系統(tǒng)工程的資料第1頁(yè)/共159頁(yè)2課程性質(zhì)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)科的必修課專業(yè)基礎(chǔ)課第2頁(yè)/共159頁(yè)3考核方式筆試閉卷平時(shí)成績(jī)30%（出勤，案例分析情況，課堂表現(xiàn)）期末考試70%希望大家都能得到好成績(jī)第3頁(yè)/共159頁(yè)4教材系統(tǒng)工程理論、方法與應(yīng)用（第二版）（原）汪應(yīng)洛主編高等教育出版社系統(tǒng)工程簡(jiǎn)明教程（第三版）（新）汪應(yīng)洛主編高等教育出版社第4頁(yè)/共159頁(yè)5主要參考書錢學(xué)森.論系統(tǒng)工程:

新世紀(jì)版.上海:

上海交通大學(xué)出版社,

2007陳宏民.系統(tǒng)工程導(dǎo)論.北京：高等教育出版社.2006.4汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程(第4版).

北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2006

喻湘存.系統(tǒng)工程教程.北京：清華大學(xué)出版社，2006塞奇.系統(tǒng)工程導(dǎo)論.陜西：西安交通大學(xué)出版社，2006趙杰.管理系統(tǒng)工程.北京：科學(xué)出版社，2006梁迪,董海.系統(tǒng)工程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.6第5頁(yè)/共159頁(yè)6引例：華羅庚先生泡茶“想泡壺茶喝。當(dāng)時(shí)的情況是：開水沒(méi)有，開水壺要洗，茶壺茶杯要洗，火已生了，茶葉也有了，怎么辦?”第6頁(yè)/共159頁(yè)7一、問(wèn)題描述目的-解渴條件其他要求-一個(gè)茶壺、一包好茶葉、一個(gè)燃著的火爐和可用的涼水水源-以最節(jié)約資源的方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)研究任務(wù)-為解決喝茶問(wèn)題設(shè)計(jì)一個(gè)行動(dòng)計(jì)劃系統(tǒng)(設(shè)計(jì)一個(gè)解決泡茶問(wèn)題的行動(dòng)計(jì)劃)目標(biāo)-喝到一碗清新的熱茶第7頁(yè)/共159頁(yè)8二、問(wèn)題分析1資源需求2目標(biāo)要求3

系統(tǒng)工程研究任務(wù)界定設(shè)計(jì)一個(gè)解決泡茶問(wèn)題的行動(dòng)計(jì)劃，要求合理安排各道工序，最大限度節(jié)約時(shí)間。第8頁(yè)/共159頁(yè)9三、定性策劃幾個(gè)備選方案根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以上泡茶問(wèn)題可以有以下三種解法：甲：⑴洗凈水壺；⑵灌上涼水；⑶壺放在火上；⑷等水開；⑸水開后，以最快的速度洗茶杯，找茶葉；⑹泡茶，待茶泡好；⑺喝茶。乙：⑴洗凈水壺；⑵洗茶杯；⑶找好茶葉；⑷灌涼水；⑸壺放火上；⑹等水開；⑺水開后，用準(zhǔn)備好的茶杯、茶葉泡茶；⑻等待茶泡好；⑼喝茶。丙：⑴洗凈水壺；⑵灌涼水；⑶壺放火上；⑷洗茶杯；⑸拿茶葉；⑹水開之前，可干一些其它事；⑺水開，泡茶；⑻喝茶。第9頁(yè)/共159頁(yè)10四、方案分析與比較(系統(tǒng)分析)1.列出泡茶所需的全部工序2.確定每道工序所需的時(shí)間3.確定各道工序之間的時(shí)間連接關(guān)系4.分析計(jì)算每種方案所需的總時(shí)間5.做出比較結(jié)論第10頁(yè)/共159頁(yè)11工序列表序號(hào)名稱緊前工序工序時(shí)間(分)1洗壺?zé)o12灌水10.53放壺20.34等水開3155洗杯無(wú)16找茶葉無(wú)17泡茶3，5，62.28喝茶7第11頁(yè)/共159頁(yè)12泡茶系統(tǒng)工程備選方案工序圖洗壺灌水放壺洗杯泡茶拿茶葉等水開115110.30.5喝茶2.20.3丙：洗壺洗杯找茶葉灌水等水開放壺泡茶1150.30.511喝茶2.2乙：洗壺灌水放壺等水開泡茶洗杯，找茶葉喝茶12.22150.30.5甲：圖1泡茶系統(tǒng)工程備選方案工序圖第12頁(yè)/共159頁(yè)13方案分析甲方案總時(shí)間=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21乙方案總時(shí)間=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21丙方案總時(shí)間=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19分析結(jié)果：丙方案最節(jié)約時(shí)間。方案建議：丙第13頁(yè)/共159頁(yè)14泡茶工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)幾大步驟：確定問(wèn)題目標(biāo)分析需求分析方案策劃系統(tǒng)分析（統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、比較）決策建議方案實(shí)施系統(tǒng)原理：最優(yōu)化、并行統(tǒng)籌、工序圖法第14頁(yè)/共159頁(yè)15系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例三峽水利工程是我國(guó)建國(guó)以來(lái)最大的工程項(xiàng)目，它的論證、組織、實(shí)施與管理可以說(shuō)就是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程問(wèn)題，這項(xiàng)工程涉及到了國(guó)家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個(gè)省的上百個(gè)縣市，同時(shí)實(shí)施過(guò)程要由眾多單位共同努力，時(shí)間橫跨將近20年，如此的工程必然需要一種統(tǒng)觀全局的系統(tǒng)方法來(lái)對(duì)待，系統(tǒng)工程可以說(shuō)是最為有效的一種組織方法。第15頁(yè)/共159頁(yè)16系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例對(duì)于我們今天生活中所關(guān)心的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，如經(jīng)濟(jì)改革、價(jià)格問(wèn)題、體制改革及各種政策的出臺(tái)都是要經(jīng)過(guò)充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關(guān)。例如：糧食價(jià)格的調(diào)整：影響肉、菜、生活用品等等，從而影響整個(gè)社會(huì)的物價(jià)。燃料能源價(jià)格：影響原材料、產(chǎn)品及整個(gè)物價(jià)銀行利率：影響消費(fèi)與積累，反應(yīng)了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)政策外匯牌價(jià)：主要用于調(diào)節(jié)進(jìn)出口政策，同時(shí)反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力第16頁(yè)/共159頁(yè)17系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例將來(lái)在我們的實(shí)際工作中，我們會(huì)遇到許許多多的系統(tǒng)工程問(wèn)題，比如：企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃：綜合考慮企業(yè)發(fā)展、實(shí)力、原材料、能源、技術(shù)、市場(chǎng)、國(guó)家政策等。新產(chǎn)品開發(fā)：考慮市場(chǎng)、企業(yè)開發(fā)技術(shù)與實(shí)力、銷售網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)條件等區(qū)域規(guī)劃：考慮區(qū)域特征、交通、歷史、地理等大項(xiàng)目管理：經(jīng)過(guò)立項(xiàng)、論證、實(shí)施、…第17頁(yè)/共159頁(yè)18課程學(xué)習(xí)的目的和要求理解和掌握系統(tǒng)工程理論與方法應(yīng)用系統(tǒng)工程思想、理論和方法解決實(shí)際問(wèn)題第18頁(yè)/共159頁(yè)19課程主要內(nèi)容第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程第二章系統(tǒng)工程方法論第三章結(jié)構(gòu)化模型技術(shù)第四章分析模型第五章系統(tǒng)仿真第六章系統(tǒng)評(píng)價(jià)第七章綜合案例分析第19頁(yè)/共159頁(yè)20第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程第一節(jié)系統(tǒng)的基本概念第二節(jié)系統(tǒng)工程的基本概念第三節(jié)系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史與趨勢(shì)第四節(jié)系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)第20頁(yè)/共159頁(yè)21系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)為研究對(duì)象的工程技術(shù)，它涉及到“系統(tǒng)”與“工程”兩個(gè)側(cè)面所謂系統(tǒng)，即是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)工程學(xué)中的“工程”概念，是指不僅包含“硬件”的設(shè)計(jì)與制造，而且還包含與設(shè)計(jì)和制造“硬件”緊密相關(guān)的“軟件”，諸如預(yù)測(cè)、規(guī)劃、決策、評(píng)價(jià)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過(guò)程，故稱它為“軟工程”，它擴(kuò)充了傳統(tǒng)“工程”概念的含義。兩方面有機(jī)地結(jié)合在一起，即為系統(tǒng)工程。第21頁(yè)/共159頁(yè)22第一節(jié)系統(tǒng)的基本概念1、系統(tǒng)的定義2、系統(tǒng)的特征3、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4、系統(tǒng)的形態(tài)5、系統(tǒng)的分類依據(jù)和類型第22頁(yè)/共159頁(yè)231、系統(tǒng)的定義“系統(tǒng)”一詞最早出現(xiàn)在古希臘哲學(xué)家德謨克利特所著《世界大系統(tǒng)》。系統(tǒng)(system):系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的要素（部分）組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體。第23頁(yè)/共159頁(yè)242.1系統(tǒng)的特征（1）系統(tǒng)的整體性（2）相關(guān)性（3）系統(tǒng)的目的性（4）有序性（5）環(huán)境適應(yīng)性（6）動(dòng)態(tài)性反映系統(tǒng)的功能，確定系統(tǒng)和環(huán)境的邊界確定系統(tǒng)的組成要素反映要素之間的關(guān)系明確了系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系反映了系統(tǒng)的變化趨勢(shì)反映了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)系統(tǒng)特性之間的關(guān)系？第24頁(yè)/共159頁(yè)25

