系统工程课件.docx

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1、系统工程讲义第1章 系统1.1 系统的概念 1.1.2 系统的定义 系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素，在给定的环境约束下，为达到特定功能，以一定结构形式而存在的有机集合体。而这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。由于系统概念是逐步形成的，至今对系统的认识也还没有结束，系统的概念还在发展，因此对系统概念的理解应持发展的观点。对系统概念的理解必须从以下几方面去考虑：系统必须由两个或两个以上的要素（部分、要素）组成。要素是构成系统最基本单位，因而也是系统存在的基础，系统离开了要素就不成其为系统。构成系统的要素随系统的不同而不同，要素的树目的多少是由系统的复杂程序所决

2、定的。系统是按一定方式结合的有机整体。系统整体与要素、要素与要素、整体与环境之间，存在着相互作用和相互联系的机制。例如钟表是由齿轮、发条、指针装配而成的，但随便把一堆齿轮、发条、指针放在一起不能构成钟表，必须按一定的结合关系装配起来才行。任何系统都有特定的功能，是整体具有且不同于各个组成要素的新功能。这种新功能使系统内部有机联系的要素、以及系统以整体方式和系统环境之间相互作用所决定的。我国国古代谚语“三个臭皮匠；顶上一个诸葛亮”，说的是几个普通人组织起来集思广益的集体智慧是惊人的。但俗话说：“一个和尚挑水吃；两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”，为什么同样是三个普通人，会有如此大的差别呢?这里的关

3、键就是系统如何来组织，以满足特定的系统功能。任何事物都是系统和要素的对立统一体，系统与要素的对立统一是客观事物的本质属性和存在方式，它们相互依存、互为条件，在事物的运动和变化中，系统和要素总是相互伴随而产生，相互作用而变化。系统和要素的相互作用是： 1系统通过整体作用来支配和控制要素当系统处于平衡稳定条件时，系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中的地位、排列顺序、作用的性质和范围的大小，统率着各个要素的特性和功能，协调着各个要素之间的数量比例关系等等。每个要素以及要素之间的相互关系都由系统所决定。系统整体稳定，要素也稳定。当系统的功能和特性发生变化，要素以及要素之间的关系也随着变化。如

4、政府机构改革，政府管理功能变化，随之要求政府机构设置等诸要求产生变化。 2. 要素通过相互作用决定系统的特性和功能系统中每一个要素的性质或行为将影响到整个系统的性质或行为，例如在人体系统中每一个器官的性质或行为将会影响人体这个整体的性质或行为，人们通常所说的十指连心就是如此。但每一个要素的性质或行为，以及它影响整体的途径依赖于其他一个或几个要素的性质或行为。因此，没有一个要素是独立地影响整体的，同时系统不能分解成独立的要素，一个系统也不能分解成独立的子系统。例如，人体内的所与子系统，像神经系统、呼吸系统、消化系统等是相互影响的，并且每一个子系统都非独立地影响系统的性能。因此，任何一个子系统都不

5、可能脱离人体而成为一个独立的系统。一般说来，要素对系统的作用有两种可能趋势：一种是如果系统的各组成要素具有一种协调、适应的比例关系，就能维持系统的动态平衡和稳定，并促使系统走向组织化、有序化；另一种是要素相互之间出现不协调、不适应的的比例关系，这就会破坏系统的平衡和稳定，甚至使系统衰退和死亡。 3系统和要素的概念是相对的由于事物生成和发展的无限性，系统和要素的区别是相对的。由要素组成的系统，又是较高一级系统的组成部分，它在这个更大系统中的地位是一个要素，而同时它本身又是较低一级要素的系统。如军队油料系统是军队后勤系统的一个要素，但军队油料系统又是包含油品、油料保障人员、油料保障设备等诸要素在内

6、的一个系统。1.2 系统的特征在系统概念和系统形态的基础上，可概括出系统的特征。明确系统的特征，是我们认识系统、研究系统、掌握系统思想的关键。一般说来，系统有七大特征。1.2.1 目的性1.2.2 集合性1.2.3 相关性1.2.4 层次性1.2.5 整体性1.2.6 环境适应性1.2.7 动态性1.3 系统的结构、功能和生命周期系统的结构与功能是系统科学的基本范畴，是系统不可分割的两个方面。系统的结构是系统保持整体性及具有一定功能的内在依据。系统科学就是从系统的结构与功能的观点出发去研究整个客观世界的科学。探讨系统结构与功能是理解系统的基本特性和系统方法应用的个重要环节。1.3.1 系统的结

