第1章-系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

1、系統(tǒng)工程 Systems Engineering,2024/3/19,北京物資學院信息學院,1,課程摘要,2024/3/19,北京物資學院信息學院,2,,系統(tǒng)工程是20世紀中期開始興起的一門綜合性學科，內容涉及系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結構、協(xié)同學、突變論、運籌學、決策理論、大系統(tǒng)理論、建模與仿真技術等諸多方面。 系統(tǒng)工程是從總體出發(fā)，合理規(guī)劃、開發(fā)、運行、管理及保障一個系統(tǒng)所需思想、理論、方法與技術的總稱。,哲

2、學思想,基礎科學,技術科學,工程技術,,,,引子,2024/3/19,北京物資學院信息學院,3,Why？,客觀世界三要素：物質、能量和信息不斷豐富，事物間聯(lián) 系加強。世界朝復雜性增加的方向發(fā)展，各項工作需抓總。 案例：阿波羅登月計劃。,阿波羅計劃：,歷時11年，涉及20000多家企業(yè)、420000工程技術人員、120所大學和科研機構、 1000多萬個零部件……涉及 火箭工程、控制工程、通信工程、電子工程、計算機工程、醫(yī)學、心理學等學科。

3、 但該計劃的成功未采用一項新技術，完全是綜合運用現(xiàn)有技術成果的結果，是大型系統(tǒng)工程成功的典范。,引子,2024/3/19,北京物資學院信息學院,4,Why？,要求：,? 具有從整體、全局駕馭工作的能力和習慣，能統(tǒng)籌策劃； ? 在知識結構上，是“T”型人才；,? 善于和上下級、左右機構與同志聯(lián)系工作，溝通思想，能 夠團結不同專業(yè)、不同觀點的專家一道工作； ? ……,引子,2024/3/19,北京物資學院信息學院,5,Why？,? 用系

4、統(tǒng)觀、整體觀去認識問題；,? 用系統(tǒng)科學、系統(tǒng)工程方法論的觀點來思考問題； ? 用系統(tǒng)工程技術來處理問題。,無論如何，我們將被迫在知識的一切領域中運用 “整體”或者“系統(tǒng)”來處理復雜性問題，這將是對科學思維的一個根本改造。,——貝塔朗菲,學一點系統(tǒng)工程！,肯德基：,1987年進入中國市場。,目前在中國擁有1700多家分店。,6,引子,不能單靠傳統(tǒng)方法進行大型復雜系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、 制造、試驗和使用，易割斷普遍聯(lián)系，“頭痛醫(yī)頭、腳痛

5、醫(yī)腳” 。,案例：阿斯旺高壩。1972年聯(lián)合國環(huán)境大會稱其為 “一個完全失敗的工程”。,7,引子,阿斯旺高壩的得失：,效益：良好的灌溉、廉價的電力、控制洪澇、旅游。 苦果：,?,泥沙和有機物沉積到水庫底部，使兩岸綠洲失去肥源，,土壤日益貧瘠；,?,下游入海口盛產沙丁魚的漁場毀于一旦；,?,尼羅河河口供砂不足，河口三角洲平原從向海伸展變?yōu)?向陸地退縮；,?下游的活水成為相對靜止的“湖泊”，為血吸蟲、瘧蚊提 供了生存條件，水庫一帶居民的血吸

6、蟲發(fā)病率高達80%；,?阿斯旺大壩成為敵方攻擊的最好目標。,OK,8,引子,? 直接登月,登月方案,篩選比較,? 地球軌道交會,幾十個,? 月球軌道交會,論證,計算,月球軌道交會方案,9,引子,月球軌道交會方案,OK,10,課程學習要求,2024/3/19,北京物資學院信息學院,11,Ⅰ.了解系統(tǒng)工程的基本概念，學習系統(tǒng)工程的基本思想，會用系統(tǒng)工程的基本思想去看待問題、認識問題；,Ⅱ. 掌握系統(tǒng)工程一些常用的、重要的方法，如多級遞階結構

7、分析法、模糊綜合評價法、系統(tǒng)動力學方法、計算機仿真方法等；,Ⅲ. 應用所學系統(tǒng)工程的思想和方法解決社會、經濟、工程等系統(tǒng)性問題。,內容,2024/3/19,北京物資學院信息學院,12,系統(tǒng)與系統(tǒng)工程 重點系統(tǒng)工程基本理論 一般、難點復雜系統(tǒng)理論 一般、難點系統(tǒng)工程方法論 重點系統(tǒng)模型與仿真

