第3章 系统工程的方法论

3.1 系统工程的方法体系

3.1.1 系统工程的方法论、方法、技术与工具

人们在解决一些综合性的重大问题（例如制定长远发展规划或确定大型建设项目）以及建造大型复杂系统（例如企业信息化系统、城市供水、供电系统、先进的武器装备系统等）时，常常把它们当做系统工程任务来看待，需要使用系统工程的知识。

在研究处理系统工程问题时，通常需要下列三个方面的知识。

（1）有关对象系统的领域方面的知识，例如从事信息系统工作时需要信息技术方面的知识，从事运输系统工程工作时需要运输科学方面知识等。

（2）有关系统共性方面的知识，也就是系统学科的知识，在系统工程层次上就是有关系统工程的方法性、原理性知识。

（3）经验性的知识，这些虽然还没有形成规律性的东西，但它对处理问题是不可忽视的。如果说前两类知识是可以用语言文字表达和传递的显性（言传性）知识，这种经验型的知识的相当一部分是只可意会、不可言传的隐性（意会性）知识。

只有在不同程度上掌握上面三种知识才能从事系统工程工作。下面对第二方面，即有关系统共性方面的知识再详细分析一下。

因为系统工程是一门方法性学科，所以首先侧重于方法。系统工程的方法包含两个方面的含义：一是指解决系统工程问题的手段和工具，二是指工作中的办法和步骤。后者又是和工作程序联系在一起的。后面几章依次加以研究讨论。

系统工程的方法、工具体系，自下而上可以分成四个层次。

（1）工具：这是指一些设备手段或者概念上的手段，可以用来处理具体问题。前者如计算机和信息网络，后者如算法（例如求导数的方法、求平均数的方法）的计算机程序。

（2）技术：这是指处理问题的具体行动方式方法，是使用工具的方法。例如优化技术需要使用求导数或数学规划程序）、预测技术、仿真技术（使用计算机）等。

（3）方法：这是指选择什么技术来达到目的的办法。例如我们解决一个问题是应用定量方法，还是定性方法，或是二者相结合的方法。是采取解析方法，还是实验方法等。

（4）方法论：这是指处理系统工程问题的一整套思想、原则，是运用方法的方法。这在系统工程工作中是最重要的。我们前面讲过一些系统思想，就是这一层次的。

3.1.2 系统工程方法论

当我们面临系统工程任务时，必须在正确的方法论指导下，采取适当的方法，选择适当的技术，借助于适当的工具去进行工作。只有这样居高临下地进行考虑，才能事半功倍。但是由于系统工程的武器库中有许多都是从其他学科借来的武器，各种方法、技术、工具的覆盖面、内容、适用范围也不尽一致。而且它们又都在不断地改进发展，推陈出新，因此很难列出一个完整、齐全的表格以供选用。各种系统工程与系统分析的教材与专著都只能列举其中重要的，加以介绍，而且在方法和技术两个层次之间界线也不是很鲜明的。

方法论是人们认识世界与改造世界的根本方法的哲学学说。方法论探索各种方法的共性内容、结构、作用、规律性、使用范围、发展趋势等。系统工程的方法论则是探索系统研究、开发、运行过程中各种方法的共同规律。它和系统思想密不可分。

当然，在更一般的科学方法中所使用的抽象方法、归纳与演绎方法、类比和联想方法、分析和综合方法等，也是经常采用的。

这里有必要从系统的观点对分析和综合方法先做一些简单的讨论，因为在系统学科体系中，分析和综合方法占有极其重要的地位。分析是把对象在思维中分解为它的各个组成部分或要素，来分别加以考察。综合则是在分析的基础上研究各部分的相互关系，在思维中结合成一个整体来加以研究。在思维发展进程中的相当一个时期，是把分析作为综合的前提的，但是随着系统观的发展，人们研究事物要首先着眼于整体，局部也是要放在整体、全局之中来加以考察的，所以综合也是分析的前提，二者是互为前提的。

由于人们所要处理的系统问题的复杂程度不同，人们对问题的认识和理解也不同，所以处理系统问题的方法论也不同。在3.2～3.4节中，我们将介绍不同的方法论，供读者在处理系统问题时参考。

3.1.3 系统工程的原则

系统工程作为一门方法性学科，特别强调研究处理问题的原则和概念，认为这是首要的，而一些数学方法与工具只是为这些原则、概念服务的。关于一些系统思想和概念，已经在上一章中介绍过，下面介绍系统工程需要遵循的原则。

