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1、第二章 系统及系统工程,系统及系统思维 系统工程及其方法论 企业系统及企业系统工程,2022/12/21,1,华罗庚先生的泡茶问题,“想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有，水壶要洗，茶壶、茶杯要洗，火已生了，茶叶也有了，怎么办?”,2022/12/21,2,泡茶问题,问题描述目标：喝到一碗清新的热茶。条件：已有一个水壶、茶壶、茶杯、一包好茶叶、一个燃着的火炉、可用的凉水水源。约束要求：以最节约资源的方式实现该目标。系统工程的任务：为解决喝茶问题设计一个行动计划系统。,2022/12/21,3,泡茶问题,资源需求分析在这个泡茶问题上，不涉及资金，所需的资源包括：凉水、水壶、茶壶、茶杯、茶叶、火炉。
2、这些资源目前都已齐备，并且假设除人外没有限制。假设茶壶的大小是确定的，因而所用水是确定的。再假定炉火的发热量及热效率是确定的。因此，一旦装有一定量水的水壶放到火上，其消耗的能源也是确定的。茶叶的使用量也是有定额的。,2022/12/21,4,泡茶问题,在泡茶问题中，唯一涉及的节约问题就是时间的节约。因此，系统工程的任务就是设计一个解决泡茶问题的行动方案，要求合理安排各道工序，最大限度节约时间。,具体步骤：1. 列出泡茶所需的全部工序2. 确定每道工序所需的时间3. 确定各道工序之间的时间先后关系4. 提出不同的行动方案5. 计算每种方案所需的总时间6. 选择最优方案,2022/12/21,5,
3、泡茶问题,泡茶所涉及的工序列表,2022/12/21,6,洗水壶,灌凉水,放水壶,洗茶壶、茶杯,泡茶,放茶叶,等水开,喝茶,丙：,洗水壶,洗茶壶、茶杯,放茶叶,灌凉水,等水开,放水壶,泡茶,喝茶,乙：,洗水壶,灌凉水,放水壶,等水开,泡茶,洗茶壶、茶杯,放茶叶,1,甲：,泡茶问题,喝茶,0.5,0.3,15,1,1,2.2,1,2.2,1,0.5,0.3,15,1,1,0.5,0.3,15,1,1,2.2,根据日常经验，对以上泡茶问题提出以下三种备选方案：,2022/12/21,7,泡茶问题,方案分析甲方案总时间=1+0.5+0.3+15+1+1+2.2=21乙方案总时间=1+1+1+0.5+
4、0.3+15+2.2=21丙方案总时间=1+0.5+0.3+15+2.2=19分析结果：丙方案最节约时间。现实生活中，决策者有可能不选择丙。,2022/12/21,8,系统工程就是以大规模复杂系统，特别是以管理系统为研究对象，在系统理论、管理科学以及运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。 通过本章学习，掌握分析与解决各种现实管理问题的基本思想、程序和方法步骤。 系统的思维能力与系统的做事能力,2022/12/21,9,第一节系统及系统思维,一、系统的概念 系统（Systems）是由相互关联的多个元素（Elements）集合而成并具有特定功能的有机整体（钱学森）。如一件产品、一个企业、一个国家乃
5、至地球都可以称为系统。 “系统”的概念实际上描述了客观事物的存在方式。人类认识客观事物的过程，就是系统思想不断发展的过程，共经历了三个阶段：“只见森林”阶段（朴素的系统思想）“只见树木”阶段“既见森林，又见树木”阶段（科学的系统思想）。,2022/12/21,10,第一节系统及系统思维,二、系统的特性1、目的性区分不同系统；系统存在的必要性前提；往往不是单一的。2、集合性至少由两个或两个以上元素集合而成。3、结构性各个要素不是简单堆积，要素之间必须相互作用和联系，形成一定的结构。4、整体性构成系统的各要素根据系统的整体目标，相互协调存在于一个整体之中。系统的任一要素发生故障或变化，都会影响其他
6、要素以及整体系统的功能。一个好的系统的整体功能大于组成系统的各个要素功能之和，即1+12。一个不好的系统即使单个要素的功能良好，仍然不能具有良好的整体功能。,2022/12/21,11,2022/12/21,12,2022/12/21,13,第一节系统及系统思维,二、系统的特性5、环境适应性环境的发展变化会影响系统的要素结构和功能的变化。“一方水土养一方人”、“近朱者赤、近墨者黑”。系统的变化也可以影响和改变外部环境。企业向环境排泄废物，造成环境污染，反过来也会威胁企业自身的生存与发展。系统必须适应环境的发展变化，即“适者生存”。,2022/12/21,14,第一节系统及系统思维,三、系统的分
7、类1、按系统的形成是否有人参与划分 自然系统：由自然物形成的系统，如生态系统、水循环系统等。 人造系统：为了达到人类某种目的而由人类设计和建造的系统。例如企业系统、交通系统、教育系统等。2、按系统的抽象程度划分 实体系统：由一些实物和有形部件构成的系统。例如生物系统、地球系统等。 概念系统：由一些思想、概念、原理、原则、制度、政策等非实物组成的系统。包括哲学、政治、道德、科学体系等。,2022/12/21,15,第一节系统及系统思维,三、系统的分类3、按所处的状态划分 静态系统：系统的要素基本不随时间的变化而变化的系统。例如江河上的桥梁。 动态系统：系统的要素随时间的变化而变化的系统。 4、按