（1）整體性系統(tǒng)是由相互依賴的若干部分組成，各部分之間存在著有機(jī)的聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)綜合的整體，以實(shí)現(xiàn)一定的功能。這表現(xiàn)為系統(tǒng)具有集合性，即構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)部分可以具有不同的功能，但要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)不是各部分的簡(jiǎn)單組合，而要有統(tǒng)一性和整體性，因此，要充分注意各組成部分或各層次的協(xié)調(diào)和連接，提高系統(tǒng)的有序性和整體的運(yùn)行效果，保證1＋1>2的效果。第25頁(yè)/共159頁(yè)26（2）相關(guān)性

系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的部分或部件形成“部件集”，“集”中各部分的特性和行為相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約和相互作用，這種相關(guān)性確定了系統(tǒng)的性質(zhì)和形態(tài)。第26頁(yè)/共159頁(yè)27（3）目的性大多數(shù)系統(tǒng)的活動(dòng)或行為可以完成一定的功能，但不一定所有系統(tǒng)都有目的，例如太陽(yáng)系或某些生物系統(tǒng)。人造系統(tǒng)或復(fù)合系統(tǒng)都是根據(jù)系統(tǒng)的目的來(lái)設(shè)定其功能的，這類系統(tǒng)也是系統(tǒng)工程研究的主要對(duì)象。第27頁(yè)/共159頁(yè)28（4）環(huán)境適應(yīng)性

