22、合产品研制，综合产品研制pQFDQuality Function Development，质量功能展开，质量功能展开 关键词关键词72 (1)(1)规范化的用规范化的用QFDQFD把用户需求逐层转化为产品和过程的把用户需求逐层转化为产品和过程的技术要求。技术要求。 (2)(2)将设计过程、制造过程、保障过程的研制协调的予以将设计过程、制造过程、保障过程的研制协调的予以综合。将这些过程的研制并行进行，不断进行信息交流。综合。将这些过程的研制并行进行，不断进行信息交流。 (3)(3)组成从上而下的多学科（多专业）的综合产品研制机组成从上而下的多学科（多专业）的综合产品研制机构，打破过去传统的设计部

23、门、制造部门、保障部门的界限。构，打破过去传统的设计部门、制造部门、保障部门的界限。 (4)(4)综合计算机辅助工程环境。在综合计算机辅助工程环境。在CADCAD（计算机辅助设计）（计算机辅助设计）与与CAMCAM（计算机辅助制造）基础上，发展到（计算机辅助制造）基础上，发展到CALS(CALS(计算机辅助计算机辅助采办和保障采办和保障) )，形成一体化的计算机辅助工程环境。，形成一体化的计算机辅助工程环境。实施并行工程或综合产品研制的要点实施并行工程或综合产品研制的要点73p把用户需求逐层转化为产品与过程技术要求的方法是把用户需求逐层转化为产品与过程技术要求的方法是QFDQFD pQFDQF

24、D是保证用户、消费者需求，并能推动产品设计和生产是保证用户、消费者需求，并能推动产品设计和生产工序设计改进的一种方法，也即把用户、消费者需求变工序设计改进的一种方法，也即把用户、消费者需求变换成产品特性和工序特性，并由全企业来完成这些要求换成产品特性和工序特性，并由全企业来完成这些要求的系统方法。的系统方法。 美国空军R&M2000大纲QFDQFD方法概述方法概述7475四四. .并行工程方法学并行工程方法学76四四. .并行工程方法学并行工程方法学强调四大要素：强调四大要素：qT：TimeqQ：QualityqC：CostqS：Service并行工程实际上是系统工程原理的深入和应用，更并行工

25、程实际上是系统工程原理的深入和应用，更为广义的优化设计为广义的优化设计77四四. .并行工程方法学并行工程方法学78四四. .并行工程方法学并行工程方法学79五五.物理物理事理事理人理（人理（WSR）系统方法论）系统方法论WSR是中国系统工程学会前理事长、中国科学院系统科学研究所研究员顾基发和华裔学者朱志昌博士在1995年提出的。提出了“关系协调的重要性”。80五五.物理物理事理事理人理（人理（WSR）系统方法论）系统方法论要素要素物理物理事理事理人理人理道理道理对象对象着重点着重点原则原则需要的知识需要的知识物质世界、法则、物质世界、法则、规则的理论规则的理论客观物质世界客观物质世界是什么？

26、功能分析是什么？功能分析诚实，真理，尽可诚实，真理，尽可能正确能正确自然科学自然科学管理和做事的理论管理和做事的理论组织、系统组织、系统怎样做？逻辑分析怎样做？逻辑分析协调，有效，尽可协调，有效，尽可能平滑能平滑管理科学，管理科学，系统科学系统科学人、纪律、规范的人、纪律、规范的理论理论人、群体、人际关人、群体、人际关系、智慧系、智慧应当怎样做？人文应当怎样做？人文分析分析人性，有效果，尽人性，有效果，尽可能灵活可能灵活人文知识，人文知识，行为科学行为科学81五五.物理物理事理事理人理（人理（WSR）系统方法论）系统方法论82五五.物理物理事理事理人理（人理（WSR）系统方法论）系统方法论要素