7、构所谓结构，是指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。结构是系统的普遍属性。没有无结构的系统，也没有离开系统的结构。无论是宏观世界还是微观世界，一切物质系统都无一例外地以一定结构形式存在着、运动着和变化着。目前“结构”一词已被广泛地应用到自然、社会和人的思维各领域中。属于自然界领域的，如宇宙结构、生态环境结构、人体结构等都属于社会领域的，如经济结构、产业结构、区域结构、组织结构、人才结构等；属于思维领域方面有逻辑结构、概念结构等。结构所揭示的是系统要素内在的有机联系形式。而系统结构在整体上又有它的若干特点。1.3.1.1 结构的稳定

8、性1.3.1.2 结构的层次性1.3.1.3 结构的开放性1.3.1.4 结构的相对性1.3.2 系统的功能系统的结构与功能是不可分割的一对范畴，理解系统的结构是理解系统功能的基础。与系统结构的概念相对应，把系统与外部环境相互作用所反映的能力称为系统的功能。当然，各种系统的特定功能是不一样的，但从一般意义上来说，系统功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的转换关系，可以用如图1-3-1所示。处理或转换输入 输出（物质、能量、信息） （产品、人才、成果、服务等） 图1-3-1系统的输入是作为原材料的物质、能量与信息。系统的输出是经过处理(或转换、加工)的物质、能量与信息，

9、例如产品、人才、成果、服务等等。所以，系统可以理解为一种处理或服务机构，它把输入转变成人们所需要的输出。从狭义上来说，处理或转换就是系统的功能。对于闭环系统，也把反馈作为系统的功能。系统结构所说明的是系统内部状态和内部作用，而系统功能所说明的是系统的外部状态和外部作用。贝塔朗菲曾解释：结构是“部分的秩序”，“内部描述本质上是结构描述”。功能是“过程”的秩序，“外部描述是功能描述”。功能是系统内部固有能力的外部表现，它归根到底是由系统的内部结构所决定的。系统功能的发挥，既要受环境变化制约，又要受系统内部结构制约和决定，这就体现了功能对于结构的相对独立性和绝对依赖性的双重关系。系统功能具有两个特性

10、：易变性。系统功能与系统结构相比是更为活跃的因素。一个系统对外部条件发挥功能总要遵循一定的规律，表现为一定的秩序。随着环境条件的不同，将相应地引起系统功能的变化。一个系统的结构在一定阈值内总是稳定的，但功能则不同，当环境有所变动，此时系统与环境相互作用的过程、状态、效果都会随环境条件变化而变化。所以系统在发挥功能的过程中，随着环境条件的变化而相应地调整它的程序、内容和方式，不断地促进系统结构的变革，以使系统不断地获得新的功能。相关性。系统功能与系统结构一样也存在着相关性。在一个大系统内部，其要素之间的相互作用本来是属于系统结构关系，但如果把每个要素或子系统作为一个整体来考察，则子系统之间的相互

11、作用又转化为独立子系统之间的功能关系。例如，企业组织系统可划分为计划职能子系统、生产职能子系统、财务职能子系统、销售职能子系统等等。在分析它们的管理活动时，往往又赋予它们以相对独立的性质。这样在企业内部职能子系统之间，彼此又构成为内部环境，其相互作用关系则成为功能关系。所以，不能认为功能关系就是绝对的功能关系，结构关系就是绝对的结构关系，它们之间在一定条件下，是可以互相转化的。系统的功能反映系统与外部环境的关系，表达出系统的性质和行为，从研究系统与环境的相互关系中把握系统的能力和行为的方法，即所谓的系统功能方法。它包括功能分析方法、功能模拟方法和黑箱方法等。1.3.3 系统的结构与功能的关系

12、结构是功能的内在根据，功能是要素与结构的外在表现。一定的结构总是表现一定的功能，一定的功能总是由一定的结构产生的。 系统的结构决定系统的功能，结构的变化制约着系统整体的发展变化。结构的改变必然引起功能的改变。例如，在企业管理中，同样的劳动者，劳动手段和劳动对象，由于企业组织形式不同，导致劳动生产率大不相同。结构对功能之所以起主要决定作用，原因是： 结构使系统形成了不同于它的诸要素的新质。系统是由它的诸要素组成的，但它的质不能归结为孤立状态下各要素的质的总和。系统的各个要素在相互联系相互作用中，交流和交换着物质、能量和信息，因而，它一方面使系统整体出现了其要素所没有的新质；另一方面又丧失了其要素

