《引言及第一章系统工程概述zha.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《引言及第一章系统工程概述zha.ppt（135页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、系统工程Systems Engineering,系统工程 引言 按照马克思的时间和认识论的观点，人类的认识总是从实践中总结出来的，也就是说人类在改造自然界的同时，也在改造自己，人类总是在与自然界作斗争的过程中，靠自己的聪明才智取得需要衣、食物。他们在失败的挫折中吸取教训，在成功的喜悦中总结经验，长期的积累。逐步形成了某一方面一整套的认识，研究自然界的一般性方法，即科学论。系统工程是二十世纪六十年代以后才开始兴起的一门科学，它是以 一种思想系统思想，为指导解决社会实践问题的方法，在我国古代就有很多的系统思想的例实，他们有意或无意地在利用方这种思想，但当时科学技术并不发达，因此还不叫系统工程。,W
2、hy?丁谓修复皇宫；田忌赛马；三峡建设,丁谓修复皇宫的故事,宋朝梦溪笔谈中记载了这样一个故事，说得是北宋真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓的大臣领了此人，他提出了一个一举三得的方案；在皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入材料、石材等,建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道，解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，缺一不可，真可谓一举三济
3、，消费以万计，这正是我国古代劳动人员自发引用这种思想的典型例子，从这个例子可以看出，丁谓在解决问题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他们之间的有机联系，从而解决了问题。,田忌赛马,战国时期齐王和田忌赛马 各从自己上等马、中等马、下等马中选送一匹进行比赛，每输一局，输银千两，齐王的马都比田忌的好，但田忌的下等马与齐王的上等马赛，用上等马对中等马，用中等马对下等马，这样田忌非但没有输，反而嬴了一千两银子，这便是系统中从整体出发，选最优方案，到最后实施的对策策略,都江堰水利工程,举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太守李冰父子二人主持修建的，都江堰水
4、利工程由渔江分水工程；飞沙堰分洪排沙工程和宝瓶口引水工程三大主体工程巧妙地结合而成，这三个大主体工程和一百个附属堰形成了相互联系的有机整体，缺一不可，没有渔嘴分水工程就不能把岷江分为内江和外江；没有宝瓶口的束水作用，就不会形涡流，泥沙就过不了飞沙堰；如果没有飞沙堰，宝瓶口的束水口就要淤塞，内江之水就无法流入川西平原，正因为这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，才能导岷江之急流，化害为利，灌溉良田500多万亩。都江堰的规划和设计及其科学水平就是用今天的系统方法衡量也毫不逊色。,岷江,内江,外江,都江堰市,都江堰工程,思考,1作为一项系统工程，鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口是都江堰渠首工程的三大主体工
5、程，请你利用系统结构功能相关规律来说明这三者是如何协作，从而起到清除泥沙和防御洪水的作用的？2 在当代，很多水利工程都采用拦江修建大坝的方式来调配江水，可是都江堰却没有拦断江水，只是在岷江中修建了一座像鱼一样的大堤，既起到了大坝和水闸所具有的作用，又没有任何人为因素干涉，从而保持了这一方水土的自然天成。两千多年来，都江堰没有对生态环境产生一丝负面影响，却给予了蜀地万民长久的安康富足。请你说说系统的开放性原理在这项工程中得到的体现。,曼哈顿计划,曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹的计划第二次世界大战期间，美国总统罗斯福下令向日本广岛投放了第一颗原子弹，对盟国在二战中彻底击败法西斯，对中国的抗日战争
6、最终取得胜利都有不可估量的影响，也为日本人留下了永久的灾难，美国第一颗原子弹计划就是曼哈顿计划。1940年，爱因斯坦等著名科学家向美国政府建议研制原子弹，,美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前例的工作是很这个建议，请理论生物学家奥本海默来组织领导这项工作。他动员了二万五千名各种专业的科学家和工程师困难的，人员众多，课题繁多，相互交错，他在执行计划的过程中，从整体出发把研究课题分解成大量的小课题，组织很多小课题，负责整个课题的研究工作，同时他又非常注重各课题之间的联系和层次，使全部课题组合起来，能达到整个计划的最优结构。,在生产原子弹燃料这一中心项目上，大家论证提出了六种方案，各不相让，他确定一