27、要素物理物理事理事理人理人理方法方法理解意图理解意图了解领导最初想法，收了解领导最初想法，收集有关领导讲话集有关领导讲话了解领导对目标的了解领导对目标的偏好，喜欢什么模偏好，喜欢什么模型和评价标准型和评价标准了解哪些领导会了解哪些领导会参加决策，谁来参加决策，谁来使用这个结果使用这个结果头脑风暴法，讨头脑风暴法，讨论分析会，认知论分析会，认知图等图等调查分析调查分析通过现场调查和文件检通过现场调查和文件检索，分析现有资源和约索，分析现有资源和约束条件束条件了解问题背景和有了解问题背景和有关经验、知识关经验、知识弄清各种关系和弄清各种关系和必要的知识必要的知识Delphi法，各种法，各种调查表，

28、交叉影调查表，交叉影响分析，响分析，Kj法等法等形成目标形成目标列出所有可行的目标和列出所有可行的目标和约束约束在目标中弄清它们在目标中弄清它们的优先次序和权重的优先次序和权重弄清各种目标涉弄清各种目标涉及到的人物及到的人物头脑风暴法，目头脑风暴法，目标树法等标树法等建立模型建立模型将各种目标和约束数据将各种目标和约束数据化和规范化化和规范化选择适当的模型程选择适当的模型程序和知识序和知识尽量把领导的尽量把领导的意意图放入图放入模型中模型中各种建模方法和各种建模方法和工具工具协调关系协调关系协调所有协调所有模型、软硬件、模型、软硬件、数据的关系，即数据的关系，即技术协技术协调调协调协调模型和知

29、识的模型和知识的合理性，即知识合理性，即知识协协调调协调各方面的利协调各方面的利益、观点、关系，益、观点、关系，即即利益协调利益协调冲突分析、和谐冲突分析、和谐理论、亚对策等理论、亚对策等提出建议提出建议对各种物理设备和程序对各种物理设备和程序进行安装、调式、验证进行安装、调式、验证将各种术语变为用将各种术语变为用户能懂和喜欢的语户能懂和喜欢的语言言尽量让各方面易尽量让各方面易于接受、易于执于接受、易于执行行各种统计图表等各种统计图表等83六六. .综合集成工程综合集成工程84 20世纪80年代，系统学讨论班进行了方法论的探讨，考察了各类复杂巨系统研究的新进展，特别是社会系统、地理系统、人体系

30、统和军事系统四类p社会系统：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开展研究p地理系统：用生态系统、环境保护以及区域规划等方法开展综合研究p人体系统：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p军事系统：运用军事对阵方法和现代作战模型综合开展研究85 p1990年，钱学森明确提出，处理开放的复杂巨系统的方法论是从定性到定量的综合集成；作为一门技术，又称综合集成技术；作为一门工程，又称综合集成工程。p1992年发展成为从定性到定量综合研讨厅体系的实践形式。Hall for Work Shop of Meta-synthesis

31、Engineering, HWSME，这套方法和方法论是从整体上研究和解决问题，采取人机结合、以人为主的思维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的信息和知识进行综合集成，达到对整体的定量认识。8687六六. .综合集成工程综合集成工程经验经验理论理论+定性定性+定量定量人人机机+微观微观+宏观宏观整体论整体论还原论还原论+辩证统一88系统系统运行运行系统系统评价评价决策决策部门部门提出问题提出问题形成判断形成判断建模仿真建模仿真 分析优化分析优化结果分析结果分析综合集成综合集成结论结论建议建议统计数据统计数据信息资料信息资料专家群体专家群体六六. .综合集成工程综合集成工程89六六. .综合集

32、成工程综合集成工程90六六. .综合集成工程综合集成工程91总体设计部总体设计部p钱学森把处理复杂据系统的方法命名为从定性到定量综合集成法，应用这个方法的集体称为总体设计部。p总体设计部由熟悉所研究系统的各个方面的专家组成，由知识面比较宽广的专家负责领导，应用综合集成法对系统进行总体研究。p设计的是系统的总体方案和实现途径。92 武器装备综合集成武器装备综合集成93 武器装备综合集成武器装备综合集成94 武器装备综合集成武器装备综合集成95 武器装备综合集成武器装备综合集成96武器装备综合集成武器装备综合集成97 武器装备综合集成武器装备综合集成98六六.综合集成工程综合集成工程99系统工程方法论小结系统工程方法论小结100