ch2 系統(tǒng)工程理論與方法論

1、第二章 SE理論與方法論第一節(jié) SE理論第二節(jié) SE根本工作過程1系統(tǒng)理論包括： 1、老三論（形成于20世紀(jì)四十年代）： 一般系統(tǒng)論、控制論和信息論。 2、新三論（形成于20世紀(jì)七十年代）： 耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論和突變論。 3、其他理論： 運(yùn)籌學(xué)、高等數(shù)學(xué)、集合論等等第一節(jié) 系統(tǒng)工程的理論根底2 系統(tǒng)工程的理論根底系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)及其工具一般系統(tǒng)論控制論運(yùn)籌學(xué)信息論發(fā)展（理論基礎(chǔ)）耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論集合論3一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)及突變論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和SE的理論根底41、一般系統(tǒng)論（general system theory) 創(chuàng)始人：美籍奧地利理論生物

2、學(xué)家L.V貝塔朗菲 1945年發(fā)表關(guān)于一般系統(tǒng)論 研究復(fù)雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學(xué)科 5 一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生背景：本世紀(jì)初,物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等已得到深入開展、學(xué)科體系已趨于完整。生物學(xué)卻仍處于一種想象,試驗(yàn)的階段。例如,生命的起源、生命的本質(zhì)等問題,就存在兩種劇烈爭論的觀點(diǎn)6機(jī)械論與活力論機(jī)械論觀點(diǎn)：認(rèn)為生物體應(yīng)像機(jī)械體一樣服從物理學(xué)、化學(xué)所說明的各種規(guī)律,也就是說,把生命問題簡化為物理和化學(xué)問題,純粹用物理原因和化學(xué)原因來說明一切生命的生理現(xiàn)象和心理過程。 -無法說明生命體的統(tǒng)一性.活力論觀點(diǎn)：認(rèn)為不能把生命現(xiàn)象簡單地歸結(jié)為物理與化學(xué)過程,但卻用“超自然的活力來解釋生命現(xiàn)象,認(rèn)為有機(jī)界和無機(jī)界之間有

3、一道不可逾越的鴻溝,支配生物體的是一種超物質(zhì)力量。 有機(jī)體7有機(jī)體美藉奧地利生物理論專家貝塔朗菲等人不滿于機(jī)械論和活力論的解釋,提出有機(jī)體概念,強(qiáng)調(diào)要從整體關(guān)聯(lián)角度看問題。后來,“有機(jī)體概念被進(jìn)一步開展為“一般系統(tǒng)論。8 一般系統(tǒng)論堅(jiān)決反對活力論與機(jī)械論1、反對簡單相加的觀點(diǎn),認(rèn)為系統(tǒng)不是簡單地等于各局部之和；2、反對機(jī)械觀點(diǎn),認(rèn)為有機(jī)整體各局部的關(guān)系不能用機(jī)械關(guān)系來解釋；3、反對被動反響觀點(diǎn),即生物活動不是受環(huán)境刺激作出簡單信息,而是具有自調(diào)功能的活動,有機(jī)體對于環(huán)境的干擾具有調(diào)節(jié)能力。9 2、信息論信息論產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代末,主要創(chuàng)立者是美國的數(shù)學(xué)家香農(nóng)（C.E.Shannon）和維納

4、。 （信息科學(xué)） 研究對象：信息 研究內(nèi)容：信息的運(yùn)動規(guī)律和應(yīng)用方法 研究工具：計(jì)算機(jī)、光導(dǎo)纖維 研究目標(biāo)：擴(kuò)展人類的信息功能。10什么是信息 香農(nóng)對信息的定義：不確定性的減少即：信息量是把某種不確定性趨向于確定的一種度量,信息量的大小取決于消息的不確定減少程度,不確定減少程度越大,則信息量越大；不確定減少程度小則信息量越少。消息與信息的關(guān)系？ 判斷：消息等同于信息？ 消息是信息的攜帶者,但并非每條消息都帶 有信息,或帶有同等信息量的信息11例：到會場找人消息A：某人在會場里消息B：某人在會場的偶數(shù)排消息B所含的信息量比消息A大,因?yàn)橄更容易減少不確定性。12信息論的根本思想 信息論：是一

