系统科学与系统工程的理论基础

1、第二章 系系统科学与与系统工程程的理论基基础2.1概概述 依据系系统思想建建立完整科科学体系称称为系统科科学 系统科科学研究系系统演化、发展的一一般规律 系统科科学的基本本理论是系系统学,它的技术术基础是运运筹学、控控制论、信信息论等，它它的应用技技术是系统统工程。 系统科科学的研究究对象和其其他学科不不同，它不不是研究某某一特定形形态的具体体系统，它它研究的是是一般系统统，反应的的是自然界界中各门科科学、各个个领域中共共同的东西西。 系统科科学的研究究内容是一一般系统所所具有的概概念，系统统所具有的的共同性质质和系统演演化的一般般规律，具具体内容有有：（1）一一般系统的的概念 系系统的定义义

2、、元素与与结构、物物性与系统统性，实现现与层次、系统与环环境、行为为与功能、存在与演演化、状态态与过程、系统与信信息、系统统分类、模模型方法与与系统描述述等。（2）简简单系统理理论： 线线性系统理理论、信息息论、控制制论、大系系统理论、运筹学、灰色系统统理论、黑黑箱方法等等。（3）开开放系统理理论： 开开放与封闭闭的概念，可可逆与不可可逆，有序序与无序，熵熵及其应用用、平衡无无序、平衡衡有序、非非平衡有序序、生命系系统理论等等。（4）非非线性系统统理论（一一） 连连续动力学学模型、轨轨道、初态态与终态、暂态与空空态、运动动稳定性、结构稳定定性、吸引引子、系统统相图、分分叉与多样样性、突变变与奇

3、异性性、连续混混沌、瞬态态特性与过过程。（5）非非线性系统统理论（二二）离散动力学学模型、离离散映射、元胞自动动机、布尔尔网络、神神经网络、离散混沌沌等。（6）随随机系统理理论 随随机过程与与随机涨落落、估计理理论、主方方程、朗之之万方程，福福克普朗朗克方程、随机稳定定性、随机机系统定态态解、随机机控制。（7）自自组织理论论 自自组织概念念，自组织织与他组织织、自组织织结构、支支配原理序序参量方程程、自适应应、自复制制、自瓦解解、自创性性等。（8）简简单原系统统熵与信息，统统计综合，反反应扩散模模型，非线线性振荡模模型、微扰扰方法、时时间均值分分析、混沌沌的控制。 （99） 复杂杂适应系统统理

4、论 适适应产生的的复杂性、内部结构构、内部模模型、遗传传算法eccho模型型、混沌边边缘与复杂杂性、ANN方法。（10） 开放的复复杂原系统统定性与定量量相结合的的综合集成成法，从定定性到定量量的综合集集成工程。2.2 一般系统统论一、 一般般系统论的的产生 背背景：本世世纪初，物物理学、力力学、化学学等已得到到深入发展展、学科体体系已趋于于完整。 生生物学却仍仍处于一种种想象，试试验的阶段段。例如，生生命的起源源、生命的的本质等问问题，就存存在两种激激烈争论的的观点机械论与活活力论机械论：认认为生物体体应像机械械体一样服服从物理学学、化学所所阐明的各各种规律，也也就是说，把把生命问题题简化为

5、物物理和化学学问题，纯纯粹用物理理原因和化化学原因来来说明一切切生命的生生理现象和和心理过程程。所以无法说说明生命体体的统一性性. 活活力论：认认为不能把把生命现象象简单地归归结为物理理与化学过过程，但却却用“超自然的的活力”来解释生生命现象，认认为有机界界和无机界界之间有一一道不可逾逾越的鸿沟沟，支配生生物体的是是一种超物物质力量。 美美藉奥地利利生物理论论专家贝塔塔朗菲等人人不满于机机械论和活活力论的解解释，提出出有有机体体概念，强强调要从整整体关联角角度看问题题。后来，“有有机体”概念被进进一步发展展为“一般系统统论”。观点：一般般系统论坚坚决反对活活力论与机机械论1、反对对简单相加加的

