1、系統(tǒng)工程 (Systems Engineering, SE ),主講:張英芝 博士 ,2,學(xué)習(xí)目的與要求,通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，掌握系統(tǒng)工程方法論，能用系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析問(wèn)題，并掌握系統(tǒng)工程分析解決問(wèn)題的基本概念、基本原理和基本方法，初步具有運(yùn)用系統(tǒng)分析、系統(tǒng)評(píng)價(jià)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)與系統(tǒng)決策等系統(tǒng)工程方法分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。,3,學(xué)時(shí)與考核方法：學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí) 理論授課：32學(xué)時(shí)考核方法： 期末總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)（20%）+期末考試成績(jī)（80%） 平時(shí)成績(jī)=出勤成績(jī)+作業(yè)成績(jī)+實(shí)踐成績(jī),4,主要內(nèi)容,1.系統(tǒng)工程概述 2.系統(tǒng)工程方法論 3.圖與網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù) 4.系統(tǒng)分析與系統(tǒng)模型 5.系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)與可行性研

2、究 6.系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù) 7.系統(tǒng)決策技術(shù) 8.系統(tǒng)可靠性分析,4,3,5,三,四,五,4,2,3,5,九,十,參考文獻(xiàn):1.袁旭梅，劉新建，萬(wàn)杰編. 系統(tǒng)工程學(xué)導(dǎo)論.機(jī)械工業(yè)出版社,2007 2.汪應(yīng)洛. 系統(tǒng)工程. 機(jī)械工業(yè)出版社, 20033.肖艷玲.系統(tǒng)工程理論與方法.石油工業(yè)出版社,20034.梁軍, 趙勇. 系統(tǒng)工程導(dǎo)論. 化學(xué)工業(yè)出版社, 20055.陳宏民. 系統(tǒng)工程導(dǎo)論. 高等教育出版社, 20066.梁迪, 董海. 系統(tǒng)工程. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005,第1章 系統(tǒng)工程概述,第1節(jié)：泡茶問(wèn)題 第2節(jié)：系統(tǒng)思想 第3節(jié)：系統(tǒng)概念 第4節(jié)：系統(tǒng)工程,第1節(jié) 泡茶問(wèn)題,華羅庚先生的

3、泡茶,“想泡壺茶喝。當(dāng)時(shí)的情況是：開(kāi)水沒(méi)有，開(kāi)水壺要洗，茶壺茶杯要洗，火已升了，茶葉也有了，怎么辦?”,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,工序列表,圖1-1 泡茶系統(tǒng)工程備選方案工序圖,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,泡茶工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié),幾大步驟： 確定問(wèn)題

4、 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,一.系統(tǒng)思想的形成與發(fā)展,第2節(jié) 系統(tǒng)思想,系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即：“只見(jiàn)森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段“只見(jiàn)樹(shù)木”階段“先見(jiàn)森林，后見(jiàn)樹(shù)木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。 古代中國(guó)和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻(xiàn)。,1.古代樸素的系統(tǒng)思想 2.機(jī)械論的整體觀3.辨證的系統(tǒng)思想,三.系統(tǒng)思想的要點(diǎn) (1)把要研究的問(wèn)題看做一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)整體。 (2)在把一個(gè)問(wèn)題當(dāng)做系統(tǒng)來(lái)看待的指導(dǎo)思想下，找出這個(gè)系統(tǒng)或整體的合理組成部分以及組成部分之間的合理關(guān)系。 (

5、3)解決問(wèn)題要有一個(gè)合理步驟或程序。 （4)無(wú)論對(duì)整體，還是對(duì)過(guò)程都應(yīng)有協(xié)調(diào)、選優(yōu)以及從定性到定量解決問(wèn)題的思想。,1.系統(tǒng)定義: 系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上相互區(qū)別、相互依賴和相互制約的單元(或要素、組成部分)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的具有特定功能的有機(jī)整體。,2.系統(tǒng)要素: 系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的基本組成部分稱為要素，它是完成系統(tǒng)某種功能無(wú)須再細(xì)分的最小單元。系統(tǒng)要素是根據(jù)系統(tǒng)的目的及所應(yīng)具備的功能確定的。,第3節(jié) 系統(tǒng)的概念,3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu): 系統(tǒng)的要素及其聯(lián)系稱為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)要素在時(shí)間與空間上有機(jī)聯(lián)系與相互作用的方式或秩序，是決定系統(tǒng)功能的內(nèi)因，是為功能服務(wù)的。,系統(tǒng)組成部分相互聯(lián)系、制約和作用