8、 重點、難點系統(tǒng)分析 重點系統(tǒng)評價 一般、難點系統(tǒng)決策 一般系統(tǒng)預測 一般,主要參考資料,2024/3/19,北京物資學院信息學院,13,[1] 孫東川，林福永，孫凱. 系統(tǒng)工程引論

9、（第2版）.[M]北京：清華大學出版社，2009.5[2] 郁濱（等）.系統(tǒng)工程理論. [M]合肥：中國科學技術大學出版社.2009.2[3]譚躍進. 系統(tǒng)工程原理[M]. 國防科學技術大學出版社, 2003.[4] 薛惠鋒，張駿（等）.現(xiàn)代系統(tǒng)工程引論. [M]北京：國防工業(yè)出版社.2006.4[5] 苗東升.系統(tǒng)科學大學講稿. [M]北京：中國人民大學出版.2007.11[6] 顏澤賢，范冬萍，張華夏.系統(tǒng)科學導論-復雜性

10、探索. [M]北京：人民出版社.2006.9[7] 涂序彥. 大系統(tǒng)控制論. [M]北京：國防工業(yè)出版社，2003.10[8] 陳森發(fā). 復雜系統(tǒng)建模理論與方法.[M]南京：東南大學出版社，2005.4[9]許國志. 系統(tǒng)科學[M]. 上?？萍冀逃霭嫔? 2004.[10]許國志. 系統(tǒng)科學與工程研究[M]. 上海科技教育出 版社, 2001.[11]汪應洛.系統(tǒng)工程錢學森的諸多著作,本章主要內容,2024/3/19,北京

11、物資學院信息學院,14,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/19,北京物資學院信息學院,15,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6

12、系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.1系統(tǒng)的概念,概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,16,英文,拉丁文,Systems,Syn + histemi,S,“在一起” + “放置”,? 直觀理解：把一些東西 “放置”“在一起”就形成“S”。,什么是系統(tǒng) ？ 學術界的認識并不完全一致,1.1系統(tǒng)的概念,1.1.1 系統(tǒng)的定義,2024/3/19,北京物資學院信息學院,17,美

13、國的《韋氏（Webster）大辭典》：“有組織的或被組織化的整體；結合著的整體所形成的各種概念和原理的結合；由有規(guī)則的相互作用、相互依賴的形式組成的諸要素集合?！?日本的JIS（日本工業(yè)標準）中：“許多組成要素保持有機的秩序向同一目的的行動的集合體?！?1.1系統(tǒng)的概念,1.1.1 系統(tǒng)的定義,2024/3/19,北京物資學院信息學院,18,前蘇聯(lián)大百科全書中：“一些在相互關聯(lián)與聯(lián)系之下的要素組成的集合，形成了一定的整體性、統(tǒng)一性。

14、” 《中國大百科全書·自動控制與系統(tǒng)工程》：“由相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。”,1.1系統(tǒng)的概念,1.1.1 系統(tǒng)的定義（錢學森）:,2024/3/19,北京物資學院信息學院,19,?,S是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的,具有特定功能的有機整體。,基本特征：,? S由若干元素組成； ? 元素之間相互作用、相 互依賴；,? 由于元素間的相互作 用，使得 S作為一個整 體具有特定的

15、功能。,1.1系統(tǒng)的概念,1.1.2 系統(tǒng)的屬性,2024/3/19,北京物資學院信息學院,20,整體性集合性層次性相關性目的性環(huán)境適應性,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,21,整體性,S由兩個或兩個以上的能相互區(qū)別的要素組成，又是一個不可分割的有機整體。,? 部分在整體中才存在，如手、腳之于人，鋼鐵工業(yè)之于國民經濟系統(tǒng)。,,拿破侖的著名論斷：,馬木留克兵,—— 法國兵,2,>,3,

16、(馬兵單個格斗能力強),100,約等于,100,1500,<,1000,(法兵紀律嚴明、相互協(xié)調),即使每個要素都良好，但作為整體卻無某種良好功能， 不能稱為完善S；相反，一個S中即使每個要素并不都很完 善，但它們也可協(xié)調、綜合成為具有良好功能的S。,22,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,23,集合性層次性,任何一個S都可分解為一系列不同層次的子 S，它本身又是所從屬的一個更大S的子S。,即任何S

17、向上可合，向下可分。,系統(tǒng)是由許多（至少2個）可以相互區(qū)別的要素組成,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,24,層次性,系統(tǒng)的層次結構：組分（子系統(tǒng)） 及組分（子系統(tǒng)）間關聯(lián)方式的總和。,關聯(lián)方式主要是因果關聯(lián)（數(shù)學和 邏輯關系），表現(xiàn)形式有樹狀結構和網 狀結構兩種。,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,25,層次性,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,26,相關性