7、个原则，首先要保证按时完成任务，其他皆是次要的，因此他根据可靠性理论中可靠性低的原件组成可靠性高的系统的原理，决定六种方案同时实验，结果按时得到了生产原子弹的所需的铀，1994年5月成功地爆炸第一颗原子弹。,在大规模的组织起来完成一项军事科研生产任务的大型系统工程中，时刻从系统的总目标出发，在系统的约束条件下最终完成了目标，但当时还没有系统工程这一词，但国外都认为这是系统工程方法成功的起点。,三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。1992年4月3日，七届人大五次会议审议并通过了关于兴建长江三峡工程决议。1994年12月14日，三峡工程在前期准备的基础上正式开工。三峡工程分三期，总工期17年。,一
8、期工程5年(19931997年)，主要进行一期围堰填筑，导流明渠开挖等。二期工程6年(19972003年)，主要任务是修筑二期围堰，左岸大坝的电站设施建设及机组安装等。导流明渠截流是二期工程转向三期工程建设的重要标志。三期工程6年(20032009年)，右岸大坝和电站的施工，并继续完成全部机组安装。届时，三峡水库将是一座长达600公里，最宽处达2000米，面积达10000平方公里，水面平静的峡谷型水库。,三峡水利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，涉及到多个省
9、的上百个县市，同时实施过程要由众多单位共同参与，时间横跨将近20年。,如此大的工程为什么能按期、按质量建成？用什么方法来管理确保完成？,思考,投入产业模型在国民计划经济中的应用,我国计划经济的最基本原理是有计划按比例发展，综合平衡各部门之间按比例发展，系统工程把整个国民经济当作一个大系统。分析总结出投入产出综合模型，对系统中各因子进行分析，确定各部门的投入及生产规模，以求最终平衡，实现安比例发展的目标。,系统工程的应用,系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国家、社会、各行业、部门、各种服务系统、小至企业、企业的产品开发，经营预测，库存管理都涉及到系统工程管理问题，对于象国民经济各部门如何达到
10、费用最省结构最合理。如何使资源利用最优、利润最大，人员配备问题、几名工人、几项工作，一人只能承担一项工作。当不同的人从事各种工作的效益不同时，如何分配人员才能使全工程组收益最大.,练习全球粮食价格的上涨引发了哪些问题？产生怎样的后果？燃料能源价格危机：美国次贷危机：外汇牌价：企业的长远规划：新产品开发：区域经济一体化：大项目管理：,练习全球粮食价格的上涨引发了哪些问题？产生怎样的后果？影响肉、菜、生活用品等等，从而影响整个社会的物价。燃料能源价格危机：影响原材料、产品及全球物价美国次贷危机：房地产业产生金融危机汽车工业其他行业欧洲亚洲全球外汇牌价：主要用于调节进出口政策，同时反应了一个国家的经
11、济实力,企业的长远规划：综合考虑企业发展、实力、原材料、能源、技术、市场、国家政策等。新产品开发：考虑市场、企业开发技术与实力、销售网络、经济条件等区域经济一体化：考虑区域特征、交通、历史、地理等大项目管理：如*学院申请硕士研究生授予权项目立项申请（可行性报告）论证（答辩）立项制定建设规划报告论证（答辩）建设规划实施建设,Who/Where?Who 学生为主体，教师为主导。Where 将课堂内外的学习结合起来！,What/When?内容,How?1、注重系统思考 2、坚持问题导向 3、采用系统化方法 4、注重方案创新,参考书,教材：汪应洛.系统工程.机械工业出版社.梁军,赵勇.系统工程导论.化
12、学工业出版社.2005.3月陈宏民.系统工程导论.高等教育出版社.2006.4月梁迪,董海.系统工程.机械工业出版社.2005.6月。昝延全.沟通就是零距离系统经济学学术随笔.中国传媒大学出版社.2006.10月,第一章 系统工程概述,教学目的与要求要求：掌握系统、系统工程的基本概念；了解系统工程的理论基础，大系统理论和一般系统理论；了解系统工程的发展趋势；掌握系统工程的主要特征，了解系统工程的专业分类；了解用系统工程思想来分析社会、经济中的问题和应用。,教学内容,一、系统的定义,四、系统工程的理论基础,五、系统工程的特征,六、系统工程的分类,三、系统工程的产生与发展,二、系统工程的定义,1.
