系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程概述

系統(tǒng)工程經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院工業(yè)工程系孫其龍目前一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點教材：

汪應(yīng)洛主編：《系統(tǒng)工程》（第4版）機械工業(yè)出版社出版社

2008年8月目前二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點參考書籍王眾托等，系統(tǒng)工程引論，電子工業(yè)出版社，2006白思俊等，系統(tǒng)工程，電子工業(yè)出版社，2006陳宏民等，系統(tǒng)工程導(dǎo)論，高等教育出版社，2006譚躍進(jìn)等，系統(tǒng)工程原理，國防科大出版社，1999孫東川等，系統(tǒng)工程導(dǎo)論，清華大學(xué)出版社，2004目前三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點教學(xué)過程考核作業(yè)或?qū)嵺`報告（15分）：2-3次。均為下次上課前交，否則，作業(yè)成績一律為零。出勤要求（15分）：三次未到，平時成績?yōu)榱憧荚囆问剑洪]卷平時成績（30%）+考試成績（占70%）目前四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點課程學(xué)習(xí)目的、要求

通過課程學(xué)習(xí)，掌握系統(tǒng)工程方法論，能用系統(tǒng)的觀點分析問題，并掌握系統(tǒng)工程分析解決問題的基本概念、基本原理和基本方法，初步具有運用系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)決策與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計劃等系統(tǒng)工程方法分析解決實際問題的能力。目前五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點目前六頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點7第一章系統(tǒng)工程概述SystemsEngineering（SE）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)工程的研究對象第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點第四節(jié)系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域目前七頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用一、系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與發(fā)展系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，即：“只見森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段→“只見樹木”階段→“先見森林，后見樹木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻(xiàn)。

整體思想和聯(lián)系思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實質(zhì)。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)及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和SE的理論基礎(chǔ)。目前八頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點樸素的系統(tǒng)思想哲學(xué)認(rèn)識：把世界當(dāng)作統(tǒng)一的整體“宇宙大系統(tǒng)”---德謨克利特“世界是包括一切的整體”---赫拉克利特“整體大于部分”---亞里士多德目前九頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點中國系統(tǒng)思想老子：“無為而治”、道法自然西周：五行說金木水火土傳統(tǒng)思想：天時、地利、人和以和為貴、家和萬事興中醫(yī)：望聞問切，形、氣、色飲食：色、香、味、鮮目前十頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點中國軍事孫子兵法十三篇打仗要把道（義）、天時、地利、將才、法治綜合起來考慮《內(nèi)經(jīng)》《易經(jīng)》古代工程：都江堰都江堰的創(chuàng)建，以不破壞自然資源，充分利用自然資源為人類服務(wù)為前提，變害為利，使人、地、水三者高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一。目前十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點目前十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點目前十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點啟示：將所面對的事物或問題，作為一個系統(tǒng)來加以思考分析，從而獲得對事物整體的認(rèn)識，或找到解決問題的恰當(dāng)?shù)霓k法?，F(xiàn)實生活中，不善于進(jìn)行系統(tǒng)思維就容易遭受挫折或造成損失，而善于著眼于系統(tǒng)就能夠獲得巨大成功。目前十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點都江堰位于四川省中部岷江中，已有2000多年歷史，是當(dāng)今世界上唯一留存的以無壩引水為特征的宏大水利工程，由戰(zhàn)國時期秦國的李冰設(shè)計修造。都江堰包括“魚嘴”分水工程、“飛沙堰”分洪排沙工程、“寶瓶口”引水工程三大主體工程和120個附屬渠堰工程，工程之間的聯(lián)系處理得恰到好處，形成一個協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的工程總體。它充分利用當(dāng)?shù)匚鞅备?、東南低的地理條件，根據(jù)江河出山口處特殊的地形、水脈、水勢，乘勢利導(dǎo)，無壩引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共為體系，保證了防洪、灌溉、水運和社會用水綜合效益的充分發(fā)揮。都江堰的創(chuàng)建，以不破壞自然資源，充分利用自然資源為人類服務(wù)為前提，變害為利，使人、地、水三者高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一。目前十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點都江堰建堰2250多年來，依舊保存完好，經(jīng)久不衰，發(fā)揮著巨大的效益。都江堰創(chuàng)建時的魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口引水口三大主體工程和百丈堤、人字堤等附屬工程至今猶存。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和灌區(qū)范圍的擴大，從1936年開始，逐步改用混凝土漿砌卵石技術(shù)對渠首工程進(jìn)行維修、加固，增加了部分水利設(shè)施，古堰的工程布局和“深淘灘、低作堰”，“乘勢利導(dǎo)、因時制宜”，“遇灣截角、逢正抽心”等治水方略沒有改變，都江堰發(fā)揮的效益越來越大。截至1998年，灌溉面積達(dá)到了6.87萬公頃，同時，為四川50多個大、中城市，數(shù)百家工礦企業(yè)提供了工業(yè)和生活用水，成為世界最佳水資源利用的典范。目前十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點科學(xué)系統(tǒng)思想“只見森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段缺乏實踐的檢驗→“只見樹木”階段形而上的思想→“先見森林，后見樹木”辯證唯物主義世界是相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體。目前十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點18二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況目前十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況目前十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點二、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況目前二十頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點三、系統(tǒng)工程在中國的發(fā)展及應(yīng)用上世紀(jì)50至60年代，我國的一些研究機構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的償試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。錢學(xué)森《工程控制論》華羅庚《統(tǒng)籌法》許國志《運籌學(xué)》目前二十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點70年代末、80年代初我國大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開始《文匯報》關(guān)于系統(tǒng)工程的文章招收第一批系統(tǒng)工程專業(yè)碩士研究生中國系統(tǒng)工程學(xué)會在北京成立目前二十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點管理科學(xué)與工程管理學(xué)工學(xué)控制科學(xué)與工程系統(tǒng)工程理學(xué)系統(tǒng)科學(xué)系統(tǒng)理論系統(tǒng)分析與集成博士學(xué)位國內(nèi)與系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科研究生學(xué)位授予

