霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式

                                百度百科

霍爾三維結(jié)構(gòu)又稱霍爾的系統(tǒng)工程，后人與軟系統(tǒng)方法論對比，稱為硬系統(tǒng)方法論（HardSystemMethodology,HSM）。是美國系統(tǒng)工程專家霍爾(A·D·Hall)于1969年提出的一種系統(tǒng)工程方法論。

簡介　　霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式的出現(xiàn)，為解決大型復雜系統(tǒng)的規(guī)劃、組織、管理問題提供了一種統(tǒng)一的思想方法， 

因而在世界各國得到了廣泛應用?；魻柸S結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)工程整個活動過程分為前后緊密銜接的七個階段和七個步驟，同時還考慮了為完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識和技能。這樣，就形成了由時間維、邏輯維和知識維所組成的三維空間結(jié)構(gòu)。其中，時間維表示系統(tǒng)工程活動從開始到結(jié)束按時間順序排列的全過程，分為規(guī)劃、擬定方案、研制、生產(chǎn)、安裝、運行、更新七個時間階段。邏輯維是指時間維的每一個階段內(nèi)所要進行的工作內(nèi)容和應該遵循的思維程序，包括明確問題、確定目標、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)分析。優(yōu)化、決策、實施七個邏輯步驟。知識維列舉需要運用包括工程、醫(yī)學、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會科學、藝術、等各種知識和技能。三維結(jié)構(gòu)體系形象地描述了系統(tǒng)工程研究的框架，對其中任一階段和每一個步驟，又可進一步展開，形成了分層次的樹狀體系。下面將邏輯維的7個步驟逐項展開討論，可以看出，這些內(nèi)容幾乎覆蓋了系統(tǒng)工程理論方法的各個方面。 

　　如詞條附圖所示，霍爾三維結(jié)構(gòu)是由時間維、邏輯維和知識維組成的立體空間結(jié)構(gòu)。 

　　運用系統(tǒng)工程方法解決某一大型工程項目時，一般可分為七個步驟： 

　　1.明確問題 

　　由于系統(tǒng)工程研究的對象復雜，包含自然界和社會經(jīng)濟各個方面，而且研究對象本身的問題有時尚不清楚，如果是半結(jié)構(gòu)性或非結(jié)構(gòu)性問題，也難以用結(jié)構(gòu)模型定量表示。因此，系統(tǒng)開發(fā)的最初階段首先要明確問題的性質(zhì)，特別是在問題的形成和規(guī)劃階段，搞清楚要研究的是什么性質(zhì)的問題，以便正確地設定問題，否則，以后的許多工作將會勞而無功。造成很大浪費。國內(nèi)外學者在問題的設定方面提出了許多行之有效的方法，主要有: 

　　(1)直觀的經(jīng)驗方法。這類方法中，比較知名約有頭腦風暴法(Brain Storming)，又稱智暴法、5W1H法、KJ法等，日本人將這類方法叫做創(chuàng)造工程法。這一方法的特點是總結(jié)人們的經(jīng)驗，集思廣益，通過分散討論和集中歸納，整理出系統(tǒng)所要解決的問題。 

　　(2)預測法。系統(tǒng)要分析的問題常常與技術發(fā)展趨勢和外部環(huán)境的變化有關，其中有許多未知因素，這些因素可用打分的辦法或主觀概率法來處理。預測法主要有德爾菲法、情景分析法、交叉影響法、時間序列法等。 

　　(3)結(jié)構(gòu)模型法。復雜問題可用分解的方法，形成若干相關聯(lián)的相對簡單的子問題，然后用網(wǎng)絡圖方法將問題直觀地表示出來。常用的方法有解釋結(jié)構(gòu)模型法(I5M法)、決策實驗室法(DEMATEL法)、圖論法等。其中，用圖論中的關聯(lián)樹來分析目標體系和結(jié)構(gòu)，可以很好地比較各種替代方案，在問題形成、方案選擇和評價中是很有用的。 

　　(4)多變量統(tǒng)計分析法。用統(tǒng)計理論方法所得到的多變量模型一般是非物理模型，對象也常是非結(jié)構(gòu)的或半結(jié)構(gòu)的。統(tǒng)計分析法中比較常用的有因子分析法、主成份分析法等，成組分析和正則相關分析也屬此類。此外，還有利用行為科學、社會學、一般系統(tǒng)理論和模糊理論來分析，或幾種方法結(jié)合起來分析，使問題明確化。 