13、1 系统的概念,系统一词的概念和内涵是逐渐发展而来,随社会发展,其内涵还在不断发展和完善.40年代才开始趋于统一.创始人冯贝朗费认为:“系统是相互作用的要素的综合体”Weberster大辞典中系统被修释为组织或被组织的整体；及组织的整体所形成的各种概念和原理的综合，也是有规则地相互作用相互依赖的形式组成的诸多要素的综合。钱学森教授：极其复杂的研究对象，即由相互作用和相互依赖的若干组成的具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身有时他从属于一个更大系统的组成部分。,系统概念,本书定义：系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素组成，具有特定功能、结构和环境的整体。,数学模型：,式中：S 代表系统；E
14、 代表系统中各元素的集合；R 代表系统中各元素之间的关系集。,系统概念,要点：系统及其要素系统和环境系统的结构系统的功能,系统及其要素,在物质世界中，一个系统中的任何一部分可被看成一个系统，而每个系统又可看成一个大系统中的一部分，现代社会，人们把事物看成系统整体的一部分。而不是把整体者看成许多相互不联系的属性部分，这是综合思想，即系统方法,整体性有序性集合性关联性目的性环境适应性涌现性,1.2 系统特征,系统特征,系统的整体性：首先体现在建立目标是要求系统整体最优化，其次还体现在系统功能和规律是整体的简单相加。,整体性,案例 巴尔扎克雕像的故事传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一
15、座塑像。塑像雕好之后，大受人们的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹听到人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。巴尔扎克雕像的故事说明了什么？,做任何事情都要重视整体效应，必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。中国有一句成语就表达了这个意思：“弃卒保车”。,back,整体性,案例 阿波罗美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？,各部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。“结构决定性质，性质决定用途”,back,系统特征,系统有序性。凡系统都
16、有结构，凡结构都是有序的，各组成部分在系统中所处的地位不同，形成不同的层次，该层次关系决定了系统的一定功能。系统集合性，系统是有一个或两个以上的可识别的子系统组成，构成多层次的整体，使整体不可缺少的一部分。,集合性案例：大学是一个系统,back,思考题：试说说我们国家都由哪些子系统组成？,系统的关联性，系统各组成部分之间相互联系，相互依赖，相互制约，相互作用的性质叫关联性。正是由于系统的嘎，系统才表现出整体性，才揭示出整体与部分的关系。,系统特征,关联性,为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量捕杀野狼的法令，这是什么道理？,狼捕杀羊、野兔等食草性动物，使其数量减少，从而起到保护植被的作用。,
17、系统的各个元素、组分的变化会对其他的元素、组分起影响。,相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、生命力更强，可以引进狼或豹子等肉食动物。,关联性,如何理解“一着不慎，满盘皆输”？不管什么棋类比赛，关键的一着下错，都很有可能输掉整盘棋。,要重视关键因素。在一个系统中关键部分的变化，甚至会对全局产生决定性的影响。,系统的目的性，系统的组成部分按一定的目的组合在一起的性质叫系统的目的性。,系统都具有一定的功能，这正是区别这一系统和那一系统的标志。比较复杂的社会经济系统都具有不止一个目标。因此，需要用一个指标体系来描述系统的目标。,系统特征,目的性,自行车为什么要有刹车功能？自行车的作用是提高速度
18、，使人们可以更快地到达目的地，而刹车的作用却是减速，两者相矛盾。为什么还要刹车呢？,在某些情况下（如下陡坡），行车速度和安全要求这两个具体目标产生了矛盾，就得通过刹车来减速，进行协调，从而保证自行车更好地到达目的地。,系统的具体目标之间有矛盾时，要进行协调，确定目标体系中的关键目标。,系统的环境适应性，任何系统总处在特定的环境之中，并与环境不断地进行物质、能量、信息的交换，系统离不开环境，而且必须适应环境的变化，负责系统将不复存在。这种系统随环境的变化而存在的性质叫环境适应性。,系统特征,系统与环境示意图,1.3 系统分类,（一）、按组成的自然属性：1、自然系统。2、人造系统。3、复合系统。（