8、与环境的关系划分 封闭系统：与环境很少发生物质、能量、信息等交换的系统。例如在一个密闭、绝热的容器中发生的化学反应。开放系统：与环境经常发生能量、物质、信息交换的系统。,2022/12/21,16,第一节系统及系统思维,三、系统的分类5、按组成系统的子系统种类以及它们之间关联关系的复杂程度划分,小系统 系 中系统 统 大系统 简单巨系统 巨 系 统 （钱学森） 复杂巨系统开放的复杂巨系统,2022/12/21,17,第一节系统及系统思维,四、系统思维思维是解决问题的一种心理过程，思维方法对解决问题的效率和效果起决定作用。系统思维的核心就是把研究对象看作由两个或两个以上由有机联系、相互作用的要素
9、所组成的、具有特定结构和功能的整体。既要注意整体中各部分的相互联系和相互制约关系，又要注意各部分之间的协调配合，服从整体最优的要求。 系统思维反对孤立地、片面地、静止地研究和分析问题。“中医与西医”,2022/12/21,18,第一节系统及系统思维,四、系统思维 在运用系统思维研究分析一个系统时，应从以下几个方面着手：1、了解系统的构成要素有那些？数量和质量是否恰当？2、分析要素之间的结构是否合适？3、优化要素及其之间的关系应以服务系统的整体目标为目标。4、关注外部环境与系统之间的相互影响。,2022/12/21,19,第二节系统工程及其方法论,一、系统工程的发展,2022/12/21,20,
10、第二节系统工程及其方法论,一、系统工程的发展,2022/12/21,21,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,22,第二节系统工程及其方法论,一、系统工程的发展,上世纪50至60年代，我国的一些研究机构和著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨。主要标志和集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的统筹法和许国志的运筹学。 我国大规模地研究与应用SE是从70年代末、80年代初开始的。 1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在文汇报发表题为“组织管理的技术系统工程”的长篇文章，提出了利用系统思想把运筹学和管理科学统一起来的见解。 从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理
11、工大学、大连理工大学等大学开始招收第一批SE专业硕士研究生。 1980年11月，中国系统工程学会在北京成立，此后的20多年中，先后组建了17个下属专业委员会。,2022/12/21,23,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念1967年日本工业标准JIS规定： “系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术。”把系统作为系统工程的处理对象认为系统工程属于系统科学中的工程技术层次强调系统工程的系统性特征,2022/12/21,24,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念日本学者三浦武雄： “系统工程与其他工程学的不同之处在于
12、它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边缘科学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域。为圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向上的专业技术以外，还要有一种技术从横向上把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程。”强调系统工程与其它工程学的差异系统工程可看作联结不同学科的技术纽带,2022/12/21,25,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念美国著名学者H.Chestnut指出：“虽然每个系统都是由许多不同的特殊功能部分所组成，且这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每个系统都要求有一个或
13、若干个目标。系统工程则是对各个目标进行权衡，全面求得最优解（或满意解）的方法，并使个组成部分能够最大限度地相互适应。”与系统的定义联系紧密目的就是协调、权衡,2022/12/21,26,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念钱学森（1987）：系统工程是组织管理系统的规划、研究、制造、试验和使用的科学方法，是对所有系统都具有普遍意义的科学方法。简言之，系统工程是一门组织管理的技术。,2022/12/21,27,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念顾名思义，系统工程是由系统和工程两种要素综合而成的整体。“工程”意味着系统工程具有工程类学科的实践性特点，就是它们都是研究各类系统的分析
