2.1 系统方法论简介

2.1.1 系统工程方法论

1．系统工程

系统工程（system engineering, SE）是系统科学的一个应用分支学科，它产生于20世纪40年代，在20世纪60年代形成了体系。运筹学、信息论、控制论等为系统工程的发展奠定了理论基础，电子计算机的出现和应用，为系统工程提供了强有力的运算工具和信息处理手段，成为实施系统工程的重要物质基础。进入20世纪70年代后，系统工程发展到解决大系统的最优化阶段，其应用范围已超出了传统工程的概念。

系统工程以系统为研究对象，从整体观念出发，使用科学的方法规划和组织人力、财力和物力，通过最优途径的选择，使整个系统在一定期限内达到最合理、最经济、最有效的效果。

系统工程的核心内容主要包括三个方面：

（1）系统管理理论

该理论认为任何一个研究对象都是一个为完成特定目标而由若干个要素有机结合的整体，应将这个整体看做是它所从属的更大系统的组成部分来考察和研究；对于研究对象的研制过程，也应作为一个整体来对待，从整体出发掌握各个工作环节之间的信息以及信息传递路线，分析它们的控制、反馈关系，建立系统研制全过程的模型，全面地看待和改善整个工作过程，以实现整体最优化。

（2）运筹学管理数学模型

这是系统工程的重要技术内容，为系统工程的发展和应用奠定了重要的技术基础。系统工程中运用的数学方法比以前的管理数学方法更加深化了。它运用20世纪40年代后发展起来的运筹学作为主要的定量分析手段，建立了运筹学管理数学模型。

（3）综合应用方法

系统工程强调综合运用各个学科和各个技术领域内所获得的成就和方法，使得各种方法相互配合，达到系统整体最优化。系统工程对各种方法的综合应用，并不是将各种方法进行简单的堆砌叠加，而是从系统的总目标出发将各种相关的方法协调配合，互相渗透，互相融合，综合运用。由于系统工程研究的对象在规模、结构、层次、相互联系等方面高度复杂，综合应用日益广泛，其科学的现代化组织管理的重要性也显得日益突出。

2．系统工程方法论

系统工程方法论是指运用系统工程研究问题的一套程序化方法，亦即是为了达到系统的预期目标，运用系统工程的思想及其技术内容解决问题的工作步骤。具体地说，它是从系统思想和观点出发，将系统工程所要解决的问题放在系统形式中加以考察，始终围绕着系统的预期目的，从整体与部分、部分与部分和整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互矛盾、相互制约的关系中综合地考察对象，以达到最优处理问题的效果。它是一种立足整体、统筹全局的科学方法体系。

自20世纪60年代以来，许多学者对系统工程的方法进行了大量的研究。但是系统工程的研究和管理对象是千差万别的，因此找到一个对所有的传统都适合的标准程序是不可能的。系统工程的实践证明，在将设想变为现实的过程中，即从制定规划到使系统达到最优目标的实施过程中，尽管不存在某个万能公式，但还是可以找到一种适应面较宽的、能供给不同系统参考程序的基本模型。

目前，认证比较全面又有较大影响的是美国贝尔研究所工程师系统工程学者霍尔（A.D.Hall）提出的系统工程三维结构。1969年霍尔在《系统工程的三维形态》一文中把系统工程活动从规划到更新大略分为七个阶段，而每个阶段要完成七个步骤，构成了系统工程方法论的矩阵模型。霍尔三维结构体系是系统工程方法论的基础。

具体地说，系统工程的三维结构就是将系统工程的活动，分为前后紧密连接的七个阶段和七个步骤，同时又考虑到为完成各个阶段和步骤所需要的各种专业知识。这样就为解决规模较大、结构复杂、涉及因素众多的大系统提供了一个统一的思想方法。三维结构是由时间维、逻辑维和知识维组成的立体空间结构，如图2-1所示。