19、二）、按与环境的关系：1、封闭系统。2、开放系统。（三）按系统所处的状态：1、静态系统。2、动态系统。（四）按系统的对象：1、实体系统。2、概念系统（五）按系统的规模：1、大型系统。2、中型系统。3、小型系统。,自然系统与人造系统,自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这类系统的组成部分是自然物（山、海、河流、矿物、植物及动物等）所自然形成的系统。像海洋系统、矿藏系统、生态系统、太阳系、宇宙系等，都属于自然系统。人造系统是人们将有关元素，按其属性和相互关系组合而成的系统，亦即用人工方法建立起来的系统。例如，人类对自然物质通过加工，用人工方法制造出来的工具和机械装置等构成的各种工程系统；人类通
20、过人为地规定的组织、制度、步骤、手续等建立起来的各种管理系统和社会系统；人类通过对自然现象和社会现象的科学认识，用人工方法研究出来的科学体系和技术体系等都属于人工系统。,封闭系统与开放系统,封闭系统是指该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统；开放系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。,示例,物资流,信息流,静态系统和动态系统,动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变化的，即系统的状态变量是时间的函数。例如，学校就是一个动态系统，它不仅有建筑物，还有教师和学生。企业也是动态系统的一个典型例子静态系统则是表征系统运行规律的数学模型中不含有时间因素，即
21、模型中的变量不随时间而变化，它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的系统。例如大桥、公路、房屋等。,实体系统与概念系统,所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组成要素的系统，这些实体占有一定空间，如自然界的矿物、生物，生产部门的机械设备、原始材料等。由于自然物都为实实在在的存在物，因此，实体系统亦称为硬件系统。与实体系统相对应的是概念系统，它是由概念、原理、假说、方法、计划、制度、程序等非物质实体构成的系统，如管理系统、科学技术体系、教育系统、文化系统等。由于概念系统，对应着的多是人们对自然界的认识和假设，因此概念系统亦称为软件系统。,普通系统、大系统、巨系统、简单系统与复杂系统,从系统的规
22、模进行分类，系统有大小之分，可分为普通系统、大系统及巨系统；从系统的复杂程度来分，系统又可分为简单系统与复杂系统。,2、系统科学与系统工程,2.1、系统科学的分类从纵向分：、哲学。、基础科学。、技术科学。、工程技术。从横向分：、自然科学。、社会科学。、系统科学。、人体科学。、思维科学,2.2、系统工程,要作出科学的决策就必须依赖于系统可靠的科学决策方法，它将所处理的问题作为一个完整的系统进行处理，强调决策系统整体目标的综合最优化；,系统工程借助于自然科学与工程技术的方法，来处理各种社会系统，将实践中所形成的整体最优化系统观念应用于其求解问题的全过程之中，从而保证了所解决问题的全面周到与科学合理
23、。,1、系统工程的定义,用系统思想、定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一看成是一类工程实践，统称为系统工程。系统工程是一门新兴的交叉学科。在科学技术的体系结构中，它属于工程技术，尚处于发展阶段。目前还没有一个统一的定义。具代表性的定义：,1978年我国著名学者钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法”。“系统工程是一门组织管理的技术”。,定义1,“系统工程与其他工程学不同之点在于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一种边缘学科。
24、因为系统工程的目的是研制一个系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域，所以为了适当地解决这些领域的问题，除了需要某些纵向技术以外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程”。（三浦武雄，日本，1977年）,定义2,虽然每个系统都是由许多不同的特殊功能部分组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是，每一系统都是完整的整体，每一个系统都要求有一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解（或满意解）的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相适应。（H切斯纳，美国）,定义3,“系统工程是研究复杂系统设计的科学，该系统由许多密切联系