13、的某些质。在新质的基础上。系统整体获得了新的功能，整体的功能主要取决于要素之间的结构。 组成要素的行为在一定约束条件和协同作用下决定系统的功能，“约束”和“协同”是由系统结构所赋予的。 结构与功能的关系不是一一对应的，功能具有相对的独立性。例如，电子计算机和人脑两者的结构是极不相同的，但是在对信息进行加工的过程中，它们在许多方面具有相同的逻辑功能。因而后者可以在一定程度上用前者来代替。因此功能不可能机械地依赖于结构，而有它的独立性。但这种独立性是相对的，计算机与人脑只有在某些方面和某种程度上才具有相同的功能。 功能对结构不仅具有相对独立性，而且对结构有巨大的反作用。功能在与环境的相互作用中，会

14、出现与结构不相适应的异常状态，当这种状态持续一定时间时，就会刺激、迫使结构发生变化，以适应环境的需要。例如，由于经济环境的变化，企业结构由生产型结构转变为经营型结构、开拓型结构。功能对结构的反作用有两种情况：一种是促使系统结构进化；另一种是环境的变化引起系统原有的功能衰退、停滞，最终出现结构的衰退。 总之，结构决定功能，功能对结构具有反作用。根据结构决定功能原理，通过系统结构的变化来分析系统功能的方法称为结构功能方法。对结构与功能的分析有以下四种情况： 同构异功。即同一结构的系统可以产生不同功能。例如，两个企业结构相同，一个赢利，而另一个亏损。 同功异构。即一种功能可由多种结构来实现。以计时为

15、例，从古代的日晷到机械手表、石英电子表，结构虽然不同，但同样都有计时功能。 同构同功。即相同的结构表现为相同的功能。例如，天然尿素具有促进农作物生长和发育的功能，而人工合成尿素与天然尿素具有相同结构，并发挥与天然尿素同样的功能。异构异功。即结构不同，表现的功能也不同。例如，在材料科学中，对一种金属材料运用不同的热处理方法，可以改变为多种组织结构，从而改变金属材料的性能。第2章 系统工程2.1 系统工程概述 系统工程与传统工程除了“硬技术”与“软技术”的区别，还可从以下三个方面的综合性来考察： (1)研究对象的综合性 传统工程有其特定的物的对象。如机械工程的物的对象是机械，电子工程是元件及其构成

16、的电路，这种单纯的技术观点在解决一个问题时有可能给另一个问题留下隐患。系统工程则不把它研究的对象局限于某一特定范围，它既可以把机械、电子电路作为研究对象，也可以把各种自然现象，社会现象，人类的、社会的、企业的组织体，管理方法和程序等作为研究对象。 (2)应用学科知识的综合性 根据研究对象的不同，应用学科知识的综合情况不同，系统工程可以和工程学那样，应用数学、物理、化学等基础自然科学，也可以应用管理科学、控制论、信息论等某些工程技术科学，又可应用社会学、经济学、心理学、法学等社会科学。综合运用各个学科的知识，是为了达到给定的系统目的。系统工程是一门横跨社会科学、自然科学和工程技术科学的综合性科学

17、。 (3)考核效益的综合性 传统工程较多着眼于技术合理性，例如技术性能、结构、效率等。而系统工程则是从总体最优出发，除考虑技术合理性外，还要考虑功能、组成、协调、规划、效果等组织管理性质之类的问题，尤其要考虑社会效果问题，如社会方面的利益、污染问题、就业、能源、交通等。 虽然系统工程与传统工程有很大不同，但它们之间又是相互联系、相辅相成的。系统工程可以获得工程开发的最佳方案、策略和规划，为工程实施创造良好的前提条件，即为运用传统工程建造目的工程系统开辟道路。但是，系统工程毕竟是侧重于软的，而能够达到预定效益，还要靠传统工程去实现。因此，从工程发展的全过程来看，传统工程和系统工程是前后衔接、互相

18、联系的两个过程。传统工程好比是房屋建筑的砖和瓦，而系统工程则是其中的泥瓦匠技术，有很多结实好看的砖和瓦，假若泥瓦匠的技术差，则不可能盖出坚固美观实用的建筑物。与此相反，泥瓦匠的技术很好，因为使用了一碰就碎的砖和瓦，同样也盖不出像样的房子来。 2.1.2.2 系统工程的定义 系统工程是以研制大系统为对象的一门跨学科的边缘学科。它是把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研或经济活动有效地组织起来，应用数学方法和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最

