1、第二章 系統工程方法論第二節 系統分析原理第三節 創新思維與方案創造技術第四節 系統工程方法論的新發展第一節 系統工程的基本工作過程內容要點：3術語回顧：系統系統工程 系統是由兩個以上有機聯系、相互作用的要素所組成，具有特定功能、結構和環境的整體。或：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體。 組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的科學。4方法論的重要性 授人以魚不如授人以漁 老子系統工程方法論的優勢？發揮綜合性學科、交叉學科優勢! 張鐘俊教授1983年系統工程雜志創刊詞指出：綜合即創造（“綜合即創造”是日本學術界的

2、一句名言） 上世紀80年代流行術語：技術集成、技術組裝前導中國系統工程創始人1911-2009 5系統工程方法論不僅是反映客觀規律的科學理論，具有科學方法論的含義！ 6 系統方法論方法和方法論的區別：方法（Method） ：是用于完成一個既定任務的具體技術和操作；方法論（Methodology） ：是進行研究和探索的一般途徑，是對方法如何使用的指導。7系統工程方法論它是分析和解決系統開發、運作及管理實踐中的問題所應遵循的工作程序、邏輯步驟和基本方法。8系統工程方法論是研究和探索（復雜）系統問題的一般規律和途徑。 系統工程方法論特點: 研究方法強調整體性 技術應用強調綜合性 管理決策強調科學性9

3、霍爾“三維結構”切克蘭德的“學習調查”法系統分析綜合集成方法物理事理人理（WSR） 螺旋式推進（旋進）原則最具代表性的系統工程學方法論有:10第一節 系統工程的基本工作過程112.1.1 霍爾“三維結構”12一、霍爾的三維結構（1969年提出）20世紀6070年代具有代表性的SE方法論。美國工程師霍爾（A.D.Hall)將系統的整個管理過程分為前后緊密相連的七個階段和七個步驟，并同時考慮到為完成這些階段和步驟的工作所需的各種專業管理知識。三維結構由時間維、邏輯維、知識維組成。13環境科學社會科學工程技術計算機科學管理科學經濟法律知識維（科學技術）邏輯維（方法步驟）時間維（時間進程）擺明問題系統

4、設計系統綜合模型化最優化決策實施計劃A B C D E F G76 5 4 3 2 1規劃階段設計階段分析階段運籌階段實施階段運行階段二、 霍爾“三維結構”模型知識維：指在完成上述各階段和各步驟所需要的各種專業知識和管理知識。邏輯維：每個階段需進行的工作步驟，是運用系統工程方法進行思考、分析和解決問題應遵循的一般程序。時間維：從規劃到更新，按時間順序排列的SE全過程。更新階段141、時間維（七個階段）表示系統從規劃到更新，從開始結束按時間順序排列的全過程，反映了系統的生命周期循環過程。 （1）規劃階段：根據總體方針和發展戰略制定規劃； （2）設計階段：提出具體計劃方案； （3）分析階段：分析、

5、制定詳細的生產計劃；（4）運籌階段：運籌各類資源需求量，制定詳細 實施計劃；（5）實施階段：安裝調試系統，制定具體系統運行計劃；（6）運行階段：系統投入運行；（7）更新階段：維護、改造或更新系統。152、邏輯維（七個步驟）每個階段內所要進行的工作內容和遵循的思維程序。擺明問題：明確要解決的問題，收集有關該問題的歷史、現狀和發展趨勢的資料；收集資料：考察、測量、調研、需求分析、市場預測等了解系統的環境、目的、系統各組成部分及其聯系等。16問題的確定： 直觀經驗方法：頭腦風暴法 預測法：德爾菲法、情景分析法、交叉影響法、時間序列法 結構模型法：解釋結構模型法(ISM)、決策實驗室法、圖論法 多變量