18、,S各要素間有密切關系，相互影響、相互制 約、相互作用，牽一發(fā)而動全身。故要求S內各 要素應根據(jù)整體目標，盡量避免“內耗”，設法 提高S整體運行效果。,目的性,通常S都具有某種目的。為達到既定目的，S 都具有一定功能，這是區(qū)別各種S的標志。 S目的一般用更具體的目標來體現(xiàn)。,1.1系統(tǒng)的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,27,環(huán)境適應性,S都存在于一定環(huán)境，與外界存在物質、能 量和信息交換，環(huán)境的變化必會引起S內部各要 素

19、的變化。,不適應環(huán)境變化的S沒有生命力，只有能經 常與環(huán)境保持最優(yōu)適應的S，才是具有不斷發(fā)展 勢頭的理想S。,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/19,北京物資學院信息學院,28,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.2系統(tǒng)的分類,2024/3/19,北京物資

20、學院信息學院,29,可以從不同的角度將系統(tǒng)分為不同的類別:按照系統(tǒng)屬性分類按照系統(tǒng)與環(huán)境的關系分類按照系統(tǒng)的綜合復雜程度分類錢學森院士的分類,1.2系統(tǒng)的分類,2024/3/19,北京物資學院信息學院,30,1.2.1 按照系統(tǒng)的屬性進行分類 按照不同的標準，系統(tǒng)有不同的分類。按照屬性可以分為自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng)；實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)等。自然系統(tǒng)：太陽系、地質構造、森林等；社會系統(tǒng)：工廠、學校，農業(yè)系

21、統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)等；實體系統(tǒng)：礦物、生物、工廠、學校等；概念系統(tǒng)：學科體系、規(guī)章制度、指揮系統(tǒng)等。,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.2 按照系統(tǒng)與環(huán)境的關系進行分類1. 孤立系統(tǒng) 外界沒有任何物質、能量、信息的交流，即，與周圍環(huán)境沒有任何相互作用的系統(tǒng)。 嚴格來說，自然界并不存在這樣的系統(tǒng)，它是因研究需要而提出來的一種理想模型。當系統(tǒng)與外界的相互作用小到可以忽略時，可以被近似看成是孤立系統(tǒng)。,2024/3

22、/19,北京物資學院信息學院,31,1.2系統(tǒng)的分類,2. 開放系統(tǒng) 與外界既有物質交換、又有能量交換的系統(tǒng)?，F(xiàn)實的事物之間總會存在千絲萬縷的聯(lián)系，所以客觀世界中的系統(tǒng)大多是這類系統(tǒng)。 這里所研究的開放系統(tǒng)是，起碼與兩個源（兩個熱源或兩個物質源）相接觸，通過交換而形成的一種活的系統(tǒng)。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,32,1.2系統(tǒng)的分類,3. 封閉系統(tǒng) 與外界沒有物質交

23、換但有能量交換的系統(tǒng)。封閉系統(tǒng)是統(tǒng)計物理學與熱力學中的概念。 如上所述，如果系統(tǒng)只與一個熱源接觸，最終必定實現(xiàn)平衡態(tài)，我們仍將其歸入孤立系統(tǒng)；如果系統(tǒng)與外界多個熱源交換熱量，我們將其劃歸為開放系統(tǒng)。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,33,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.3 按照組成系統(tǒng)的實際內容進行分類1.物質系統(tǒng)：組成物質系統(tǒng)的基本元素是原子、分子等無機物質。物理學、化學等自然科學的研究對象都屬于此類系統(tǒng)，如

24、地質系統(tǒng)。2. 生物系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的基本元素是“活”的生物組織。系統(tǒng)對環(huán)境有能動的適應性，使自身在自然界中得以生存和發(fā)展，如蛋白質系統(tǒng)。3. 人類系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的基本元素是人。人對于環(huán)境不僅有適應性，而且能夠主動控制和改造環(huán)境，使系統(tǒng)更適應人類需要，如社會經濟系統(tǒng)。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,34,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.4 按照系統(tǒng)內各子系統(tǒng)之間的相互關系進行分類1.線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中某部分的變化引起其余部

