1、第1页第二章 SE理论与方法论 第一节 SE理论 第二节 SE基本工作过程第2页 系统理论包括：1、老三论老三论（形成于20世纪四十年代）：一般系统论、控制论和信息论。2、新三论新三论（形成于20世纪七十年代）：耗散结构理论、协同论和突变论。3、其他理论：其他理论：运筹学、高等数学、集合论等等第一节 系统工程的理论基础第3页 系统工程的理论基础系系统统工工程程理理论论基基础础及及其其工工具具一般系统论一般系统论控制论控制论运筹学运筹学信息论信息论发展发展（理论基础）（理论基础）耗散结构理论耗散结构理论协同学协同学突变论突变论集合论集合论第4页 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构一般系统论、控
2、制论、信息论、耗散结构理论、协同学及突变论等是系统理论的重理论、协同学及突变论等是系统理论的重要内容和要内容和SE的理论基础的理论基础第5页 1、一般系统论（、一般系统论（general system theory)创始人：美籍奥地利理论生物学家创始人：美籍奥地利理论生物学家L.V贝塔朗菲贝塔朗菲 1945年发表年发表关于一般系统论关于一般系统论 研究复杂系统一般规律的学科研究复杂系统一般规律的学科 第6页 一般系统论的产生一般系统论的产生 背景：本世纪初，物理学、力学、化学等背景：本世纪初，物理学、力学、化学等已得到深入发展、学科体系已趋于完整。已得到深入发展、学科体系已趋于完整。生物学却仍
3、处于一种想象，试验的阶段。生物学却仍处于一种想象，试验的阶段。例如，生命的起源、生命的本质等问题，例如，生命的起源、生命的本质等问题，就存在就存在两种两种激烈争论的观点激烈争论的观点第7页机械论与活力论机械论与活力论 机械论观点机械论观点：认为生物体应像机械体一样服从物认为生物体应像机械体一样服从物理学、化学所阐明的各种规律，也就是说，把生理学、化学所阐明的各种规律，也就是说，把生命问题简化为物理和化学问题，纯粹用物理原因命问题简化为物理和化学问题，纯粹用物理原因和化学原因来说明一切生命的生理现象和心理过和化学原因来说明一切生命的生理现象和心理过程。程。-无法说明生命体的统一性无法说明生命体的
4、统一性.活力论观点：活力论观点：认为不能把生命现象简单地归结为认为不能把生命现象简单地归结为物理与化学过程，但却用物理与化学过程，但却用“超自然的活力超自然的活力”来解来解释生命现象，认为有机界和无机界之间有一道不释生命现象，认为有机界和无机界之间有一道不可逾越的鸿沟，支配生物体的是一种超物质力量。可逾越的鸿沟，支配生物体的是一种超物质力量。有机体有机体第8页有机体有机体 美藉奥地利生物理论专家贝塔朗菲等人不美藉奥地利生物理论专家贝塔朗菲等人不满于机械论和活力论的解释，提出有机体满于机械论和活力论的解释，提出有机体概念，强调要从整体关联角度看问题。概念，强调要从整体关联角度看问题。后来，后来，
5、“有机体有机体”概念被进一步发展为概念被进一步发展为“一般系统论一般系统论”。第9页 一般系统论坚决反对活力论与机械论一般系统论坚决反对活力论与机械论 1、反对简单相加的观点，认为系统不是简单地、反对简单相加的观点，认为系统不是简单地等于各部分之和；等于各部分之和；2、反对机械观点，认为有机整体各部分的关系、反对机械观点，认为有机整体各部分的关系不能用机械关系来解释；不能用机械关系来解释；3、反对被动反应观点，即生物活动不是受环境、反对被动反应观点，即生物活动不是受环境刺激作出简单信息，而是具有自调功能的活动，刺激作出简单信息，而是具有自调功能的活动，有机体对于环境的干扰具有调节能力。有机体对
6、于环境的干扰具有调节能力。第10页 2、信息论、信息论 信息论产生于信息论产生于20世纪世纪40年代末，主要创立者是美年代末，主要创立者是美国的数学家香农（国的数学家香农（C.E.Shannon）和维纳）和维纳。（信息科学）（信息科学）研究对象：信息研究对象：信息 研究内容：信息的运动规律和应用方法研究内容：信息的运动规律和应用方法 研究工具：计算机、光导纤维研究工具：计算机、光导纤维 研究目标：扩展人类的信息功能。研究目标：扩展人类的信息功能。第11页什么是信息什么是信息 香农对信息的定义：不确定性的减少香农对信息的定义：不确定性的减少 即：信息量是把某种不确定性趋向于确定的一种即：信息量是