25、的元素所组成。设计该复杂系统时，应有明确的预定功能及目标，并协调各个元素之间及元素和整体之间的有机联系，以使系统能从总体上达到最优目标，在设计系统时，要同时考虑到参与系统活动的人的因素及其作用。”（美国科学技术辞典,1975年）,定义4,定义5,系统工程不同于其他传统的工程技术，它是一大类新的工程技术，是定性研究与定量研究相结合（尤其强调从定性到定量的综合集成）、注重整体优化地研究问题和解决问题的科学方法。例如，美国研制原子弹的“曼哈顿工程”、阿波罗登月计划、我国的神州六、七号的载人航天等。美国的阿波罗登月计划，运用系统工程与分析方法，创造了“计划评审技术（PERT）”和“随机网络技术（GER
26、T）”，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者统一。,系统工程（SE)是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。SE的研究对象是复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人-机系统、经济性突出等。SE的任务:提高系统的功能,使系统的功能或总体效果最优.,按照问题导向的原则，根据总体协调的需要，把自然科学、社会科学、数学、管理学、工程技术等领域的相关思想、理论、方法等有机地综合起来，应用定量分析和定性分析相结合的基本方法，采用现代信息技术等技术手段，对系统的功能配置、构成要素、组织结构、
27、环境影响、信息交换、反馈控制、行为特点等进行系统分析，最终达到使系统合理开发、科学管理、持续改进、协调发展的目的。,对象：主要是社会、经济等领域的大系统、复杂系统和部门方法：用系统的思想、综合自然科学和社会科学有关的先进思想、理论、方法。定性与定量相结合的方法内容：系统开发、设计、实施和运用。处理的问题一般是工程类、实践性强,2 理解系统工程应把握的原则,工具：计算机目标：最优规划、最优设计、最优管理和最优控制等。应用领域：工程、社会经济、军事、农业、企业、能源、运输、区域规划、人力资源管理等。,2理解系统工程应把握的原则（2）,系统思想系统理论系统工程,3 系统工程的形成与发展,系统思想及系
28、统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林”（朴素的系统思想）阶段“只见树木”(形而上学阶段)“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献。,系统概念的形成,1、古代朴素的系统思想,古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大系统”概念，并最早使用“系统”一词。从唯物主义立场出发阐述了系统思想，在物质构造的原子论基础上，认为世界是由原子和虚空组成的，原子组成万物，形成不同系统层次的世界，人也是一个小世界，宇宙中有无数世界，这些世界不断产生、发展和消灭。,辨证法奠基人之一的赫拉克利特认为“世界是包括一切的整体
29、”；亚里士多德的名言归结为“整体大于部分的总和”，这是系统论的基本原则之一。,老子曾阐明了自然界的统一性，用古代朴素的唯物主义哲学思想，描述了对自然界的整体性和统一性的认识；西周时代，出现了世界构成的“五行说”(金、木、水、火、土)，描述了系统的整体性和要素的关联性。东汉：“二十四节气”，把宇宙作为一个超系统，探讨了它的结构、变化和发展，揭示了天体运行与季节变化的联系，指导农事活动。周秦到西汉：“内经”，根据阴阳五行的朴素辨证法，把自然界和人体看成是由五种要素相生相克、相互制约而组成的整体，其辨证论证充分体现了系统思想。孙子兵法“经五事”从道、天、地、将、法五个方面来分析战争的全局。“田忌赛马
30、”，是个从总体出发制定对抗策略著名事例。,“只见森林、不见树木”,15世纪下半叶以后，力学、天文学、物理学、化学、生物学等相继从哲学的统一体中分离出来，形成自然科学，把自然界的局部细节，从总的自然界中抽出来而分门别类地加以研究，从此，古代朴素的唯物主义哲学思想就逐步让位于形而上学（撇开总体的联系来考察事物和过程）的思想。这时系统思想具有“只见树木”和具体化特点。19世纪自然科学取得了巨大成就，尤其是能量转化、细胞学说、进化论这三大发现，使人类对自然过程相互联系的认识有了质的飞跃。“不仅能够指出自然界中各个领域内过程之间的联系，而且总的说来也能指出各个领域之间的联系了”，为辩证唯物主义的科学系统
