第一章 系統(tǒng)工程概述

系統(tǒng)工程（SystemsEngineering,SE）上課時(shí)間地點(diǎn)周一3-46B305周三3-45A304第一章系統(tǒng)工程概述教學(xué)目的:1、了解國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與發(fā)展、全面認(rèn)識(shí)系統(tǒng)工程的發(fā)展和應(yīng)用。2、掌握系統(tǒng)的概念、屬性、特點(diǎn)和分類，了解各種系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系。3、掌握系統(tǒng)工程的基本概念、方法以及應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用第二節(jié)系統(tǒng)工程的研究對(duì)象第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)第四節(jié)系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用一、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況三、系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用一、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展古代中國(guó)和古希臘在系統(tǒng)思想發(fā)展中有突出貢獻(xiàn)普遍聯(lián)系和整體性是科學(xué)系統(tǒng)思想的實(shí)質(zhì)只見森林，不見樹木（樸素的系統(tǒng)思想）只見樹木，不見森林先見森林，后見樹木（科學(xué)的系統(tǒng)思想）1、樸素的系統(tǒng)思想世界是統(tǒng)一的整體古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出“宇宙大系統(tǒng)”；辯證法奠基人之一赫拉克利特認(rèn)為“世界是包括一切的整體”；亞里士多德強(qiáng)調(diào)“整體大于部分的總和”的論點(diǎn)。中國(guó)思想家老子闡明了自然界的統(tǒng)一性。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期李冰父子修建的四川都江堰水利工程。北宋大科學(xué)家沈括的傳世著作《夢(mèng)溪筆談》中所述的丁渭造宮工程。李冰父子建造都江堰公元前256年由蜀郡太守李冰父子組織建造三大主體工程魚嘴(岷江分流)飛沙堰(分洪排沙)寶瓶口(引水)120個(gè)附屬渠堰工程整體的觀念、優(yōu)化的方法和系統(tǒng)的思想工程完工后建立了一套歲修養(yǎng)護(hù)制度形成一個(gè)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的工程總體，使工程具有防洪、灌溉、漂木、行舟等多種功能/view/2240.htm/ycx/index_9_d.html丁渭造宮北宋皇宮失火挖溝取土燒磚引水灌溝成河水路運(yùn)輸建材建筑垃圾填溝復(fù)街系統(tǒng)工程中統(tǒng)籌安排、優(yōu)選方案的典型事例2、科學(xué)系統(tǒng)思想的形成15世紀(jì)下半葉，力學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等相繼從哲學(xué)的統(tǒng)一體中分離，形成了自然科學(xué)。系統(tǒng)思想具有“只見樹木”和“具體化”的特點(diǎn)。19世紀(jì)自然科學(xué)取得了巨大成就，尤其是能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論這三大發(fā)現(xiàn)，使人類對(duì)自然過程相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的飛躍。系統(tǒng)思想具有“先見森林、后見樹木”的特點(diǎn)。辯證唯物主義認(rèn)為，世界是由無數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約、相互作用的過程形成的統(tǒng)一整體。普遍聯(lián)系和整體性思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的實(shí)質(zhì)。二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930年美國(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年美國(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)軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch），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年美國(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III40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)IV1957年H.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年美國(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)之一1965年R.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年美國(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V1972年國(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)到高潮二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況三、系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用20世紀(jì)50～60年代，理論研究與應(yīng)用嘗試，如錢學(xué)森《工程控制論》、華羅庚《統(tǒng)籌法》和許國(guó)志《運(yùn)籌學(xué)》。20世紀(jì)70～80年代，大規(guī)模研究與應(yīng)用，1978年9月27日，錢學(xué)森、許國(guó)志等發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長(zhǎng)篇文章；西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名大學(xué)開始招收了第一批系統(tǒng)工程（SE）專業(yè)碩士研究生。1980年11月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立。20世紀(jì)90年代以來，系統(tǒng)工程的發(fā)展和應(yīng)用出現(xiàn)了新的特點(diǎn)，如范圍和對(duì)象系統(tǒng)規(guī)模越來越大、朝著“巨系統(tǒng)”發(fā)展；系統(tǒng)工程與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合變得異常緊密等。錢學(xué)森簡(jiǎn)介1934年上海交通大學(xué)鐵道機(jī)械系畢業(yè)。1935年留學(xué)美國(guó)，入麻薩諸塞州理工學(xué)院航空系學(xué)習(xí)，后轉(zhuǎn)入加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)航空工程理論。1939年獲美國(guó)加州理工學(xué)院航空與數(shù)學(xué)博士學(xué)位。1955年回國(guó)，是中國(guó)航天事業(yè)的開路人。在應(yīng)用力學(xué)、噴氣推進(jìn)、工程控制論、物理力學(xué)和系統(tǒng)工程等領(lǐng)域有開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。著有《工程控制論》、《物理力學(xué)講義》、《星際航行概論》、《論系統(tǒng)工程》等。(1911.12.11～2009.10.31)，生于上海，祖籍浙江杭州許國(guó)志簡(jiǎn)介1939年考入交通大學(xué)機(jī)械系。1947年底赴美，入堪薩斯大學(xué)，先修機(jī)械工程，獲碩士學(xué)位后轉(zhuǎn)入數(shù)學(xué)系，1953年獲博士學(xué)位。1955年回國(guó)，50年代末到60年代初，許國(guó)志領(lǐng)導(dǎo)并參與了運(yùn)籌學(xué)在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用研究，使運(yùn)籌學(xué)在中國(guó)得到了很大的發(fā)展。幾十年來，許國(guó)志一直致力于運(yùn)籌學(xué)與組合最優(yōu)化的科研工作，為中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平作出了重要貢獻(xiàn)。（1919.4.20～2001.12.15），生于江蘇省揚(yáng)州市第二節(jié)系統(tǒng)工程的研究對(duì)象一、系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)二、系統(tǒng)的類型三、管理系統(tǒng)問題舉例系統(tǒng)工程的研究對(duì)象是組織化的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)一、系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)1、系統(tǒng)的定義2、系統(tǒng)的屬性1、系統(tǒng)（Systems）的定義馮·貝塔朗菲：“系統(tǒng)是相互作用的諸要素的綜合體”。錢學(xué)森：系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體?；咎卣鳎河蓛蓚€(gè)以上的若干要素組成要素之間相互作用、相互依賴，有機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系與作用使得系統(tǒng)具有一定的功能圖1.1系統(tǒng)的基本概念圖S1S2S4S3系統(tǒng)功能：系統(tǒng)與外部環(huán)境相互聯(lián)系和作用過程的秩序和能力S1,S2,S3,S4系統(tǒng)要素系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)要素相互聯(lián)系和相互作用的方式或秩序系統(tǒng)周界

