系统架构设计之路-霍尔三维结构与切克兰德方法论

概述

霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。

霍尔三维结构（Hall three dimensions structure），也叫做硬系统工程方法论（Hard System Methodology ,HSM），有时间维，知识维（也叫专业维），逻辑维 。 是美国系统工程专家霍尔（A·D·Hall）)于1969年提出的一种系统工程方法论。它的出现，为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法，因而在世界各国得到了广泛应用。 霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤，同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。这样，就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。

20世纪40～60年代期间，系统工程主要用来寻求各种“战术”问题的最优策略，或用来组织管理大型工程建设项目，最适合应用霍尔方法论。

进入70年代以来，系统工程越来越多地用于研究社会经济发展战略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得系统工程的对象系统软化，并导致其中的许多因素又难以量化

从70年代中期开始，许多学者在霍尔方法论基础上，进一步提出了各种软系统工程方法论。80年代中前期由（英）P·切克兰德(P.Checkland) 提出的方法比较系统且具有代表性。

P.切克兰德认为完全按照解决工程问题的思路来解决社会问题或“软科学”问题，会碰到许多困难，尤其在设计价值系统、模型化和最优化等步骤方面，有许多因素很难进行定量分析

P.切克兰德把霍尔方法论称为“硬科学”的方法论，他提出了自己的方法论，并把它称之为“软科学”方法论。

系统工程在上个世纪中后期发展起来的一门新兴学科。它最早约产生于20世纪40年代的美国，时至今日，系统工程已经成为现代社会高速发展不可或缺的一部分。系统工程的诞生让自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法根据总体协调的需要联系起来，综合应用，并利用现代电子计算机，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制等目的。

霍尔三维结构 (Hall three dimensions structure)

时间维 （Temporal Dimension）

时间维反映了系统工程活动从开始到结束按照时间顺序排列的全过程。这一维度划分为七个连续的阶段：

• 规划（Planning）：定义项目范围，识别需求，初步设定目标，制定总体策略和计划。
• 拟定方案（Proposal Formulation）：生成多种可能的解决方案或系统设计方案。
• 研制（Development）：详细设计系统各组成部分，进行原型开发或样机制造。
• 生产（Production）：批量生产系统组件，执行质量控制和测试流程。
• 安装（Implementation）：将系统组件集成到整体系统中，进行现场安装和调试。
• 运行（Operation）：系统投入实际使用，进行日常维护、性能监控和故障处理。
• 更新（Updating）：根据系统运行反馈、技术进步和社会变迁，进行系统改进、升级或替换。

逻辑维（Logical Dimension）

逻辑维关注每个时间阶段内部应遵循的思维程序和工作内容，共包含七个步骤：

• 明确问题（Problem Definition）：准确识别问题，清晰表述问题的性质、范围和影响。
• 确定目标（Goal Setting）：设定系统的性能指标、功能要求和预期效果。
• 系统综合（Synthesis）：基于目标，创造性地构思和整合各种潜在解决方案。
• 系统分析（Analysis）：对备选方案进行深入的技术、经济、环境等多方面评估。
• 优化（Optimization）：通过数学建模、仿真或其他手段，找出最佳或满意解。
• 决策（Decision Making）：基于分析结果，选择最符合目标的实施方案。
• 实施（Implementation）：制定详细的行动计划，组织资源，执行选定的解决方案。

知识维（Knowledge Dimension）

知识维列举了在系统工程过程中可能需要运用的各种专业知识和技能领域，包括但不限于：

• 工程科学（如机械、电子、软件工程等）
• 医学知识（如生物医学工程中的应用）
• 建筑学（如基础设施或建筑系统的开发）
• 商业管理（如项目管理、财务管理、市场营销）
• 法律法规（合规性审查、合同管理等）
• 社会科学（理解用户需求、社会影响评估）
• 艺术美学（产品设计、用户体验）

霍尔三维结构强调了系统工程的系统化、最优化、综合化、程序化和标准化特征，为处理大型复杂系统的规划、组织、管理和开发提供了一种结构化的路径。这种方法论有助于确保系统工程项目的顺利推进，降低风险，提高效率，并确保最终产出的系统能够满足预定的功能、性能和用户需求。

霍尔三维结构不仅仅适用于软件开发，而适用于所有的系统化工程领域。 霍尔三维偏向大型工程项目。

切克兰德方法论

切克兰德方法，也被称为“软科学”方法，主要用于处理系统工程中的软问题，如组织行为、决策过程和政策制定等，强调参与者的主观判断和价值观。

以大型工程技术问题的组织管理为基础产生的硬系统方法论，扩展其应用领域后，特别是在处理存在利益、价值观等等方面差异的社会问题时，遇到了难以克服的障碍： 人们对问题解决的目标和决策标准(决策选择的指标)这些重要问题，甚至对要解决的问题本身是什么就有不同的理解，即问题是非结构化的。 对这类问题，或更确切地称为议题(issue)，首先需要的是不同观点的人们，通过相互交流，对问题本身达成共识。 与硬系统方法论的核心是优化过程 (解决问题方案的优化)相比较，切克兰德称软系统方法论的核心是一个学习过程。

切克兰德方法论的步骤

1. 调查非结构化问题。
2. 运用“丰富图”（Rich Pictures）来表述问题。 丰富图要能够尽可能多地捕捉到跟问题相关的信息。一张较好的丰富图能够揭示问题的边界、结构、信息流以及沟通渠道，等等。 最为关键的是，通过信息图，能够发现与问题相关的完整的人类活动系统。它是一个不为传统方法如：数据流程图、层次模型所包含的，但对SSM来说却非常重要的成分。
3. 对相关系统进行根定义（Root Definition）。 即我们可以从那些不同视角审视这个问题？
4. 概念模型。包括正式系统概念及其他相关的系统思考。
5. 对步骤4和2进行比较。
6. 评估是否是可行的、理想的系统变革。
7. 系统执行，解决问题。

霍尔三维结构与切克兰德方法论有何异同点?

霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论，均已问题为起点，具有相应的逻辑过程。在此基础上，两种方法论主要存在以下不同点：

1. 霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究。

2. 前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。

3. 前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。

其他

并行工程方法

并行工程方法是一种通过在产品开发过程中同步进行设计、制造过程和支持过程来缩短产品开发周期和提高效率的方法。

综合集成方法

综合集成方法由钱学森命名，是一种针对简单系统和巨系统的系统工程方法，强调整体论、相互关联、有序性和动态原则的四个基本原则。

WSR系统方法

WSR系统方法是指在系统工程中，要综合考虑物理、事理和人理三个方面。物理即自然科学和技术科学的知识，事理是社会科学的知识，人理是管理科学和心理学的知识。

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