31、观奠定了物质基础。这个阶段的系统思想具有“先见森林、后见树木”的特点。,2、科学系统思想的形成,辨证唯物主义认为，世界是由无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成的统一整体。这种普遍联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。恩格斯对此曾有过精辟的论述。,2、科学系统思想的形成,“这是一个伟大的基本思想，即认为世界不是一成不变的事物的集合体，而是过程的集合体。”其中“集合体”就是我们现在讲的“系统”及其特征，“过程”就是指系统中各个组成部分的相互作用和整体的发展变化。系统思想是辨证唯物主义的重要组成部分。,系统思想是进行分析和综合的辨证思维工具，它在辩证唯物主义那里吸取了丰富的哲
32、学思想，在运筹学、控制论、各门工程学和社会科学那里获得定性和定量相结合的科学方法，并通过系统工程充实了丰富的实践内容,系统工程在我国的发展,20世纪50年代,中科院钱学森、许志国教授创导下，建立第一个运筹学小组60年代著名数学家华罗庚大力推广优选法、统筹法；系统工程在国防武器装备研制方面取得显著成效1980年成立中国系统工程学会，系统工程在各个领域广泛应用并取得了许多成果,从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨学科的边缘性交叉学科。基础：自然、社会及工程设计分析等方面的知识，它是由一般系统论、大系统理论、经济控制论、运筹学、信息论、耗散结构论、协同学以及突变论等构成的理论体系。,4、系统工
33、程的理论基础,1、一般系统论,2、大系统理论,3、经济控制论,4、信息论,5、运筹学,6、新三论,系统工程的理论基础,一般系统论通过对各种不同系统进行科学理论研究而形成关于适用于一切种类系统的学说。其主要思想是：根据系统的特性，系统由各干要素组成，各要素相互作用，实现一个预定的目标。系统论的观点起源于：20世纪20年代最早是美籍奥地利理论生物学家路贝塔朗菲（）提出：,一般系统论,最早是美籍奥地利理论生物学家路贝塔朗菲（）提出：1945年关于一般系统论1952年发表“抗体系统论”1968年贝塔朗菲发表的专著：一般系统理论基础、发展和应用1973年提出了一般系统论原理，系统、全面地阐述了动态的开放
34、系统的理论。,一般系统论,大规模复杂系统一般是规模庞大、结构复杂、环节数量大或层次较多，其间关系错综复杂，影响因素众多，并常带随机性质的系统。如经济计划管理系统、信息分级处理系统、区域经济开发系统等。研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建立模型与模型简化等问题称为大系统理论。,大系统理论,大系统理论,大系统结构,大系统的稳定性,大系统优化,大系统的模型简化,大系统结构方案一般分为,大系统理论,递阶控制方案,分散控制方案,多层控制,多级控制,大系统结构,如工业企业的生产安排和管理。,多级控制：将目标分解成多个层次与多个级别。多级控制常用于经济管理组织机构（如企业的管理机构）。下级机构将劳动组织
35、到各生产岗位，上级机构指挥与协调各下级机构的工作。每一级都力求有效地管理下一级，同时又在其上一级的指挥下工作，以保证整个组织机构高效率地工作，并完成总任务。,分散控制：它可看作二级递阶结构的一种特殊情况，其中协调器和子系统间的联系被切断，代之以各子系统间的信息联系。通过局部信息的各子系统局部控制器进行局部控制，来完成大系统的优化任务。这可以减少集中控制（总体优化）或递阶控制时在信息传输方面的技术困难和设备费用。,但一般只能得到一个次优解。,大系统的稳定性 多级递阶控制系统主要研究如果各子系统稳定，则其相互关联满足哪些条件时，大系统也是稳定的，分散控制系统主要研究利用各子系统的输出，运用反馈至各
36、局部控制器，并分析归纳相应的控制规律，以保证整个大系统的稳定。,大系统优化 大系统优化静态优化和动态优化。即：把大系统的问题分解成许多小问题，分别进行求解。方法：采用分解与协调的基本方法。,把大系统分解成若干互不相关的子系统，但不能破坏这些子系统与大系统的关联，保持各子系统将性能反馈给大系统，用总目标衡量后，再将指标下达给各子系统。,基本思路,静态优化一般可采用大线性规划方法来解决。,应用分解协调原理，一般可将分解后的各子系统之间具有联系约束的动态优化问题，用拉格朗日（Lagrange）乘子向量化为无联系约束的动态优化问题。状态空间方程、反馈回路等。,静态优化,动态优化：,大系统的模型简化 为
37、了减少计算和简化结构，常需要对大系统的模型进行简化。集结法（aggregation）是主要的方法之一。该方法通过一个常量的集结矩阵，以低维的状态空间描述来简化原属高维的系统，并仍保留原系统的主要模式。,经济控制论是应用现代控制论的科学方法分析经济过程的学科，它为合理地控制经济过程提供了新的见解，并提供了一种有效地计划和管理国民经济及各部门的新工具。把控制变量引进动态优化模型，并通过计算机手段直接获得经济决策方案。如国民经济中长期规划的制定、投入产出模型。企业多元化化生产时，有许多产品如何决定产品/服务的选择？,经济控制论,量本利法,信息论是研究信息的采集、度量、传输、识别和处理中的一般规律的学