19、优控制和最优管理的目标，以便最充分地发挥人力、物力的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调，以实现系统的综合最优化。2.2 系统工程方法论2.2.3 三维结构方法论 系统工程观念阐明了系统工程活动的背景、任务和过程，也阐明了解决问题的总原则，是进行系统工程活动的基础。但使一个系统正常地使用，需要经过一个过程。而这个过程的合理展开，就是系统工程的程序和方法。前已阐述，自20世纪60年代以来，许多学者对系统工程的方法进行了很多的探讨，企图找到一种能够处理所有问题的标准方法，事实上这是不现实的，也是不可能的。但实践证明，尽管没有这样一种通用的标准方法，总还可以找到一种能适应各种不同问

20、题求解的方法思路和方法结构。在这样的方法结构中，影响最大而且比较完善的是美国学者霍尔(ADHall)在总结开展系统工程的经验时于1962年提出的三维结构，如图2-2-1所示。它概括地表示出系统工程的阶段、步骤和涉及到的知识范围。2.2.3.1 时间维(工作维)时间维是指系统从规划到使用、更新的全过程，按时间分为七个阶段：总体规划阶段：按要求提出规划和目标。拟定方案阶段：提出具体的规划方案。系统研制阶段：实现系统的研制。实验阶段：对建造的系统进行实验。调试阶段：对建造的系统进行调试，以符合系统要求。运行阶段：系统按预期的任务服务。更新阶段；取消旧系统代之以新系统或改进原系统。上述七个阶段是按时间

21、先后次序排列的，故有“时间维”之称。这种对工程项目按时间次序粗略划分为七个阶段的设想，也叫系统工程方法论的“粗结构”。2.2.3.2 逻辑维(细结构) 逻辑维是指每个时间阶段所经历的工作步骤：1问题的阐述尽量全面地收集和提供有关要解决问题的历史、现状及发展趋势的资料和数据，把问题的实质和要害都搞清楚，并使有关人员做到心中有数。为了把问题的实质要害搞清楚，就要进行调查研究。调查研究工作主要从以下两方面入手：(1)环境方面的调查研究。其中主要有新系统产生于环境、新系统的约束条件决定于环境、决策的依据来自于环境、试制所需资源来自于环境，同时，系统的质量也只能放在环境中进行评价。 环境因素如下：物理和

22、技术的环境，包括已有系统、用于已有系统的方法、已执行的技术标准、内部技术情况、自然环境、过渡因素、目前和将来的试制条件、外部技术情况等。经济和事务的环境，包括组织结构、组织人员、政策法令、领导爱好倾向、价格结构、新系统的经济条件、事务运用等。社会环境，包括大规模的社会因素、个别人的因素等。(2)需求方面的调查研究。需求研究大约有六项要点，即研究需求的一般指标，组织上的资源和约束，计划情况和市场特性，竞争状态，用户爱好、习惯和动机和来自需求研究的设计要求。 2系统的指标设计 在问题搞清后，应该选择具体的评价系统功能的指标(目标)，以利于衡量所有供选择的系统方案。 确定目标时应注意以下几条原则，即

23、：要有适当长远观点，选择对系统的未来具有重大影响的事项为目标；要有总体观念，着眼于总体效果，而不计较局部效果；注意明确性，目标务求具体明确，最好能用数量表示；多目标时区分主次、轻重、缓急；注意可行性，目标应是经过努力能够达到的；注意标准化。 一般系统工程项目都是多目标的，而且往往会发生矛盾，应考虑兼容各矛盾的目标体系。 3系统综合 主要是按照问题性质及总的功能(目标)要求形成一组可供选择的系统方案，方案中要明确所选系统的结构和相应参数。在系统方案综合时要畅所欲言。 4系统分析 通过制定模型，比较、精选可能入选的方案，并对入选的方案作进一步说明。 5最优化 优化问题实质上是一个在更限定的条件下的

24、决策问题，用以决定设计或策略的最好参数。正如RLFox在其所著工程设计的优化方法一书中所指出的：“优化不可能给出工程问题的创新解法，只能在预定的设计限制下去优化预定的方案，即改善某些参数和局部环节。确认设计目标、限制系统组态，需要设计人员的洞察力和才能。”运筹学的发展，为很多问题的优化提供了更丰富的手段。 从这里可以看到优化技术在系统工程过程中的作用。在工程的开发过程中，依据系统工程观念建立起各种方案和策略的概念，并运用系统工程方法论对这些策略和方案进行辨识，从而完成了问题的环境设定，然后再运用优化技术求出方案或策略的更确切的结果。在求解过程中，一方面得到求解的结果，另一方面要不断地汇集和评价