6、观点，认认为系统不不是简单地地等于各部部分之和；2、反对对机械观点点，认为有有机整体各各部分的关关系不能用用机械关系系来解释；3、反对对被动反应应观点，即即生物活动动不是受环环境刺激作作出简单信信息，而是是具有自调调功能的活活动，机体体对于环境境的干扰具具有调节能能力。二、一般系系统论的原原则1、系统统观点，即即有机整体体性原则认为一切有有机体都是是一个开放放的系统，都都是一个有有机整体。2、动态态观点，即即自组织性性原则认为一切生生命现象本本身都处于于积极的活活动状态，是是自组织开开放系统。3、组织织等级观点点认为事物存存在着不同同组织等级级和层次，各各自的组织织能力不同同，并具有有自身目的

7、的的性和自自身调节性性。三、一般系系统的内容容一般系统论论包括三个个方面1、系统统科学理论论原理部部分2、系统统哲学系统的哲哲学基础和和哲学意义义3、系统统技术应用技术术四、一般系系统论的适适用范围不仅适合于于有机体，而而且也适合合于经济、社会和科科学技术等等一切系统统。2.3 大系统理理论2.3.11什么是大大系统？大系统的例例子： 工程程技术大系系统大型工业企企业，大型型电力系统统，交通运运输系统，大大型能源系系统，大型型建设工程程 社会会经济系统统国家行政管管理系统，国国民经济管管理系统，商商业系统，卫卫生医疗系系统，教育育系统 生物物生态系统统人体控制系系统，环境境保护系统统大系统的特

8、特征： 规模模庞大，构构成大系统统的要素本本身就是一一个完整系系统，如：大型钢铁铁联合企业业往往由炼炼铁厂、炼炼钢厂、轧轧钢厂等要要素组成，而而这些工厂厂本身就自自成一个系系统。 结构构复杂，各各要素（子子系统）之之间存在多多级递阶的的复杂结构构。 影响响因素众多多大系统一般般都是多目目标、多输输入、多输输出、多变变量、多干干扰的复杂杂系统，因因此大系统统往往具有有不确定性性（如模糊糊性、随机机性等），并并且由于信信息不足，从从而造成不不确知性。同时，正正因为对大大系统的影影响因素众众多，所以以大系统的的数学模型型往往是高高维的、高高阶的、系系统分析和和设计的工工作量随维维数增大即即迅速增长长

9、，导致“维数灾”。大系统往往往是由不同同质的要素素构成的工艺设备、人、管理理条例、计计算机 22.3.22 大系系统理论的的研究内容容 大系统统结构方案案的研究 大系系统稳定性性研究 大系系统的最优优化问题研研究 大系系统模型简简化的研究究2.3.33 大系统的的结构方案案从结构上考考虑，大系系统一般分分为递阶控控制方案和和分散控制制方案一、递阶控控制 “递递阶”是“等级”的含义 递阶阶控制的特特点：下级级决策单元元只接受上上级决策单单元的命令令，上级决决策单元不不逾越下级级决策单元元而直接控控制被控大大系统。 整个个递阶系统统有一个总总目标，各各决策单元元和谐地工工作以实现现总目标的的优化。

10、 递阶阶控制有两两种控制方方式： 扰动设定校正控制总任务第一层第二层第三层被控大系统直接控制层优 化 层决 策 层 1、多层层控制 多多层控制按按照总任务务和各层的的任务目标标进行分解解、分层，各各层运行的的周期不同同，愈到上上层，运行行周期愈长长，解决总总是愈复杂杂。多层控制常常用于工业业企业的生生产安排和和管理上。第一层是直直接控制层层，根据上上层的决策策（设定）直直接控制大大系统的运运行过程或或状态，处处理经常发发生的、变变化快的外外部扰动。第二层是优优化层，根根据上层给给定的各项项技术经济济指标和约约束条件，以以及提供的的资源等，建建立优化模模型以实现现大系统的的最优控制制，并及时时调