38、科。管理实质是决策，决策的基础和依据是信息。,信息论,？信息系统开发有哪些方法？,系统及系统工程方法已渗透到管理科学的多个方面，以计算机处理为基础的信息系统逐渐成为各种组织的神经枢纽，现有信息系统开发的理论和实践方法，正是从控制、系统和信息的概念及原理出发的。,运筹学（Operation research）,运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对经济管理系统中人力资源、资金资源、物质资源在有限的情况下进行统筹安排，为决策者提供充分依据的最优方案，以实现最有效的管理。运用模型化的方法，将一个已确定研究范围的现实问题，按提出的预期目标，将现实问题中的主要因素及各种限制条件之间的因果关系、逻辑关系建
39、立数学模型，通过模型求解来寻求最优方案。运筹学的分支主要有：线性规划、非线性规划、动态规划、排队论、对策论、储存论等。,新三论,什么是老三论？新三论是相对于系统论、信息论、控制论的三种系统工程理论。耗散结构论、协同论（学）和突变论。耗散结构论：认为远离平衡态的开放系统必须不断地与周围环境发生物质、能量、信息的传递与交换，以转化、增强或调整系统自身的结构，才能保持系统的动态平衡并向上进化。事物的这种在非平衡状态下新的稳定有序结构称为耗散结构。如自适应系统等。,系统论、信息论、控制论,协同论：它研究系统的各个部分如何进行协作，并通过协作导致系统出现新的空间、或时间、或功能上的有序结构。它比耗散结构
40、论不同之处在于进一步揭示系统动态演化的过程，具体解释了系统有目的性的原因。突变论：突变论主要讨论自然界各种形态结构和社会活动中的非连续性的突然变化现象，并从系统运行的机制上，广义地回答了为什么有的事物不变、有的渐变、有的突变的问题，它从另一方面深化了量变质变的思想。突变理论通过耗散结构论、协同论与系统论联系起来，并推动系统论的进一步深化与发展。,不同点：,系统工程不同于一般的工程技术科学 一般对于技术科学、水利、电力、机械系统工程等都与形成事物的实体有关，称之为方便科学，而系统工程除包括这类硬工程之外，尚包括一类这种的组织管理，国外称之为“软”科学的内容。系统工程涉及到各种学科，各个领域的各种
41、内容 在处理某个系统时，首先涉及该工程项目的专业技术，系统工程是跨越各学科专业的横向联系。,5、系统工程的主要特征,主要特征,1突出系统，两个优化,2以软技术为主，硬技术为辅,3学科跨度大，综合性研究强,6注重科学实践，发挥咨询作用,4定性分析与定量分析的综合集成,5突出宏观研究，兼顾微观研究,突出系统，两个优化,突出系统是指系统工程突出地把系统作为研究对象，要求系统地、综合地考虑问题；两个优化是指研究系统的目标是实现系统总体效果优化，同时，实现这一目标的方法或途径达到优化。,以软技术为主，硬技术为辅,由于系统工程是一大类新兴的工程技术的总称，以对事物进行合理筹划为主，所以应将其划归广义事理学
42、的范畴,即以软技术为主、硬技术为辅的工程技术。系统工程的研究侧重于事理，同时还需要对硬件、人件或斡件（orgware）进行辅助研究。,学科跨度大，综合性研究强,所谓学科跨度大，可从两个方面来理解：一是用到的知识是分属于多个学科的，如通常用到系统科学、自然科学、数学科学、社会科学等多方面的知识；二是参与系统工程项目研究的专家学者是来自多个学科的，并分别从各个学科的专业角度对系统进行综合研究。系统工程的综合性体现在各个不同学科、不同部门的专家学者必须互相配合，协同一致，而不是各自为战，各行其是。,6、系统工程的分类,系统工程是系统科学体系中的工程技术，是一个总类名称，它可以分为许多专业类型。钱学森
43、院士将其划为14门系统工程专业类型。,工程系统工程,社会系统工程,经济系统工程,信息系统工程,军事系统工程,工程系统工程是运用系统工程的理论和方法，以及计算机信息技术来研究和设计现代工程体系的组织管理活动。古代的工匠们作为个体劳动者，在生产制作的过程中，既是设计师，又是劳动者，还是组织管理者。这时候的工程技术属于作坊式的。生产规模的扩大、机器设备的复杂化、参与人员的增多等，要求各个构件彼此能协调合作。产生后果：管理与实施的难度。,工程系统工程,总设计师来组织协调设计总工程师来组织协调生产技术。组织机构人员构成由熟悉系统各方面专业知识技术人员组成，并由知识面比较宽广的专家负责领导。目标与任务总体
