霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式
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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(duì)比，稱為硬系統(tǒng)方法論（HardSystemMethodology,HSM）。是美國(guó)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(jiǎn)介 霍爾的三維結(jié)構(gòu)模式的出現(xiàn)，為解決大型復(fù)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(guó)得到了廣泛應(yīng)用。霍爾三維結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)工程整個(gè)活動(dòng)過程分為前后緊密銜接的七個(gè)階段和七個(gè)步驟，同時(shí)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(shí)和技能。這樣，就形成了由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維所組成的三維空間結(jié)構(gòu)。其中，時(shí)間維表示系統(tǒng)工程活動(dòng)從開始到結(jié)束按時(shí)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(yùn)行、更新七個(gè)時(shí)間階段。邏輯維是指時(shí)間維的每一個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序，包括明確問題、確定目標(biāo)、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)分析。優(yōu)化、決策、實(shí)施七個(gè)邏輯步驟。知識(shí)維列舉需要運(yùn)用包括工程、醫(yī)學(xué)、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)、藝術(shù)、等各種知識(shí)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(duì)其中任一階段和每一個(gè)步驟，又可進(jìn)一步展開，形成了分層次的樹狀體系。下面將邏輯維的7個(gè)步驟逐項(xiàng)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(gè)方面。
如詞條附圖所示，霍爾三維結(jié)構(gòu)是由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維組成的立體空間結(jié)構(gòu)。
霍爾三維結(jié)構(gòu)分析邏輯維（解決問題的邏輯過程）運(yùn)用系統(tǒng)工程方法解決某一大型工程項(xiàng)目時(shí)，一般可分為七個(gè)步驟：
1.明確問題
由于系統(tǒng)工程研究的對(duì)象復(fù)雜，包含自然界和社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面，而且研究對(duì)象本身的問題有時(shí)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(shè)定問題，否則，以后的許多工作將會(huì)勞而無功。造成很大浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在問題的設(shè)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(yàn)方法。這類方法中，比較知名約有頭腦風(fēng)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(diǎn)是總結(jié)人們的經(jīng)驗(yàn)，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(yù)測(cè)法。系統(tǒng)要分析的問題常常與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和外部環(huán)境的變化有關(guān)，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(yù)測(cè)法主要有德爾菲法、情景分析法、交叉影響法、時(shí)間序列法等。
(3)結(jié)構(gòu)模型法。復(fù)雜問題可用分解的方法，形成若干相關(guān)聯(lián)的相對(duì)簡(jiǎn)單的子問題，然后用網(wǎng)絡(luò)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(shí)驗(yàn)室法(DEMATEL法)、圖論法等。其中，用圖論中的關(guān)聯(lián)樹來分析目標(biāo)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(píng)價(jià)中是很有用的。
(4)多變量統(tǒng)計(jì)分析法。用統(tǒng)計(jì)理論方法所得到的多變量模型一般是非物理模型，對(duì)象也常是非結(jié)構(gòu)的或半結(jié)構(gòu)的。統(tǒng)計(jì)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(guān)分析也屬此類。此外，還有利用行為科學(xué)、社會(huì)學(xué)、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(jià)值體系或評(píng)價(jià)體系
評(píng)價(jià)體系要回答以下一些問題:評(píng)價(jià)指標(biāo)如何定量化，評(píng)價(jià)中的主觀成分和客觀成分如何分離，如何進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如何確定價(jià)值觀問題等。行之有效的價(jià)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(jià)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(fèi)用/效益分析法。多用于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，如投資效果評(píng)價(jià)、項(xiàng)目可行性研究等。
(3)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。在系統(tǒng)評(píng)價(jià)申，風(fēng)險(xiǎn)和安全性評(píng)價(jià)是一個(gè)重要內(nèi)容，決策人對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度也反映在效用函數(shù)上。在多個(gè)目標(biāo)之間有沖突時(shí)，人們也常根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)來進(jìn)行折衷評(píng)價(jià)。
(4)價(jià)值工程。價(jià)值是人們對(duì)事物優(yōu)劣的觀念準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)準(zhǔn)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(dāng)，結(jié)果是否令人滿意等。以生產(chǎn)為例，產(chǎn)品的價(jià)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(xiàng)相關(guān)的準(zhǔn)則。價(jià)值工程是個(gè)總體概念，具體體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性上。
3、系統(tǒng)分析