目前二十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點1201管理科學(xué)與工程清華大學(xué)北京大學(xué)

北方交通大學(xué)…….山東大學(xué)山東師范大學(xué)……..共計68個單位

目前二十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點系統(tǒng)工程理論和方法的應(yīng)用 人口問題能源規(guī)劃人才和教育規(guī)劃農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略軍事系統(tǒng)工程水資源的開發(fā)利用………..目前二十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點90年代以來90年代以來，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)果和強勁勢頭。目前二十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點27第二節(jié)系統(tǒng)工程的研究對象一、系統(tǒng)的概念及特點系統(tǒng)工程的研究對象是組織化的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)。而“系統(tǒng)”作為系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程和整個系統(tǒng)科學(xué)的基本研究對象，需要正確理解和深刻認(rèn)識。研究對象：目前二十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點一、系統(tǒng)的概念及特點系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由兩個以上有機聯(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。該定義有以下四個要點：(1)系統(tǒng)及其要素(2)系統(tǒng)和環(huán)境(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(4)系統(tǒng)的功能目前二十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點實例人和高等動物有8個系統(tǒng)，即消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等。以上系統(tǒng)構(gòu)成了人體和動物體，并且在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)下，互相聯(lián)系、互相制約，共同完成整個生物體的全部生命活動，以保證生物體個體生存和種族綿延。

目前二十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點1、系統(tǒng)及其要素系統(tǒng)是由兩個以上要素組成的整體，構(gòu)成這個整體的各個要素可以是單個事物（元素），也可以說一群事物組成的分系統(tǒng)、子系統(tǒng)等目前三十頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點2、系統(tǒng)與環(huán)境環(huán)境是對系統(tǒng)有影響但與系統(tǒng)任何要素的相互聯(lián)系或相互作用又都弱于系統(tǒng)要素間任何相互聯(lián)系或相互作用的那些實體的集合。目前三十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點3、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就是所有組分間關(guān)聯(lián)方式的總和。目前三十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點4、系統(tǒng)的功能任何系統(tǒng)都有其存在的作用和價值，也即有其特定的功能系統(tǒng)功能的實現(xiàn)受到其環(huán)境和結(jié)果的影響目前三十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點系統(tǒng)的功能各種系統(tǒng)的特定功能是大不一樣的，從一般意義上講，系統(tǒng)的功能如圖1.1圖1.1處理與轉(zhuǎn)換輸入

