ch系統(tǒng)工程理論與方法論P(yáng)PT課件

1、第1頁第二章 SE理論與方法論 第一節(jié) SE理論 第二節(jié) SE基本工作過程第1頁/共36頁第2頁系統(tǒng)理論包括： 1、老三論（形成于20世紀(jì)四十年代）： 一般系統(tǒng)論、控制論和信息論。 2、新三論（形成于20世紀(jì)七十年代）： 耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論和突變論。 3、其他理論： 運(yùn)籌學(xué)、高等數(shù)學(xué)、集合論等等第一節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)第2頁/共36頁第3頁 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)及其工具一般系統(tǒng)論控制論運(yùn)籌學(xué)信息論發(fā)展（理論基礎(chǔ)）耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)突變論集合論第3頁/共36頁第4頁 一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)及突變論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和SE的理論基礎(chǔ)第4頁/共36頁第

2、5頁 1、一般系統(tǒng)論（general system theory) 創(chuàng)始人：美籍奧地利理論生物學(xué)家貝塔朗菲 1945年發(fā)表關(guān)于一般系統(tǒng)論 研究復(fù)雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學(xué)科 第5頁/共36頁第6頁 一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生 背景：本世紀(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。例如，生命的起源、生命的本質(zhì)等問題，就存在兩種激烈爭(zhēng)論的觀點(diǎn)第6頁/共36頁第7頁機(jī)械論與活力論 機(jī)械論觀點(diǎn)：認(rèn)為生物體應(yīng)像機(jī)械體一樣服從物理學(xué)、化學(xué)所闡明的各種規(guī)律，也就是說，把生命問題簡(jiǎn)化為物理和化學(xué)問題，純粹用物理原因和化學(xué)原因來說明一切生命的生理現(xiàn)象和心理過程。 -無法說明

3、生命體的統(tǒng)一性. 活力論觀點(diǎn)：認(rèn)為不能把生命現(xiàn)象簡(jiǎn)單地歸結(jié)為物理與化學(xué)過程，但卻用“超自然的活力”來解釋生命現(xiàn)象，認(rèn)為有機(jī)界和無機(jī)界之間有一道不可逾越的鴻溝，支配生物體的是一種超物質(zhì)力量。 有機(jī)體第7頁/共36頁第8頁有機(jī)體 美藉奧地利生物理論專家貝塔朗菲等人不滿于機(jī)械論和活力論的解釋，提出有機(jī)體概念，強(qiáng)調(diào)要從整體關(guān)聯(lián)角度看問題。 后來，“有機(jī)體”概念被進(jìn)一步發(fā)展為“一般系統(tǒng)論”。第8頁/共36頁第9頁 一般系統(tǒng)論堅(jiān)決反對(duì)活力論與機(jī)械論 1、反對(duì)簡(jiǎn)單相加的觀點(diǎn)，認(rèn)為系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地等于各部分之和； 2、反對(duì)機(jī)械觀點(diǎn)，認(rèn)為有機(jī)整體各部分的關(guān)系不能用機(jī)械關(guān)系來解釋； 3、反對(duì)被動(dòng)反應(yīng)觀點(diǎn)，即生物活動(dòng)

4、不是受環(huán)境刺激作出簡(jiǎn)單信息，而是具有自調(diào)功能的活動(dòng)，有機(jī)體對(duì)于環(huán)境的干擾具有調(diào)節(jié)能力。第9頁/共36頁第10頁 2、信息論 信息論產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代末，主要?jiǎng)?chuàng)立者是美國的數(shù)學(xué)家香農(nóng)（）和維納。 （信息科學(xué)） 研究對(duì)象：信息 研究?jī)?nèi)容：信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法 研究工具：計(jì)算機(jī)、光導(dǎo)纖維 研究目標(biāo)：擴(kuò)展人類的信息功能。第10頁/共36頁第11頁什么是信息 香農(nóng)對(duì)信息的定義：不確定性的減少 即：信息量是把某種不確定性趨向于確定的一種度量，信息量的大小取決于消息的不確定減少程度，不確定減少程度越大，則信息量越大；不確定減少程度小則信息量越少。 消息與信息的關(guān)系？ 判斷：消息等同于信息？ 消息是信