系统工程强调的原则如下。

（1）目的性原则。系统工程是人类社会的实践活动，必定有它的目的。只有目的正确，有科学根据，符合客观实际，才能建立和运转具有预期效果的系统。因此，系统工程特别强调目的性，自始至终需要有明确的目的。尽管实施的方案或道路是多种多样的，但必须达到同一目的，这也就是异因同果、殊途同归的情况。反过来说，如果目的不正确，方法手段措施越好，有时就越会背道而驰，离原来的希望越远。过去的方法性学科，研究讨论怎样实现目的比较多，研究如何明确目的比较少；而系统工程首先要求明确目的，并提供了明确目的和目标的具体方法和思路，这是系统工程学科在方法论上有所突破的地方。

（2）以人为本原则。系统工程所处理的是人类的实践活动，因此需要以人为本。系统的最终目标一定是给人带来经济效益或社会效益，带来福祉，或者是使人避免受到伤害，避免或者至少是减少损失。这里说到的人，包括所有和系统有关的人，而不仅仅是少数人。系统给所有这些人都会带来影响，程度会有所不同。有的人获得的比较多而损失的比较少，而有的人获得比较少甚至还得付出代价。怎么协调各方面的人的利益，是在确定系统目标时应该着重考虑的问题。

（3）整体性原则。系统工程要求我们处理问题时首先要着眼于系统整体，不要见木不见林，而要先见林，后见木。现代社会和科学的发展使得系统性的问题越来越多，人们深感只重视局部而忽视全局的观点有很大缺陷，要求建立从全局、整体着眼的思考方式。更重要的是，系统各部分组成整体之后，产生了（涌现出）总体功能，即系统的功能，而系统的功能要高于各部分功能的总和，这不仅是量变，而且是质变，系统工程首先就要着重这种整体功能。处理问题总是先看整体，后看部分；先看全局，再看局部；从宏观到微观，并把部分与局部放在整体与全局之中来考察。这便是整体性原则。

（4）综合性原则。这个原则有两方面的含义。第一个方面是指系统的属性和目的是多方面的，相互关联的，带有综合特点的。例如发展生产要兼顾经济效益、社会效益和生态效益，而高产量、高质量又是与低消耗、低成本、低污染相矛盾的，每一项措施所引起的结果和影响都是多方面的，都带有综合特点。第二个方面是指解决同一个问题可以有不同方案，有不同的方法和途径，而各种方法和技术如果能加以综合，取长补短，会得到意想不到的结果。在阿波罗登月计划中，在关键部分——登月舱中所采用的单项技术都是成熟的，但巧妙地把它们综合集成起来，就起了卓越的作用。所以有人说，集成也是一种创造。系统工程强调综合性原则，是说对上述两个方面都需要加以考虑，这样不但不会顾此失彼，因小失大，而且还会在综合中得到新的成果。

（5）动态性原则。系统工程强调在运动和变化的过程中来掌握事物，注意系统的过程，而不是仅仅注意系统的某一状态。系统的平衡有时是静态的，而更多的是动态平衡，至于平衡的破坏和不断的转化更是经常发生的。所以系统工程十分重视系统中物质流、能量流和信息流的运动。从长远来看，任何系统都有从孕育、产生、发展到衰退、消亡的生命周期，也需要从动态的观点加以研究。

（6）协调与优化原则。客观世界中的系统是复杂多变的，组成的部分为数众多，互相制约。怎样才能使它们相互配合协作，使整个系统在协调的情况下运行，是系统工程在处理复杂系统时所要考虑的。此外，我们在建立或改造一个系统、运转一个系统时，总希望它在给定的条件下达到最佳的效果，也就是说系统工程强调系统的优化。当然，由于目标的多元化，优劣标准也是多样化的，所以优化也是要协调兼顾的。有时候，由于人的认识和环境的限制，无法达到理想的最佳结果，人们就比较现实地去寻求满意结果（见本书第9章）。

（7）适应性原则。由于系统是在外界环境中存在和发展的，所以它必须适应环境。系统工程不仅重视系统内部要素之间的关系，而且要考虑系统与环境的关系。现实中的系统都是开系统，与环境之间有物质、能量和信息的交换。当外界环境发生变化时，系统必须相应地调整自己以适应这种变化，否则系统就会丧失生存的条件。特别是现代的社会，经济、技术变化都很快，系统必须主动适应这种变化，这是系统工程所要强调的。高级的系统有自动调节自身的组织、活动的特性，这就是系统的自组织性。我们在设计与建立高水平的复杂系统时，应该考虑使系统具备自组织性，以达到适应环境的目的。

以上列举了系统工程的7项原则，当然还有其他原则，如有序性原则、层次性原则等。所有这些原则，将在下面讨论系统工程方法时再加以落实。