11、节因条条件变化而而引起的扰扰动。第三层是决决策层，例例如根据市市场供销情情况来调节节生产计划划、修正营营销策略等等。2、多级级控制将总目标分分解成局部部目标，并并利用各级级局部决策策单元进行行控制和协协调。多级控制常常用于经济济管理组织织机构，下下级机关将将劳动力组组织到生产产岗位上，上上级机关指指挥与协调调各下级机机关的工作作。每一级级却力求有有效地管理理其下一级级，同时又又紧跟其上上一级的指指挥，以保保证整个组组织机构高高效率工作作，并完成成总任务。总任务局部决策单元输出输入 子系统 n子系统 2子系统 1局部决策单元局部决策单元 协调级二、分散控控制输出输入子系统 n子系统 2子系统 1

12、局部控制器n局部控制器2局部控制器1分散控制实实际上是一一种两级递递阶控制的的特例分散控制可可以减少集集中控制或或递阶控制制时在信息息传输方面面的技术困困难和设备备费用，但但只能得到到一个次优优解。2.3大大系统的稳稳定性大系统的稳稳定性分为为 多级级递阶稳定定性 分分散控制稳稳定性 多多级递阶稳稳定性：研研究如果各各子系统稳稳定，则其其相互关联联满足什么么条件时，大大系统也是是稳定的。分散控制稳稳定性：研研究利用局局部（各子子系统）的的输出加以以反馈至各各局部控制制器，并寻寻找相应的的控制规律律，来保证证整个大系系统的稳定定。2.3 大系统的的模型简化化 简化大大系统模型型方法：集结结法：通

13、过过一个常量量的集结矩矩阵，以低低维状态空空间描述来来简化原是是高维的系系统，但却却保留原系系统的主要要模式。线性化法2.3大大系统优化化 大大系统优化化分为静态态优化和动动态优化 大大系统优化化的主要任任务是：按大系统的的最优化目目标和总体体系统和各各子系统之之间的关系系，以及各各子系统之之间的关系系，最优地地分配各子子系统的子子目标，并并以此来控控制子系统统，从而使使总体系统统达到最优优化。例：企业在在现有人力力、物力和和财力的条条件下，如如何合理安安排生产计计划，如何何开发新产产品，如何何提高产品品质量和劳劳动生产率率等等。大系统优化化的主要方方法：分解解协调方法法由于大系统统的总目标标

14、和各个子子系统的目目标未必一一致，或有有矛盾，所所以不能仅仅仅对大系系统进行简简单分解成成若干子系系统，而后后对各子系系统分别优优化，最后后加起来求求得总目标标优化，而而必须采用用特定的分分解与协调调方法，即即把可分的的大系统分分解为若干干互不相关关的子系统统，但这些些互不相关关的子系统统又都是与与大系统有有关的，各各子系统将将性能反馈馈给大系统统，用总目目标衡量后后，再将指指示下达给给各子系统统，这就是是大系统分分解与协调调的基本思思想。 静态态优化方法法：Danntzigg-Wollf大线性性规划分解 动态态优化方法法拉格朗日乘子法法 进行各各自子系统统优化模型协调计算 各子系系统优化规规

15、律综合为为大系统优优化2.4 运筹学运筹学是用用数学方法法研究系统统最优化问问题的学科科，运筹学学着重于发发挥现有系系统的效能能，通过建建立系统的的数学模型型，求出合合理运用人人力、物力力和财力的的最优方案案。一、运筹学学的起源 运运筹学最早早出现于11938年年，当时纳纳粹德国经经常派轰炸炸机越过英英吉利海峡峡轰炸英国国本土，为为了预警，英英国人沿海海岸线建立立了雷达系系统。雷达达系统由密密布的雷达达站组成雷雷达系统的的预警信息息传至防空空指挥中心心，使高射射炮和战机机能提前准准备迎敌。 为为了最大效效用地发挥挥防空系统统的作用，当当时提出了了一个问题题：对整个个防空系统统进行研究究，以解决