一個(gè)系統(tǒng)和包圍該系統(tǒng)的環(huán)境之間通常都有物質(zhì)、能量和信息的交換，外界環(huán)境的變化會(huì)引起系統(tǒng)特性的改變，相應(yīng)地引起系統(tǒng)內(nèi)各部分相互關(guān)系和功能的變化。為了保持和恢復(fù)系統(tǒng)原有特性，系統(tǒng)必須具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，例如反饋系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)和自學(xué)習(xí)系統(tǒng)等。第28頁(yè)/共159頁(yè)29（5）動(dòng)態(tài)性物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)是密不可分的，各種物質(zhì)的特性、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及其規(guī)律性，都是通過(guò)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)的，要認(rèn)識(shí)物質(zhì)首先要研究物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性使其具有生命周期。開放系統(tǒng)與外界環(huán)境有物質(zhì)、能量和信息的交換，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以隨時(shí)間變化。一般來(lái)講，系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)有方向性的動(dòng)態(tài)過(guò)程。第29頁(yè)/共159頁(yè)30（6）有序性由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和層次的動(dòng)態(tài)演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性的特點(diǎn)。一般系統(tǒng)論的一個(gè)重要成果是把生物和生命現(xiàn)象的有序性和目的性同系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性聯(lián)系起來(lái)，也就是說(shuō)，有序能使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，有目的才能使系統(tǒng)走向期望的穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第30頁(yè)/共159頁(yè)31案例客戶管理系統(tǒng)的開發(fā)分析途徑：（1）系統(tǒng)目的性（2）整體性（3）相關(guān)性第31頁(yè)/共159頁(yè)32（1）系統(tǒng)的目的性確定客戶的類型,便于采取針對(duì)性的措施確定客戶流失的特點(diǎn)與特征確定價(jià)格套餐的作用效果明確企業(yè)廣告促銷的效果第32頁(yè)/共159頁(yè)33（2）系統(tǒng)整體性市場(chǎng)分析部分系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)部分設(shè)備與軟件支持部分人員部分等第33頁(yè)/共159頁(yè)34（3）系統(tǒng)相關(guān)性因素：消費(fèi)情況和特征指標(biāo)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)語(yǔ)言現(xiàn)有的設(shè)備水平現(xiàn)有的理論和技術(shù)水平開發(fā)團(tuán)隊(duì)的整體狀況等第34頁(yè)/共159頁(yè)35系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備開發(fā)分析結(jié)論第35頁(yè)/共159頁(yè)362.2系統(tǒng)的劃分和邊界（1）系統(tǒng)劃分劃分：多個(gè)小系統(tǒng)劃分作用：為了研究問(wèn)題劃分的形式：確定哪一些因素應(yīng)劃歸那個(gè)子系統(tǒng)，可根據(jù)研究狀況和現(xiàn)有條件進(jìn)行第36頁(yè)/共159頁(yè)37（2）系統(tǒng)的邊界系統(tǒng)具有有限的邊界邊界劃分的作用：有助于解決問(wèn)題邊界劃分：確定哪一些因素應(yīng)劃歸系統(tǒng)，人為作用，根據(jù)研究狀況進(jìn)行。第37頁(yè)/共159頁(yè)38（3）系統(tǒng)邊界劃分注意的幾個(gè)問(wèn)題系統(tǒng)的目的性現(xiàn)有的技術(shù)、理論水平問(wèn)題解決的時(shí)效性系統(tǒng)的表現(xiàn)程度第38頁(yè)/共159頁(yè)39邊界劃分例一住宅建設(shè)問(wèn)題第39頁(yè)/共159頁(yè)40邊界劃分例二狐貍吃葡萄的故事13狐貍快跑！獵人來(lái)了滿載而歸2葡萄長(zhǎng)的太高了！第40頁(yè)/共159頁(yè)413、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)的構(gòu)成要素在時(shí)空連續(xù)區(qū)上的排列組合方式和相互作用方式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的普遍形式?jīng)Q定了系統(tǒng)的基本特征。目的性——作為構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)集合性相關(guān)性階層性作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)涵特性整體性環(huán)境適應(yīng)性分別作為系統(tǒng)內(nèi)、外部綜合協(xié)調(diào)的表征第41頁(yè)/共159頁(yè)42系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的目的：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析就是尋求構(gòu)筑系統(tǒng)合理結(jié)構(gòu)的規(guī)律和途徑。是指在對(duì)應(yīng)系統(tǒng)總目標(biāo)和環(huán)境因素的約束條件下，系統(tǒng)的組成要素集、要素間的相互關(guān)系集以及它們?cè)陔A層分布上的最優(yōu)結(jié)合，并使得系統(tǒng)有最優(yōu)的或最滿意的輸出。第42頁(yè)/共159頁(yè)43系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的作用：通過(guò)明確一切和問(wèn)題有關(guān)的要素同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)之間的關(guān)系，提供完整的資料，以便決策者選擇最合理的決策方案。第43頁(yè)/共159頁(yè)443.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容構(gòu)成系統(tǒng)的要素集要素間的相互關(guān)系要素在系統(tǒng)中的排列方式系統(tǒng)的整體性第44頁(yè)/共159頁(yè)453.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因果結(jié)構(gòu)反饋結(jié)構(gòu)S型結(jié)構(gòu)多重結(jié)構(gòu)第45頁(yè)/共159頁(yè)46(1)因果關(guān)系系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互影響的元素組成。在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法中，元素之間的聯(lián)系或關(guān)系可以概括為因果關(guān)系（CausalRelationship）。因果關(guān)系的相互作用，最終形成系統(tǒng)的功能和行為。因果關(guān)系分析是系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)，也是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種定性描述。第46頁(yè)/共159頁(yè)47因果關(guān)系的描述通因果關(guān)系表示：A→B，變量A表示原因，變量B表示結(jié)果。箭頭線標(biāo)為因果鏈，表示A到B的作用。

一般地，當(dāng)A變化時(shí)將引起B(yǎng)變化，假定ΔA>0，ΔB>0，分別表示變量A、B的改變量。第47頁(yè)/共159頁(yè)48正因果關(guān)系若滿足下列條件之一：

（1）A加到B中；

（2）A是B的乘積因子；

（3）A變到A±ΔA，有B變到B±ΔB，即A、B的變化方向相同則，A到B具有正因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱正關(guān)系，用“＋”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。

第48頁(yè)/共159頁(yè)49負(fù)因果關(guān)系若滿足下列條件之一：

（1）A從B中減去；

（2）1/A是B的乘積因子；

（3）A變到A±ΔA，有B變到B-+ΔB，即A、B的變化方向相反則，A到B具有負(fù)因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱負(fù)關(guān)系，用“－”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。第49頁(yè)/共159頁(yè)50(2)反饋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中某個(gè)因素的變化，導(dǎo)致其他因素的變化，又引起自身的變化現(xiàn)象分為正反饋與負(fù)反饋，一般原則是：若反饋回路包含偶數(shù)個(gè)負(fù)的因果鏈，則其極性為正，叫正反饋回路；若反饋回路包含奇數(shù)個(gè)負(fù)的因果鏈，則其極性為負(fù)，叫負(fù)反饋回路。第50頁(yè)/共159頁(yè)51(3)S型結(jié)構(gòu)

有正反饋和負(fù)反饋構(gòu)成的系統(tǒng)用途很多第51頁(yè)/共159頁(yè)52(4)多重結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的反饋耦合結(jié)構(gòu)第52頁(yè)/共159頁(yè)53【例1】加拿大哈德遜灣野兔和山貓的生長(zhǎng)情況分析山貓和野兔是捕食者與被捕食者關(guān)系第53頁(yè)/共159頁(yè)54【例2】中國(guó)消費(fèi)問(wèn)題分析因果關(guān)系結(jié)構(gòu)第54頁(yè)/共159頁(yè)55消費(fèi)分析結(jié)構(gòu)：消費(fèi)方程收入決定消費(fèi)消費(fèi)水平不可逆轉(zhuǎn)方程：第55頁(yè)/共159頁(yè)56消費(fèi)分析結(jié)構(gòu)：投資方程經(jīng)濟(jì)發(fā)展越快，投資熱情高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度快，投資額高存款利率越低第56頁(yè)/共159頁(yè)57消費(fèi)分析結(jié)構(gòu)：利率方程經(jīng)濟(jì)發(fā)展越快，可能提高利率貨幣增加量大，可能降低利率利率連續(xù)變化第57頁(yè)/共159頁(yè)58消費(fèi)分析結(jié)構(gòu)：恒等式收入方程選擇方法解決第58頁(yè)/共159頁(yè)594、系統(tǒng)形態(tài)的分類、依據(jù)系統(tǒng)形態(tài)分類依據(jù)第59頁(yè)/共159頁(yè)60第60頁(yè)/共159頁(yè)61案例：自然和人造系統(tǒng)關(guān)系埃及阿斯旺水壩第61頁(yè)/共159頁(yè)62孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)