25、分的變化是線性的，或者說系統(tǒng)的輸入線性迭加時，系統(tǒng)的輸出也線性迭加，就稱該系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。2.非線性系統(tǒng)：與線性系統(tǒng)相對，系統(tǒng)內部各組元之間的影響不是線性的，或者說系統(tǒng)的輸入、輸出不滿足迭加原理。 對大部分的非線性系統(tǒng)模型，當它的變量保持在一定范圍之內時，往往被近似表達為線性系統(tǒng)。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,35,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.5 按照系統(tǒng)狀態(tài)與時間的關系進行分類1.靜態(tài)系統(tǒng)：其狀態(tài)不

26、隨時間改變的系統(tǒng)。 這類系統(tǒng)沒有記憶，即某時刻的輸出僅與系統(tǒng)當前輸入有關，而與其它時刻的輸入無關。研究靜態(tài)系統(tǒng)相當于分析系統(tǒng)某一定態(tài)的性質。2. 動態(tài)系統(tǒng)：系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化的系統(tǒng)。 動態(tài)系統(tǒng)在某時刻的輸出與其它時刻的輸入有關。研究動態(tài)系統(tǒng)，就要研究系統(tǒng)的時間行為，找出系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化的表達式或運行軌跡。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,36,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.6 按照系統(tǒng)的演化特

27、點進行分類1.確定性系統(tǒng)：外界影響確定、系統(tǒng)的演化規(guī)律及子系統(tǒng)之間的相互關系也確定不變的系統(tǒng)。 此類系統(tǒng)用確定性方程即可描述。2. 隨機系統(tǒng)：系統(tǒng)內部存在某種不確定的因素，或者外界對系統(tǒng)施加了隨機擾動，這樣的系統(tǒng)稱之為隨機系統(tǒng)。 此類系統(tǒng)的狀態(tài)變量是隨機變量，常采用概率的方法來描述它的演化行為。,2024/3/19,北京物資學院信息學院,37,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.7 按照系統(tǒng)的綜合復雜程度

28、進行分類,2024/3/19,北京物資學院信息學院,38,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.7按照系統(tǒng)的綜合復雜程度進行分類,2024/3/19,北京物資學院信息學院,39,小系統(tǒng)(幾個、十幾個元素或子系統(tǒng)),簡單系統(tǒng),{,系,大系統(tǒng)(上百、上千個元素或子系統(tǒng)),統(tǒng),簡單巨系統(tǒng),巨,系,統(tǒng),一般復雜巨系統(tǒng),{,(成萬上億，上百,復雜巨系統(tǒng),億，萬億個元素),{,特殊復雜巨系統(tǒng),{,1.2系統(tǒng)的分類,1.2.7按照系統(tǒng)的綜合復雜程度進行分類,20

29、24/3/19,北京物資學院信息學院,40,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/19,北京物資學院信息學院,41,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.3系統(tǒng)的結構與功能,2024/3/19,北京物資學院信息學院,42,? S各要素相互聯(lián)系和相互作用的方式或

30、秩序稱S結構。 ? S與外部環(huán)境相互聯(lián)系和作用過程的秩序和能力稱S功能。 故結構是從內部對S的整體性的刻畫，而功能是從外部刻畫了S對象的整體性質。,凡S都有結構和功能，即S是結構和功能的統(tǒng)一體。 要素是S形成的基礎，但要素不能直接形成S的功能，它必須通過結構這個中介，才能獲得S的功能。,1.3系統(tǒng)的結構與功能,2024/3/19,北京物資學院信息學院,43,系統(tǒng)可以理解為是一種處理和轉換機構，它把輸入轉變?yōu)槿藗兯枰妮敵?/p>

31、。從上圖可以看出，系統(tǒng)的功能包括：接受外界的輸入；在系統(tǒng)內進行處理和轉換（加工、組裝）；向外界輸出。,1.3系統(tǒng)的結構與功能,2024/3/19,北京物資學院信息學院,44,S的功能和結構的關系： S =f ( E ，R ),S（Systems）,—— 系統(tǒng),E（Elements）,—— 要素的集合,R（Relationship）—— 要素之間各種關系的集合,由上式可知，作為一個S，必須包括其要素的集合與要 素之間關系的集合，兩者缺一

32、不可。兩者結合起來，才能決 定一個S的結構與功能。,1.3系統(tǒng)的結構與功能,2024/3/19,北京物資學院信息學院,45,補充說明：,?,要素不同，會形成不同功能的S；,?,要素相同，但要素間關系不同，也會產生不同的S；,?,相同功能可用不同結構來實現(xiàn)，,如人腦與電腦具有不同的結構，但在某些方面卻具有相同的功能； ?　S的結構與功能之間不存在必然的一一對應關系。,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/19,北京物資學院信息學院,4

