第講系統(tǒng)工程概述

第0講系統(tǒng)工程概述電子科技大學空天院陳敏chm_china@163.com0引子

近四十年來，自然與工程科學、社會科學、人文科學的諸多領(lǐng)域不約而同地、相繼地涌現(xiàn)了有關(guān)“系統(tǒng)”的新觀念、新方法和新技術(shù)。

——世界正向復(fù)雜系統(tǒng)的認知與控制邁進！

1何為系統(tǒng)工程？例1：盲人摸象整體部分部分部分部分部分啟示

1）用全面、聯(lián)系的觀點看待和分析問題，才可能有符合實際的正確認識；

2）用正確認識指導(dǎo)實踐，才可能把事情辦好。例2：蜘蛛是用腿來聽聲音的？一天，一蜘蛛落在了阿為桌上，阿為發(fā)現(xiàn)蜘蛛沒長耳朵倒長了許多腿，于是突發(fā)奇想：蜘蛛是用腿來聽聲音的？

當日，他就此向生物老師請教。生物老師是個幽默的人，便說：“你設(shè)計個實驗來證明你的結(jié)論吧?！?/p>

次日，阿為交給生物老師一份實驗報告，內(nèi)容如下：

實驗?zāi)康模鹤C明蜘蛛用腿聽聲音。

實驗材料：小刀一把，蜘蛛一只，桌子一張.

實驗過程：步驟一：將蜘蛛放在桌子上，沖它大喊一聲“爬”?，F(xiàn)象：蜘蛛開始爬行。

步驟二：用小刀將蜘蛛的腿全部去掉，再將蜘蛛放于桌上，沖它大吼一聲“爬”。

現(xiàn)象：蜘蛛一動不動。

結(jié)論：蜘蛛用腿聽聲音！——人類在用自己掌握的技能觀測世界問題：1）現(xiàn)代科學理論證實后真的那么可靠嗎？波粒二相性、燃素……2）人類文明真的達到了很高水平？物質(zhì)精神文明、人類的感官發(fā)展、暗物質(zhì)、人類新的飛躍3）如何正確認識世界？認識事物的基本方法時間空間系統(tǒng)工程：①形成科學認識的學問！正確認識合理控制例3：形勢判斷魏:443萬蜀:94萬吳:230萬謀略“一切人實際出發(fā)，實事求是”！——鄧小平系統(tǒng)工程：②形成科學策略的學問！例4：泡茶問題華羅庚先生的泡茶想泡壺茶喝。當時的情況是：開水沒有開水壺要洗茶壺茶杯要洗火已升了茶葉也有了怎么辦?一、問題描述1.目標：喝到一碗清新的熱茶。2.條件：已有一個茶壺、一包好茶葉、一個燃著的火爐和可用的涼水水源。3.其它要求：以最節(jié)約資源的方式實現(xiàn)目標。4.系統(tǒng)工程研究任務(wù)：為解決喝茶問題設(shè)計一個行動計劃系統(tǒng)(設(shè)計一個解決泡茶問題的行動計劃)。

二、問題分析1資源需求根據(jù)我們的日常經(jīng)驗，現(xiàn)代人類的活動通常需要人、財、物等類資源。在這個泡茶問題上，不涉及資金，所需的資源包括：涼水、茶壺、茶葉、茶碗、火爐。這些資源目前都已齊備，且假設(shè)除人外沒有限制。2目標要求

以最節(jié)約資源的方式泡一壺好茶。這個問題中，前面提到的各項資源除了人力資源外，都是沒有限制的。但實際上，茶壺的大小是確定的，因而所用水是確定的。再假定爐火的發(fā)熱量及熱效率是確定的，那么，一旦裝滿水的茶壺放到火上，其消耗的能源也是確定的。茶葉使用量是有定額的。所以，在泡茶問題上，前述各項資源除隨機干擾外，不存在節(jié)約問題。這個問題，唯一涉及的節(jié)約問題是關(guān)于一種既無限又有限的資源——時間的節(jié)約。3系統(tǒng)工程研究任務(wù)界定設(shè)計一個解決泡茶問題的行動計劃，要求合理安排各道工序，最大限度節(jié)約時間。三、定性策劃幾個備選方案根據(jù)日常經(jīng)驗，對以上泡茶問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。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間3.確定各道工序之間的時間連接關(guān)系4.分析計算每種方案所需的總時間5.做出比較結(jié)論工序列表序號名稱緊前工序工序時間(分)1洗壺無12灌水10.53放壺20.34等水開3155洗杯無16找茶葉無17泡茶4，5，62.28喝茶7洗壺灌水放壺洗杯泡茶拿茶葉等水開115

