第13章 系统工程(3)
（4）系统价值分析技术。这是一种技术经济分析技术。它是美国通用电器公司工程师麦尔斯在20世纪40年代提出的。基本思想是运用系统观点分析研究问题，把技术问题和经济问题作为整体联系起来思考，通过价值—功能分析，以最低的总成本可靠地实现产品或作业的必要功能，提高产品价值。价值评价是把功能和成本作为一个整体进行思考，以两者之比作为价值尺度：
价值＝功能成本
由此可寻求提高产品价值的途径。
价值分析技术在应用中一般分为三个阶段：
（1）分析问题阶段：选择进行价值分析的对象，收集必要的信息，进行功能分析，包括功能定义、分类、整理、寻求实现功能的最低费用等。
（2）研究改进阶段：针对提高价值的对象提出各种改进设想并进行方案创造。对在功能分析基础上提出的各种方案进行对比和评价，最后选定最优方案。对选定方案要进行目标成本计算，确定目标成本。
（3）方案评价阶段：对选定方案进行试验论证，评判所选方案要求的条件和优缺点，然后作为正式方案审批。方案实施后，必须认真进行总结和对成果进行评价。
随着价值分析技术的发展，其应用范围从局部寻找代用品扩展到新产品的研制开发、设备、程序、软件和组织体制研究等方面。
（5）系统评价技术。什么是系统评价呢？先来看一个例子，某地要解决是否存留小砖窑的问题，从煤耗方面看，小砖窑比现代化大砖厂的煤耗大1倍左右，每万块砖需要约2吨煤，那么是否从这个数据就能得出结论：必须立刻把小砖窑全部关闭、只办大砖窑呢？乍一看，这种方案是可行，但是从全局来看，这种方法甚为不妥。因为我们不光要考虑煤耗，还要考虑到当前的砖的供求状况、大砖厂的扩建时间、扩建资金、原料来源以及成品分发和运输问题。此外，剩余劳动力的就业和发展乡镇企业的发展也要考虑进去。这样从全局来考虑，小砖窑还是要留下来，因为这样得到的经济效果和社会效应会更佳。这种分析的过程就是系统评价。
系统评价指从技术、经济、社会等角度对所设计和管理的各种系统拟订方案进行评判，通过评判而选择最优方案。系统评价一般按功能、费用、时间三个要求进行综合分析。综合分析需注意各个方案在满足需要上的可比性、质量要求不同的可比性、品种不同的可比性、成本上的可比性、价格指标的可比性和时间上的可比性，并根据问题建立指标体系作为评价根据。评价过程应注意技术、经济和政策的统一、微观经济效益和宏观经济效益的统一、经济效益和社会效益的统一。在进行具体的系统评价时，根据内容不同可采用关联矩阵法、正交辅助矩阵法、正交影响矩阵法、费用效果分析法等。
（6）系统预测技术。系统预测就是根据系统以前的状况，采用系统科学方法和逻辑推理对系统未来发展趋势作出预计和推测，以指导和调节人们的行为。预测所研究的领域包括未来科学发现和技术发明预测、未来社会发展预测、经济发展预测等。根据不同问题，可以把预测分为社会预测、经济预测、科学预测、技术预测、军事预测等。根据预测时间可分为近期、中期和长期预测。预测分析所采用的科学方法和手段统称为预测技术。应用预测技术一般要经过明确预测目标、收集资料进行分析、建立预测模型、分析评价和修正预测值等步骤。这些相互联系的步骤构成一个系统。常用的预测方法有定性预测方法，包括专家预测法、特尔菲法和主观推率预测法；时间序列预测方法，包括时间序列模型法、平均数预测方法、移动平均数预测法和指数平滑预测法；回归分析预测方法，包括一元线性回归法、多元线性回归法和非线性回归法；技术预测方法，包括类推预测法、趋势外推预测法和相关树法。在预测中，哲学方法、逻辑方法、数学方法和经验都将发挥积极有效的作用。
12.系统工程的应用
12.1客观需要和应用范围
1）实践对系统工程的客观需要
系统工程的应用取决于人类社会实践活动的客观需要，和由此引起的系统工程理论的完善和有效性。