33、6,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,47,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,48,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院

34、信息學院,49,戰(zhàn)國時期川西太守李冰父子,主持修建。目標：利用岷江水資 源灌溉川西平原、防洪與航運。 包括三大工程及120多項配套工 程。其總體構思是系統(tǒng)思想的杰 出運用。,都江堰水利工程示意圖,兩千多年來，都江堰一直 發(fā)揮巨大效益，是我國最成功,的水利工程之一。,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,50,?（2）19世紀上半葉辨證唯物主義誕生，奠定S理論基礎,? 近代自然科學發(fā)展了研究自然界的獨

35、特方法，包括實驗、解 剖和觀察，把自然界的細節(jié)從自然聯(lián)系中抽出來分別研究。 這種方法移植到哲學中，成為形而上學的思維方式，阻礙了 對系統(tǒng)整體的了解。,? 自然科學三大發(fā)現(xiàn)（細胞學說、生物進化論、能量守恒與轉 化定律）使人類對自然過程的相互聯(lián)系的認識顯著提高；,? 馬克思、恩格斯——“我們已能近乎S的形式描繪出一幅自然 界聯(lián)系的清晰圖畫”，“世界是由無數(shù)相互聯(lián)系、依賴、制約、 作用的事物和過程形成的統(tǒng)一整體” 。,這種“普遍聯(lián)系及其整

36、體性思想”就是現(xiàn)代的S概念， 為S理論的創(chuàng)立奠定了基礎。,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,51,?（3） 20世紀40年代S理論創(chuàng)立,L.V.Bertalaffy（貝塔朗菲），美籍奧地利理論生物學家。,?,1925年，提出生物學機體理論；,?,1928年，發(fā)表《現(xiàn)代發(fā)展理論》；,?,1932年，發(fā)表《理論生物學》；,?,1937年，在芝加哥大學講課中口頭提出一般系統(tǒng)理論,(General Sys

37、tems Theory, GST)；,?,1945年，《關于GST》在《德國哲學周刊》第18期發(fā)表；,?,1954年，在美國創(chuàng)立“一般系統(tǒng)理論（GST）學會”；,?,1968年，發(fā)表《 GST：基礎、發(fā)展和應用》；,?,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,52,《GST》中批判了舊生物學受“機械論”影響，存在三大錯誤， 提出“有機論”生物學的三個基本觀點。二者主要區(qū)別：,“機械論”舊生物學,“有機論

38、”生物學,（1）簡單相加觀點,（1）S觀點,把有機體分解為各個部分，并用簡單相,一切有機物均是一個S，其功能和特性是：,加來描述其功能和特性：,整體,>,∑（部分）,整體,＝,∑（部分）,（2）被動反應觀點,（2）動態(tài)觀點,有機體只有受到刺激時才作出反應，否,一切有機體均處于積極的運動狀態(tài)之中，,則便靜止不動。,均是一個開放S。,（3）機器觀點,（3）等級（層次）觀點,把生命現(xiàn)象比作機器，認為“動物即機,有機體均按嚴格的等級層次組

39、織起來，生,器”，“人即機器”。,物S是等級森嚴、層次分明的。,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,53,?（4） 第二次世界大戰(zhàn)以后SE開始出現(xiàn),SE與S科學的區(qū)別：前者是工程技術，后者是基礎理論。,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,54,1.4系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學,2024/3/19,北京物資學院信息學院,55,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/1

40、9,北京物資學院信息學院,56,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,57,1.5.1 系統(tǒng)工程的定義美國著名學者H.切斯納美國著名學者H·切斯納給出的系統(tǒng)工程的定義為：“系統(tǒng)工程認為雖

41、然每個系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關系，但是每一個系統(tǒng)都是完整的整體，每一個系統(tǒng)都要求有一個或若干個目標。系統(tǒng)工程則是按照各個目標進行權衡，全面求得最優(yōu)解（或滿意解）的方法，并使各部分能夠最大限度地互相適應?！?1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,58,1.5.1 系統(tǒng)工程的定義三浦武雄系統(tǒng)工程與其它工程學不同之處在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊

42、界空白的邊緣科學。因為系統(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學的領域，還涉及到社會、經濟和政治等領域，為了圓滿解決這些交叉領域的問題，除了需要某些縱向的專門技術以外，還要有一種技術從橫向把它們組織起來，這種橫向技術就是系統(tǒng)工程。也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術和理論等體系化的總稱。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,59,1.5.1 系統(tǒng)工程的定義 《中國大百科全書·自動控制與系統(tǒng)工程

