系统分析员备考之系统工程篇(系统工程基础) |
| 高艳明（转载自51CMM） 2003年05月19日 |
| 我有话说…… |
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引子 系统工程学知识有着广泛的应用，在计算机科学中也是不可缺少的。尤其是进行大型项目的分析与设计，一般要按照系统工程学的理论进行，即将整个项目作为一个系统，用系统的思想和系统的方法来分析和设计，只有这样才能保证大型项目的更为有效顺利地进行。像我国著名的三峡水利工程就是利用了系统的思想和方法来保证其顺利实施的。作为将来担任企业大型项目的负责人的系统分析员就非常有必要了解系统工程的基础知识，以利于将来作一个称职的系统分析员或项目经理。 摘要 “掌握管理科学与系统工程基础知识”是对系统分析员的要求，本文将根据系统分析员考试大纲，向广大系分考友提供一些系统工程方面的知识。本文先是对有关系统工程的概念进行了简要的介绍，随后对与计算机应用和系统工程联系紧密的决策支持系统进行了简单的分析和介绍，希望能对你有所帮助。 系统工程学是20世纪中叶才开始兴起的一门新兴的交叉学科。它是将自然科学和社会科学中某些思想、理论和方法等，根据系统总体协调的需要，有机地联系而成厂的一门新兴的交叉学科。系统分析员不仅要具有计算机技术和能力，更要具有管理学、经济学和系统工程学等方面的知识，是一类既懂技术又懂管理的高级复合型人才。下面我们来共同探讨学习关于系统工程的基础知识，希望能够对你有所帮助。 一、 系统的基本概念 所谓系统（Systems）是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素（Element）所构成的一个整体。在美国的韦氏大辞典中，“系统”一词被解释为“有组织的或被组织化的整体；结合着得整体所形成的各种概念和原理的综合；由有规则的相互作用、相互依存的形式组成的诸要素集合，等等”。在日本的JIS标准中，“系统”被定义为“许多组成要素保持有机的秩序，向同一目标行动的集合体”。美国著名学者阿柯夫（Ackoff,R.L.）认为：系统是由两个或两个以上相互联系的任何种类的要素所构成的集合。综上所述，一个形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的行为，而这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的。一个系统是一个由许多要素构成的整体，但从系统功能来看，它又是一个不可分割的整体，如果硬把一个系统分割开来，那么它将失去其原来的性质。在物质世界中，一个系统的任何部分可以被看为一个子系统，而每一个系统有可以成为一个更大系统的一部分。例如，订单管理系统、财务管理系统都可以看作一个独立的系统，它们是由一系列要素构成的集合体，但是订单管理系统、财务管理系统有可以看作是MIS系统的一部分，是MIS系统的一个子系统；从某种意义上讲，MIS系统有可以看作是企业信息化这一大的系统工程的一部分（或者说是一个子系统）。又如一个计算机系统就是由硬件系统和软件系统两部分组成，而软件系统和硬件系统有可以看作是分别独立的系统。这是分析与综合有机结合的思想方法。分析与综合的思想方法在我们的软件开发工作中很有意义，特别是系统分析员所从事的需求分析与设计工作中更是不可缺少这一思想方法。 二、 系统的特性 一般来说，系统具有如下的特性： 1、 集合性 这一点可以从系统的概念看出。系统的集合性表明，系统是由两个或两个以上的可以相互区别的要素组成的。如，一个计算机系统就是由中央处理器、存储器、输入输出设备等硬件组成，同时还有操作系统、应用软件等要素，从而组成一个完整的集合。 2、 相关性 系统内各要素（或组成系统的各子系统）是相互联系、相互作用的，相关性说明这些联系之间的特定关系。如工业系统要支援农业系统的设备和工业品；农业系统要支援工业系统的原料和粮食，这种系统之间的支援和制约是相互的，他们之间有机结合在一起形成一个具有特定功能的社会经济系统。 3、 阶层性（层次性） 系统作为一个相互作用的诸要素的总体，它可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次结构，这是系统空间结构的特定形式。在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。在不同的层次结构中存在着动态的信息流和物质流，构成了系统的运动特性，为深入研究系统层次之间的控制与调节功能提供了条件。软件工程中自上而下（自下而上）的分析（某软件系统）方法充分反映了系统的层次性这一特点。 4、 整体性 组成系统的各元素不是简单地集合在一起，而是有机地组成一个整体，每个元素都要服从整体，追求整体最优。这就是所谓的全局观点。