系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)是由兩個(gè)以上有機(jī)聯(lián)系、相互作用的要素所組成，具有特定功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的整體。系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)的功能F＝Φ（C，S，E）C:組成要素；S:結(jié)構(gòu)；F:功能；E:環(huán)境。

系統(tǒng)的要素

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

環(huán)境因素凡系統(tǒng)都有結(jié)構(gòu)和功能，系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一體；要素是系統(tǒng)形成的基礎(chǔ)，但要素不能直接形成系統(tǒng)的功能，必須通過結(jié)構(gòu)中介，才能形成系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能系統(tǒng)要素不同，則形成的系統(tǒng)功能不同要素相同，要素間關(guān)系不同(結(jié)構(gòu)不同），則形成的系統(tǒng)功能不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間不存在必然的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系圖1.2企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)活動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

物質(zhì)流

信息流原材料庫(kù)

生產(chǎn)車間

辦公室

成品庫(kù)

商品銷售系統(tǒng)社會(huì)供應(yīng)系統(tǒng)工廠生產(chǎn)系統(tǒng)成品輸出

原材料等輸入

外界社會(huì)系統(tǒng)環(huán)境

圖1.3物流信息化系統(tǒng)2、系統(tǒng)的屬性整體性關(guān)聯(lián)性層次性目的性適應(yīng)性（1）整體性系統(tǒng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的相互區(qū)別的要素組成，是一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。系統(tǒng)整體的有機(jī)行為：系統(tǒng)整體功能大于各組成要素的功能總和。多個(gè)要素組合在一起，則功能一定大于各組成部分功能之和？每個(gè)系統(tǒng)要素都不完善，則系統(tǒng)肯定不具備良好的功能？每個(gè)系統(tǒng)要素都良好，則系統(tǒng)功能一定很良好？（2）關(guān)聯(lián)性相關(guān)性是指系統(tǒng)要素間相互聯(lián)系、相互作用、相互依存、又相互制約，具有密切關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)整體目標(biāo)，建立系統(tǒng)各要素之間的合理關(guān)系，以消除相互間的盲目聯(lián)系和無效行動(dòng)，避免“內(nèi)耗”，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效果。（3）層次性任何一個(gè)系統(tǒng)都可分解為一系列不同層次的子系統(tǒng)，它本身又是所從屬的一個(gè)更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。即任何系統(tǒng)向上可合，向下可分。系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)指系統(tǒng)組分（子系統(tǒng)）與組分（子系統(tǒng)）間關(guān)聯(lián)方式的總和。關(guān)聯(lián)方式主要是因果關(guān)聯(lián)，表現(xiàn)為樹狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（4）目的性任何一個(gè)系統(tǒng)都有它的目的，否則，也就失去了這個(gè)系統(tǒng)存在的價(jià)值和意義。任何一個(gè)系統(tǒng)具有一定的功能，這是區(qū)別各種系統(tǒng)的標(biāo)志。系統(tǒng)的目的一般用更具體的目標(biāo)來體現(xiàn)。（5）適應(yīng)性任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境，與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換，環(huán)境的變化必會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部各要素的變化。不適應(yīng)環(huán)境變化的系統(tǒng)沒有生命力，只有經(jīng)常與環(huán)境保持最優(yōu)適應(yīng)的系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)持續(xù)良性發(fā)展。