43、卷》“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術。它是系統(tǒng)科學中直接改造世界的工程技術?！比毡竟I(yè)標準（JIS）規(guī)定“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息流動和控制機構等進行分析與設計的技術。”,美國軍用標準MIL-STD-499A：“系統(tǒng)工程是將科學和工程技術的成就應用于：,?通過運用定義、綜合、分析、設計、試驗和評價的 反復迭代過程，將作戰(zhàn)需求轉變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性能參數(shù) 和系統(tǒng)

44、技術狀態(tài)的描述；,?綜合有關的技術參數(shù)，確保所有物理、功能和程序 接口的兼容性，以便優(yōu)化整個系統(tǒng)的定義和設計； ?將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程和其它有關因素綜合到整個工程工作之中，以滿足費用、 進度、保障性和技術性能指標?！?1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,61,1.5.1 系統(tǒng)工程的定義錢學森系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統(tǒng)都具

45、有普遍意義的方法。 系統(tǒng)工程是一門立足整體，統(tǒng)籌全局，整體與局部的辯證統(tǒng)一，有機結合分析和綜合，運用數(shù)學方法和計算機工具，使系統(tǒng)達到整體最優(yōu)的方法性學科。 是對傳統(tǒng)理論與技術的系統(tǒng)化整合與應用,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,62,系統(tǒng)工程的進一步理解 系統(tǒng)工程運用系統(tǒng)的思想來指導工程規(guī)劃、工程管理、工程實施，是從系統(tǒng)的認識出發(fā)，進行合理的研究

46、和設計的工程技術。 因此可以把系統(tǒng)工程稱作為達到系統(tǒng)目標而對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息流動和控制機構等進行分析和設計的技術，它包括各種原理和方法。如系統(tǒng)分析、網絡分析、分解－協(xié)調技術等。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,63,系統(tǒng)工程的進一步理解 系統(tǒng)工程是以復雜工程問題為研究對象的一門交叉學科 ，既包括思維和管理方法，又包括系統(tǒng)化的工程技術。 把自然科學和

47、社會科學的思想、理論、方法、技術和手段等根據(jù)總體的需要，有機結合，把人們的生產、科研或經濟活動有效地組織起來，應用定量分析和定性分析相結合的方法以及計算機等技術工具，對系統(tǒng)的構成要素、組成結構、信息交換和反饋控制等功能進行分析、設計、制造和服務從而達到最優(yōu)設計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目的，通過各種組織管理技術，使局部和整體之間的關系協(xié)調配合，以實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,64,1

48、.5.2 系統(tǒng)工程的特點,研究方法整體化,把研究對象和過程看作一個整體，從整體出發(fā)考慮 局部，局部服從整體，兼顧和處理局部之間的關系，S本 身還要與“父”S相適應，才能保證S總體效果最優(yōu)。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,65,1.5.2 系統(tǒng)工程的特點,處理關系協(xié)調化,用SE方法分析和處理問題，不僅要考慮S內部部分與 部分之間、部分與整體之間、S與環(huán)境之間的相互關系， 且要協(xié)調處理好這些關系，使其密切配

49、合、相輔相承。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,66,1.5.2 系統(tǒng)工程的特點,科技應用綜合化,SE以大型復雜S為研究對象，涉及因素多，涉及學 科領域廣。因此須綜合運用自然科學、社會科學、工程 技術等各門學科和領域的成就，充分發(fā)揮跨學科、跨行 業(yè)、跨部門的綜合優(yōu)勢。,如：阿波羅計劃。,1.5系統(tǒng)工程的概念,2024/3/19,北京物資學院信息學院,67,1.5.2 系統(tǒng)工程的特點,追求目標最優(yōu)化,SE是

50、實現(xiàn)S最優(yōu)化的組織管理技術。因此，SE不 僅提出最優(yōu)的S目標，采用目標導向的方法尋求實現(xiàn)S 目標的可行方案，且要運用最優(yōu)化技術從中選擇社會 認可、經濟合算、技術先進、時間最省、S總體效益最 好的最優(yōu)方案（或滿意方案）付諸實施。,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/3/19,北京物資學院信息學院,68,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程

51、的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,69,1.6.1 系統(tǒng)工程產生的背景系統(tǒng)工程的整個發(fā)展過程可以分為如下三個階段：萌芽階段（1940年～1957年）： 由于科學技術、經濟發(fā)展以及戰(zhàn)爭的需要，使得人們面對的問題越來越龐大、越來越復雜。為了將這些的問題解決好，人們開始不自覺地利用系統(tǒng)的思想，從整體上來把握和分析問題。發(fā)