孤立系統(tǒng)指的是系統(tǒng)與外界環(huán)境既不可能進(jìn)行物質(zhì)交換，也不可能進(jìn)行信息、能量交換。換句話說(shuō)，系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)和信息能量不能傳至外部，外界環(huán)境的物質(zhì)和信息能量也不能傳至系統(tǒng)內(nèi)部。封閉系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境之間可以進(jìn)行信息、能量交換，但不能進(jìn)行物質(zhì)交換。環(huán)境僅僅為系統(tǒng)提供了一個(gè)邊界，不管外部環(huán)境有什么變化，封閉系統(tǒng)仍表現(xiàn)為其內(nèi)部穩(wěn)定的均衡特性。開放系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境有信息、物質(zhì)和能量交互作用的系統(tǒng)。開放系統(tǒng)常是自調(diào)整或自適應(yīng)的系統(tǒng)。第62頁(yè)/共159頁(yè)63

動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)變量是隨時(shí)間不斷變化的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時(shí)間的函數(shù)。例如，學(xué)校就是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它不僅有建筑物，還有教師和學(xué)生。企業(yè)也是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)典型例子靜態(tài)系統(tǒng)則是表征系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中不含有時(shí)間因素，即模型中的變量不隨時(shí)間而變化，它是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀態(tài)，即處于穩(wěn)定的系統(tǒng)。例如大橋、公路、房屋等。第63頁(yè)/共159頁(yè)64實(shí)體系統(tǒng)與概念（抽象）系統(tǒng)所謂實(shí)體系統(tǒng)，是指以物理狀態(tài)的存在物作為組成要素的系統(tǒng)，這些實(shí)體占有一定空間，如自然界的礦物、生物，生產(chǎn)部門的機(jī)械設(shè)備、原始材料等。由于自然物都為實(shí)實(shí)在在的存在物，因此，實(shí)體系統(tǒng)亦稱為硬件系統(tǒng)與實(shí)體系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的是概念系統(tǒng)，它是由概念、原理、假說(shuō)、方法、計(jì)劃、制度、程序等非物質(zhì)實(shí)體構(gòu)成的系統(tǒng)，如管理系統(tǒng)、科學(xué)技術(shù)體系、教育系統(tǒng)、文化系統(tǒng)等。由于概念系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)著的多是人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和假設(shè)，因此概念系統(tǒng)亦稱為軟件系統(tǒng)。第64頁(yè)/共159頁(yè)65示例

SSS物資流信息流

在實(shí)踐中，實(shí)體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)往往是結(jié)合在一起的。實(shí)體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的基礎(chǔ)和服務(wù)對(duì)象，概念系統(tǒng)是為實(shí)體系統(tǒng)提供指導(dǎo)和服務(wù)，兩者是不可分的。第65頁(yè)/共159頁(yè)66普通系統(tǒng)、大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)、簡(jiǎn)單系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)從系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)行分類，系統(tǒng)有大小之分，可分為普通系統(tǒng)、大系統(tǒng)及巨系統(tǒng)；從系統(tǒng)的復(fù)雜程度來(lái)分，系統(tǒng)又可分為簡(jiǎn)單系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)。第66頁(yè)/共159頁(yè)67面向?qū)ο髤^(qū)分的各種系統(tǒng)形態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)、人類系統(tǒng)及方法步驟系統(tǒng)作業(yè)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)根據(jù)具體對(duì)象劃分的各種系統(tǒng):工業(yè)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、物資流通系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等以產(chǎn)業(yè)區(qū)分系統(tǒng)的形態(tài)，或按消費(fèi)生活系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)和教育系統(tǒng)等第67頁(yè)/共159頁(yè)68

企業(yè)的系統(tǒng)模型與管理

處理

反饋擾動(dòng)輸入輸出幾個(gè)要素：環(huán)境與界限投入性質(zhì)流量與流向轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)出的形式第68頁(yè)/共159頁(yè)69

(1)企業(yè)發(fā)展角度：企業(yè)已經(jīng)從單純的“生產(chǎn)型企業(yè)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖?jīng)營(yíng)開發(fā)型企業(yè)”。企業(yè)管理的范圍已日益擴(kuò)大，企業(yè)管理不僅要重視生產(chǎn)組織活動(dòng)，而且要重視產(chǎn)品的銷售和市場(chǎng)動(dòng)態(tài)研究，更要重視技術(shù)和企業(yè)人才的開發(fā)，把滿足市場(chǎng)和用戶需要、適應(yīng)市場(chǎng)變化作為搞好企業(yè)管理的基本出發(fā)點(diǎn)。因此，“經(jīng)營(yíng)開發(fā)型企業(yè)”不僅要搞好企業(yè)的微觀控制和管理，還要對(duì)諸如企業(yè)今后的改造和發(fā)展等重大戰(zhàn)略問(wèn)題進(jìn)行宏觀的規(guī)劃和戰(zhàn)略決策。第69頁(yè)/共159頁(yè)70（2）從系統(tǒng)觀點(diǎn)角度：現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)是一個(gè)組織化的復(fù)雜大系統(tǒng)，它由技術(shù)、生產(chǎn)、計(jì)劃、銷售、財(cái)務(wù)、會(huì)計(jì)、人事等子系統(tǒng)所組成，這些子系統(tǒng)存在著相互支持又相互制約的關(guān)系。（3）從行為科學(xué)角度：新的組織理論等的形成及其在企業(yè)管理中的應(yīng)用，促進(jìn)企業(yè)管理重視人的因素，重視各級(jí)管理組織的職、責(zé)、權(quán)、利的合理劃分和相互關(guān)系的協(xié)調(diào)。

第70頁(yè)/共159頁(yè)71第二節(jié)系統(tǒng)工程的基本概念1、系統(tǒng)工程的定義2、系統(tǒng)工程的特征3、系統(tǒng)工程的任務(wù)4、系統(tǒng)工程與工程技術(shù)等的區(qū)別與聯(lián)系5、系統(tǒng)工程的作用

第71頁(yè)/共159頁(yè)721、系統(tǒng)工程的定義1977年日本學(xué)者三浦武雄指:“系統(tǒng)工程與其他工程學(xué)不同之點(diǎn)在于它是跨越許