5、息的攜帶者，但并非每條消息都帶 有信息，或帶有同等信息量的信息第11頁/共36頁第12頁 例：到會(huì)場(chǎng)找人 消息A：某人在會(huì)場(chǎng)里 消息B：某人在會(huì)場(chǎng)的偶數(shù)排 消息B所含的信息量比消息A大，因?yàn)橄更容易減少不確定性。第12頁/共36頁第13頁信息論的基本思想 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。 信息論的基本思想： 通訊和控制系統(tǒng)：信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)； 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)：信息變換過程，通過系統(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)。 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13頁/共36頁第14頁信息論的類型 狹義信息論：即香

6、農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。 一般信息論：主要研究通訊問題，但還包括噪聲理論、信號(hào)濾波與預(yù)測(cè)、調(diào)制、信息處理等問題。 廣義信息論：不僅包括前兩項(xiàng)的研究?jī)?nèi)容，而且包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。第14頁/共36頁第15頁3、控制論（Cybernatics）概念：控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的控制規(guī)律為對(duì)象的一門科學(xué)。包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、建模及簡(jiǎn)化等。標(biāo)志：維納于1948年出版了控制論一書發(fā)展：經(jīng)典控制論現(xiàn)代控制論大系統(tǒng)控制理論第15頁/共36頁第16頁 耗散結(jié)構(gòu)理論 協(xié)同學(xué) 突變論第16頁/共36頁第17頁 5、 運(yùn)籌學(xué) 運(yùn)籌學(xué)形成于

7、二戰(zhàn)期間。 運(yùn)籌學(xué)（Operational research，OR）是為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)對(duì)其控制下的事務(wù)、活動(dòng)采取策略而提供定量依據(jù)的科學(xué)方法；是在實(shí)行管理的領(lǐng)域，運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法，對(duì)需要進(jìn)行管理的問題進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、做出決策的一門應(yīng)用學(xué)科。第17頁/共36頁第18頁運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容運(yùn)籌學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)劃對(duì)策論決策論線性規(guī)劃非線性規(guī)劃動(dòng)態(tài)規(guī)劃一般線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃目標(biāo)規(guī)劃排隊(duì)論圖論存儲(chǔ)論可靠性理論論第18頁/共36頁第19頁第二節(jié) 系統(tǒng)工程方法論 方法（method）是完成一個(gè)既定目標(biāo)的具體技術(shù)與工具； 方法論（methodology）即關(guān)于方法的理論，是進(jìn)行探索的一般途徑，它高于方法，是對(duì)方法使用的指導(dǎo)。第19頁

8、/共36頁第20頁系統(tǒng)工程方法論 系統(tǒng)工程方法論是系統(tǒng)工程思考問題和處理問題的一般方法和總統(tǒng)框架； 系統(tǒng)工程方法論也是系統(tǒng)工程的基本工作過程的一個(gè)體現(xiàn)。第20頁/共36頁第21頁系統(tǒng)工程基本工作過程 -霍爾三維結(jié)構(gòu) -切克蘭德方法論第21頁/共36頁第22頁 規(guī)劃階段 設(shè)計(jì)階段 分析階段 運(yùn)籌階段 實(shí)施階段 運(yùn)行階段 更新階段 運(yùn)籌學(xué) 控制論 社會(huì)科學(xué) 工程技術(shù) 邏輯維 知識(shí)維 時(shí)間維 實(shí)施計(jì)劃 決策 最優(yōu)化 模型化 系統(tǒng)方案綜合 系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì) 擺明問題 霍爾三維結(jié)構(gòu)示意圖 美國學(xué)者ADHall 1969系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣T-L一、霍爾三維結(jié)構(gòu)第22頁/共36頁第23頁霍爾三維結(jié)構(gòu) 一項(xiàng)復(fù)雜工程