不論是工程技術(shù)問題還是社會(huì)環(huán)境問題，系統(tǒng)分析首先要對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行描述，建模的方法和仿真技術(shù)是常采用的方法，對(duì)難以用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的社會(huì)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(gè)變量對(duì)系統(tǒng)命題的影響程度，并對(duì)變量進(jìn)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(diǎn)確定變量間的相互依存和制約關(guān)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(xué)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(jì)數(shù)據(jù)得出關(guān)系式，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)對(duì)象抽象成模型后，就可進(jìn)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(shì)?，F(xiàn)已有若干實(shí)用的大系統(tǒng)仿真軟件，如用于隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的GPSS軟件，用于復(fù)雜社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) (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(gè)元素組成的系統(tǒng)整體可靠性之間的關(guān)系。一般講，可靠的元件是組成可靠系統(tǒng)的基礎(chǔ)，然而，局部的可靠性和整體可靠性間并非簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)工程強(qiáng)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(fù)的不那么可靠的元件組成高度可靠系統(tǒng)的問題，并進(jìn)行了可靠性理論探討。錢學(xué)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(gè)很有現(xiàn)實(shí)意義的問題。近年來，己采用的可靠性和安全性評(píng)價(jià)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(dá)到預(yù)期目標(biāo)的手段或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般來講，按給定目標(biāo)設(shè)計(jì)和規(guī)劃的系統(tǒng)，在具體實(shí)施時(shí)，總與原來的設(shè)想有些差異，需要通過對(duì)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(shí)例的研究，構(gòu)想出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單易行的能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求的實(shí)施方案。系統(tǒng)綜合的過程常常需要有人的參與，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和系統(tǒng)仿真可用于系統(tǒng)綜合，通過人機(jī)的交互作用，51人人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，便系統(tǒng)具有推理和聯(lián)想的功能。近年來，知識(shí)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(xué)模型和目標(biāo)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(biāo)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(shí)踐中要根據(jù)問題的特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法，目前應(yīng)用最廣的仍是線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃，非線性規(guī)劃的研究很多，但實(shí)用性尚有待改進(jìn)，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(yīng)用也很廣泛。多目標(biāo)優(yōu)化問題的最優(yōu)解處于目標(biāo)空間的非劣解集上，可采用人機(jī)交互的方法處理所得的解，最終得到滿意解。當(dāng)然，多目標(biāo)問題也可用加權(quán)的方法轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)來求解，或按目標(biāo)的重要性排序，逐次求解，例如目標(biāo)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(dòng)面臨著被決策系統(tǒng)的日益龐大和日益復(fù)雜。
決策又有個(gè)人決策和團(tuán)體決策、定性決策和定量決策、單目標(biāo)決策和多目標(biāo)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(chǔ)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(rèn)識(shí)能力，因此，就必然受到人的主觀認(rèn)識(shí)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(shí)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(yīng)，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(xué)化和合理化的作用。但是，在真實(shí)的決策中，被決策對(duì)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(huì)環(huán)境和人的行為不可能都抽象成數(shù)學(xué)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(jī)因素。群決策有利于克服某些個(gè)人決策中主觀判斷的失誤，但群決策過程比較長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)高效率的群決策，在理論方法和應(yīng)用軟件開發(fā)方面，許多人做了大量工作。如多人多目標(biāo)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(yīng)用軟件已實(shí)用化。
7.制定計(jì)劃有了決策就要付諸實(shí)施，實(shí)施就要依靠嚴(yán)格的有效的計(jì)劃。
以工廠為例，為實(shí)現(xiàn)工廠的生產(chǎn)任務(wù)和發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，就要制定當(dāng)年的生產(chǎn)計(jì)劃和未來的發(fā)展規(guī)劃。廠內(nèi)還要按廠級(jí)、車間級(jí)和班組級(jí)分別制定實(shí)施計(jì)劃。一項(xiàng)大的開發(fā)項(xiàng)目，涉及設(shè)計(jì)、開發(fā)、研究和施工等許多環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)又涉及組織大量的人、財(cái)、物。在系統(tǒng)工程申常用的計(jì)劃評(píng)審技術(shù)(PERT)和關(guān)鍵路線法(CPM)在制定和實(shí)施計(jì)劃方面起了重要的作用。
時(shí)間維（工作進(jìn)程）對(duì)于一個(gè)具體的工作項(xiàng)目，從制定規(guī)劃起一直到更新為止，全部過程可分為七個(gè)階段：
?、僖?guī)劃階段。即調(diào)研、程序設(shè)計(jì)階段，目的在于謀求活動(dòng)的規(guī)劃與戰(zhàn)略；
?、跀M定方案。提出具體的計(jì)劃方案。
?、垩兄齐A段。作出研制方案及生產(chǎn)計(jì)劃。
?、苌a(chǎn)階段。生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件及整個(gè)系統(tǒng)，并提出安裝計(jì)劃。
?、莅惭b階段。將系統(tǒng)安裝完畢，并完成系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)劃。
?、捱\(yùn)行階段。系統(tǒng)按照預(yù)期的用途開展服務(wù)。
⑦更新階段。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(jìn)原有系統(tǒng)，使之更加有效地工作。
知識(shí)維（專業(yè)科學(xué)知識(shí)）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(shí)外，還需要其他學(xué)科的知識(shí)和各種專業(yè)技術(shù)，霍爾把這些知識(shí)分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)和藝術(shù)等。各類系統(tǒng)工程，如軍事系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需要使用其它相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。
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