1

10.30.5喝茶2.20.3丙：洗壺洗杯找茶葉灌水等水開放壺泡茶1150.30.5

11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：方案分析甲方案總時間=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21乙方案總時間=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21丙方案總時間=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19分析結(jié)果：丙方案最節(jié)約時間。方案建議：丙泡茶工程經(jīng)驗總結(jié)幾大步驟：確定問題目標分析需求分析方案策劃系統(tǒng)分析（統(tǒng)計、計算、比較）決策建議方案實施系統(tǒng)原理：最優(yōu)化、并行統(tǒng)籌、工序圖法系統(tǒng)工程：③統(tǒng)籌規(guī)劃與決策優(yōu)化的學問！何為系統(tǒng)工程？①形成科學認識的學問！②形成科學策略的學問?、劢y(tǒng)籌規(guī)劃與決策優(yōu)化的學問！2系統(tǒng)工程有何作用？個人

擁有系統(tǒng)工程思想，掌握系統(tǒng)工程方法，可奠定成為杰出人物的基礎(chǔ)！孔子“半部《論語》治天下”老子道家鼻祖，《道德經(jīng)》《易經(jīng)》《周易》與《詩》、《書》、《禮》、《樂》、《春秋》等奉為經(jīng)典，并稱“六經(jīng)”。《史記·孔子世家》：“讀《易》，韋編三絕?！?/p>

孫子兵法影響后世至深，除儒學外，就屬它了。影響中外！拿破侖活用《孫了兵法》，成為法蘭西皇帝；在波斯彎戰(zhàn)爭中，美國海軍陸戰(zhàn)隊是人手一冊《孫子》英譯本。小結(jié)1）掌握國家層面系統(tǒng)知識——國家級人才2）掌握省市層面系統(tǒng)知識——省市級人才3）掌握企業(yè)層面系統(tǒng)知識——企業(yè)級人才4）掌握專業(yè)層面系統(tǒng)知識——專業(yè)級人才問題你如何規(guī)劃你的人生？國家1964年，第一顆原子彈爆炸成功1967年，氫彈爆炸

1960年中國仿制近程導(dǎo)彈成功。

1964年獨立研制的中近程導(dǎo)彈發(fā)射成功，揭開導(dǎo)彈、火箭發(fā)展史新一頁。

錢學森一家中國二炮部隊地地導(dǎo)彈

中國導(dǎo)彈部隊中國新型的中遠程地空導(dǎo)彈中國各種導(dǎo)彈中國發(fā)射地空導(dǎo)彈中國發(fā)射洲際導(dǎo)彈衛(wèi)星技術(shù)“東方紅一號”重量173公斤，比蘇聯(lián)(83.6公斤)、美國(8.2公斤)、法國(38公斤)、日本(9.4公斤)等國的第一顆人造衛(wèi)星重量總和還要重。衛(wèi)星的跟蹤手段、信號傳遞方式、星上溫控系統(tǒng)也都超過了其它國家第一顆衛(wèi)星的水平。中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”“兩彈一星”的重大意義打破了美蘇兩國對中國的核壟斷與核威脅展示了我國的實力,尤其是增強了國防力量,提高了中國的國際地位為我國現(xiàn)代化建設(shè)創(chuàng)造了安定的環(huán)境,也有利于世界和平促進了其他領(lǐng)域(如航天技術(shù))的發(fā)展載人航天中國已經(jīng)成為世界上第三個掌握載人航天技術(shù)的國家，成為世界航天大國。太空探測2007年10月24日18時05分，搭載著我國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號的長征三號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號塔架點火發(fā)射。都江堰水利工程1940年，美國貝爾實驗室研制電話通信網(wǎng)絡(luò)時，將研制工作分為規(guī)劃、研究、開發(fā)、應(yīng)用和通用工程等五個階段，提出了排隊論原理。1940年，美國曼哈頓計劃，負責人L.R.格羅夫斯和R.奧本海默應(yīng)用了系統(tǒng)工程的思路和方法，大大縮短了工程所耗時間。自覺應(yīng)用系統(tǒng)工程方法而取得重大成果的兩個例子是美國的登月火箭阿波羅計劃和北歐跨國電網(wǎng)協(xié)調(diào)方案。