多學(xué)科的科學(xué)，而且是填補(bǔ)這些學(xué)科邊界空白的一種邊緣學(xué)科。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研

制一個(gè)系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，所以為了

適當(dāng)?shù)亟鉀Q這些領(lǐng)域的問(wèn)題，除了需要某些縱向技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫的方向把

它們組織起來(lái)，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程”?！跋到y(tǒng)工程是為了合理開發(fā)、設(shè)計(jì)和運(yùn)用系統(tǒng)而采用的思想、程序、組織和方法的總稱?！保?971年日本寺野壽朗“系統(tǒng)工程學(xué)”）第72頁(yè)/共159頁(yè)73系統(tǒng)工程的定義1975年美國(guó)科學(xué)技術(shù)辭典的論述為:“系統(tǒng)工程是研究復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)，該系統(tǒng)

由許多密切聯(lián)系的元素所組成。設(shè)計(jì)該復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)有明確的預(yù)定功能及目標(biāo)，并協(xié)調(diào)

各個(gè)元素之間及元素和整體之間的有機(jī)聯(lián)系，以使系統(tǒng)能從總體上達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)

系統(tǒng)時(shí)，要同時(shí)考慮到參與系統(tǒng)活動(dòng)的人的因素及其作用?！?/p>

“系統(tǒng)工程是為了研究由多數(shù)子系統(tǒng)構(gòu)成的整體系統(tǒng)所具有的多種不同目標(biāo)的相互協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)的功能達(dá)到最優(yōu)化，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)組成部分的能力而發(fā)展起來(lái)的一門科學(xué)?！保?977年美國(guó)恰斯諾特“系統(tǒng)工程方法”）第73頁(yè)/共159頁(yè)74“系統(tǒng)工程是一門研究復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建立、試驗(yàn)和運(yùn)行的科學(xué)技術(shù)?！保?976年蘇聯(lián)大百科全書）1978年我國(guó)著名學(xué)者錢學(xué)森指出:“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制

造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法”。

第74頁(yè)/共159頁(yè)752、系統(tǒng)工程的特征（1）系統(tǒng)工程的應(yīng)用和研究跨越多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，不以某一專門的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檠芯繉?duì)象。（2）系統(tǒng)工程的研究與應(yīng)用需要把自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)結(jié)合起來(lái)。（3）系統(tǒng)工程的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體最優(yōu)。（4）在系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法中，觀點(diǎn)、概念、原則是本質(zhì)的，是第一位的，一些數(shù)學(xué)方法是手段，是從屬于觀點(diǎn)和原則的。第75頁(yè)/共159頁(yè)76小結(jié)系統(tǒng)工程是以大型復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象，按一定目的進(jìn)行

設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理與控制，以期達(dá)到總體效果最優(yōu)的理論與方法。系統(tǒng)工程是一門立足整體，統(tǒng)籌全局，使整體與部分辯證地統(tǒng)一，將分析和綜合有機(jī)地結(jié)合，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和電子計(jì)算機(jī)工具，使系統(tǒng)達(dá)到整體最優(yōu)的方法性學(xué)科。第76頁(yè)/共159頁(yè)773、系統(tǒng)工程的任務(wù)（1）在開發(fā)新的系統(tǒng)（如太空飛船系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、新型工程系統(tǒng)……）過(guò)程中，解決系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)管理、最優(yōu)控制、最優(yōu)制造等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題多屬于工程技術(shù)系統(tǒng)。（2）用系統(tǒng)的思想和方法重新評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、分析和規(guī)劃現(xiàn)有的系統(tǒng)，使其充分挖掘潛力，具有新的功能，或找出改進(jìn)完善的方向，一般稱之為“系統(tǒng)化”。

第77頁(yè)/共159頁(yè)784、系統(tǒng)工程與工程技術(shù)的聯(lián)系系統(tǒng)工程也是一工程技術(shù)，用以改造客觀世界并取得實(shí)際成果。第78頁(yè)/共159頁(yè)79系統(tǒng)工程與工程技術(shù)的區(qū)別研究的對(duì)象廣泛，包括人類社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、自然現(xiàn)象和組織管理等。

系統(tǒng)工程是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科。不僅要用到數(shù)、理、化、生物等自然科學(xué)，還要用到社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等與人的思想、行為、能力等有關(guān)的學(xué)科，是自然科學(xué)

和社會(huì)科學(xué)的交叉。在處理復(fù)雜的大系統(tǒng)時(shí)，常采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法。系統(tǒng)工程所研究的大系統(tǒng)比一般工程系統(tǒng)復(fù)雜得多，處理系統(tǒng)工程問(wèn)題不僅要有科學(xué)性，而且要有藝術(shù)性和哲理性。

第79頁(yè)/共159頁(yè)80系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)工程傳統(tǒng)工程解決問(wèn)題的方法一清二楚，稱“內(nèi)容明確的問(wèn)題”大目標(biāo)具體化評(píng)價(jià)方法具體化目標(biāo)分解層次化系統(tǒng)工程解決問(wèn)題的方法不明確，稱“內(nèi)容不明確的問(wèn)題”系統(tǒng)工程大目標(biāo)是抽象的評(píng)價(jià)方法是抽象的系統(tǒng)目標(biāo)多方面、多層次的評(píng)價(jià)方法多方面、多層次的

第80頁(yè)/共159頁(yè)815、系統(tǒng)工程的作用系統(tǒng)的價(jià)值與技術(shù)價(jià)值作用在于最大地開發(fā)工程價(jià)值案例分析第81頁(yè)/共159頁(yè)82案例分析：美國(guó)石油輸送問(wèn)題背景介紹阿拉斯加北海岸的PrudhoeBay發(fā)現(xiàn)石油Prudhoe灣到阿拉斯加南海岸的瓦爾迪茲140萬(wàn)桶原油/天北極圈內(nèi)，常年處于冰凍狀態(tài)；最低溫度-50℃第82頁(yè)/共159頁(yè)83太平洋白令海峽第83頁(yè)/共159頁(yè)84方案1超級(jí)油輪海上運(yùn)輸僅需5～6艘油輪投資小須有破冰船在終點(diǎn)建立大型油庫(kù)第84頁(yè)/共159頁(yè)85方案2管道運(yùn)輸管道技術(shù)成熟輸油管道的加熱和高架經(jīng)加拿大國(guó)土第85頁(yè)/共159頁(yè)86方案選擇與優(yōu)化海水加入原油中天然氣加入到原油中第86頁(yè)/共159頁(yè)87四川都江堰工程戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，秦國(guó)太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。這一偉大水利工程巧妙地將分洪、排水和排沙結(jié)合起來(lái)，使各部分組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了防洪、灌溉、行舟、漂木等多種功能。至今，該工程仍在發(fā)揮著重大的經(jīng)濟(jì)效益。