　　2.建立價值體系或評價體系 

　　評價體系要回答以下一些問題:評價指標如何定量化，評價中的主觀成分和客觀成分如何分離，如何進行綜合評價，如何確定價值觀問題等。行之有效的價值體系方法有以下幾種。 

　　(1)效用理論。該理論是從公理出發(fā)建立的價值理論體系，反映了人的偏好，建立了效用理論和效用函數(shù)，并發(fā)展為多屬性和多隸屬度效用函數(shù)。 

　　(2)費用/效益分析法。多用于經(jīng)濟系統(tǒng)評價，如投資效果評價、項目可行性研究等。 

　　(3)風險估計。在系統(tǒng)評價申，風險和安全性評價是一個重要內(nèi)容，決策人對風險的態(tài)度也反映在效用函數(shù)上。在多個目標之間有沖突時，人們也常根據(jù)風險估計來進行折衷評價。 

　　(4)價值工程。價值是人們對事物優(yōu)劣的觀念準則和評價準則的總和。例如，要解決的問題是否值得去做，解決問題的過程是否適當，結(jié)果是否令人滿意等。以生產(chǎn)為例，產(chǎn)品的價值主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的功能和質(zhì)量上，降低投入成本和增加產(chǎn)出是兩項相關的準則。價值工程是個總體概念，具體體現(xiàn)在設計、制造和銷售各個環(huán)節(jié)的合理性上。 

　　3、系統(tǒng)分析 

　　不論是工程技術問題還是社會環(huán)境問題，系統(tǒng)分析首先要對所研究的對象進行描述，建模的方法和仿真技術是常采用的方法，對難以用數(shù)學模型表達的社會系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等，也常用定性和定量相結(jié)合的方法來描述。系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容涉及以下幾方面。 

　　(1)系統(tǒng)變量的選擇。用于描述系統(tǒng)主事狀態(tài)及其演變過程的是一組狀態(tài)變量和決策變量，因此，系統(tǒng)分析首先要選擇出能反映問題本質(zhì)的變量，并區(qū)分內(nèi)生變量和外生變量，用靈敏度分析法可區(qū)別各個變量對系統(tǒng)命題的影響程度，并對變量進行篩眩。 

　　(2)建模和仿真。在狀態(tài)變量選定后，要根據(jù)客觀事物的具體特點確定變量間的相互依存和制約關系，即構(gòu)造狀態(tài)平衡方程式，得出描述系統(tǒng)特征的數(shù)學模型。在系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的情況下，可用輸入輸出的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出關系式，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)對象抽象成模型后，就可進行仿真，找出更普遍、更集中和更深刻反映系統(tǒng)本質(zhì)的特征和演變趨勢。現(xiàn)已有若干實用的大系統(tǒng)仿真軟件，如用于隨機服務系統(tǒng)的GPSS軟件，用于復雜社會經(jīng)濟系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)動力學 (SD)軟件等。 

　　(3)可靠性工程。系統(tǒng)可靠性工程是研究系統(tǒng)中元素的可靠性和由多個元素組成的系統(tǒng)整體可靠性之間的關系。一般講，可靠的元件是組成可靠系統(tǒng)的基礎，然而，局部的可靠性和整體可靠性間并非簡單的對應關系，系統(tǒng)工程強調(diào)從整體上來看問題。在40年代，馮·諾依曼(Von Neumann)開始研究用重復的不那么可靠的元件組成高度可靠系統(tǒng)的問題，并進行了可靠性理論探討。錢學森教授也提出，現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的發(fā)展便元器件的成本大大降低，如何用可靠性較低的元器件組成可靠性高的系統(tǒng)，是個很有現(xiàn)實意義的問題。近年來，己采用的可靠性和安全性評價方法有FTA或ETA等樹狀圖形方法。 

　　4、系統(tǒng)綜合 

　　系統(tǒng)綜合是在給定條件下，找出達到預期目標的手段或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般來講，按給定目標設計和規(guī)劃的系統(tǒng)，在具體實施時，總與原來的設想有些差異，需要通過對問題本質(zhì)的深入理解，作出具體解決問題的替代方案，或通過典型實例的研究，構(gòu)想出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡單易行的能實現(xiàn)目標要求的實施方案。系統(tǒng)綜合的過程常常需要有人的參與，計算機輔助設計(CAD)和系統(tǒng)仿真可用于系統(tǒng)綜合，通過人機的交互作用，51人人的經(jīng)驗知識，便系統(tǒng)具有推理和聯(lián)想的功能。近年來，知識工程和模糊理論已成為系統(tǒng)綜合的有力工具。 