小結(jié)1）系統(tǒng)工程是使個人走向杰出人物的一把鑰匙！2）它是國家、集團取得重大成功的重要工具！(1)社會系統(tǒng)工程：組織管理社會主義建設(shè)的技術(shù)，研究對象是社會；多層次、多區(qū)域、多階段的特點。(2)宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)工程運用系統(tǒng)工程的方法研究宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)的問題，如國家的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略、綜合發(fā)展規(guī)劃、經(jīng)濟指標體系、投入產(chǎn)出分析、積累與消費比例分析、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析、消費結(jié)構(gòu)分析、價格系統(tǒng)分析、投資決策分析、資源合理配置、經(jīng)濟政策分析、綜合國力分析、世界經(jīng)濟模型等。

3系統(tǒng)工程典型應(yīng)用領(lǐng)域(3)區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程運用系統(tǒng)工程的原理和方法研究區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、區(qū)域綜合發(fā)展規(guī)劃、區(qū)域投入產(chǎn)出分析、區(qū)域城鎮(zhèn)布局和工農(nóng)業(yè)合理布局、區(qū)域資源合理配置、區(qū)域投資規(guī)劃、城市規(guī)劃。城市水資源規(guī)劃、城市公共交通規(guī)劃與管理等。(4)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程研究大氣生態(tài)系統(tǒng)、大地生態(tài)系統(tǒng)、流域生態(tài)系統(tǒng)、森林與生物生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)等系統(tǒng)分析、規(guī)劃、建設(shè)、防治等方面的問題，以及環(huán)境檢測系統(tǒng)、環(huán)境計量預(yù)測模型等問題。(5)能源系統(tǒng)工程研究能源合理結(jié)構(gòu)、能源圖、能源需求預(yù)測、能源供應(yīng)預(yù)測、能源開發(fā)規(guī)模預(yù)測、能源生產(chǎn)優(yōu)化模型、能源合理利用模型、電力系統(tǒng)規(guī)劃、節(jié)能規(guī)劃、能源數(shù)據(jù)庫等問題。例如，熱電廠提高效率問題。(6)水資源系統(tǒng)工程研究河流綜合利用規(guī)劃，流域發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，農(nóng)田灌溉系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計，城市供水系統(tǒng)優(yōu)化模型，水能利用規(guī)劃，水運規(guī)劃，防洪規(guī)劃，水污染控制等問題。