7、把某种不确定性趋向于确定的一种度量，信息量的大小取决于消息的不确定减少程度量，信息量的大小取决于消息的不确定减少程度，不确定减少程度越大，则信息量越大；不确度，不确定减少程度越大，则信息量越大；不确定减少程度小则信息量越少。定减少程度小则信息量越少。消息与信息的关系？消息与信息的关系？判断：消息等同于信息？判断：消息等同于信息？消息是信息的携带者，但并非每条消息都带消息是信息的携带者，但并非每条消息都带 有信息，或带有同等信息量的信息有信息，或带有同等信息量的信息第12页 例：到会场找人例：到会场找人 消息消息A：某人在会场里：某人在会场里 消息消息B：某人在会场的偶数排：某人在会场的偶数排
8、消息消息B所含的信息量比消息所含的信息量比消息A大，因为消息大，因为消息B更容易减少不确定性。更容易减少不确定性。第13页信息论的基本思想信息论的基本思想 信息论：是一门研究信息传输和信息处理一般规律信息论：是一门研究信息传输和信息处理一般规律的学科。的学科。信息论起源于通讯理论。信息论起源于通讯理论。信息论的基本思想：信息论的基本思想：通讯和控制系统通讯和控制系统：信息的传输和加工处理系统；：信息的传输和加工处理系统；系统的运动系统的运动：信息变换过程，通过系统内部的信息交：信息变换过程，通过系统内部的信息交流使系统维持正常的有目的的运动。流使系统维持正常的有目的的运动。系统系统，在信息论的
9、框架中，是一个进行信息变换和，在信息论的框架中，是一个进行信息变换和信息处理的机构。信息处理的机构。第14页信息论的类型信息论的类型 狭义信息论狭义信息论：即香农信息论。主要研究消：即香农信息论。主要研究消息的信息量、信道（传输消息的通道）容息的信息量、信道（传输消息的通道）容量以及消息的编码问题。量以及消息的编码问题。一般信息论一般信息论：主要研究通讯问题，但还包：主要研究通讯问题，但还包括噪声理论、信号滤波与预测、调制、信括噪声理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。息处理等问题。广义信息论广义信息论：不仅包括前两项的研究内容，：不仅包括前两项的研究内容，而且包括所有与信息有关的领域。
10、而且包括所有与信息有关的领域。第15页3、控制论（、控制论（Cybernatics）概念：控制论是以研究各种系统共同存在的控概念：控制论是以研究各种系统共同存在的控制规律为对象的一门科学。包括系统的结构方制规律为对象的一门科学。包括系统的结构方案、稳定性、最优化、建模及简化等。案、稳定性、最优化、建模及简化等。标志：维纳于标志：维纳于1948年出版了年出版了控制论控制论一书一书发展：经典控制论发展：经典控制论现代控制论现代控制论大系统大系统控制理论控制理论第16页 耗散结构理论 协同学 突变论第17页 5、运筹学运筹学 运筹学形成于二战期间。运筹学形成于二战期间。运筹学（运筹学（Operati
11、onal research，OR）是）是为领导机关对其控制下的事务、活动采取为领导机关对其控制下的事务、活动采取策略而提供定量依据的科学方法；是在实策略而提供定量依据的科学方法；是在实行管理的领域，运用数学的方法，对需要行管理的领域，运用数学的方法，对需要进行管理的问题进行统筹规划、做出决策进行管理的问题进行统筹规划、做出决策的一门应用学科。的一门应用学科。第18页运筹学的主要内容运筹学的主要内容运运筹筹学学数学规划数学规划对策论对策论决策论决策论线性规划线性规划非线性规划非线性规划动态规划动态规划一般线性规划一般线性规划整数规划整数规划目标规划目标规划排队论排队论图论图论存储论存储论可靠性理