第87頁(yè)/共159頁(yè)88第88頁(yè)/共159頁(yè)89第89頁(yè)/共159頁(yè)90第90頁(yè)/共159頁(yè)91第91頁(yè)/共159頁(yè)92第92頁(yè)/共159頁(yè)93地震后的都江堰第93頁(yè)/共159頁(yè)945、系統(tǒng)工程的總體思想

從系統(tǒng)總體出發(fā)，充分考慮“輸入”和“輸出”的各種因素開發(fā)內(nèi)部系統(tǒng)（1）最優(yōu)思想（2）組合思想（3）分解協(xié)調(diào)思想第94頁(yè)/共159頁(yè)95

（1）最優(yōu)思想

系統(tǒng)工程要追求系統(tǒng)的總體最優(yōu)，不是局部最優(yōu)。系統(tǒng)工程的主要任務(wù)是開發(fā)整體（綜合）最優(yōu)系統(tǒng)。為達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)建立目標(biāo)體系和評(píng)價(jià)體系。第95頁(yè)/共159頁(yè)96（2）組合思想組合思想：合理選擇要素，既能滿足系統(tǒng)目標(biāo)、又沒(méi)有不必要的要素。選擇要素的原則盡可能選已有要素、盡可能選標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、通用化的要素。

第96頁(yè)/共159頁(yè)97

（3）分解和協(xié)調(diào)思想復(fù)雜系統(tǒng)可以分解為結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的若干子系統(tǒng)，簡(jiǎn)化處理同一級(jí)的子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，要求相互之間密切配合，協(xié)調(diào)完成大系統(tǒng)的任務(wù)目標(biāo)分解，功能協(xié)調(diào)第97頁(yè)/共159頁(yè)98第三節(jié)系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史與趨勢(shì)

1、系統(tǒng)思想階段2、系統(tǒng)工程發(fā)展階段3、系統(tǒng)工程發(fā)展展望第98頁(yè)/共159頁(yè)99系統(tǒng)思想產(chǎn)生系統(tǒng)工程作為一門科學(xué)技術(shù)雖然形成于上世紀(jì)中葉，但系統(tǒng)工程的思想方法和實(shí)際應(yīng)用可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。公元前500年的春秋時(shí)期，就有著名的軍事家孫武寫出了“孫子兵法”十三篇，指出戰(zhàn)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略和策略問(wèn)題，如進(jìn)攻與防御、速?zèng)Q和持久、分散和集中等之間的相互依存和相互制約的關(guān)系，并依此籌劃戰(zhàn)爭(zhēng)的對(duì)策，以取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。其著名論點(diǎn)，“知已知彼，百戰(zhàn)不殆”，“以我之長(zhǎng)，攻敵之短”等。在水利建設(shè)方面，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，秦國(guó)太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。系統(tǒng)思想階段第99頁(yè)/共159頁(yè)100系統(tǒng)工程發(fā)展階段系統(tǒng)工程的萌芽時(shí)期系統(tǒng)工程概念產(chǎn)生時(shí)期系統(tǒng)工程應(yīng)用時(shí)期系統(tǒng)工程發(fā)展時(shí)期第100頁(yè)/共159頁(yè)101階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國(guó)發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國(guó)實(shí)施彩電開發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國(guó)Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國(guó)的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用SE，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國(guó)空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性第101頁(yè)/共159頁(yè)102III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位第102頁(yè)/共159頁(yè)103V1972國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國(guó)際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國(guó)際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國(guó)的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮第103頁(yè)/共159頁(yè)104中國(guó)系統(tǒng)工程的發(fā)展我國(guó)近代的系統(tǒng)工程研究可追溯到50年代。1956年，中國(guó)科學(xué)院在錢學(xué)森、許國(guó)志教授的創(chuàng)導(dǎo)下，建立了第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)小組;60年代，著名數(shù)學(xué)家華羅庚大力推廣了統(tǒng)籌法、優(yōu)選法;與此同時(shí)，在著名科學(xué)家錢學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)下，在導(dǎo)彈等現(xiàn)代化武器的總體設(shè)計(jì)組織方面，取得了豐富經(jīng)驗(yàn)，國(guó)防尖端科研的《總體設(shè)計(jì)部“取得顯著成效。1977年以來(lái)，系統(tǒng)工程的推廣和應(yīng)用出現(xiàn)了新局面，1980年成立了中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)，與國(guó)際系統(tǒng)工程界進(jìn)行交流。90年代以來(lái)，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結(jié)合、與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合、與實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學(xué)結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭。第104頁(yè)/共159頁(yè)105系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢(shì)數(shù)學(xué)工具大量應(yīng)用；各式各樣的方法及綜合的方法形成普遍適用的理論；在主導(dǎo)思想上已從原來(lái)整體考慮、總體分析發(fā)展到控制系統(tǒng)使之達(dá)到總體的優(yōu)化。第105頁(yè)/共159頁(yè)106案例分析投入產(chǎn)出模型阿波羅登月計(jì)劃北歐跨國(guó)電網(wǎng)的供電問(wèn)題第106頁(yè)/共159頁(yè)107小結(jié)戰(zhàn)爭(zhēng)是發(fā)展的動(dòng)力運(yùn)籌學(xué)、控制論是理論基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)是必不可少的工具第107頁(yè)/共159頁(yè)108錢學(xué)森的系統(tǒng)科學(xué)體系（P6）（現(xiàn)象）哲學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)科學(xué)工程技術(shù)(社會(huì)實(shí)踐)自然辯證法物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等建筑學(xué)、水力學(xué)水利工程、土木工程(社會(huì)實(shí)踐)（現(xiàn)象）第108頁(yè)/共159頁(yè)109系統(tǒng)科學(xué)（橋梁）系統(tǒng)論（觀）系統(tǒng)科學(xué)辯證法系統(tǒng)科學(xué)方法論系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)識(shí)論系統(tǒng)科學(xué)史……基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，生物……技術(shù)科學(xué)信息學(xué)控制學(xué)，運(yùn)籌學(xué)，事理學(xué)工程技術(shù)系統(tǒng)工程，控制工程，信息工程哲學(xué)（社會(huì)實(shí)踐）第109頁(yè)/共159頁(yè)110第四節(jié)系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)一般系統(tǒng)論大系統(tǒng)理論（即，控制論）信息論運(yùn)籌學(xué)耗散結(jié)構(gòu)論協(xié)同論其他（如，突變論）第110頁(yè)/共159頁(yè)1111、一般系統(tǒng)論美藉奧地利生物理論專家貝塔朗菲背景：20世紀(jì)初，物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等已得到深入發(fā)展、學(xué)科體系已趨于完整。生物學(xué)卻仍處于一種想象，試驗(yàn)的階段。第111頁(yè)/共159頁(yè)112（1）一般系統(tǒng)論的原則系統(tǒng)觀點(diǎn)，即有機(jī)整體性原則認(rèn)為一切有機(jī)體都是一個(gè)開放的系統(tǒng)，都是一個(gè)有機(jī)整體。動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)，即自組織性原則認(rèn)為一切生命現(xiàn)象本身都處于積極的活動(dòng)狀態(tài)，是自組織開放系統(tǒng)。組織等級(jí)觀點(diǎn)認(rèn)為事物存在著不同組織等級(jí)和層次，各自的組織能力不同，并具有自身目的的性和自身調(diào)節(jié)性。有序性觀點(diǎn)構(gòu)成系統(tǒng)的諸要素通過(guò)相互作用，在時(shí)間和空間上按一定秩序組合和排列，由此而形成一定的結(jié)構(gòu)，決定系統(tǒng)的特定功能。