16、决各雷达站站之间和雷雷达站与整整个防空系系统之间应应如何协调调配合才能能有效地防防备德国飞飞机入侵的的问题。该该项研究导导致了运筹筹学的产生生。 后后来，美国国参与进来来，开展了了诸如护航航舰队的规规模、反潜潜水艇战、组织有效效的对敌轰轰炸等研究究，均属于于运筹学范范畴。 二二战后，运运筹学的研研究和应用用转入到民民用，如石石油企业制制订生产计计划等，再再后来进入入到经济管管理，服务务性行业等等。二、运筹学学方法应用运筹学学处理问题题时，首先先要求从系系统观点出出发分析。问题：不仅仅要求提出出需要解决决的问题和和希望达到到的目标，而而且还要弄弄清问题所所片的环境境条件，以以及问题中中主要因素素

17、与各种环环境条件之之间的因果果关系和其其他逻辑关关系，以使使应用有关关科学方法法对问题寻寻求最优解解答。 应应用运筹学学处理问题题的一般步步骤： 决 策解的评价最 优 化模型建立提出问题明确需要解解决的问题题、目标及及其所处环环境和约束束条件。对问题进行行数学描述述，然后据据此来建立立相应的数数学模型。确定与数学学模型有关关的各种系系数，选择择求解方法法，求出最最优解答。根据系统评评价准则对对所得解进进行评价，并并据此修正正有关参数数的值。提供决策信信息。三、运筹学学内容多分支应用用科学，主主要分支有有：线性规划 非非线性规划划 整数规划划动态规划 图图论和网络络理论 排队队论决策论 对策论

18、存贮贮论四、线性规规划数学描述：在一组线线性约束条条件下寻求求一个线性性目标函数数的极值问问题。工程含义：用一组线线性的等式式不等式的的代数方程程去描述和和求解在一一定的资源源条件下，如如何合理地地运用这些些资源来达达到产量（利利润）最大大或成本（费费用）最小小的目标的的数学方法法。例：某厂生生产A、B两种产品品，其单件件所需原材材料及工时时的消耗定定额和利润润如表单件定额资源产品 A B 资源限限制 原料(kg) 工时（小小时） 4 7 5 3 2000 1500利润（元件） 40 30问如何安排排A，B产品的生生产计划，使使该厂获得得利润最大大？解：设x11，x2分别A，B产品的产产量，则

19、该该问题的线线性规划模模型目标函数：max Z=440 x1+30 xx2约束条件：4x15x2 200 7x13x2 150非负条件：x10 xx20非负条件是是指A、B充其量不不生产x10，x2 0，但不能能为负值，线线性规划的的应用：下下料问题，生生产计划安安排问题、运输问题题、分配问问题，五、非线性性规划 非非线性规划划是指目标标函数或约约束条件不不全是线性性方程的规规划问题。实际问题题中碰到的的一般都是是非线性规规划问题。例：某公司司经营两种种设备，第第一种设备备每件售价价30元，第第二种设备备每件售价价450元。根据统计计售出一件件第一种设设备所需的的营业时间间平均0.5小时，第第

20、二种设备备是（20.255x2）小时，其其中x2 是第二种种设备的售售出数量。已知该公公司在这段段时间内总总营业时间间为2000小时，试试决定使其其营业额最最大的营业业计划。解：设该公公司经营第第一种设备备x1件，第二二种设备xx2 件，则营营业额最大大的目标函函数为 maxx z=30 x11+4500 x2营业时间限限制： 0.55x1+(2+0.255x2)x2800非负性约束束： xx10 xx20其中营业时时间约束 0.55x1+2x2+0.225x2800六、动态规规划 将系系统运行过过程分为若若干相继的的阶段，而而在每个阶阶段都要作作出决策的的过程，就就称多段决决策过程。 多段段