6、統計方法：非結構、半結構問題，因子分析、主成分分析法 其他：一般系統理論和模糊集理論等17系統設計：確定要達到的目標，建立評價標準，設計評價指標體系和評價算法；系統綜合：設計系統結構、制定整個系統可行方案；模型化：比較分析各方案建模計算或仿真；模型化主要內容： 系統變量選擇：狀態變量、決策變量(內生、外生) 建模和仿真：GPSS、SD 可靠性與有效性18最優化：選出待選方案集，交決策部門 最優化：單目標、多目標優化：約束條件，最優解、滿意解 線性規劃、動態規劃、非線性規劃、 大系統理論、組合優化等決策：在分析、優化和評價的基礎上由決策者作出裁決，選定行動方案。實施計劃：制定具體的執行計劃并實施

7、。 企業：生產計劃 開發項目：CPM、PERT193、 知識維 知識維是指在完成上述各種步驟所需要的各種專業知識和管理知識，包括科學學、基礎科學、工程技術、環境科學、計算機技術、數學、經濟學、法律、管理科學和其它相關社會科學等。20運用SE知識，把三維結構中的七個時間階段和七個邏輯步驟結合起來，便形成所謂霍爾管理矩陣如下： 邏輯維（步驟）時間維（階段）1擺明問題2系統設計3系統綜合4模型化5最優化6決策7實施計劃1.規劃階段a11a12a13a14a15a16a172.設計階段a21a22a23a24a25a26a273.分析階段a31a32a33a34a35a36a374.運籌階段a41a4

8、2a43a44a45a46a475.實施階段a51a52a53a54a55a56a576.運行階段7.更新階段a61a71a62a72a63a73a64a74a65a75a66a76a67a77 霍爾管理矩陣代表一項具體的管理活動21霍爾“三維結構”模型特點：（1）強調明確目標；（2）核心內容是最優化；（3）認為現實問題基本上都可歸納為工程系統問題；（4）應用定量分析手段，求最優解；（5）研究方法的整體性（三維結構）、技術應用的綜合性（知識維）、組織管理的科學性（時間維、邏輯維）、工作的問題導向性（邏輯維）。22系統工程方法論的四維體系結構 232.1.2切克蘭德方法論24系統工程常常把所研究

9、的系統分為良結構系統與不良結構系統，由于它們具有不同的特點，故分別采取不同的解決方法，如下表：定 義特 點解決的方法良結構S偏重工程、機理明顯的物理型的硬S可用較明顯的數學模型描述，有較現成的定量方法可以計算出系統的行為和最佳結果。用“硬方法”求出最佳的定量結果，霍爾的三維結構主要適用于此。不良結構S偏重社會、機理尚不清楚的生物型的軟S較難用數學模型描述，因其加入了人的直覺和判斷，往往只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法來處理問題。用“軟方法”求出可行的滿意解，常用德爾菲法、情景分析法、沖突分析法、切克蘭德的“調查學習” 法等。一、切克蘭德的“調查學習” 法25切克蘭德1981年提出“調查

10、學習”模式,從系統工程方法論角度看，切克蘭德的“調查學習”方法具有更高的概括性。切克蘭德的“調查學習”軟方法的核心不是尋求“最優化”，而是“調查、比較”或者說是“學習”，從模型和現狀比較中，學習改善現存系統的途徑。 切克蘭德的“調查學習” 法26問題及其環境的識別與表達建立概念模型(目標系統概念化)根定義比較尋求改善途徑選擇設計實施評估.切克蘭德的“調查學習” 法（思路）271.非結構化問題3.有關系統的定義2.問題的表示7. 采取行動改善實際問題4b. 其他系統思考4.建立概念模型5. 模型與問題的比較4a.公式化系統概念6.可行滿意解現實世界系統思考 二、切克蘭德方法論基本流程：28方法步

11、驟如下：(1) 不良結構系統現狀說明。通過調查分析，對現存的不良結構系統的現狀進行說明。(2) 弄清關聯因素。初步弄清、改善與現狀有關的各種因素及其相互關系。(3) 建立概念模型。在不能建立數學模型的情況下，用結構模型或語言模型來描述系統的現狀。(4) 改善概念模型。隨著分析的不斷深入和“學習”的加深，進一步用更合適的模型或方法改進上述概念模型。(5) 比較。將概念模型與現狀進行比較，找出符合決策者意圖而且可行的改革途徑或方案。(6) 實施。實施提出的改革方案。 切克蘭德的“調查學習” 法三、兩種方法論的比較霍爾三維結構與切克蘭德方法論均為系統工程方法論，均以問題為起點，具有相應的邏輯過程。在