12、论论可靠性理论论第19页第二节第二节 系统工程方法论系统工程方法论 方法（方法（method）是完成一个既定目标的具）是完成一个既定目标的具体技术与工具；体技术与工具；方法论（方法论（methodology）即关于方法的理）即关于方法的理论，是进行探索的一般途径，论，是进行探索的一般途径，它高于方法，它高于方法，是对方法使用的指导。是对方法使用的指导。第20页系统工程方法论系统工程方法论 系统工程方法论系统工程方法论是系统工程思考问题和处是系统工程思考问题和处理问题的一般方法和总统框架；理问题的一般方法和总统框架；系统工程方法论系统工程方法论也是系统工程的也是系统工程的基本工作基本工作过程过程
13、的一个体现。的一个体现。第21页系统工程基本工作过程系统工程基本工作过程 -霍尔三维结构霍尔三维结构 -切克兰德方法论切克兰德方法论第22页 规划阶段规划阶段 设计阶段设计阶段 分析阶段分析阶段 运筹阶段运筹阶段 实施阶段实施阶段 运行阶段运行阶段 更新阶段更新阶段 运筹学运筹学 控制论控制论 社会科学社会科学 工程技术工程技术 逻辑维逻辑维 知识维知识维 时间维时间维 实施计划实施计划 决策决策 最优化最优化 模型化模型化 系统方案综合系统方案综合 系统指标设计系统指标设计 摆明问题摆明问题 霍尔三维结构示意图霍尔三维结构示意图 美国学者美国学者ADHall 1969系统工程系统工程活动矩阵
14、活动矩阵T-L一、霍尔三维结构一、霍尔三维结构第23页霍尔三维结构霍尔三维结构 一项复杂工程，可以从三个方面加以考察一项复杂工程，可以从三个方面加以考察时间方面时间方面：各项工作在时间上有先后并且互相：各项工作在时间上有先后并且互相依赖；依赖；逻辑思维方面逻辑思维方面：围绕决策的一系列工作相互依：围绕决策的一系列工作相互依存并按一定的逻辑顺序展开；存并按一定的逻辑顺序展开；知识方面知识方面：工程需要多项知识的支撑。：工程需要多项知识的支撑。第24页（一）时间维（一）时间维 规划阶段规划阶段 设计阶段设计阶段 分析或研制阶段分析或研制阶段 运筹或生产阶段运筹或生产阶段 系统实施或安装阶段系统实施
15、或安装阶段 运行阶段运行阶段 更新阶段更新阶段第25页 上述上述7个阶段是按时间先后顺序排列的，故个阶段是按时间先后顺序排列的，故称之为称之为“时间维时间维”；由于时间维上的每一阶段又可细分为许多由于时间维上的每一阶段又可细分为许多相互联系的活动，这种划分又称为系统工相互联系的活动，这种划分又称为系统工程方法论的粗结构。程方法论的粗结构。第26页案例：三峡工程案例：三峡工程 第一阶段：规划第一阶段：规划1919年孙中山年孙中山建国方略建国方略：利用三峡的水利：利用三峡的水利资源发电资源发电1946年年萨凡奇计划萨凡奇计划50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室年代初期林一山为首的长江流域规划
16、办公室第27页 第二阶段：初步设计第二阶段：初步设计解决四个方面问题：解决四个方面问题：目标进行分解和量化；目标进行分解和量化；协调目标，提出实现目标的具体的方案；协调目标，提出实现目标的具体的方案；为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障；保障；根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。的计算。总目标：发电、防洪、供水、航运总目标：发电、防洪、供水、航运 正常蓄水位：正常蓄水位：230米、米、235米；坝址设在南米；坝址设在南津关津关第28页 第三阶段：第三阶段：1958年到年到
17、1993年年10月（研制）月（研制）实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，最大的阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。合作完成。提出实施该系统的详细的研制方案；提出实施该系统的详细的研制方案；提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。划。提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输变电工程等方面的各项研究工作以机电设备、输变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产的图