6、是通過(guò)物質(zhì)、能量和信息形式實(shí)現(xiàn)的。具有相同組成部分的系統(tǒng)，由于他們的制約、作用關(guān)系的不同而具有不同的系統(tǒng)功能。,4.系統(tǒng)環(huán)境: 與系統(tǒng)及系統(tǒng)要素相關(guān)聯(lián)的其他外部要素的集合稱為系統(tǒng)環(huán)境。,5.系統(tǒng)邊界: 系統(tǒng)與系統(tǒng)環(huán)境的分界稱為系統(tǒng)邊界。,系統(tǒng)每時(shí)每刻所處的情況稱為系統(tǒng)狀態(tài)；系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間的變化稱為系統(tǒng)行為。系統(tǒng)對(duì)其環(huán)境的作用叫系統(tǒng)輸出；環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用叫系統(tǒng)輸入。,6.系統(tǒng)功能: 系統(tǒng)功能是通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系表現(xiàn)出來(lái)的。即作為一個(gè)系統(tǒng)，一股具有將某種輸入經(jīng)過(guò)處理產(chǎn)生某種輸出的特定功能,圖1-2 系統(tǒng)的基本概念圖,系統(tǒng)的功能,F（C，S，E） C: 組成要素；S: 結(jié)構(gòu)；F: 功能；E: 環(huán)境

7、.,系統(tǒng)的要素,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),環(huán)境因素,圖1-3 系統(tǒng)活動(dòng)結(jié)構(gòu)圖,圖1-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,三.系統(tǒng)的特征 系統(tǒng)的特征，是從各種具體的系統(tǒng)中抽象出來(lái)的系統(tǒng)的共性。作為系統(tǒng),一般具有下面五大特征:,1目的性 系統(tǒng)的目的是由系統(tǒng)各組成部分的目標(biāo)共同作用的結(jié)果。,2.整體性 系統(tǒng)是由相互聯(lián)系的各個(gè)部分組成的有機(jī)整體，它作為一個(gè)整體面貌存在于特定的環(huán)境之中。下面是系統(tǒng)整體性的理解。,1)系統(tǒng)是一個(gè)集合。2) 系統(tǒng)整體聯(lián)系的統(tǒng)一性。 3)系統(tǒng)功能的非加和性。,3.相關(guān)性 系統(tǒng)的各個(gè)組成部分是相互聯(lián)系和制約的，這是系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)性。,4.層次性 由于客觀事物的復(fù)雜性使系統(tǒng)具有多層次結(jié)構(gòu)。即系統(tǒng)從橫向分解為若干子

8、系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)從縱向又可層層分解下去，分解為若干層次的子系統(tǒng)，最后層次為要素。系統(tǒng)、分系統(tǒng)和系統(tǒng)要素構(gòu)成了層次結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)也稱為遞階結(jié)構(gòu)。,5.環(huán)境適應(yīng)性 系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境的變化，以獲取生存和發(fā)展能力的性質(zhì)，就是系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。,第4節(jié) 系統(tǒng)工程,三.系統(tǒng)工程在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中的地位,工程技術(shù)層次-各門系統(tǒng)工程 技術(shù)科學(xué)層次-運(yùn)籌學(xué)、控制論、信息論等 基礎(chǔ)科學(xué)層次-一般系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)理論等 哲學(xué)層次-系統(tǒng)觀，是辯證唯物主義的一部分。 系統(tǒng)工程是最接觸實(shí)踐的層次，是以各類可控系統(tǒng)為對(duì)象的工程技術(shù)。,系統(tǒng)工程的概念:,1 系統(tǒng)工程有系統(tǒng)與工程兩方面 從系統(tǒng)看工程：用系統(tǒng)

9、的觀點(diǎn)和方法解決工程問(wèn)題。工程泛指系統(tǒng)的組織建立，系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)管理，系統(tǒng)的更新改造。 從工程看系統(tǒng)：用工程的方法建造系統(tǒng)。 這里SE理解為：用系統(tǒng)思想作指導(dǎo)，以系統(tǒng)方法和工程方法為工具，去建造人們需要的新系統(tǒng)或改造原有的舊系統(tǒng)，使之更加合理、更加完善、更加科學(xué)。,2 系統(tǒng)工程的定義,錢學(xué)森：“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、實(shí)驗(yàn)和使用的科學(xué)方法” ，“系統(tǒng)工程是一門組織管理技術(shù)”。 SE定義的基本點(diǎn)： （1）SE既是一種方法論，又是一門工程技術(shù)，主要是組織管理技術(shù)； （2）SE是一門邊緣學(xué)科； （3）SE組織協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)各要素的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)最優(yōu)化。,系統(tǒng)工程的定義 系統(tǒng)工