（1）时间维

三维结构中的时间维，表示系统工程活动从规划阶段到更新阶段按时间排列顺序，可分为七个工作阶段。

①规划阶段，谋求系统工程活动的规划和战略；

②计划阶段，提出具体的计划方案；

③研制阶段，实现系统的研制方案，并制订生产计划；

④生产阶段，生产出系统的构件及整个系统，并提出装配计划；

⑤装配阶段，将系统安装完毕，并完成系统的运行计划；

⑥运行阶段，系统按照预期的用途服务；

⑦更新阶段，取消旧系统代之以新系统或改进原系统，使之更有效地运行工作。

（2）逻辑维

三维结构中的逻辑维是对每一工作阶段在运用系统工程方法来思考和解决问题时的思维过程，可分为七个步骤。

①明确问题。通过系统调查尽量全面地收集和提供有关需解决问题的历史、现状及发展趋势的资料和数据，主要是研究系统的环境对系统的要求，弄清需要解决什么问题以及约束条件。

②目标设计。在弄清问题后，应该选择具体的评价系统的功能的指标或要达到的功能目标，以利于衡量所有供选择的系统方案。即提出所要达到的目标，并确定衡量的标准。

③方案综合。主要是按照问题的性质及总目标的要求，形成一组可供选择的系统方案，在方案中明确了所选系统的结构和相应参数。

④系统分析，定量模型建立。对可能入选的所有方案，通过比较进行精简，并对精简后的方案进一步说明其性能和特点，以及与整个系统的相互关系。为了对众多的备选方案进行分析比较，往往通过形成一组定量模型，并把这些方案与系统的评价目标联系起来。

⑤最优化，系统选择。在一定的限制条件下，对各入选方案总希望选出最优的。在评价目标只有一个定量指标，而且备选的方案个数不多时，容易从中确定最优者。而当备选方案数很多，评价目标也有多个，并且彼此之间又有矛盾时，要选出一个对所有指标都为优的方案可能很困难。这时必须在各个指标间进行一定的协调，并反复进行①至④步骤，使入选方案尽可能均衡满足系统指标。

⑥决策。由决策者根据更全面的要求，最后选定一个或几个方案予以试行。

⑦实施计划。根据最后选定的方案，对系统进行具体实施，并提供实际执行的信息反馈到以上各阶段。

（3）知识维

三维结构中的知识维就是为完成上述各阶段、各步骤所需要的知识和各种专业技术。霍尔把这些知识分为工程、医学、商业、法律、管理、社会科学、艺术和教育等。这说明各种专业知识在系统工程中具有重要作用。

霍尔三维结构方法论的特点是强调明确目标，认为对任何现实系统的分析都必须满足其目标的需求。霍尔三维结构方法论的核心内容是模型化和定量化。霍尔认为，现实问题都可以归结为工程问题，从而可以应用定量分析方法求得最优的系统方法。

除了霍尔三维结构方法论以外，切斯特纳特（Chestnut）、詹金斯（Jenkins）、德·纽夫维莱（De-Neufville）和斯塔福德（Stafford）、怀莫尔（Wymore）等学者都提出了一些新的改进的系统工程方法论。

2.1.2 系统分析方法

另一个对实际工作能提供指导意义的方法论是与“系统工程”平行且有部分交叉的“系统分析”。系统分析（system analysis, SA）是一种既与在提出方案之前的决策有关，又与方案实施的初期阶段有关的评价。

20世纪50年代在系统工程发展的同时，出现了系统分析的方法论思想。系统分析的发展与兰德（RAND）公司有关。兰德（RAND）一词是研究和发展（research and development）的缩写，它来源于“兰德计划”。“兰德计划”始于1946年美国道格拉斯飞机制造公司与美国陆军航空部队的合作。由于经济原因，道格拉斯放弃了这份计划的大部分合同。其结果是1948年兰德公司从道格拉斯独立出来，建立了一个独立的、非盈利的、从事咨询业务的公司，并在初期由福特基金会和旧金山银行提供资金。

国际应用系统分析学会（IIASA）研究和发展起来的系统分析方法，无疑就是兰德式的分析方法。

兰德式的分析方法的工作包括对为满足一个明确目标的所有不同方法的成本和效益进行广泛的经济评价。兰德公司的麦基恩（Mckean）认为：系统分析是在分析过程中要更多地强调成本估计来面对现成的“需求方式”的无限制的扩张。政府工作的所有方面都需要一种正式的定量的成本/效益分析，因为政府的消费不像自由市场价格机制那样是以“自然的”机制来提高其效率。他着重讨论的问题是选择演绎标准、挑选可比较的候选者、处理无形的和不确定的东西，并把对效益和成本都很重要的时间因素考虑进去，并始终强调经济效益。