18、纸；按照预想的及最终拿出可供施工和生产的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬进程和可能性，提出包括库区移民以及工厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电设备的研究等，进而提出何时完成第一期输变电设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统工程和第二期工程、何时全面投产等详细的系统的实施计划。的实施计划。第29页 第四阶段：生产第四阶段：生产根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的零部件和所有的设备和装置；生产出系统的零部件和所有的设
19、备和装置；提出系统的安装计划。完成大坝以及全部水工提出系统的安装计划。完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机电设备的制造；他各种机电设备的制造；提出未来的安装计划；提出未来的安装计划；安置库区移民。安置库区移民。n第五、六、七阶段：安装、运行、更新。第五、六、七阶段：安装、运行、更新。第30页 时间上可以交叉时间上可以交叉 研制阶段可部分进行生产，生产阶段研制阶段可部分进行生产，生产阶段就可部分安装，安装阶段可部分进行运行。就可部分安装，安装阶段
20、可部分进行运行。需寻求最佳方案，用计划协调技术需寻求最佳方案，用计划协调技术（PERT）、图解评审技术（）、图解评审技术（GERT）。）。第31页 明确问题明确问题 确定目标并据此设计评价指标体系确定目标并据此设计评价指标体系 系统方案综合系统方案综合 模型化（建模预测未来环境与效果）模型化（建模预测未来环境与效果）最优化（方案评比）最优化（方案评比）决策决策 实施计划实施计划（二）逻辑维（二）逻辑维第32页逻辑框架摆明问题摆明问题确定目标确定目标系统方案综合系统方案综合系统分析系统分析系统评价系统评价实施实施决策决策第33页（三）知识维（三）知识维 该维的内容表征从事系统工程工作所需要该维的
21、内容表征从事系统工程工作所需要的知识的知识(如运筹学、控制论、管理科学等如运筹学、控制论、管理科学等)，也可反映系统工程的专门应用领域也可反映系统工程的专门应用领域(如企业如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等系统工程等)。第34页（四）霍尔三维结构的特点（四）霍尔三维结构的特点 研究方法上的整体性（三维）研究方法上的整体性（三维）技术应用上的综合性（知识维）技术应用上的综合性（知识维）组织管理上的科学性（时间维和逻辑维）组织管理上的科学性（时间维和逻辑维）系统工程工作的问题导向性（逻辑维）系统工程工作的问题导向性（逻辑维）第35页(PChec
22、kland)教授教授 80年代中前期年代中前期 问题及其环问题及其环境的识别与境的识别与表达表达建立概念模型建立概念模型（目标系统概念化）（目标系统概念化）根底根底定义定义比较比较寻求改善途径寻求改善途径评估评估实施实施设计设计选择选择切克兰德方法论切克兰德方法论软系统工程方法论软系统工程方法论 二、切克兰德方法论二、切克兰德方法论第36页两种方法论的比较 相同点：相同点：均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程 不同点不同点 不同点：不同点：(1)霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等于对社会经济和经营管理等“软软”系统问题的研究。系统问题的研究。(2)前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。(3)前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。有机结合的基本方法。