21、决策过程程的每一段段的结束状状态就是下下一段的初初始状态。单从某一一段来看，其其决策是最最优的，但但对于下一一段却未必必最有利，所所以多段决决策过程的的策略选择择要通盘考考虑。 选定定一个策略略使多段决决策问题总总体的目标标函数达到到最优，就就是多段决决策过程的的最优化问问题。 多段段决策过程程的最优问问题应用动动态规划来来求解。 动态态规划由美美国数学家家贝尔曼于于50年代提提出，其中中的思想为为“最优性原原则”：用一个基本本的递推关关系式，从从整个问题题的终点出出发，由后后向前使过过程连续递递推，直至至到达过程程终点，直直到找到最最优解。例：最短路路线问题 GS | 第一阶段 | | 第二

22、阶段 | | 第三阶段 | | 第四阶段 |C2B2A2 欲从S点出出发到达目目的地G，使总距距离最短。图上的数字字代表距离离。解：用动态态规划方法法解此类问问题时，首首先把从SS到G所经历的的地点划分分为若干阶阶段，然后后从最后一个个阶段开始始讨论最优优化路线。按图所示，划划分四个阶阶段：G, C2B2A2GC1B1A1GC2C1B221B13C24GC144503035844034 , S C 第第四阶段 GG CC到G的的最短距离离为4 ，填入入C的圈中C到G的的最短距离离为3，填入C的圈中为为0 B C第三阶段 B CB到G的的最短距为为4，填入B圈中B到G的的最短距为为5，填入B圈中

23、 A B第二阶段 A BA到G的的最短距为为10，填入入A圈中A到G的的最短距为为8，填入A圈中54S034584 A第一阶段 SS AS到G的最最短距为113，填入入S圈中 所所以S到G的最短距距为13，路径径为双线所所示其方法为：从最后阶阶段起，依依次决定某某阶段到终终点的最短短距，而计计算本阶段段最短距时时，只与下下阶段到终终点的最短短距有关。动态规划的的应用：资源分配问问题：有限限资源分给给若干使用用单位，使使最后获得得的总收益益为最大。库存问题：合理制定定各时期库库存量，一一方面满足足各时期需需求，一方方面总库存存费用最少少。设备更新问问题 排序问问题七、排队论论研究排队现现象的统计

24、计规律性，指指导随机服服务系统的的最优设计计和最优经经营策略。例：超市服服务台S1 S2 Sn 顾客到达时时间：随机机服务占用用时间：随随机设几个个服务台最最好？因素：排队长度（过过长，失去去顾客）服务台投资资（设备、人员）随机空闲率率8、对策策论研究对抗性性的竞争局局势的数学学模型，探探索最优对对抗策略（又又称博奕论论）例：下棋、打牌齐王赛马：上、中、下三种多多齐王、田忌忌、孙膑9、存贮贮论最优存贮策策略 例：工厂生生产原料 十、图论、决策论2.6信息论 一一、信息论论的基本思思想 信息息论是一门门研究信息息传输和信信息处理一一般规律的的学科。 信息息论起源于于通讯理论论，是美国国科学家香香

25、农（Shhannoon）在19448年创立立的 信息论论的基本思思想和方法法完全撇开开了物质、能量等各各种具体客客观形态，而而把任何通通讯和控制制系统都看看作是一个个信息的传传输和加工工处理系统统，把系统统有目的运运动抽象为为信息变换换过程，通通过系统内内部的信息息交流使系系统维持正正常的有目目的的运动动。所以系统，在在信息论的的框架中，是是一个进行行信息变换换和信息处处理的机构构。 二二、什么是是信息香农对信息息的定义：不确定性性的减少即：信息量量是把某种种不确定性性趋向于确确定的一种种度量，信信息量的大大小取决于于消息的不不确定减少少程度，不不确定减少少程度越大大，则信息息量越大；不确定减

26、减少程度小小则信息量量越少。消息与信息息：消息是是信息的携携带者，但但并非每条条消息都带带有信息，或或带有同等等信息量的的信息。例：到会场场找人消息A：某某人在会场场里消息B：某某人在会场场的偶数排排显然，对找找到该人这这一目的来来说，消息息B所含的信信息量比消消息A大，因为为消息B更容易减减少不确定定性。 三三、信息的的度量信息熵设描述某一一事件的消消息源可能能发出的消消息分为x=(x, x xn)而各可能消消息是否会会发出的概概率为p, p, pn，并满足足归一性条条件： ppppn1按以上概率率从消息源源中随机地地发送消息息，形成一一个消息序序列。设该消息列列中包含的的消息总数数为N，N