9、，可以從三個(gè)方面加以考察 時(shí)間方面：各項(xiàng)工作在時(shí)間上有先后并且互相依賴； 邏輯思維方面：圍繞決策的一系列工作相互依存并按一定的邏輯順序展開； 知識(shí)方面：工程需要多項(xiàng)知識(shí)的支撐。第23頁/共36頁第24頁（一）時(shí)間維 規(guī)劃階段 設(shè)計(jì)階段 分析或研制階段 運(yùn)籌或生產(chǎn)階段 系統(tǒng)實(shí)施或安裝階段 運(yùn)行階段 更新階段第24頁/共36頁第25頁 上述7個(gè)階段是按時(shí)間先后順序排列的，故稱之為“時(shí)間維”； 由于時(shí)間維上的每一階段又可細(xì)分為許多相互聯(lián)系的活動(dòng)，這種劃分又稱為系統(tǒng)工程方法論的粗結(jié)構(gòu)。第25頁/共36頁第26頁案例：三峽工程 第一階段：規(guī)劃 1919年孫中山建國方略：利用三峽的水利資源發(fā)電 1946年

10、薩凡奇計(jì)劃 50年代初期林一山為首的長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室第26頁/共36頁第27頁 第二階段：初步設(shè)計(jì) 解決四個(gè)方面問題： 目標(biāo)進(jìn)行分解和量化； 協(xié)調(diào)目標(biāo)，提出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體的方案； 為實(shí)現(xiàn)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面、環(huán)境方面的保障； 根據(jù)具體方案，對(duì)工程成本費(fèi)用和效益提出更加詳細(xì)的計(jì)算。 總目標(biāo)：發(fā)電、防洪、供水、航運(yùn) 正常蓄水位：230米、235米；壩址設(shè)在南津關(guān)第27頁/共36頁第28頁 第三階段：1958年到1993年10月（研制） 實(shí)施系統(tǒng)工程（生產(chǎn)安裝）之前技術(shù)性很強(qiáng)，工作量最大的階段。需要結(jié)合大批的相關(guān)的工程技術(shù)人員，合作完成。 提出實(shí)施該系統(tǒng)的詳細(xì)的研制方案； 提出詳細(xì)的實(shí)施（

11、生產(chǎn)或施工，包括往后各階段）計(jì)劃。 提出可供施工的藍(lán)圖，包括大壩、船閘、廠房、機(jī)電設(shè)備、輸變電工程等方面的各項(xiàng)研究工作以及最終拿出可供施工和生產(chǎn)的圖紙；按照預(yù)想的進(jìn)程和可能性，提出包括庫區(qū)移民以及工廠的搬遷安置、施工進(jìn)度、水輪發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備、輸變電設(shè)備的研究等，進(jìn)而提出何時(shí)完成第一期工程和第二期工程、何時(shí)全面投產(chǎn)等詳細(xì)的系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃。第28頁/共36頁第29頁 第四階段：生產(chǎn) 根據(jù)系統(tǒng)研制階段所提出的方案和生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件和所有的設(shè)備和裝置； 提出系統(tǒng)的安裝計(jì)劃。完成大壩以及全部水工結(jié)構(gòu)的建筑，船閘、廠房的建設(shè)，水輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備、中央控制臺(tái)、配電室以及其他各種機(jī)電設(shè)備

12、的制造； 提出未來的安裝計(jì)劃； 安置庫區(qū)移民。n第五、六、七階段：安裝、運(yùn)行、更新。第29頁/共36頁第30頁 時(shí)間上可以交叉 研制階段可部分進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)階段就可部分安裝，安裝階段可部分進(jìn)行運(yùn)行。需尋求最佳方案，用計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)（PERT）、圖解評(píng)審技術(shù)（GERT）。第30頁/共36頁第31頁 明確問題 確定目標(biāo)并據(jù)此設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 系統(tǒng)方案綜合 模型化（建模預(yù)測(cè)未來環(huán)境與效果） 最優(yōu)化（方案評(píng)比） 決策 實(shí)施計(jì)劃（二）邏輯維第31頁/共36頁第32頁邏輯框架擺明問題確定目標(biāo)系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)實(shí)施決策第32頁/共36頁第33頁（三）知識(shí)維 該維的內(nèi)容表征從事系統(tǒng)工程工作所需要的知識(shí)(如運(yùn)籌學(xué)、控制論、管理科學(xué)等)，也可反映系統(tǒng)工程的專門應(yīng)用領(lǐng)域(如企業(yè)管理系統(tǒng)工程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、工程系統(tǒng)工程等)。第33頁/共36頁第34頁（四）霍爾三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 研究方法上的整體