二、系統(tǒng)的類型分類標(biāo)準(zhǔn)分類分類標(biāo)準(zhǔn)分類組成部分的屬性自然系統(tǒng)形態(tài)實(shí)體系統(tǒng)人造系統(tǒng)概念系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系封閉系統(tǒng)規(guī)模小型系統(tǒng)開放系統(tǒng)中型系統(tǒng)所處的狀態(tài)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)大型系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)超大型系統(tǒng)系統(tǒng)工程研究的系統(tǒng)屬于哪種類型？三、管理系統(tǒng)問題舉例國(guó)家政策市場(chǎng)研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)競(jìng)爭(zhēng)狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會(huì)需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財(cái)、人、信息生產(chǎn)控制庫(kù)存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務(wù)調(diào)查經(jīng)營(yíng)目標(biāo)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備技術(shù)文件勞動(dòng)力勞動(dòng)手段勞動(dòng)對(duì)象環(huán)境分析經(jīng)營(yíng)決策與計(jì)劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖1-1工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)過程示意圖第三節(jié)SE的概念與特點(diǎn)一、系統(tǒng)工程的概念二、系統(tǒng)工程的特點(diǎn)一、系統(tǒng)工程的概念系統(tǒng)工程是從總體出發(fā)，合理開發(fā)、運(yùn)行和革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法與技術(shù)的總稱。功能：開發(fā)、運(yùn)行和革新系統(tǒng)對(duì)象：大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)容：思想、程序、方法和技術(shù)簡(jiǎn)單而言，系統(tǒng)工程是運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法尋找解決系統(tǒng)問題最優(yōu)方案的方法和技術(shù)總稱。二、系統(tǒng)工程的學(xué)科特點(diǎn)——交叉性學(xué)科不同于一般的工程技術(shù)學(xué)科，SE處理的對(duì)象主要是信息、并注重為決策服務(wù)，因此是一門“軟科學(xué)”。系統(tǒng)工程在自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間架設(shè)了一座溝通的橋梁。系統(tǒng)工程學(xué)是以大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)問題為研究對(duì)象，在運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)理論、管理科學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展和成熟起來的一門交叉性學(xué)科。三、系統(tǒng)工程方法的特點(diǎn)系統(tǒng)工程方法的思想和應(yīng)用要求遵循以下四個(gè)觀點(diǎn)：整體性的觀點(diǎn)（前提）總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)（目的）多種方法綜合運(yùn)用的觀點(diǎn)（手段）問題導(dǎo)向及反饋控制觀點(diǎn)（保障）系統(tǒng)工程方法特征：先確定整體框架，再進(jìn)行內(nèi)部詳細(xì)設(shè)計(jì)將系統(tǒng)要素適當(dāng)配置提高整體功能，“綜合即創(chuàng)造”軟科學(xué)人與信息重要、多次反饋和反復(fù)協(xié)商、科學(xué)性與藝術(shù)性第四節(jié)系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域社會(huì)系統(tǒng)工程：開放復(fù)雜巨系統(tǒng)，多層次、多區(qū)域、多階段的特點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程：價(jià)格系統(tǒng)分析、消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析等；區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程：區(qū)域投入產(chǎn)出分析、區(qū)域城鎮(zhèn)布局、區(qū)域資源合理配置等；環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程：大氣生態(tài)系統(tǒng)、流域生態(tài)系統(tǒng)等；能源系統(tǒng)工程：電子系統(tǒng)規(guī)劃、節(jié)能規(guī)劃等；水資源系統(tǒng)工程：水能利用規(guī)劃、水污染控制