(7)交通運輸系統(tǒng)工程研究鐵路、公路、航運、航空綜合運輸規(guī)劃及其發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路運輸規(guī)劃，鐵路調(diào)度系統(tǒng)，公路運輸規(guī)劃，公路運輸調(diào)度系統(tǒng)，航運規(guī)劃，航運調(diào)度系統(tǒng)，空運規(guī)劃，空運調(diào)度系統(tǒng)，綜合運輸規(guī)劃，綜合運輸優(yōu)化模型，綜合運輸效益分析。(8)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程研究農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，大農(nóng)業(yè)及立體農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)分析，農(nóng)業(yè)綜合規(guī)劃，農(nóng)業(yè)區(qū)域規(guī)劃，農(nóng)業(yè)政策分析，農(nóng)業(yè)投資規(guī)劃，農(nóng)產(chǎn)品需求預(yù)測，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品發(fā)展速度預(yù)測，農(nóng)業(yè)投入——產(chǎn)出分析，農(nóng)作物合理布局，農(nóng)作物栽培技術(shù)規(guī)劃化，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)多層次開發(fā)模型等。(9)工業(yè)及企業(yè)系統(tǒng)工程研究工業(yè)動態(tài)模型，市場預(yù)測，新產(chǎn)品開發(fā)，組織均衡生產(chǎn)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，計劃管理系統(tǒng)，庫存存貯模型，全面質(zhì)量管理，成本核算系統(tǒng)，成本——效益分析，財務(wù)分析，人——機工程，提高生產(chǎn)率方法的系統(tǒng)化，組織理論，激勵機制等。例如，國有企業(yè)的改革(10)工程項目管理系統(tǒng)工程研究工程項目的總體設(shè)計，可行性研究，國民經(jīng)濟評價，工程進度管理，工程質(zhì)量管理。風險投資分析，可靠性分析。工程成本——效益分析等。(11)科技管理系統(tǒng)工程研究科學技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，科學技術(shù)預(yù)測，優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域分析，科學技術(shù)長遠發(fā)展戰(zhàn)略，科學技術(shù)評價，科技人才規(guī)劃，科技管理系統(tǒng)等。

(12)智力開發(fā)系統(tǒng)工程研究人才需求預(yù)測，人才擁有量模型，人才規(guī)劃模型，教育規(guī)劃模型，智力投資規(guī)劃模型，人才結(jié)構(gòu)分析，教育政策分析等。(13)人口系統(tǒng)工程研究人口總目標，人口指數(shù)，人口指標體系，人口系統(tǒng)數(shù)學模型，人口系統(tǒng)動態(tài)特性分析，人口參數(shù)辨識，人口系統(tǒng)仿真，人口普查系統(tǒng)設(shè)計，人口政策分析，人口區(qū)城規(guī)劃，人口系統(tǒng)穩(wěn)定性，人口模型生命表等。(14)軍事系統(tǒng)工程研究國防戰(zhàn)略，作戰(zhàn)模擬，情報，通訊與指揮系統(tǒng)，參謀系統(tǒng)，武器裝備發(fā)展規(guī)劃，后勤保障系統(tǒng)，國防經(jīng)濟學，軍事運籌學等。

4課程目標本課程強調(diào)系統(tǒng)科學的多領(lǐng)域(multi-disciplines)、跨領(lǐng)域(inter-disciplines)、透領(lǐng)域(trans-disciplines)、

的知識特性。我們將通過原理與電腦模擬來引入介紹系統(tǒng)的觀念，同時延伸至科技與社會活動中，目的在于訓練同學獨立的感知、理解、分析和解釋復(fù)雜系統(tǒng)的能力；訓練同學解決復(fù)雜的系統(tǒng)問題能力，進而使學生在面對未來越趨復(fù)雜、變動與高度不可預(yù)測性的科技、社會經(jīng)濟環(huán)境時，擁有更堅實、更自主、更具適應(yīng)力的思考和解決問題的能力。5學習目的樹立“做事要講方法”的觀念建立起系統(tǒng)思考問題、解決問題的思想掌握系統(tǒng)分析問題、解決問題的方法訓練解決復(fù)雜科學、社會問題的能力了解本學科的最新發(fā)展和動態(tài)6學習方法注重系統(tǒng)思考堅持問題導(dǎo)向，理論聯(lián)系實際采用系統(tǒng)化方法7學習內(nèi)容1）系統(tǒng)工程的發(fā)展史和淵源；2）系統(tǒng)學的重要思想與理論；3）系統(tǒng)工程方法論；4）重要系統(tǒng)工程技術(shù)方法；5）典型系統(tǒng)工程案例。8教材與參考書系統(tǒng)工程，汪應(yīng)洛，機械工業(yè)出版社，2008汪應(yīng)洛：系統(tǒng)工程、系統(tǒng)工程導(dǎo)論——