这在系统的分析与设计中也非常重要，只有把握了系统的整体和宏观的概念（特征），进一步的项系分析才是有效的。一个系统中即使每个元素并不完善，通过综合、协调，仍然可使整个系统具有较好功能；反之，即使每个元素都追求最好结果，而不考虑整体效果，也可能使整个系统称为差系统。当然，在竞争愈来愈激烈的软件行业中，只有即注重整体效果，又注重系统内各元素的最优效果，生产出最有竞争力的产品才能有所成就。 5、 目的性 通常系统都具有某种目的，要达到既定目的，系统都具有一定的功能，而这正是区别此系统与比系统的标志。系统的目的一般涌更具体的目标来实现，一般来书，比较复杂的系统都具有不止一个目标，因此一个指标体系来描述系统的目标。如一个软件系统的目标就不仅仅是正确运行，还有其他的指标，如健壮性、稳定性、可维护性等指标。为了实现系统的目的，系统必须具有控制、调节和管理的功能，管理的过程也就是系统的有序化过程，使它进入与系统目的相适应的状态。 6、 环境适应性 任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，因此，它必须也要与外界环境产生物质的、能量的和信息的交换，外界环境的变化必然会引起系统内部要素之间的变化。系统必须适应外界的变化。不能适应外界变化的系统是没有生命力的，而能够经产与外部环境保持最由适应状态的系统才是理想的系统。例如由很多的软件系统支持二次开发，这样的软件系统生命力就比较强。 三、 系统工程的基本概念 用系统思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工程实践，统称为系统工程。系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造和使用的科学方法，是一种对所有系统具有普遍意义的科学方法，它是一门组织管理技术。系统分析员是将来的项目管理人员，组织管理技术是树立开展工作必不可少的知识和能力，因此，需要了解系统工程学知识。 系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统构成要素、组织结构、信息流动和控制机制等进行分析和设计的技术。系统分析是完整的而不是零星的处理问题，这就要求人们考虑各种主要变化因素的影响，只有这样才能更好地、全面地解决问题。系统工程学的理论与软件工程的理论有着紧密的联系，可以说系统工程理论是软件工程理论的基础，全面的了解系统工程的有助于吃透软件工程方面的知识，更有利于将来从事具有挑战性的系统分析与设计的工作。 四、 系统工程方法 系统工程主要是沿着逻辑推理的路径，去解决那些原本靠直觉判断处理的问题。根据实践经验，可以将系统分析过程的典型行动概括为如图1所示的逻辑结构。它包括五个环节：阐明问题、谋划被选方案、预测未来环境、建模并估计后果、比较被选方案。它的整个过程可归纳成阐明问题、分析研究、评价比较三个阶段。阐明问题阶段的工作成果是提出目标，确定评价指标和约束条件；分析研究阶段提出各种备选方案并预计一旦实施后可能产生的结果；最后的评价阶段是将各方案的评价比较结果提供给决策者，作为判断抉择的依据。
阐明问题阶段本身就是一项小规模的系统工程，需要分析研究目标结构、价值观念、约束条件、备选方案、反感后果即人们对结果的反应等。阐明问题阶段的工作决定着今后的分析过程，如构造什么模型，比较哪些备选方案，某种结果是否可行，等等。经验表明，采取撰写两种书面文档（初期的问题分析报告和结束时的阶段结果报告）的做法比较能集中体现问题阐明阶段的工作内容。问题分析报告主要包括“问题性质”和“问题条件”两部分内容。“问题性质”报告主要是弄清各中相关联问题形成的问题域和它们的来龙去脉，即问题的结构、过程和势态。问题条件报告主要弄清解决问题所需的资源。这两项报告都比较粗略、简要，目的是检验问题性质和问题条件是否匹配，是工作任务和所需资源相当。如果力不能及或绰绰有余都可以从两方面作适当调整，直至大体平衡。接着，可以确定解决问题的成员，最好组成一个小组，并着手进一步收集数据、资料，形成观点。结案结果报告是在一上工作的基础上，便可着手撰写的反映阐明问题阶段工作成果的报告。它的主要内容包括：问题的由来和背景；重要性；可能采取行动的组织和个人；利益相关的组织和人员；目标、评价指标、约束条件、备选方案的初步描述、建议等。根据阶段结果报告，决策者可以看出解决问题的大体方向和领域，以便给予较多的支持。当然也可能认为到此为止，不值得进一步分析下去（这在我们软件领域也是存在的，有些项目经过分析后认为不可行人后放弃是正常的）。 谋划备选方案包括方案的提出和筛选过程。谋划和筛选备选方案是为了达到所提出的目标，一般要具体问题具体分析对待。通常，作为备选方案应具备以下特性：1、强壮性，指在受到干扰的情况下，持续维持正常后果的程度。2、适应性，目标经过修正甚至完全不同的情况下，原来方案仍能适用。这在不确定因素影响大的情况下尤为重要。