第112頁(yè)/共159頁(yè)113（2）一般系統(tǒng)論的適用范圍不僅適合于有機(jī)體，而且也適合于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)技術(shù)等一切系統(tǒng)。第113頁(yè)/共159頁(yè)1142、大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)的特征大系統(tǒng)理論研究?jī)?nèi)容大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案大系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化大系統(tǒng)的優(yōu)化第114頁(yè)/共159頁(yè)115（1）大系統(tǒng)的特征規(guī)模龐大，構(gòu)成大系統(tǒng)的要素本身就是一個(gè)完整系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各要素（子系統(tǒng)）之間存在多級(jí)遞階的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。影響因素眾多第115頁(yè)/共159頁(yè)116

大系統(tǒng)一般都是多目標(biāo)、多輸入、多輸出、多變量、多干擾的復(fù)雜系統(tǒng)，因此大系統(tǒng)往往具有不確定性（如模糊性、隨機(jī)性等），并且由于信息不足，從而造成不確知性。同時(shí)，正因?yàn)閷?duì)大系統(tǒng)的影響因素眾多，所以大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型往往是高維的、高階的、系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的工作量隨維數(shù)增大即迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致“維數(shù)災(zāi)”。第116頁(yè)/共159頁(yè)117（2）大系統(tǒng)理論研究?jī)?nèi)容

·

大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的研究

·

大系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

·

大系統(tǒng)的最優(yōu)化問(wèn)題研究

·

大系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化的研究

第117頁(yè)/共159頁(yè)118（3）大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案遞階控制方案分散控制方案第118頁(yè)/共159頁(yè)119遞階控制目標(biāo)，各決策單元和諧地工作以實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)?！斑f階”是“等級(jí)”的含義遞階控制的特點(diǎn)：下級(jí)決策單元只接受上級(jí)決策單元的命令，上級(jí)決策單元不逾越下級(jí)決策單元而直接控制被控大系統(tǒng)。整個(gè)遞階系統(tǒng)有一個(gè)總優(yōu)化第119頁(yè)/共159頁(yè)120

多層控制多層控制按照總?cè)蝿?wù)和各層的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行分解、分層，各層運(yùn)行的周期不同，愈到上層，運(yùn)行周期愈長(zhǎng)，解決總是愈復(fù)雜。多層控制常用于工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)安排和管理上。

第120頁(yè)/共159頁(yè)121決

策

層

優(yōu)

化

層直接控制層被控大系統(tǒng)第三層第二層第一層控制總?cè)蝿?wù)設(shè)定校正

擾動(dòng)

多層控制第121頁(yè)/共159頁(yè)122第一層是直接控制層，根據(jù)上層的決策（設(shè)定）直接控制大系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程或狀態(tài)，處理經(jīng)常發(fā)生的、變化快的外部擾動(dòng)。第二層是優(yōu)化層，根據(jù)上層給定的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和約束條件，以及提供的資源等，建立優(yōu)化模型以實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的最優(yōu)控制，并及時(shí)調(diào)節(jié)因條件變化而引起的擾動(dòng)。第三層是決策層，例如根據(jù)市場(chǎng)供銷情況來(lái)調(diào)節(jié)生產(chǎn)計(jì)劃、修正營(yíng)銷策略。第122頁(yè)/共159頁(yè)123多級(jí)控制

將總目標(biāo)分解成局部目標(biāo)，并利用各級(jí)局部決策單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。多級(jí)控制常用于經(jīng)濟(jì)管理組織機(jī)構(gòu)，下級(jí)機(jī)關(guān)將勞動(dòng)力組織到生產(chǎn)崗位上，上級(jí)機(jī)關(guān)指揮與協(xié)調(diào)各下級(jí)機(jī)關(guān)的工作。每一級(jí)都力求有效地管理其下一級(jí)，同時(shí)又緊跟其上一級(jí)的指揮，以保證整個(gè)組織機(jī)構(gòu)高效率工作，并完成總?cè)蝿?wù)。第123頁(yè)/共159頁(yè)124

協(xié)調(diào)級(jí)局部決策單元局部決策單元局部決策單元子系統(tǒng)

1子系統(tǒng)

2子系統(tǒng)

n

…………輸入輸出總?cè)蝿?wù)

多級(jí)控制第124頁(yè)/共159頁(yè)125分散控制分散控制實(shí)際上是一種兩級(jí)遞階控制的特例分散控制可以減少集中控制或遞階控制時(shí)在信息傳輸方面的技術(shù)困難和設(shè)備費(fèi)用，但只能得到一個(gè)次優(yōu)解。

第125頁(yè)/共159頁(yè)126局部控制器1局部控制器2局部控制器n子系統(tǒng)1子系統(tǒng)

2子系統(tǒng)

n……輸入輸出………

分散控制第126頁(yè)/共159頁(yè)127（4）大系統(tǒng)的穩(wěn)定性多級(jí)遞階控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，研究如果各子系統(tǒng)穩(wěn)定，則其相互關(guān)聯(lián)滿足什么條件時(shí)，大系統(tǒng)也是穩(wěn)定的。分散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，研究利用各子系統(tǒng)的輸出，加以反饋至各局部控制器，并尋找相應(yīng)的控制規(guī)律，來(lái)保證整個(gè)大系統(tǒng)的穩(wěn)定。第127頁(yè)/共159頁(yè)128（5）大系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化大系統(tǒng)模型方法：集結(jié)法：通過(guò)一個(gè)常量的集結(jié)矩陣，以低維狀態(tài)空間描述來(lái)簡(jiǎn)化原是高維的系統(tǒng)，但卻保留原系統(tǒng)的主要模式。線性化法