有一个科学家说：“现在已经进入了如不考虑和制定相互关系的计划，所有的问题都不能解决的时代。”这个时代是系统的时代。大水坝、核电站、大企业、区域规划、良种选育、经济过程控制等大型项目，不仅涉及专门的工程技术问题，而且涉及到社会状况、经济条件、资源、教育、环境生态平衡、近期和远期影响、效率等一系列问题。这些大型实践项目的成败不仅取决于本身，还取决于与外界环境关系的协调。这是系统性的问题。由于任何一项大规模的人类活动本身的复杂性、涉及知识的多样性、作用和结果的综合性、影响的普遍性、存在的不稳定性和变化的不确定性，促使人们进行系统化的思考。社会活动的复杂化和人们对效率的追求将构成对系统工程的更迫切的需要。系统工程必将在更广泛的领域中应用和深化。正如联合国国际关系委员会和国际科学技术发展局出版的《系统分析和运筹学》一书所说：“发展中国家的政府和人民面临的一个中心问题，就是如何对巨大而迅速的变化过程进行管理。他们渴望把工业发达国家花费了将近十代人时间所完成的工业化进程，压缩利用一代人的时间来完成”，“在变化和不确定的情况下，计划人员和政府官员在计划、分析和管理工作中必须采取所有可靠的方法”，“这些方法有各种各样的名称：运筹学、系统分析、管理科学和控制论”。
人类实践活动的客观要求推动着系统工程理论本身的深入发展。
目前，有两个值得注意的发展方向：第一，面对复杂的系统问题，控制论中的大系统理论可能为解决巨大系统的控制运筹和规划问题提供方法。大系统是规模庞大、结构复杂、目标多、因素多，功能综合的系统。
大系统理论就是研究各种大系统的控制过程的共同规律的理论，主要内容有大系统的各种规划决策、结构综合和参数综合方法、多目标决策、静态最优化和动态最优化等等。第二，系统工程在满足人们实践需要的过程中，更紧密地同具体学科结合，形成了具体的系统工程应用理论，如农业系统工程、管理系统工程、企业系统工程等。这些应用理论在更大程度上满足了人们解决复杂的和具体的系统问题的理论和方法要求，开辟了系统工程更广泛的应用前景。
2）系统工程的应用范围
系统工程的应用范围主要包括四个方面。
（1）自然对象的系统：包括宇宙航行、人造卫星、天气和地震预报、资源能源开发、环境保护、土地水量利用，农业规划等。
（2）人体对象的系统：包括病理模拟、病理情报检索、自动翻译、人工智能、专家系统、自动诊疗、医疗工程、医院管理等。
（3）产业系统：包括新技术开发、产品战略、最优设计、最优控制、过程自动化、工业机器人、电力网络管理、自动服务系统、交通管理，企业管理、经济管理、需求预测，经营策略、价格体系等。
（4）社会系统：包括防卫协作、军备预算、资源统筹利用、行政系统管理、公共事业计划、城市规划、教育工程、人口控制、社会治安综合治理等。
目前，我国已在许多领域应用系统工程。军事系统工程、计量系统工程、农业系统工程、行政管理系统工程等应用分支已在实践中发挥了积极作用。在改革中，各级领导已普遍注意到物价体系、流通体制、计划体制、行政领导体制的改革是一项复杂的任务，必须应用系统工程的理论和方法。
12.2奥本海默的过人之处——系统工程人员的作用
当代社会复杂化的客观需要将孕育许多掌握系统工程理论和方法的领导者、科技工作者和管理者，他们是指挥运筹全局的系统工程师。
系统工程人员是各行各业的战略家。理论的应用和实践的开拓向他们提出了下述要求。
（1）要具有远见卓识的战略家，能把局部的小问题同全局的大问题联系起来思考，能洞察全局的本质和核心所在，能统筹全局、运筹帷幄，具有敏锐的战略头脑。
（2）具有博大精深的知识素养，既博并专。能够对自己工作的领域有深入的研究，对其他领域有广泛的了解。既是专家，又是杂家。如上面所介绍的马登和胡克提出的石油运输方案，如果他们对石油生成过程和化学特性没有深入的了解，那是不可能提出这一方案的。
（3）不仅具有数理分析能力，而且还具备综合概括能力，既具有严密演绎的思维能力，又兼有归纳综合的思维能力。
（4）善于注意和理解其他领域的动向，能正确地传达信息，善于使用电子计算机，有足够的软件知识。
（5）善于提出和发现新问题，有足够的想象力和创造力，能运用形象思维像对待艺术一样地对待科学研究。