44、设计部设计的是系统的总体，即总体方案，它是实现整个系统的技术途径，总体设计部把系统作为若干分系统有机结合成的整体来设计，对每个分系统的要求都首先从实现整个系统技术协调的观点来考虑；总体设计部对研制过程中分系统与分系统之间的矛盾、分系统与系统之间的矛盾，从总体协调的需要来选择解决方案。,例1 北极星计划是美国海军特种计划局1957年开始的研制北极星导弹核潜艇系统的任务。在顾问公司的协助下，系统科研人员创造出一种控制工程进度的先进管理方法PERT（program evaluation and review technique）。北极星计划是一项规模庞大的工程系统工程，由8家总承包公司、250家分包
45、公司、3000家三包公司承担，其协调工作非常复杂。由于PERT和计算机技术的应用，整个任务提前两年完成。例2 阿波罗登月计划，历时11年半，耗资300多亿美元，2万多家研究机构，42万高级技术人员。,社会系统工程,社会系统工程是运用系统工程的理论、方法以及计算机信息技术，在辩证唯物主义和历史唯物主义原则指导下，研究和解决现代社会稳定发展活动。社会系统工程的研究对象不是一个企业、一个公司或一个部门这样的小系统，也不是国家各部门的（如铁路自动调度系统、电力调节系统、通信系统）大系统，而是整个社会、整个国家范围的宏观社会经济运动的巨系统，是最高层次的系统。,在制定国家社会发展规划时，应从哪些主要的方
46、面来规划？包括工业、农业、交通运输、通信、能源、教育、科学技术、文化、人口、国防、生态环保以及人民生活的最佳建设方案，供国家机机构决策参考。？一个地区呢？注意：用系统工程来解决实践问题，系统工程总设计师只能对问题提出解决的思路或方案，而不能对方案或思路作决策。而方案往往是多个，不只是只有一个。,信息系统工程,信息系统工程的一般概念 信息系统工程是系统工程的重要分支，它运用系统工程的理论和方法来开展信息系统建设与管理。信息系统工程是系统科学、信息科学、计算机科学与通信技术相结合的综合性、交叉性学科。信息系统工程包括：技术和管理两大领域。技术角度：包含信息处理、通信工程、软件工程、人工智能等技术领
47、域。管理角度：作为组织管理的技术，信息系统工程主要研究各级各类管理信息系统构建与运作问题。,信息系统工程,信息系统工程的技术方法是研究信息系统规范的数学模型，并侧重于系统的基础理论和技术手段。技术方法的支撑学科有计算机科学、数理逻辑、运筹学。计算机科学涉及计算理论、计算方法、数据存储与访问方法；数理逻辑侧重于运用集合论、关系理论等研究信息系统的规范化方法；运筹学强调优化组织已选参数。,关于行为方法问题的研究在信息系统工程领域中属于正在成长的部分。许多行为问题，如系统的使用程度、系统的实施等，无法用技术方法中采用的规范化模型来表达，需要利用行为科学的研究成果。在信息系统工程的分析、设计与实施过程
48、中，不能忽视信息系统对于个人和群体的行为及对于组织和社会的作用。,社会技术系统方法有助于避免对信息系统采取单纯的技术看法。比如，人们往往要正视这样的现实：采用信息技术使得成本快速下降和能力迅速增强并不一定能够转化为生产率或利润的提高；还需要从政治的角度考虑信息系统的政治影响和用途。信息工程的主要内容是管理信息系统的设计与开发。,管理信息系统的基本概念和结构1）管理信息系统的基本概念 传统的管理信息系统管理信息系统 现代的管理信息系统管理信息系统计算机技术 管理信息系统的定义：管理信息系统是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件、网络通信设备以及其他办公设备，进行信息的收集、传输、加工、储存、更新
49、和维护，以企业战略竟优、提高效率为目的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统。,2）管理信息系统的结构 管理信息系统的结构是指各部件的构成框架，对部件的不同理解构成不同的结构方式，其中最重要的是概念结构、功能结构、软件结构和硬件结构。管理信息系统概念结构：信息源、信息处理器、信息用户和信用管理者四部分组成。组成结构：开环结构和闭环结构，或金字塔式结构。,管理信息系统的功能结构：管理信息系统的软件结构 软件结构是由系统的各种功能的软件系统或软件模块所组成的系统结构，可用一个功能/层次矩阵表示。管理信息系统的硬件结构管理信息系统的硬件结构包括硬件组成与连接方式以及硬件所能达到的功
50、能，还应当包括硬件的物理位置安排。,管理信息系统的开发 管理信息系统的开发是一项系统工程，有三个成功要素：合理确定系统目标；组织系统开发队伍；遵循系统工程的开发步骤。信息系统开发步骤：,每个项目的开发均可由四个步骤来完成，即：系统分析系统设计系统实施系统评价。这四个阶段就组成一个生命周期。,企业系统工程,企业系统工程客观存在是以系统工程的基本理论和方法，对企业管理系统进行最优规划、最优管理、最优控制的一门综合性的组织管理技术。企业系统：一方面包括物的生产和为了物的生产所需要的技术手段（硬件）；另一方面包括经营管理部门、服务部门、情报部门等有关部门（软件）。企业系统功能构成：,企业系统的组成：一