第128頁(yè)/共159頁(yè)129（6）大系統(tǒng)優(yōu)化分解與協(xié)調(diào)的方法是大系統(tǒng)優(yōu)化的基本方法大系統(tǒng)優(yōu)化分為靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化大系統(tǒng)優(yōu)化的主要任務(wù)是：按大系統(tǒng)的最優(yōu)化目標(biāo)和總體系統(tǒng)和各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，以及各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，最優(yōu)地分配各子系統(tǒng)的子目標(biāo)，并以此來(lái)控制子系統(tǒng)，從而使總體系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。第129頁(yè)/共159頁(yè)130大系統(tǒng)分解與協(xié)調(diào)的基本思路把可分的大系統(tǒng)分解成許多互不相關(guān)的子系統(tǒng)這些互不相關(guān)的子系統(tǒng)都是與大系統(tǒng)有關(guān)的各子系統(tǒng)將性能反饋給大系統(tǒng)，用總目標(biāo)衡量后，再將指示下達(dá)給各子系統(tǒng)第130頁(yè)/共159頁(yè)131

黑箱-灰箱-白箱法功能模擬法形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法對(duì)系統(tǒng)方法的啟示第131頁(yè)/共159頁(yè)1323、信息論信息論是一門研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學(xué)科。信息論起源于通訊理論，是美國(guó)科學(xué)家香農(nóng)（Shannon）在1948年創(chuàng)立的。第132頁(yè)/共159頁(yè)133信息論的基本思想和方法完全撇開了物質(zhì)、能量等各種具體客觀形態(tài)，而把任何通訊和控制系統(tǒng)都看作是一個(gè)信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)，把系統(tǒng)有目的運(yùn)動(dòng)抽象為信息變換過(guò)程，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運(yùn)動(dòng)。所以系統(tǒng)，在信息論的框架中，是一個(gè)進(jìn)行信息變換和信息處理的機(jī)構(gòu)。第133頁(yè)/共159頁(yè)134信息的度量――信息熵

設(shè)描述某一事件的消息源可能發(fā)出的消息分為

x=(x１,x２

…xn)

而各可能消息是否會(huì)發(fā)出的概率為p１,p２,…pn，并滿足歸一性條件：

p１＋p２＋…＋pn＝1

按以上概率從消息源中隨機(jī)地發(fā)送消息，形成一個(gè)消息序列。

第134頁(yè)/共159頁(yè)135設(shè)該消息列中包含的消息總數(shù)為N，N非常大。

在統(tǒng)計(jì)意義上，該序列N中包含消息xi的數(shù)目為piN個(gè)。

第135頁(yè)/共159頁(yè)136信息與系統(tǒng)的關(guān)系信息是系統(tǒng)的一種重要特征；不存在與系統(tǒng)無(wú)關(guān)的信息，也不存在沒(méi)有信息的系統(tǒng)；有系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用，就有信息的產(chǎn)生和交換；系統(tǒng)的形成，發(fā)展，運(yùn)行都離不開信息的活動(dòng)。

第136頁(yè)/共159頁(yè)1374、運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)是用數(shù)學(xué)方法研究系統(tǒng)最優(yōu)化問(wèn)題的學(xué)科，運(yùn)籌學(xué)著重于發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的效能，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，求出合理運(yùn)用人力、物力和財(cái)力的最優(yōu)方案。

第137頁(yè)/共159頁(yè)1385、耗散結(jié)構(gòu)理論(I.Prigogine)開放系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)，由于同外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換，可以形成某種有序結(jié)構(gòu)。在自然界的物理、化學(xué)系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)存在著與生物學(xué)一樣的進(jìn)

化現(xiàn)象，并可以利用耗散結(jié)構(gòu)來(lái)統(tǒng)一進(jìn)行討論。遠(yuǎn)離系統(tǒng)平衡態(tài)所形成的穩(wěn)定、有序的結(jié)構(gòu)第138頁(yè)/共159頁(yè)139自組織系統(tǒng)組織：一個(gè)系統(tǒng)的要素按照特定的指令，形成特定結(jié)構(gòu)或功能的過(guò)程叫組織。自組織：一個(gè)系統(tǒng)的要素按彼此的協(xié)同性、相干性或某種默契形成特定結(jié)構(gòu)與功能的過(guò)程稱為自組織。形成自組織系統(tǒng)的條件：

1系統(tǒng)是開放系統(tǒng)；

2系統(tǒng)必須遠(yuǎn)離平衡態(tài)；

3系統(tǒng)內(nèi)存在著非線性反饋的動(dòng)力學(xué)機(jī)制；

4系統(tǒng)存在隨機(jī)漲落。第139頁(yè)/共159頁(yè)1406、協(xié)同學(xué)H.Haken提出協(xié)同學(xué)，認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)的相變是否于子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)作用的結(jié)果，協(xié)同學(xué)中的序參量概念和役使原則理論是解決系統(tǒng)向有產(chǎn)

方向演化的有效方法。1976年發(fā)表《協(xié)同學(xué)》導(dǎo)論第140頁(yè)/共159頁(yè)141其他討論自然系統(tǒng)向有序方向演化的問(wèn)題時(shí)，人們還運(yùn)用數(shù)學(xué)上的突變論、微

分方程的穩(wěn)定性理論，生物學(xué)中的超循環(huán)理論等，在研究非線性系統(tǒng)演化時(shí)，人們又提出混沌、分岔

分形等新概念并發(fā)展了相應(yīng)的理論。

第141頁(yè)/共159頁(yè)142小結(jié)所有這些自然科學(xué)的新概念、新方法、新理論它們有一個(gè)共同

特點(diǎn):就是討論復(fù)雜的自然系統(tǒng)當(dāng)其內(nèi)部各子系統(tǒng)之間相互作用為非線性互作用時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的演

化的新現(xiàn)象，通過(guò)分析可以看到，它們既適用于討論自然現(xiàn)象(它們本身是從對(duì)自然現(xiàn)象的研究申

發(fā)現(xiàn)并總結(jié)的);又適合討論某些社會(huì)現(xiàn)象，它們可以作為討論自然與社會(huì)兩類完全不同的客觀現(xiàn)

象的統(tǒng)一理論。雖然這些內(nèi)容并不是系統(tǒng)工程本身的理論，但是它們可以作為構(gòu)建系統(tǒng)工程基本理

論的主要內(nèi)容之一。第142頁(yè)/共159頁(yè)143各個(gè)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程