兰德公司的许多成员对系统分析方法论作过简要的描述。希契（Hitch）给出了一个与系统工程及运筹学有许多相似之处的系统分析方法论描述，其基本要点如下：

①一个或一组希望达到的目标；

②为达到目标所需的一系列供选择的技术或手段（或系统）；

③每个系统所需的成本和资源；

④一个或一组数学模型，即表达目标、技术或手段、环境以及资源之间相互依赖关系的数学或逻辑构架或方程组；

⑤与目标、成本或资源相关的、选择最佳方案的标准。

这些只是方法的要点，至于如何使用它们，则要靠使用者的经验，按希契的说法是“直觉的猜测和评判”。系统分析是“一个组织构架，允许无数领域的专家作出的评判结合在一起”。

总的来说，系统分析是综合运用科学技术方法来处理问题的一种态度与观点。从广义上解释，系统分析可作为系统工程的同义词；从狭义上看，系统分析是系统工程的一个逻辑步骤，这个步骤是系统工程的重要部分。系统分析为系统工程实现优化提供了一个逻辑的途径，它贯穿于系统工程的全过程。

美国学者夸德（E.S.Quade）对系统分析作了这样的解释：所谓系统分析，是通过一系列的步骤来帮助决策者选择决策方案的一种系统方法。这些步骤包括研究决策者提出的整个问题，确定目标，建立方案，并且根据各个方案的预期结果使用适当的方法去比较各个方案，以便能够依靠专家的判断能力与经验去处理问题。

因此，系统分析的目的在于通过分析比较各种替代方案的有关技术经济指标，得出决策者形成正确判断所必需的资料和信息，以便获得最优系统方案。

在模型运用的方面，系统分析为了达到目标，可以灵活运用任何一个学科中的方法。从这一方面也可看出系统分析不像运筹学那样是技术方法的集合，可能会运用一些软科学的评价方法。由于帮助决策者进行决策是系统分析的任务，所以对决策过程中人的行为的理解是对系统分析认识的关键。

2.1.3 软系统方法论

在20世纪60年代期间，系统工程主要用来寻求各种战术问题的最优策略，或用来组织与管理大型工程建设项目，这最适合应用霍尔三维结构方法论。这是由于工程项目的任务一般比较明确，问题的结构一般是清楚的，属于结构性问题，可以充分运用自然科学和工程技术方面的知识和经验，有的项目甚至可以进行试验。因此属于这类性质的问题，都可以应用数学模型进行描述，用优化方法求出模型的最优解。

但是从20世纪70年代开始，系统工程面临的问题有三个特点：一是与人的因素越来越密切；二是与社会、政治、生态等众多复杂的因素混合在一起，属于非结构性问题；三是本身的定义并不清楚，难以有逻辑严谨的数学模型进行定量描述。因此，国内外不少系统工程学者对霍尔的三维结构方法论提出了修正意见，其中英国兰卡斯特大学切克兰德（P.Checkland）提出的一种软系统方法沦，受到了系统工程学界的重视。

切克兰德把运筹学、系统工程、系统分析和系统动力学的方法论称为“硬系统”的方法论，自己则提出一种软系统方法论（soft system methodology, SSM），将硬系统工程解决的问题称作“问题”（problem），而将软系统工程所面对的问题称作“议题”（issue），即有争议的问题。切克兰德认为完全按照解决工程问题的思路来解决社会问题和软科学问题，将遇到很多困难。至于什么是“最优”，由于人们的立场、利益各异，判断价值观不同，就很难简单地取得一致的看法，因此“可行”、“满意”、“非劣”的概念逐渐代替了“最优”的概念。还有一些问题只有通过概念模型或意识模型的讨论和分析后，才使得人们对问题的实质有进一步的认识，经过不断磋商，再经过不断反馈，逐步弄清问题，得出满意的可行解。

软系统方法论的逻辑思维和内容如图2-2所示。

软系统方法相对于硬系统方法而言，对于结构模糊的问题或议题难以像硬系统方法那样用明确的数学模型来描述，只能建立概念模型，求得的解往往只是可行的或满意的解。

软系统方法论的核心不是“最优化”，而是进行“比较”，“比较”这一过程要组织讨论，听取各方面有关人员的意见，为了寻求可行的满意结果，需要不断地进行多次反馈，因此它是一个“学习”的过程。