　　5、系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇 

　　在系統(tǒng)的數(shù)學模型和目標函數(shù)已經(jīng)建立的情況下，可用最優(yōu)化方法選擇便目標值最優(yōu)的控制變量值或系統(tǒng)參數(shù)。所謂優(yōu)化，就是在約束條件規(guī)定的可行域內(nèi)，從多種可行方案或替代方案中得出最優(yōu)解或滿意解。實踐中要根據(jù)問題的特點選用適當?shù)淖顑?yōu)化方法，目前應用最廣的仍是線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃，非線性規(guī)劃的研究很多，但實用性尚有待改進，大系統(tǒng)優(yōu)化已開發(fā)了分解協(xié)調(diào)的算法。組合優(yōu)化適用于離散變量，整數(shù)規(guī)劃中的分枝定界法，逐次逼近法等的應用也很廣泛。多目標優(yōu)化問題的最優(yōu)解處于目標空間的非劣解集上，可采用人機交互的方法處理所得的解，最終得到滿意解。當然，多目標問題也可用加權(quán)的方法轉(zhuǎn)換成單目標來求解，或按目標的重要性排序，逐次求解，例如目標規(guī)劃法。 

　　6.決策"決策就是管理"，"決策就是決定"，人類的決策管理活動面臨著被決策系統(tǒng)的日益龐大和日益復雜。 

　　決策又有個人決策和團體決策、定性決策和定量決策、單目標決策和多目標決策之分。戰(zhàn)略決策是在更高層次上的決策。在系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎上，人們可根據(jù)主觀偏好、主觀效用和主觀概率做決策。決策的本質(zhì)反映了人的主觀認識能力，因此，就必然受到人的主觀認識能力的限制。近年來，塊策支持系統(tǒng)受到人們的重視，系統(tǒng)分析者將各種數(shù)據(jù)、條件、模型和算法放在決策支持系統(tǒng)中，該系統(tǒng)甚至包含了有推理演繹功能的知識庫，便決策者在做出主觀決策后，力圖從決策支持系統(tǒng)中盡快得到效果反應，以求得到主觀判斷和客觀效果的一致。決策支持系統(tǒng)在一定條件下起到?jīng)Q策科學化和合理化的作用。但是，在真實的決策中，被決策對象往往包含許多不確定因素和難以描述的現(xiàn)象，例如，社會環(huán)境和人的行為不可能都抽象成數(shù)學模型，即使是使用了專家系統(tǒng)，也不可能將邏輯推演、綜合和論證的過程做到像人的大腦那樣，有創(chuàng)造性的思維，也無法判斷許多隨機因素。群決策有利于克服某些個人決策中主觀判斷的失誤，但群決策過程比較長。為了實現(xiàn)高效率的群決策，在理論方法和應用軟件開發(fā)方面，許多人做了大量工作。如多人多目標決策理論、主從決策理論、協(xié)商談判系統(tǒng)、沖突分析等，有些應用軟件已實用化。 

　　7.制定計劃有了決策就要付諸實施，實施就要依靠嚴格的有效的計劃。 

　　以工廠為例，為實現(xiàn)工廠的生產(chǎn)任務和發(fā)展戰(zhàn)略目標，就要制定當年的生產(chǎn)計劃和未來的發(fā)展規(guī)劃。廠內(nèi)還要按廠級、車間級和班組級分別制定實施計劃。一項大的開發(fā)項目，涉及設計、開發(fā)、研究和施工等許多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又涉及組織大量的人、財、物。在系統(tǒng)工程申常用的計劃評審技術(PERT)和關鍵路線法(CPM)在制定和實施計劃方面起了重要的作用。 

　　對于一個具體的工作項目，從制定規(guī)劃起一直到更新為止，全部過程可分為七個階段： 

　　①規(guī)劃階段。即調(diào)研、程序設計階段，目的在于謀求活動的規(guī)劃與戰(zhàn)略； 

　　②擬定方案。提出具體的計劃方案。 

　?、垩兄齐A段。作出研制方案及生產(chǎn)計劃。 

　　④生產(chǎn)階段。生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件及整個系統(tǒng)，并提出安裝計劃。 

　?、莅惭b階段。將系統(tǒng)安裝完畢，并完成系統(tǒng)的運行計劃。 

　　⑥運行階段。系統(tǒng)按照預期的用途開展服務。 

　?、吒码A段。即為了提高系統(tǒng)功能，取消舊系統(tǒng)而代之以新系統(tǒng)，或改進原有系統(tǒng)，使之更加有效地工作。 

　　系統(tǒng)工程除了要求為完成上述各步驟、各階段所需的某些共性知識外，還需要其他學科的知識和各種專業(yè)技術，霍爾把這些知識分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會科學和藝術等。各類系統(tǒng)工程，如軍事系統(tǒng)工程、經(jīng)濟系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需要使用其它相應的專業(yè)基礎知識。