12、此基礎上，兩種方法論主要存在以下不同點：（1）霍爾方法論主要以工程系統為研究對象（硬系統工程方法），而切克蘭德方法更適合于對社會經濟和經營管理等“軟”系統問題的研究（軟系統工程方法）。（2）前者的核心內容是優化分析，而后者的核心內容是比較學習。（3）前者更多地關注定量分析方法，而后者比較強調定性與定量有機結合的基本方法。第二節 系統分析原理31一、 系統分析概念系統分析（System Analysis, 簡稱SA)系統分析是系統工程的基本處理方法之一！廣義解釋：系統工程蘭德公司：RAND (Research and Development) 被稱為“思想庫”或“智囊團”，從事系統分析的著名機構

13、。32美國蘭德公司曾對系統分析的方法論作過如下論述1確定期望達到的目標；2分析達到期望目標所需的技術與設備；3分析達到期望目標的各種方案所需要的資源和費用；4根據分析，找出目標、技術設備、環境資源等因素間的相互關系，建立各方案的數學模型；5根據方案的費用多少和效果優劣為準則，依次排隊，尋找最優方案。33系統分析是在對系統問題現狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優化、仿真、評價等方法，對系統的有關方面進行定性與定量相結合的分析，為決策者選擇最優或滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。換句話說：系統分析就是從系統的觀點出發，用科學的分析方法和工具，對事物進行分析綜合，找出各種可行方案以

14、供決策者進行選擇。 系統分析的含義：34二、系統分析的要素 問題 目的及目標 方案 模型（結構、數學、仿真） 評價 決策者二、系統分析的程序按照系統分析的定義、內容及要素，參照系統工程的基本工作過程，可將系統分析的基本過程歸結為下圖所示的幾個步驟。系統分析程序圖是系統分析的一般過程，也為全課程提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。在對其理解和應用上應注意以下各點： 重視做好初步系統分析。 5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好這段工作的基本線索。在規范分析中一般需建立結構模型、數學模型或仿真模型。每段結束后系統方案的變化軌跡是：可行方案非劣方案經排序的非劣方

15、案（或稱選擇性方案）。環境分析貫穿SA全過程，在SA中是十分重要和必不可少的。在管理應用SA過程中，并不一定要遍歷并完成每一個具體過程。三、系統分析的特點及原則系統分析的特點： （1）問題導向 （2）以整體為目標 （3）多方案模型分析和選優 （4）定量分析與定性分析相結合 （5）多次反復進行39系統分析的原則：（1） 內部因素與外部因素相結合（2） 微觀效果與宏觀效果相結合（3） 當前效果與長遠效果相結合（4） 定量分析與定性分析相結合401.內部因素與外部因素相結合內部條件與外部條件相結合如：建設一個工廠內部因素：技術、資金、設備、人員。外部因素：政策、市場、原材料供應、運輸、環保。412.

16、微觀效果與宏觀效果相結合局部效果與整體效果相結合11 2局部最優 整體最優原則：局部服從整體三個臭皮匠一個諸葛亮三個諸葛亮？423.當前效果與長遠效果相結合當前有利，將來有利當前有利，將來不利當前不利，將來有利理想的過渡性的可取的例：方案效果434.定量分析與定性分析相結合系統工程的一大特點是能夠實現定量化但要注意：現實中定性分析不可避免44第三節 創新思維與方案創造技術一、創新思維江澤民同志指出:“創新是一個民族的靈魂, 是一個國家興旺發達的不竭動力。”胡錦濤同志在黨的十七大報告中指出:“提高自主創新能力, 建設創新型國家, 是國家發展戰略的核心, 是提高綜合國力的關鍵?！薄耙獔猿肿咧袊厣?/p>