25、可能增加的各种信息，使得能提出改进的方案或策略，这是一个闭环过程。反复进行上述步骤，使入选方案尽量均衡满足系统指标。 6决策 由领导根据更全面的要求，最后确定一个或几个方案来试行。 7实施 根据选定的方案具体实施。如果在实施过程中，进行得比较顺利或遇到的困难不大，可略加修改和完善即可，并把它确定下来，这样整个步骤即告一段落。如果问题较多，这就要回到前面步骤重新做起。 以上几个逻辑步骤可根据实际情况确定。 值得提醒的是系统工程方法论中的数量化问题。 虽然数量化不是一个必须的环节，但由于数量化能给出明确的数量结果，便于使用数学方法和计算技术及工具，并能揭示出直观所不能表达的一些关系，从而可以有效地

26、帮助我们提出更好的方案和策略。因此，数量化问题在整个系统工程的方法论中是非常重要的。 能否使用数量化方法取决于下面三个因素。 问题的性质。有一些问题涉及一些不可量化的因素，或者虽然因素可量化但是找不到它们之间的数量关系。 对问题的描述和问题构造的水平。这是系统工程人员的基本任务。 数量化方法本身的发展。这是数学工作者所做的。2.2.3.3 知识维(专业维) 知识维是指完成上述各阶段和步骤所需要的各种专业知识和技术素养。如对油料管理系统工程的研究必须具备油料学、油料供应学、油料储运设备等知识。 把七个逻辑步骤和七个时间阶段归纳在一起，形成了所谓的霍尔工程活动矩砗，如表2-2-1所示。矩阵中的ai

27、j(i=1，2，7，j1，2，7)表示系统工程的一组具体活动。例如a11表示在总体规划中对“确定问题”步骤进行的活动；a44表示在实验阶段时对“系统分析”步骤进行的活动。矩阵中所列各项活动是相互影响、紧密相连的。要从总体上达到最优效果，必须使各阶段、步骤的活动反复进行。反复性是霍尔活动矩阵的一个重要特点。 表2-2-1 霍尔工程活动矩阵 逻辑维（步骤）时间维（阶段）1234567确定问题指标设计系统综合系统分析最优化决策实施1总体规划a112拟定方案3系统研制4实验阶段a445调试阶段6运行阶段7更新阶段a722.2.4 系统工程基本方法虽然系统工程具有多种方法，但就本质而言，就是以系统观点为

28、指导，对研究对象进行与定量方面的描述、计算和推导，从而对问题作出判断和分析，在多种方案中，选择一种方案。因此，“分析、评价、综合”始终是贯穿在系统工程中的基本方法，如图2-2-2所示。2.2.4.1 分析 系统工程的分析，就是为最好地实现系统目的，应该如何来构造系统。为此，可以应用各种分析方法对系统进行计算、模拟，从而获得系统设计所必需的信息。在分析过程中，每次结果都要同制订的评价标准作比较，在考虑环境条件影响的情况下，按照比较后的差距反复进行分析，直到满足要求为止，然后转入综合。2.2.4.2 综合与评价系统工程的综合，就是根据分析与评价结果确定系统的构成和结构方式，作出系统的设计。设计最好

29、能有多种满足约束条件的备选(可行)方案，然后按照评价标准(目标函数)，从不同的观点和角度反复进行综合评价，选出最优(满意)的方案。这种反复过程就是如图2-2-2所示的反馈过程。第3章 系统分析3.1 系统分析的基本概念3.1.1 系统分析概念前已论述，系统工程的研究对象是组织化的复杂大系统。这种大系统的特征是：系统结构和功能复杂；存在着许多矛盾的因素和不确定的因素；系统的输出与输入受到外界环境的约束，同时也与系统内部的各要素有关。虽然运筹学能解决一些局部的、短期的、确定的情况下选择最优方案的问题(或系统)，但一旦遇到复杂、不确定因素较多且变化的环境下的组织管理问题，或者关系到全局的问题，它的应