52、展階段（1957年～1965年）： 控制論、信息論和運籌學等相關學科都有了比較迅速的發(fā)展，為系統(tǒng)工程的快速發(fā)展和更為廣泛的運用，提供了理論上和技術上的支持。基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段（1965年至今）： 系統(tǒng)工程的應用已經進入到實現(xiàn)社會工程和經濟管理等具體領域的各種復雜系統(tǒng)的最優(yōu)控制、最優(yōu)管理的階段。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,70,萌芽階段,在這個階段，由于科學技術、經濟發(fā)展

53、以及戰(zhàn)爭的需要，使得人們面對的問題越來越龐大、越來越復雜。為了將這樣的問題解決好，人們開始不自覺地利用系統(tǒng)的思想，從整體上來把握和分析問題。 此階段的特點是：由于實際的需要，系統(tǒng)工程已經開始被一些單位研究開發(fā)和簡單應用，這一階段實踐的發(fā)展為理論體系的形成做出了比較充分的準備。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,71,萌芽階段,二次大戰(zhàn)后SE開始出現(xiàn),?20世紀40年代末，美國貝爾公司發(fā)展微波通信網時

54、首次提 出“SE”一詞，提出工程應按S思想分階段進行的工作方式； ?曼哈頓計劃； ?Rand公司；,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,72,發(fā)展階段,在萌芽階段，通過系統(tǒng)工程方法對實際問題的一些運用且取得的良好效果，使人們逐漸認識到系統(tǒng)工程的作用，并越來越重視這種方法，一些系統(tǒng)性的研究得以開展。再加上20世紀40~50年代，控制論、信息論和運籌學等相關學科都有了比較迅速的發(fā)展，為系統(tǒng)工程的快速發(fā)展

55、和更為廣泛的運用，提供了理論上和技術上的支持。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,73,發(fā)展階段,?1957年，E.W.Engstrom的《SE——一個正在成長的新概 念》發(fā)表在美《電工工程》雜志57-2期上； ?1957年，Goode和Machal合作出版SE第一本書《SE》；,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,74,發(fā)展階段,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,202

56、4/3/19,北京物資學院信息學院,75,發(fā)展階段,1962年，麥克納馬拉任美國防部長時，提出“PPBS” (Planning Programming Budgeting System)，要求三軍統(tǒng)一預 算，武器開發(fā)研制須進行費效分析，強制推行SE。任職7年間 節(jié)約軍費數(shù)百億美元，改變了空間技術落后蘇聯(lián)的局面，被稱 為“越南戰(zhàn)場的敗將，武器開發(fā)的能手”。,美國召開首次SE學術年會，會后出版了文集； 64年發(fā)行全國性雜志《SE》；,19

57、64年前后,亞利桑那，賓州，麻省理工等校設立SE專業(yè)或系； 正式批準設立SE博士學位并開始授予。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,76,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,在這個階段，系統(tǒng)工程學的應用已經進入到解決社會工程和經濟管理等具體領域的各種復雜系統(tǒng)的最優(yōu)控制、最優(yōu)管理的階段。系統(tǒng)工程學作為一門現(xiàn)代的組織管理技術，受到了世界各國政府部門和學術界日益廣泛的重視和應用。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024

58、/3/19,北京物資學院信息學院,77,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,? R.E.Machol編寫《SE使用手冊》，1965年；? A. D.Hall:《 Systems Engineering Methodlogy 》,1962年；,?,《 Three-Dininsional Morphology of SE 》,1969年；,? H.Chestnut:《SE方法》，1964年；,?,《SE工具》，1967年；,?,1965年，英國

59、蘭徹斯特大學開始開設SE課程；,? 日本從60年代起步，70年代掀起高潮； ? 前蘇聯(lián)SE研究由自控專業(yè)起步，發(fā)展迅速。,1969.7.16 ~24，提前兩年實現(xiàn)了人類登月，標志著人類組織 管理技術上迎來了一個新時代，因此阿波羅計劃的成功被贊譽為 “SE的輝煌成就”。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,78,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,阿波羅登月中的創(chuàng)建性工作:,? 方案的開發(fā)和選擇,? 詳盡而