17、自主創新道路, 把增強自主創新能力貫徹到現代化建設各個方面?！秉h的十八大以來，習近平同志把創新擺在國家發展全局的核心位置。習近平同志強調：創新是引領發展的第一動力。創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力，也是中華民族最深沉的民族稟賦。在激烈的國際競爭中，惟創新者進，惟創新者強，惟創新者勝。李克強總理號召：大眾創業，萬眾創新?！翱茖W的本質就是創新”。必須大力培育國民的創新意識、創新興趣和創新能力。進行創新活動需要有正確、有效的創新思維方法。創新、創造與發明是以創新思維為前提的。有了創意, 經過創新活動過程才能搞出創新成果。創新思維的價值在于其新穎性、創造性、實踐可能性。創新可分原

18、始性創新、繼承性創新、否定性創新 3大類。只有創新思維的價值較高, 才可能取得較高價值的創新成果。要產生較高價值的創新思維, 就需要科學的思維方式。二、創新方案的產生技術提問法（5W1H）頭腦風暴法 自由聯想、各抒己見、暢所欲言、互相啟發。德爾菲法 擬定調研提綱、專家背靠背（以通信方式征詢意見、避免權威影響）、多次反復（三、四次）、綜合、收斂、集中。群體決策支持系統：分散群體+信息技術-集中情景分析法：在調查基礎上專家集體推測未來情景、引入突發事件檢驗。三、系統創新思維輔助工具Mindmanager (見P27-32)學習可視化知識的迅猛增長，要求提高學習的效率。所以，大學里“如何學”比“學什

19、么”顯得更重要。現代社會已進入一個讀圖時代：。用圖解方式來直觀地呈現、再現知識，能增強記憶、提高學習質量；把思維過程可視化，能促進創造性思維。思維導圖是怎樣來的? 科學研究已經充分證明：人類的思維特征是呈放射性的，進入大腦的每一條信息、每一種感覺、記憶或思想（包括每一個詞匯、數字、代碼、食物、香味、線條、色彩、圖像、節拍、音符和紋路），都可作為一個思維分支表現出來，它呈現出來的就是放射性立體結構。 英國著名心理學家東尼博贊（本教材托尼巴贊）在研究大腦的力量和潛能過程中，發現偉大的藝術家達芬奇在他的筆記中使用了許多圖畫、代號和連線。他意識到，這正是達芬奇擁有超級頭腦的秘密所在。在此基礎上，博贊于

20、19世紀60年代發明了思維導圖這一風靡世界的思維工具。東尼博贊 Tony Buzan以大腦先生聞名；英國頭腦基金會總裁；國際奧運教練、運動員顧問；英國奧運劃船隊顧問；西洋棋隊的顧問；“心智文化”概念的創作人；“世界記憶冠軍協會”創辦人。 思維導圖的創始人 英國東尼博贊什么是思維導圖？思維導圖是通過帶順序標號的樹狀的結構來呈現一個思維過程，將放射性思考（Radiant Thinking）具體化的過程。思維導圖主要是借助可視化手段促進靈感的產生和創造性思維的形成。 思維導圖是放射性思維的的表達，因此也是人類思維的自然功能。思維導圖以一種與眾不同和獨特有效的方法駕馭整個范圍的腦皮層技巧詞匯、圖形、數

21、字、邏輯、節奏、色彩和空間感。(見下頁圖)思維導圖是基于對人腦的模擬，它的整個畫面正像一個人大腦的結構圖 ，能發揮人腦整體功能。 左右腦的特質 右 左節奏 rhythm空間感 spatial awareness 整體概念whole picture想像imagination白日夢daydreaming顏色colour大小dimension文字 words邏輯 logic 數字numbers順序sequence線性linearity分析analysis清單lists子題 6子題 7子題 5子題 4子題 3子題 2子題 1主題思考的主題 思維導圖用于放射性思考例：讀書筆記經濟學58第四節 系統工程方