30、用就会受到一定的限制。对于这样的大系统，如果不采取有效的措施，就难以对系统作出最佳决策。因此，要最优地进行系统设计，对系统的有关重大问题进行正确的决策，就必须对系统进行全面的整体分析、逻辑推理与判断。正是在这样一种情况下，美国兰德公司组织有关专家研究出了一种新的分析方法，与运筹学相比较，它适用于范围更广的系统，称为系统分析(System Analysis)。由此可见，系统分析在整个系统设计过程中起着极其重要的作用。 关于系统分析的概念，至今还没有一个比较完整和严谨的科学定义，但一般把系统分析描述为：从系统的观点出发，对事物进行分析综合，找出各种可行方案以供决策者进行选择。这样一个有目的、有步骤

31、的探索和分析过程叫做系统分析。也可以这样说，为了给决策者提供直接判断和决定最优系统方案所需的信息和资料，系统分析人员使用科学的分析工具和方法，对系统的目的、功能、环境、费用、效益等内外各种情况进行全面的调查研究，并收集、分析和处理有关的资料和数据，据此建立若干方案和模型，然后对若干的方案进行试验、计算、分析比较和综合评价，找出最优方案，为决策者选择方案提供可靠的根据。因此，从某种意义上讲，系统分析只是一种辅助的决策工具，而决不能代替决策者进行决策。系统分析是从系统总体最优出发，采用各种工具和方法，对系统进行定性或定量研究的一种方法。这种方法不仅对系统的自身技术方面的有关问题进行分析，而且还对涉

32、及系统的包括政策、组织体制、信息、物流等各个方面的问题进行分析。系统分析没有一组特定的技术方法，因为系统分析方法必须随着分析对象的不同、分析要求的不同而不同。在复杂的现实世界中，任何事物都与其他事物相互联系着，而系统分析就是要把所研究的对象从周围环境中划分出来，分析出事物的内部规律，只有在弄清事物的外在与内部的互相之间的关系，才能对该事物作进一步的逻辑思维推理，从而作出正确的决策。因此，在做系统分析时，应该应用一切可能利用的分析工具、方法。对于一个完善的分析，首先要明确分析的目的，只有通过对目的全面了解，才能缩小范围；以选择有哪些方案能达到要求的目标；其次要充分运用逻辑推理，特别是在探求系统分

33、析的目标时，分析人员要追求系统的六个“W”，即What(干什么)、Why(为什么这样干)、Who(谁来干)、When(什么时候干)、Where(在何处于)、How(如何干)，直到问题取得圆满的答复为止；第三要对一个复杂的系统建立起适当的模型，借助于计算机仿真和数量计算，找出系统中各要素的定量关系；最后还要依靠系统分析人员的直观判断和经验进行定性分析，提出系统最优化的决策方案。 近年来，系统分析的应用很广，已扩展到现代化管理中；成为一门实用科学。随着应用数学的发展以及电子计算机的广泛应用，系统分析将发展到一个新的水平。 对于我国来说，由于现代化建设的飞速发展，系统分析所起的作用越来越大，应用范围

34、也越来越广泛。如对国家经济发展计划的制定，某一地区、某一部门、某一企业发展目标制定的实施方案，都应该用系统分析的方法。3.1.2 系统分析的要素 在实际问题中，我们所遇到的系统是千变万化的，而且所有的系统都处在各不相同的复杂的环境中。另外，不同的系统产生的功能不同，内部的构造、因素的组成也不同，即使是同一系统，由于分析的目的不同，所采用的方法和手段也不同。 美国兰德公司曾对系统分析的方法作过如下论述； 确定期望达到的目标； 分析达到期望目标所需的技术、设备及其他条件； 分析达到期望目标的各种方案所需要的资源和费用；根据分析，找出目标、技术设备、环境资源等因素间的相互关系，建立各方案的数学模型；

35、 以方案的费用多少和效果优劣为准则，依次排队，寻找最优方案。 以后，人们把这五条归纳为系统分析方法的五要素；即：3.1.2.1 目标 对某一系统进行分析时，首要问题必须明确所要分析问题的目标，这是系统分析的首要步骤。目标是系统所希望达到的结果或完成的任务，也是决策者作出决策的主要依据。某一系统当达到了某一指标或达到了某一程度，这个系统就是能被采纳的。 目标确定在系统分析中的地位、重要牲，以及目标确定中的复杂性，往往不被人们所认识。事实上如果没有目标，方案就无法确定，更谈不上正确的决策。对于系统分析人员来说，如何确定系统的目标是十分重要的工作。首先要对系统的目的和要求进行全面的了解，明确目标要达