60、明確的研制規(guī)劃制定 ? 總體性能指標的控制 ? 解決系統(tǒng)內部接口問題 ? 系統(tǒng)分析與管理的新方法,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,79,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,應用范圍逐漸超出傳統(tǒng)工程領域，擴展到社會、政治、經 濟、軍事、生態(tài)環(huán)境等復雜巨S的開發(fā)研究和長遠規(guī)劃上，并開 始了戰(zhàn)略研究、政策研究等高層次問題的解決。,如：,?1972年10月，IIASA(International Instit

61、ute of Applied System Analysis)正式成立；,?70年代末，西歐10國200多專家開展《2000年的歐洲》； ?田中首相的“日本列島改造論”。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,80,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,81,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學

62、院,82,基本成熟和繼續(xù)發(fā)展階段,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,83,1.6.2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,上世紀50至60年代，我國的一些研究機構和著名學者為SE的研究與應用作了理論上的探討、應用上的償試和技術方法上的準備。其主要標志和集中代表是錢學森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國志的《運籌學》。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,84,1.6.

63、2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,我國大規(guī)模地研究與應用SE是從70年代末、80年代初開始的。在我國改革開放和現(xiàn)代化建設中SE大有作為 60年代初在DF型號研制中已用到計劃與評審技術(PERT)， 并在航天五院組建了總體設計部，初步實踐就取得巨大成績。我 國航天總投資分別只有日、法、美、前蘇聯(lián)的1/10、1/20、1/300、 1/480，但至今穩(wěn)坐第三把交椅，SE功不可沒。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學

64、院信息學院,85,1.6.2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發(fā)表題為“組織管理的技術——系統(tǒng)工程”的長篇文章； 從1978年起，西安交大、天津大學、清華大學、華中理工大學、大連理工大學等國內著名大學開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生； 1979.10，首次SE大會召開，21位專家建議成立中國SE學會； 1980年11月，中國系統(tǒng)工程學會在北京成立； 1980年10月至198

65、1年1月，中國科協(xié)、中央電視臺會同中國系統(tǒng)工程學會、中國自動化學會聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會效果。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,86,1.6.2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,70年代末以來，應用SE理論和方法來研究與解決我國的重大現(xiàn)實問題，在許多領域和方面取得了較好的效果，如： 人口問題的定量研究及應用（始于1978年） 1980 建立中國人口模型并完成百

66、年人口預測。 2000年中國的研究(1983至1985年） 全國和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年） 全國人才和教育規(guī)劃（始于1983年） 農業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年） 區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年） 投入產出表的應用（始于60年代和1976年） 軍事系統(tǒng)工程（始于1978年） 水資源的開發(fā)利用（始于1978年）等。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,2024/3/19,北京物資學院信息學院,87

67、,1.6.2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,普遍認識到：,要對我國改革開放和國防現(xiàn)代化建設中的重大戰(zhàn)略問 題作出明智而有遠見的正確決策，真正實現(xiàn)決策民主化、 科學化和管理現(xiàn)代化，需廣泛運用SE方法統(tǒng)籌規(guī)劃、S分 析、綜合論證、科學決策，以確保社會經濟穩(wěn)定、協(xié)調、 快速發(fā)展。,1.6系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展,1.6.2 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,2024/3/19,北京物資學院信息學院,88,721,000,第1章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,2024/

68、3/19,北京物資學院信息學院,89,1.1 系統(tǒng)的概念1.2 系統(tǒng)的分類1.3 系統(tǒng)的結構與功能1.4 系統(tǒng)思想的發(fā)展與系統(tǒng)科學1.5 系統(tǒng)工程的概念1.6 系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展1.7 系統(tǒng)工程的理論體系1.8 系統(tǒng)工程的應用與展望,1.7系統(tǒng)工程的理論體系,2024/3/19,北京物資學院信息學院,90,錢學森院士非常重視研究系統(tǒng)科學體系、現(xiàn)代科學技術體系和人類知識體系。1981年，他描述了如下圖所示的系統(tǒng)科學體系。,

69、1.7系統(tǒng)工程的理論體系,2024/3/19,北京物資學院信息學院,91,錢學森院士指出：在系統(tǒng)科學這個部門中，系統(tǒng)工程屬于工程技術，其理論基礎是運籌學、控制論和信息論這三門技術科學。正在形成的、關于系統(tǒng)的一般理論--系統(tǒng)學，是系統(tǒng)科學這個部門中的基礎科學。系統(tǒng)科學從各門系統(tǒng)工程到運籌學、控制論和信息論，再到系統(tǒng)學，形成現(xiàn)代科學技術體系中的一個分體系。這個分體系通向馬克思主義哲學的橋梁，是經過現(xiàn)代科學技術大大豐富了的系