5、門研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學(xué)科。信息論起源于通訊理論。信息論的根本思想：通訊和控制系統(tǒng)：信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)；系統(tǒng)的運(yùn)動：信息變換過程,通過系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運(yùn)動。系統(tǒng),在信息論的框架中,是一個(gè)進(jìn)行信息變換和信息處理的機(jī)構(gòu)。 13信息論的類型狹義信息論：即香農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。一般信息論：主要研究通訊問題,但還包括噪聲理論、信號濾波與預(yù)測、調(diào)制、信息處理等問題。廣義信息論：不僅包括前兩項(xiàng)的研究內(nèi)容,而且包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。143、控制論（Cybernatics）概念：控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存

6、在的控制規(guī)律為對象的一門科學(xué)。包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、建模及簡化等。標(biāo)志：維納于1948年出版了控制論一書開展：經(jīng)典控制論現(xiàn)代控制論大系統(tǒng)控制理論15 4、 “新三論等新的系統(tǒng)理論耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論16 5、 運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)形成于二戰(zhàn)期間。運(yùn)籌學(xué)（Operational research,OR）是為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)對其控制下的事務(wù)、活動采取策略而提供定量依據(jù)的科學(xué)方法；是在實(shí)行管理的領(lǐng)域,運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法,對需要進(jìn)行管理的問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、做出決策的一門應(yīng)用學(xué)科。17運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容運(yùn)籌學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)劃對策論決策論線性規(guī)劃非線性規(guī)劃動態(tài)規(guī)劃一般線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃目標(biāo)規(guī)劃排隊(duì)論圖論存儲論可靠性理論

7、論18第二節(jié) 系統(tǒng)工程方法論方法（method）是完成一個(gè)既定目標(biāo)的具體技術(shù)與工具；方法論（methodology）即關(guān)于方法的理論,是進(jìn)行探索的一般途徑,它高于方法,是對方法使用的指導(dǎo)。19系統(tǒng)工程方法論系統(tǒng)工程方法論是系統(tǒng)工程思考問題和處理問題的一般方法和總統(tǒng)框架；系統(tǒng)工程方法論也是系統(tǒng)工程的根本工作過程的一個(gè)折射出了。20系統(tǒng)工程根本工作過程 -霍爾三維結(jié)構(gòu) -切克蘭德方法論21規(guī)劃階段設(shè)計(jì)階段分析階段運(yùn)籌階段實(shí)施階段運(yùn)行階段更新階段運(yùn)籌學(xué)控制論社會科學(xué)工程技術(shù)邏輯維知識維時(shí)間維實(shí)施方案決策最優(yōu)化模型化系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)擺明問題霍爾三維結(jié)構(gòu)示意圖美國學(xué)者ADHall 1969系統(tǒng)工

8、程活動矩陣T-L一、霍爾三維結(jié)構(gòu)22霍爾三維結(jié)構(gòu)一項(xiàng)復(fù)雜工程,可以從三個(gè)方面加以考察時(shí)間方面：各項(xiàng)工作在時(shí)間上有先后并且互相依賴；邏輯思維方面：圍繞決策的一系列工作相互依存并按一定的邏輯順序展開；知識方面：工程需要多項(xiàng)知識的支撐。23（一）時(shí)間維規(guī)劃階段設(shè)計(jì)階段分析或研制階段運(yùn)籌或生產(chǎn)階段系統(tǒng)實(shí)施或安裝階段運(yùn)行階段更新階段24上述7個(gè)階段是按時(shí)間先后順序排列的,故稱之為“時(shí)間維；由于時(shí)間維上的每一階段又可細(xì)分為許多相互聯(lián)系的活動,這種劃分又稱為系統(tǒng)工程方法論的粗結(jié)構(gòu)。25案例：三峽工程第一階段：規(guī)劃1919年孫中山建國方略：利用三峽的水利資源發(fā)電1946年薩凡奇方案50年代初期林一山為首的長江