22、法論的新發展59 一、物理事理人理（WSR）系統方法論中國系統工程專家顧基發和英國華裔專家朱志昌博士提出了物理事理人理(WSR)系統方法論。顧基發，朱志昌 1995年論文.見：高飛.物理事理人理系統方法及其應用：博士論文（英文）D.北京：中國社會科學院，2000自然科學是關于物理的科學；運籌學是關于事理的科學（許國志），實際還包括管理科學、系統科學，事理就是做事的道理；處理好人的關系這是人理學，就是人文科學、行為科學，人理就是做人的道理。把這三者結合起來“WSR系統方法論”。 WSR系統方法論是具有東方文化傳統的系統方法論，得到國際同行的認同。60 物理事理人理（WSR）系統方法論要素物理事理

23、人理道理對象著重點原則需要的知識物質世界、法則、規則的理論客觀物質世界是什么？功能分析誠實，真理，盡可能正確自然科學管理和做事的理論組織、系統怎樣做？邏輯分析協調，有效，盡可能平滑管理科學，系統科學人、紀律、規范的理論人、群體、人際關系、智慧應當怎樣做？人文分析人性，有效果，盡可能靈活人文知識，行為科學WSR系統方法論的內容61物理知識庫數據庫人理AIKE價值觀事理模型庫方法庫物理事理人理（WSR）系統方法論示意圖62 WSR系統方法論 WSR系統方法論的基本內容和主要步驟： 1、理解領導意圖； 2、調查分析； 3、形成目標； 4、建立模型； 5、協調關系； 6、提出建議。在應用WSR方法論時

24、通常還需要遵循參與、綜合集成、人機結合且以人為主、迭代和學習等主要原則。 63 WSR系統方法論要素物理事理人理方法理解意圖了解領導最初想法，收集有關領導講話了解領導對目標的偏好，喜歡什么模型和評價標準了解哪些領導會參加決策，誰來使用這個結果頭腦風暴法，討論分析會，認知圖等調查分析通過現場調查和文件檢索，分析現有資源和約束條件了解問題背景和有關經驗、知識弄清各種關系和必要的知識Delphi法，各種調查表，交叉影響分析，Kj法等形成目標列出所有可行的目標和約束在目標中弄清它們的優先次序和權重弄清各種目標涉及到的人物頭腦風暴法，目標樹法等建立模型將各種目標和約束數據化和規范化選擇適當的模型程序和知

25、識盡量把領導的意圖放入模型中各種建模方法和工具協調關系協調所有模型、軟硬件、數據的關系，即技術協調協調模型和知識的合理性，即知識協調協調各方面的利益、觀點、關系，即利益協調沖突分析、和諧理論、亞對策等提出建議對各種物理設備和程序進行安裝、調式、驗證將各種術語變為用戶能懂和喜歡的語言盡量讓各方面易于接受、易于執行各種統計圖表等WSR系統方法論中常用的方法64一個好的管理者應該：“懂物理，明事理，通人理?！?5二、綜合集成方法（自學） 綜合集成（ Meta-Synthesis ）方法是從整體上考慮并解決復雜問題的方法論。錢學森等人在研究解決開放的復雜巨系統問題時，提出了“從定性到定量綜合集成方法”

26、，這是系統工程思想的新發展。其實質是將專家群體、數據和各種信息與計算機仿真有機地結合，把各種學科的理論和人的經驗與知識結合起來，發揮整體優勢。 66數據與各種信息資料系統運行系統評價決策部門系統機制分析，優化要求判斷建模、仿真、優化結果分析與綜合結論與建議專家的理論與經驗知識綜合集成方法思想從定性到定量的綜合集成法67綜合集成方法的實質是把專家體系、信息與知識體系以及計算機體系有機結合起來，構成一個高度智能化的人機結合與融合體系，這個體系具有綜合優勢、整體優勢和智能優勢。它能把人的思維、思維的成果、人的經驗、知識、智慧以及各種情報、資料和信息統統集成起來，從多方面的定性認識上升到定量認識。綜合集成思想68錢老提出的人機結合思維體系是綜合集成方法的理論基礎。從思維科學角度來看，人腦和計算機都能有效處理信息，但兩者有極大差別。