10、程就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，跨學(xué)科的考慮問(wèn)題，運(yùn)用工程的方法去研究和解決各種系統(tǒng)問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的綜合最優(yōu)化。 理解：系統(tǒng)工程是一門邊緣科學(xué)，是一門工程技術(shù)。它把自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中有關(guān)的思想、理論、方法、策略和手段，根據(jù)系統(tǒng)總體協(xié)調(diào)的需要，進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，綜合運(yùn)用。對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成要素、組織機(jī)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、實(shí)施和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的綜合最優(yōu)化。達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)。,3.系統(tǒng)工程的基本特征,一個(gè)系統(tǒng)，兩個(gè)最優(yōu)。 綜合性：組成綜合；研究綜合；學(xué)科綜合；考核效益綜合。 科學(xué)性：數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。,4.系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程,系統(tǒng)科學(xué)是用統(tǒng)一的系統(tǒng)方

11、法研究任何控制論系統(tǒng)的行為和控制的學(xué)科領(lǐng)域，它主要研究有組織的大系統(tǒng)或一般系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和量變規(guī)律 系統(tǒng)科學(xué)分為：系統(tǒng)方法論、系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程 系統(tǒng)工程是系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用部分，是系統(tǒng)科學(xué)中與社會(huì)經(jīng)濟(jì)決策和工程管理關(guān)系最密切的一部分,系統(tǒng)工程與其他工程和管理技術(shù)的區(qū)別在于系統(tǒng)工程的綜合性，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面: (1)研究對(duì)象的綜合性。 (2)應(yīng)用學(xué)科的綜合性。 (3)評(píng)價(jià)考核的綜合性。,從目前發(fā)展情況來(lái)看，系統(tǒng)工程的主要理論基礎(chǔ)是運(yùn)籌學(xué)。其主要分支有： 運(yùn)籌學(xué) 控制論 信息論 一般系統(tǒng)論 耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論 大系統(tǒng)與大系統(tǒng)理論,(1) 大系統(tǒng)的特征 規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合,（2） 大

12、系統(tǒng)理論的基本內(nèi)容,大系統(tǒng)模型化 就是為大系統(tǒng)分析和綜合而設(shè)計(jì)模型，包括數(shù)學(xué)模型、網(wǎng)絡(luò)模型和物理模型 大系統(tǒng)分析 就是對(duì)已有的大系統(tǒng)或設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行各種定性的、定量的、動(dòng)態(tài)的、靜態(tài)的理論分析或?qū)嶒?yàn)研究； 大系統(tǒng)綜合 就是對(duì)籌建或改建的大系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃決策、總體設(shè)計(jì)、制定協(xié)調(diào)計(jì)劃和組織管理辦法，解決大系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制、最優(yōu)管理問(wèn)題也就是所謂大系統(tǒng)“最優(yōu)化”問(wèn)題。,（3） 大系統(tǒng)理論的研究方法 控制理論與控制論、系統(tǒng)工程和運(yùn)籌學(xué)、模糊集合論,八.系統(tǒng)工程學(xué)科性質(zhì),在科學(xué)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)工程屬于工程技術(shù)，是一門新興的交叉學(xué)科 系統(tǒng)工程是以研究大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)為對(duì)象的一門交叉學(xué)科，它是把自然科

13、學(xué)和社會(huì)科學(xué)的某些思想、理論、方法、策略和手段等根據(jù) 總體協(xié)調(diào)的需要，有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，把人們的生產(chǎn)、科研或經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有效地組織起來(lái)，應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法和計(jì)算機(jī)等,八.系統(tǒng)工程學(xué)科性質(zhì),技術(shù)工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)，從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目的，以便最充分地發(fā)揮人力、物力的潛力，通過(guò)各種組織管理技術(shù)，時(shí)局部和整體之間的關(guān)系協(xié)調(diào)配合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化.,系統(tǒng)工程的基本思想即是在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制作，運(yùn)用中所采用的思想方法，體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的基本特點(diǎn)，以下歸納為三個(gè)基本原理：,1.整體協(xié)調(diào)原理，即全局性觀點(diǎn)。 2. 反饋控制原理。 3. 最優(yōu)化原理。最優(yōu)化的觀點(diǎn)貫穿于系統(tǒng)工程的始終，它是系統(tǒng)工程的指導(dǎo)思想和力爭(zhēng)目標(biāo)。 系統(tǒng)工程的最終目的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。,九.系統(tǒng)工程的基本原理,思