3、可靠性，指系统在任何时候正常工作的可能性。要求系统部出现失误，即使失误也能迅速恢复正常。完善的监督机构和信息反馈能提高政策实施系统的可靠性。4、可操作性，即方案实施的可能性。决策者支持与否是关键，不可能得到支持的方案必须取消。总之，良好的备选方案是进行良好系统分析的基础，而在系统分析过程中自始至终要意识到，需要而且可能发现新的更好的备选方案，这是得到出色系统分析结果的要点。 评价比较备选方案即从系统分析得到的备选方案中根据评选的方法（如“成本—效益分析”、“成本—利润分析”法等）选择最为可行的一种方案或两种交由决策者进行进一步的选择和决策。 五、 决策支持系统（DSS） 决策支持系统（DSS，Decision Supporting System），是以管理科学、运筹学、系统工程学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。该系统能够为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要的支持。 DSS的概念是70年代提出的，并且在80年代获得发展。它的产生基于以下原因：传统的MIS没有给企业带来巨大的效益，人在管理中的积极作用要得到发挥；人们对信息处理规律认识提高，面对不断变化的环境需求，要求更高层次的系统来直接支持决策；计算机应用技术的发展为DSS提供了物质基础。 决策支持系统（DSS）作为一种信息系统，尤其特定的结构特征。从框架结构方面来看，DSS有语言系统、问题处理系统和知识系统三部分组成。根据决策支持系统（DSS）知识系统的构成特点，Sprague提出了具有二库结构的决策支持系统（DSS），其中二库为数据库和模型库，并将语言系统与问题处理系统视为对话部件。在后来的发展中，语言系统逐渐演变为人机接口或人机界面。问题处理系统则分为专用的问题处理系统、数据库系统及模型库管理系统。同时随着人工智能、文献检索及计算机会图等领域研究成果在决策支持系统（DSS）的应用，二库结构的决策支持系统（DSS）也随之不断地增添了新成员，包括知识库或规则库、方法库、案例库、文本库及图形库等。其相应的维护和查询功能则由各自的库管理系统承担。另一方面，随着决策支持系统（DSS）应用范围的扩大，决策支持系统（DSS）解决问题的规模也呈现增加的趋势，使得问题库逐渐成为决策支持系统（DSS）不可缺少的一员。决策支持系统（DSS）结构一般由以下几部分组成： （1）、人机交互界面； （2）、问题处理系统和信息资源调度系统； （3）、问题库及其管理系统； （4）、数据库及其管理系统； （5）、模型库及其管理系统； （6）、知识库及其管理系统； （7）、方法库及其管理系统； （8）、图形库及其管理系统； （9）、案例文本库及其管理系统。
经过多年的发展，决策支持系统已经有许多种类，其代表方向是职能决策支持系统（IDSS）和群体决策支持系统（MDSS）。 群体决策支持系统（GDSS，Group Decision Supporting System），是指在系统环境中，多个决策参与者共同进行思想和信息的交流，群策群力，寻找一个令人满意和可行的方案，但在决策过程中只由某个特定的人做出最终决策，并对决策结果负责。 群体决策支持系统从DSS发展而来，通过决策过程中参与者的增加，使得信息的来源更加广泛；通过大家的交流、磋商、讨论而有效地避免了个体决策的片面性和可能出现的独断专行等弊端。 智能决策支持系统（IDSS，Intelligence Decision Supporting System），是人工智能（AI，Artificial Intelligence）和DSS相结合，应用专家系统（ES，Expert System）技术，使DSS能够更充分地应用人类的知识，如关于决策问题的描述性知识，决策过程中的过程性知识，求解问题的推理性知识，通过逻辑推理来帮助解决复杂的决策问题的辅助决策系统。 IDSS的概念最早由Bonczek等人于80年代提出，它的功能是，既能处理定量问题，又能处理定性问题。 IDSS的核心思想是将AI与其它相关科学成果相结合，使DSS具有人工智能。 小结 以上是根据我《系统工程》的笔记整理而成，整理过程中也参考了相关的书籍和资料，希望我整理的这些资料能对你增加对系统工程的基础知识方面有所帮助。其中也简要介绍了决策支持系统（DSS）的基本知识，决策支持系统（DSS）与计算机非常相关，与系统工程、运筹学等也非常关联，如果有可能，今后有机会会对决策支持系统（DSS）作进一步的介绍和分析。 参考资料 1、 信息产业部人事司 编.2001年度中国计算机软件专业技术资格和水平考试大纲.北京：清华大学出版社，2001年； 2、 郑人杰 等编.系统分析员教程.北京：清华大学出版社，1992； 3、 汪应洛 主编.系统工程理论、方法与应用.北京：高等教育出版社，2001。 |