（6）具有组织能力和决断能力，是组织型和决策型兼有的人才。
总之，系统工程人员要有多方面的素养，应是喜登高望远、通观全局、具有战略意识的创新者，又是脚踏实地的实干家。由于当代系统问题的复杂性，一个系统工程项目并非一人所能完成。系统工程是集体创造性劳动的结果，是许多人通过系统协调而完成的组织管理工作。
美国在制造原子弹的工程中，并没有请当时在物理学方面有很高成就的爱因斯坦、费米等人来担任技术总指挥，而是选择了当时只有38岁的物理学家奥本海默来担当，原因就在于他知识渊博，研究过文科、地质、建筑、化学、外语等。他在大学时代专攻物理，虽然他没有得到过诺贝尔奖，也没有发表过多少轰动学术界的论文，然而广博的知识使其具有敏锐高超的综合思维能力，能抓住问题的关键，现实地指出它们的解决方向，也就因为如此，在他领导下的1500名科技人员，经过不到六年的努力就造出举世震惊的原子弹。
12.3应用实例
1）阿波罗登月计划
阿波罗登月计划是应用系统工程取得成功的范例。该计划1961年提出，1969年7月实现人类第一次登上月球。该计划投资达240亿美元，参加的科技工作者达42万人，700多万个零部件由美国2万多个工厂分工承制。该计划不仅规模大，而且涉及的科学领域相当广。
计划所需要的火箭技术、制导技术、通信技术、可靠性技术、组织管理技术都属世界先进水平。如火箭技术，当时只有推力为170吨重的阿特拉斯火箭，把几十吨重的飞船送入轨道的土星五号运载火箭的推力为3400吨。在八年时间内设计制造为原推力20倍的新型火箭，是一项相当复杂的事。因为经验告诉人们：普通内燃机和喷气发动机难以在八年之内完成型号的定型工作。
阿波罗计划涉及许多的技术问题、经济问题，但能够提前完成计划。原因首先是应用系统工程做好了计划实施过程中的三个方面的工作：
（1）建立了高效有力的管理组织机构。通过有效的组织环节，把项目计划与控制、系统分析、可靠性和质量保证、试验、操作实施等工作具体落实到各主管部门。
（2）制定和选择各种方案。像登月飞行方式、火箭推力、宇航员人数、防止流星和辐射等问题，都是通过系统分析经多方案择优而确定的。像登月飞行方案，就是从技术因素、工作进度、成本费用、研究制造的难易程度、成功率、可靠性等方面对三个预选方案进行系统分析而进行选择的。
（3）搞好实施过程中的管理工作。广泛采用系统工程的各项管理技术对计划实施过程进行监测、评价和控制。采用的系统工程技术主要有：计划评审技术、关键路线法、资源分配和多项目安排、相关数字技术评价计划法、系统分析与系统管理法、管理情报系统等。
2）我国对人口系统的研究和控制
我国学者宋健等人对人口问题进行了系统研究，从人口问题提出、人口系统数学模型、稳定性、人口预测等方面进行研究，得出了人口最优控制方案。此项研究不仅具有理论意义，而且具有直接的现实意义，为我国实行人口控制的政策提供了理论依据。
主要内容归纳如下：
（1）从现实人口增长、生态系统资源的短缺、人口寿命的增加趋势等角度提出了人口问题。
（2）把社会的人口状态看作是不断变化的系统，根据人口状态和数量变化的原因建立社会人口状态变量之间的逻辑关系和量的依赖关系，建立人口状态发展方程。描述人口过程的数学模型分两种，一是高散模型，以每年人口状态变化为研究目标，用差分方程或代数递推方程去描述逐年的变化规律，二是连续模型，用偏微分方程去描述人口状态的连续变化过程。在数学模型中要区分两种变量：受控变量和控制变量。
（3）利用数学模型对人口系统数量稳定性进行研究。研究指出：
存在一个妇女总和生育率的上限，超过了它，人口系统的数量将无限制地增长下去。由此提出，控制人口增长必须将妇女总和生育率控制在临界生育率以下。
（4）对人口发展状况进行预测。预测结果表明：要想在百年内把全国人口总数降低并稳定在7亿左右，从1980年起，在今后20年内，实行一对夫妇只生一个孩子。再从2020年到2070年内把妇女总和生育率由1%提高到2.16%，可望在90年后即2070年，全国人口可稳定在7亿水平上。