9、流域規(guī)劃辦公室26第二階段：初步設(shè)計(jì)解決四個(gè)方面問題：目標(biāo)進(jìn)行分解和量化；協(xié)調(diào)目標(biāo),提出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體的方案；為實(shí)現(xiàn)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)和社會方面、環(huán)境方面的保障；根據(jù)具體方案,對工程本錢費(fèi)用和效益提出更加詳細(xì)的計(jì)算。總目標(biāo)：發(fā)電、防洪、供水、航運(yùn)正常蓄水位：230米、235米；壩址設(shè)在南津關(guān)27第三階段：1958年到1993年10月（研制）實(shí)施系統(tǒng)工程（生產(chǎn)安裝）之前技術(shù)性很強(qiáng),工作量最大的階段。需要結(jié)合大批的相關(guān)的工程技術(shù)人員,合作完成。提出實(shí)施該系統(tǒng)的詳細(xì)的研制方案；提出詳細(xì)的實(shí)施（生產(chǎn)或施工,包括往后各階段）方案。提出可供施工的藍(lán)圖,包括大壩、船閘、廠房、機(jī)電設(shè)備、輸變電工程等方面的各項(xiàng)

10、研究工作以及最終拿出可供施工和生產(chǎn)的圖紙；按照預(yù)想的進(jìn)程和可能性,提出包括庫區(qū)移民以及工廠的搬遷安置、施工進(jìn)度、水輪發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備、輸變電設(shè)備的研究等,進(jìn)而提出何時(shí)完成第一期工程和第二期工程、何時(shí)全面投產(chǎn)等詳細(xì)的系統(tǒng)的實(shí)施方案。28第四階段：生產(chǎn)根據(jù)系統(tǒng)研制階段所提出的方案和生產(chǎn)方案,生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件和所有的設(shè)備和裝置；提出系統(tǒng)的安裝方案。完成大壩以及全部水工結(jié)構(gòu)的建筑,船閘、廠房的建設(shè),水輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備、中央控制臺、配電室以及其他各種機(jī)電設(shè)備的制造；提出未來的安裝方案；安置庫區(qū)移民。第五、六、七階段：安裝、運(yùn)行、更新。29時(shí)間上可以交叉 研制階段可局部進(jìn)行生產(chǎn),生產(chǎn)階段就可局部

11、安裝,安裝階段可局部進(jìn)行運(yùn)行。需尋求最正確方案,用方案協(xié)調(diào)技術(shù)（PERT）、圖解評審技術(shù)（GERT）。30明確問題確定目標(biāo)并據(jù)此設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)體系 系統(tǒng)方案綜合模型化（建模預(yù)測未來環(huán)境與效果）最優(yōu)化（方案評比）決策實(shí)施方案（二）邏輯維31邏輯框架擺明問題確定目標(biāo)系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)評價(jià)實(shí)施決策32（三）知識維該維的內(nèi)容表征從事系統(tǒng)工程工作所需要的知識(如運(yùn)籌學(xué)、控制論、管理科學(xué)等),也可反映系統(tǒng)工程的專門應(yīng)用領(lǐng)域(如企業(yè)管理系統(tǒng)工程、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、工程系統(tǒng)工程等)。33（四）霍爾三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)研究方法上的整體性（三維）技術(shù)應(yīng)用上的綜合性（知識維）組織管理上的科學(xué)性（時(shí)間維和邏輯維）系統(tǒng)工程工作的問題導(dǎo)向性（邏輯維）34(PCheckland)教授 80年代中前期 問題及其環(huán)境的識別與表達(dá)建立概念模型（目標(biāo)系統(tǒng)概念化）根底定義比較尋求改善途徑評估實(shí)施設(shè)計(jì)選擇切克蘭德方法論軟系統(tǒng)工程方法論 二、切克蘭德方法論35