14、与设计，都要达到一定的目的，并最终解决相应的现实问题。“系统”意味着在分析解决问题时，从系统的观点出发，综合运用数学、物理学等自然科学和管理学、心理学等社会科学的方法和技术。可以说，系统工程是工程领域的系统科学，是处理系统问题的工程技术 。,2022/12/21,28,第二节系统工程及其方法论,二、系统工程的概念 系统工程就是以大型复杂系统为研究对象的综合性科学技术。它用系统的思想方法借助自然科学、社会科学的理论和方法，以及工程分析和设计的方法，研究大系统的组织建立或经营管理，使局部与整体之间的关系，系统与外部环境的关系相互协调配合，以实现系统目标的最优化。系统工程的主语是工程。凡工程都讲实干
15、，追求一定的实用目的和效益，讲究经济性。实践性是一切工程的首要特征。凡工程都不以获得有关客观世界的新认识为直接目标，而以改造客观世界、造福于人类为直接目标。,2022/12/21,29,第二节系统工程及其方法论,系统工程在科技知识体系中的位置,哲学,基础科学,技术科学,工程技术,辨证法,系统科学,运筹学、信息论、控制论,系统工程,2022/12/21,30,第二节系统工程及其方法论,三、系统工程与传统工程的区别（1）研究的对象不同一般说来，传统工程建立在自然科学专业化发展的基础上，其综合性相对说要小得多。例如水利专家足以胜任水利工程的工作，冶金专家足以胜任冶金工程的事务。系统工程不是某一种专家
16、单独可以胜任的，系统工程处理的是现代复杂大系统的组织管理工作，同时涉及自然科学、数学、社会科学、技术科学等广泛领域，需要多方面的专家合作。（2）涉及的学科范围不同传统工程需要的是普遍科学定律加上专业工程知识。系统工程则是由系统观点、科学知识、现代科学方法、数学方法、电子计算机技术和传统工程技术综合而成的一大门类工程技术，是一种特殊的工程技术，是跨越许多学科的边缘科学。,2022/12/21,31,第二节系统工程及其方法论,四、系统工程的应用典型案例,战国时期川西太守李冰父子主持修建。目标：利用岷江水资源灌溉川西平原、防洪与航运。包括鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程、以及120多项配套工程，是系
17、统思想的杰出运用。两千多年来，都江堰一直发挥着巨大的效益，是我国最成功的水利工程。,（1）战国时期的都江堰水利工程,2022/12/21,32,（3） “南水北调”工程 它分西线、东线、中线三条调水方案，其意义在于，它是我国长江流域、黄河流域水资源的一次带有全局性和战略性的结构调整。如何实现市场经济下水资源的合理利用，构成我国水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的新格局，是一项复杂的系统工程。,（2）三峡工程 三峡工程是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的众多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、移民等等，涉及到
18、几个省的上百个县市，同时实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将近20年。,2022/12/21,33,目前，系统工程的应用领域已十分广阔。主要有以下几个方面： (1) 社会系统工程 (2) 经济系统工程 (3) 区域规划系统工程 (4) 环境生态系统工程 (5) 能源系统工程 (6) 水资源系统工程 (7) 交通运输系统工程 (8) 农业系统工程 (9) 企业系统工程 (10) 项目管理系统工程,2022/12/21,34,第二节系统工程及其方法论,五、系统工程方法论1、方法论 方法和方法论是两个不同的范畴。方法指用来完成一个既定任务的具体技术和操作，方法论指进行研究和探索的一般途径，是对方
19、法如何使用的指导，“方法的方法”。2、系统工程方法论 就是分析和解决复杂系统问题所遵循的基本步骤、程序和方法。它的基础就是运用系统思想和各种数学方法、科学管理方法、经济学方法、控制论方法以及计算机技术等来实现系统的模型化和最优化，进行系统分析和系统设计。,2022/12/21,35,第二节系统工程及其方法论,五、系统工程方法论3、系统工程方法论处理复杂系统问题的基本原则还原论方法和整体论相结合定性描述与定量描述相结合局部描述与整体描述相结合确定性描述与不确定性描述相结合系统分析与系统综合方法相结合,2022/12/21,36,（1）还原论与整体论相结合,整体论(holism)强调整体地把握对象
20、，还原论(reductionism)主张把整体分解为部分去研究 。不还原到元素层次，不了解局部的精细结构，对系统整体的认识只能是直观的、猜测性的、笼统的，缺乏科学性。没有整体观点，对事物的认识只能是零碎的，只见树木，不见森林，不能从整体上把握事物、解决问题。科学的态度是把还原论和整体论结合起来。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,37,（2）定性描述与定量描述相结合,任何系统都有定性特性和定量特性两方面，只有定性描述，对系统行为特性的把握难以深入准确；只有定量描述，对系统特征的把握不够形象；定性描述是定量描述的基础，定性认识不正确，容易把认识引向歧途；定量描述是为定性描述服务的，