物質(zhì)、能量和信息輸出

物質(zhì)、能量和信息目前三十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點其他系統(tǒng)舉例物流系統(tǒng)運輸系統(tǒng)航空系統(tǒng)交通系統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)目前三十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點一、系統(tǒng)的概念及特點系統(tǒng)的一般屬性:（1）整體性（2）關(guān)聯(lián)性（3）環(huán)境適應(yīng)性目前三十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點系統(tǒng)特性（1）整體性。整體恒大于各孤立部分的簡單之和。（2）目的性。系統(tǒng)工作者進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、分析與控制、運轉(zhuǎn)時，必須事先弄清其目的性，否則是無法構(gòu)成一個良好和有序的現(xiàn)實系統(tǒng)的。（3）有序性

。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和層次的動態(tài)演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性。（4）相關(guān)性。科學(xué)發(fā)展的全部成就證明了現(xiàn)實世界普遍聯(lián)系的觀點。系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的要素集中了各部件或要素的特性和行為相互制約與相互影響的關(guān)系，正是這種相關(guān)性確定了系統(tǒng)性特有的整體形態(tài)與功能。37目前三十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點（5）復(fù)雜性?，F(xiàn)代系統(tǒng)一般是多結(jié)構(gòu)、多目標(biāo)、多功能、多參數(shù)、多層次、多輸入、多變化的系統(tǒng)。（6）適應(yīng)性。系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間通常都有物質(zhì)、能量和信息交換。因此，一般結(jié)構(gòu)良好的系統(tǒng)必須具有反饋系統(tǒng)、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以保持對客觀環(huán)境的適應(yīng)能力。（7）動態(tài)性。系統(tǒng)的動態(tài)性是指其狀態(tài)與時間的關(guān)系。開放系統(tǒng)因與外界的物質(zhì)能量和信息交換，而系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可隨時變化，系統(tǒng)的發(fā)展是一個有方向性、周期性的動態(tài)反饋過程。（8）開放性。系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系。

目前三十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點SWOT分析從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，分析系統(tǒng)所處的環(huán)境SWOT分析代表分析企業(yè)優(yōu)勢（strength）、劣勢（weakness）、機會（opportunity）和威脅（threats）。因此，SWOT分析實際上是將對企業(yè)內(nèi)外部條件各方面內(nèi)容進(jìn)行綜合和概括，進(jìn)而分析組織的優(yōu)劣勢、面臨的機會和威脅的一種方法。

目前三十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點選擇一個你所熟悉的系統(tǒng)問題說明1、系統(tǒng)的功能及其要素2、系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出3、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（最好用框圖表達(dá)）4、系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、環(huán)境的關(guān)系目前四十頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點二、系統(tǒng)的分類型1、自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)2、實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)3、動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)4、封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)目前四十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點一、系統(tǒng)工程的概念定義：用定量與定性相結(jié)合的系統(tǒng)思想和方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)的問題，無論是系統(tǒng)的設(shè)計或組織建立，還是系統(tǒng)的經(jīng)營管理，都可以統(tǒng)一地看成是一類工程實踐，統(tǒng)稱為系統(tǒng)工程。目前四十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點43錢學(xué)森對系統(tǒng)工程的定義：系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、試驗和使用的科學(xué)方法。簡言之“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)”。目前四十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點一般認(rèn)為，系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)，分析各單元的內(nèi)在聯(lián)系和約束條件（關(guān)系），作統(tǒng)籌安排，發(fā)揮各單元的功能，基于系統(tǒng)思想的定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)方法及計算機等技術(shù)工具處理大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的問題，從而達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)的目的。目前四十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點例子泡茶問題華羅庚先生的泡茶“想泡壺茶喝。當(dāng)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?”目前四十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點一、問題描述1.目標(biāo)：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(biāo)。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)。泡茶問題目前四十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點二、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。泡茶問題目前四十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點2目標(biāo)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。泡茶問題目前四十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點所以，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。泡茶問題目前四十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點三、定性策劃幾個備選方案泡茶問題根據(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(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。目前五十頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點泡茶問題四、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)論目前五十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點泡茶問題工序列表目前五十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點泡茶問題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目前五十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點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：丙泡茶問題目前五十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點泡茶工程經(jīng)驗總結(jié)泡茶問題幾大步驟：確定問題目標(biāo)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、工序圖法目前五十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十六點系統(tǒng)工程強調(diào)以下觀點：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點（前提）

(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點（目的）

(3)多種方法綜合運用的觀點（手段）

(4)問題導(dǎo)向及反饋控制觀點（保障