36、到什么程度；其次对系统进行界定，把问题的实质和范围准确地加以说明；第三把目标具体化，并进行目标的结构分析。 在系统分析时，常常会遇到随着工作的进展，出现与原来目标相偏离的情况，这就要分析产生问题的原因，既要进行纵向分析，也要进行横向分析。纵向分析，是指从表面的原因出发，找出根本原因。横向分析，是指要从许多错综复杂的因素中找出主要因素。然后，纠正偏差，确保预定任务的完成。 此外，在实际分析中要考虑到时间、人力和费用的约束，并确定这些约束条件。确定目标的过程如图3-1-1所示。3.1.2.2 可行方案 一般情况下，实现某一目标，可采用多种手段和措施，这些手段和措施在系统分析中称为可行方案，或称为备

37、选方案。例如在后方基地油库选择库址时，可以建在这里，也可建在那里。一般来说，好与坏、优与劣，都是在对比中发现的，因此，只有拟定出一定数量和质量的各有利弊的可行方案，并进行对比分析，系统分析才能做到合理。如果只拟定一个方案，就无法对比，也就难以辨认其优劣，因而也就没有系统分析。为了从组织上保证在系统分析中采用多方案选择措施的实现，很多机构都成立常设的咨询系统，专门拟定和设计出各种可行方案供分析时参考。 简单的问题，可以很快地设想出几个备准方案，这些方案的内容一般都比较简单。对于复杂的问题，就很难立即设计出包括细节在内的多种备选方案。要设计出需要的备选方案，一般要分两个步骤： 轮廓设想。轮廓设想即

38、从不同的角度和途径，设想出各种各样的可行方案，以便为系统分析人员提供尽可能多样性的方案。这一步骤的关键问题在于大胆创新。拟定备选方案的人员能否创新，取决于这些人员坚实的知识基础和创新能力，更重要的是要具有敢于冲破习惯势力和环境压力的精神。 精心设计。轮廓设想的好处在于可以暂时撇开细节，减少对创新设想的束缚，可是这一步所得的方案较粗，需要进一步精心设计之后才有实用价值。精心设计主要包括两项工作，一是确定方案的细节；二是估计方案的实施结果。方案的细节如不确定下来，方案就无法付诸实施；如不估计方案的实施结果，方案的好坏就无法识别，最优选择也无法进行。方案的细节应该包括哪些方面，这要根据问题的性质而有

39、所不同，很难确定出一份不变的清单。方案实施结果的估计要通过预测得出，预测是否准确，既取决于过去的经验和资料是否丰富，还与所采用的预测技术有关。3.1.2.3 费用和效果 这里指的费用是广义的，包括失去的机会和所作出的牺牲在内。任何方案实施后，都需要一定的费用，而系统一旦运行后就能产生效果。为了对方案进行分析比较，必须采用一组互相联系的可以比较的指标来衡量，这一组指标叫做系统的指标体系，而不同的系统采用的指标体系也不同。一般来说，费用少而效果大的方案是可取的，反之是不可取的。3.1.2.4 模型为了表达与说明目标与方案或手段之间的因果关系，需要建立数学模型或仿真模型，用它来得到系统的各可行方案的

40、性能、费用和效益，以利于各种可行方案的分析和比较。3.1.2.5 评价基准根据采用的指标体系，由模型确定出可行方案的优劣指标。衡量可行方案优劣指标就是评价的基准。由评价基准，对各个方案进行综合评价，确定出各方案的优劣顺序，以供决策者选用。根据系统分析的五要素，可以画出系统分析要素图，如图3-1-2所示。3.1.3 系统分析的准则 一个系统由很多要素构成，它既受到外部环境的影响，又受到内部各要素的相互制约。对于一个大系统，又可以分成若干个层次，若干个子系统。同时，整个系统还处在动态的发展之中。因此，在系统分析时，必须处理好各种矛盾，要遵循一定的准则，以便于决策。3.1.3.1 外部条件与内部条件

41、相结合 系统的生存和发展是以外部环境为条件的，环境的变化对系统有着很大的影响。对系统外部环境进行分析和研究，在于弄清目前和将来系统所处环境的状况，把握系统发展的有利条件和不利因素。所以对某一系统进行分析时，应将系统内部与外部各种有关的因素结合起来进行综合分析，以实现方案的最优化。内部的因素包括内部的技术、生产、经济条件的可能性，外部因素包括环境、协作、运输等等条件。3.1.3.2 当前利益与长远利益相结合 因为系统大部分是动态的，随着时间以及外界条件的变化而变化，所以我们选择一个最优方案时，不仅要从目前的利益出发，而且还要考虑到将来的利益。如果我们采用的方案对目前和将来都有利，那当然是最理想的