21、借助定量描述能使定性描述深刻化、精确化；两者结合是系统工程方法论的基本原则之一。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,38,（3）局部描述与整体描述相结合,整体是由局部构成的，整体统摄局部。局部支撑整体，局部行为受整体的约束和支配。在系统的整体观对照下建立对局部的描述，综合所有局部描述以建立关于系统整体的描述。 系统描述包括整体描述和局部描述，需要把两者很好地结合起来。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,39,（4）确定性描述与不确定性描述相结合,科学发展过程中的两种并行的描述框架：以牛顿力学为代表的确定论描述和由统计力学、量子力学发展起来的概率论描述。系统除了具有某
22、些确定性特征，还有不确定性的特征：随机性、模糊性、信息不完全性、歧义性等 。系统科学的发展尤其需要把确定论框架同概率论框架结合起来，形成统一的新框架。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,40,（5）系统分析与系统综合相结合,要了解一个系统，首先要进行系统分析。弄清系统由那些组分构成；确定系统中的元素或组分是按照什么样的方式相互关联；进行环境分析，明确系统所处的环境，系统和环境如何互相影响，环境的特点和变化趋势 。系统综合就是由局部认识获得整体认识，主要任务是把握系统的整体涌现性。两者结合是系统工程方法论的基本原则之一。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,41,3、霍
23、尔“三维结构体系” 一方面，系统工程所要解决的问题千差万别，试图用完全固定的标准和方法步骤去解决一切问题是不现实的，也不符合系统工程的创造性。 另一方面，系统工程作为一种用系统思想处理工程问题的方法，又应当有通用的基本工作步骤。 于是，美国学者霍尔于20世纪60年代提出了“三维结构体系”，该体系提出了解决系统工程问题所遵循的一般工作步骤和过程。,第二节系统工程及其方法论,2022/12/21,42,知识维,运筹学控制论社会科学工程技术,逻辑维,规划阶段 设计阶段 研制阶段 生产阶段移交用户阶段运行阶段更新阶段,时间维,实施计划选择最优方案优化系统方案系统方案分析系统方案综合设计指标体系明确问题
24、,霍尔“三维结构体系”,2022/12/21,43,第三节企业系统及企业系统工程,一、企业系统企业是指以盈利为目的，运用各种生产要素（土地、劳动力、资本、技术和企业家才能等），向市场提供商品或服务，实行自主经营、自负盈亏、独立核算的法人或其他社会经济组织。企业也是一个系统，具有如下特征： （1）企业系统是由多种资源组成的复杂系统。包括人力、财力、物力、技术等资源；每一个要素本身也是一个复杂的子系统。 （2）企业系统是以盈利（社会效益与经济效益）为目标的系统。,2022/12/21,44,第三节企业系统及企业系统工程,（3）企业系统是一个开放、非线性、动态系统。与外界环境存在资源、能量、信息等交
25、换；输出和输入关系、要素间的关系；各个要素随时间而变化。 （4）企业系统结构可以有多种多样的形式。按产品、职能、地区、市场、工艺设备等具有多种组织形式 （5）企业系统要适应外部环境发展变化。外部环境包括政治、人文、自然、国际、经济、市场等环境。只有适应环境变化的企业才能持续发展。,2022/12/21,45,第三节企业系统及企业系统工程,二、企业系统工程1、产生背景系统工程快速发展，应用领域逐渐由工程技术领域扩展到社会经济领域；企业规模急剧扩大、内部分工不断细化、机构不断复杂；产品越来越复杂，需要综合运用多种学科知识和专业技术来解决产品开发和生产中的各种问题；企业间的竞争越来越激烈，要求企业生
26、产经营活动更加讲究经济效果，以最少的消耗获取最多的经济效益。 在此背景下，企业既要考虑使命目标、又要考虑如何获取所需的各种资源、并优化资源配置、还要考虑如何适应环境、以最低消耗生产出满足顾客需要的产品从而获取利润。因此，必须用系统工程的理论与方法来解决。,2022/12/21,46,第三节企业系统及企业系统工程,二、企业系统工程2、定义 企业系统工程就是应用系统工程的理论和方法对企业的生产经营活动进行有效的组织和管理。 具体就是运用现代企业管理理论、自然科学、社会科学、以及工程分析与设计的原理与方法，通过建立企业系统模型，进行系统分析、系统设计和系统仿真，预测及评估系统的效果，从而对系统的运行
27、进行有效的管理和控制。,2022/12/21,47,第三节企业系统及企业系统工程,3、工作步骤企业系统工程的工作步骤与系统工程的工作步骤是一致的，主要包括以下7个步骤：（1）确定目标从全面出发，提出企业所要解决的问题,进而确定问题所对应的具体目标。（2）收集资料收集整理数据,确定企业面临的约束条件。（3）建立模型在对问题进行充分调查研究的基础上,建立经过抽象的能反映向题本质的数学模型或逻辑模型。（4）优化分析对模型进行必要的分析计算，求出不同方案下的“最优解”。（5）评价对各方案的“最优解”进行综合比较,做出客观评价,供领导与决策部门择优决策，从中选择最优方案。（6）实施将选定的方案付诸实施。（7）检验通过实践来检验和校正,以求不断完善。,2022/12/21,48,