42、方案。往往有的方案从当前看不利，而从长远看是有利的。例如对一个部门、一个地区、一个企业，进行智力投资是有利的，但从眼前看会有一些损失，而从长远看会产生很大的好处，从系统分析的观点看是合理的。而对于那种一时有利，长远不利的方案，即使是过渡性的，也最好不选用。这方面的例子可以举出很多。某些工业的发展和技术的进步只顾当前利益，不顾长远利益，对自然环境和生态系统的破坏十分严重。淮河流域污染问题，使得被迫关闭5000吨以下的小造纸厂就是一个很好的例子。3.1.3.3 局部效益与宏观效益相结合 一个系统往往由许多子系统所组成。如果各个子系统的效益是好的，而且总系统的效益也是好的，这当然是理想的。但是在大多

43、数情况下，在一个大系统中，有些子系统局部看是经济的，但是从总体看是不经济的，这显然是不可取的。在系统工程中，对系统的要求是整体效益最优化，而不是局部效益的最优化，应该是局部利益服从整体利益。3.1.3.4 定量分析与定性分析相结合 在分析问题时，对于那些可以用物资的数量、单价、消耗数量等等数量指标进行衡量分析的叫做定量分析。对于那些如政策、法规等等因素无法用数量指标进行分析，只能根据经验的“好与坏”，“可以不可以”作主观判断的，叫定性分析，系统分析不但要进行定量分析，而且要进行定性分析，因为有些问题中某些定性因素起决定性的作用。分析的方法可以按照“定性定量定性”的顺序进行。只有了解清楚系统的一

44、些性质，才能进一步建立起定量关系的数学模型，作出定量分析，最后把定性分析与定量分析结合起来进行综合分析，就能找出最优方案。3.1.4 系统分析的方法 系统分析这个词可以用于任何系统的研究。各种场合所使用的具体技术和方法，可能很不相同，至于使用哪些技术和方法，取决于每一个研究项目的实际需要与条件。没有一张处方可以包治百病，但这并不妨碍系统分析的实际应用。 系统分析的方法可以分为定性和定量两大类。进行定量的系统分析，要用到数理统计学、运筹学中各种模型化与最优化方法，这些方法主要还是为我们作系统分析服务的，使我们在对系统进行分析时更加明确。 对系统进行全面整体的分析大体可以从两个方面着手进行，一是对

45、系统的目的进行分析，二是对系统的方案进行分析。系统的目的分析中，又有两个方面，一是环境对系统的需求分析，二是对系统的输入分析，即外界环境对系统的限制性分析。在系统的方案分析中，也有两个内容，首先是系统实施方案的可行性分析，然后是实施方案的经济效益性分析，如图3-1-3。 需求分析反映了客观环境对系统的需求程度。需求是系统存在和发展的先决条件。客观世界对某系统没有需求，则系统就无法生存。无论来自上级下达的指示和指标，还是系统本身需要进行改造，这些都是社会需求的反映。需求分析主要解决需求什么？什么时候需求？需求量多少？需求分析是以预测未来需求量为基础的，因此要建立预测数学模型。例如油料保障系统可以

46、根据历史资料建立油料需求预测模型，预测油料的需求。 输入分析是外界环境对系统的限制性分析，也即分析环境对系统的约束。因为要建立一个需求系统，需要考虑国家方针、政策、法律、法规以及社会经济条件(如投资、材料、设备、动力等供应能力)的约束，以及自然环境(如水源、地形、气候等)对它的限制，因为它们都直接影响着系统的输入。需求与可能是一对矛盾，需求不可能完全满足和实现，输入分析就是对系统输入可能性进行分析，通过分析以决定输入量，在一定的输入下会产生一定的输出，这时就可以从现实出发调整需求规模与投资。 可行性分析是在需求分析与限制性分析的基础上进行的。一定的输入可产生产定的输出，但达到一定的输出可有若干途径及实施方案，因为在满足一定的目标函数和约束条件下，会产生许多可行解。可行性分析除了进行技术性分析外，还应从战略上，对资金的来源、物资的筹措、运输的方法等等进行多方案的设想，为下一步方案优选奠定基础。可行性分析与系统转换(或处理)机构有关。 效益分析是对系统的输入与输出进行对比分析。因为输人一般可以看作费用，它与输入的物资多少、动力、机械、设备的损耗、人员的占用有关，系统的成果可以看作为输出，只有当输出大