27、非常大。在统计意义义上，该序序列N中包含消消息xi的数目为为piN个。定义一：以以概率p0发生的可可能消息所所包含的信信息量等于于概率p的倒数的的对数 其中，取对对数是为了了运算方便便（乘法可可加性：取取倒数是为为了信息量量大于零（因因为p1），所以以，所有xxI包含的的信息量为为将序列N中中所有消息息包含的信信息量之和和除以N得到序列列中每个可可能信息xxi的平均信信息为所以，H是是可能消息息集合X的整体平平均信息量量，亦即单单位消息的的信息量，信信息论中把把H称为信息息熵。定义二：可可能消息集集合X的整体平平均信息量量称为信息息熵，简称称为熵。信息熵的特特性（1） 非负性 H0等号只有在在

28、某个XII为必然事事件，其余余为不可能能事件时才才成立。（2）对对称性H只与概率率分布（pp1p2pn）有关，与与pi序无关。（3）极极值性信息熵在等等概率分布布（均匀分分布）下取取最大值，即即 若若 则则 其余任意组组合p1pi 最最大熵定理理说明：概率率分布越均均匀，熵越越大， 概率分分布越不均均匀，熵越越小（极端端情况下，消消息集合中中只有一个个必然消息息，其余为为不可能消消息，则熵熵为0）。（4）联联合性任给两个消消息集合XX、Y，则有 H（XY）为为联合熵，两两个消息集集合的联合合熵不大于于这两个消消息集合之之熵的和等于只有当当XY相互独独立时成立立 四四、信息与与系统的关关系 信息

29、息是系统的的一种重要要特征 不存存在与系统统无关的信信息，也不不存在没有有信息的系系统 有系系统内部、系统与环环境之间的的相互作用用，就有信信息的产生生和交换 系统统的形成，发发展，运行行都离不开开信息的活活动。 普利利高律把信信息概念引引入耗散结结构理论 哈肯肯出版专著著信息与与自组织试图推广广信息概念念，按信息息原理阐述述一般自组组织过程，用用信息概念念定义复杂杂性。 艾根根认为生命命的起源过过程存在信信息危机，所所超循环看看作克服信信息危机必必须的系统统机制。 系统统科学的各各个层面无无一不充斥斥着信息的的概念。2.7管理科学学一、传统管管理模式19世纪后后期自由资本主主义向垄断断资本主

30、义义过渡工业生产规规模日益扩扩大生产方式：家庭手工工业、作坊坊式社会化化机器生产产众多工作作聚在一起起进行既有有分工又有有合作的生生产劳动。 一切一切，需需要有人专专门从事生生产活力的的组织和管管理工作 出现了管理理层， 管理的方式式：传统管管理模式特点：一切切按照业主主的经验办办事，听从从老板的安安排例如：一项项生产任务务如何分工工、规定多多少时间完完成，产品品质量的鉴鉴定，产品品成本的核核算等等。全凭业主或或老板主观观经验来安安排、估计计和判断，经经常是缺乏乏科学依据据，缺乏科科学指导，带带有很强的的主观性和和盲目性，制制约了生产产力发展。随着经济、社会、政政治、技术术的发展 传统管理模模

31、式已远远远不能适应应生产力发发展的需要要 导致了科学学管理模式式的产生 科学管理模模式的总结结、升华、成为科学学管理论。 二二、科学管管理论美国工程师师Taylor（泰罗罗）在米德德维尔钢铁铁厂采用科科学管理模模式，提高高了工作效效率，减少少了劳动人人员，取得得了很好的的效果。例如：厂里里的生产操操作业多种种多样，但但工人使用用的工具铁铲的的大小形状状却是同样样的。所以，挖一一满铲的煤煤仅重3.5磅，工工人很轻松松就能操作作，但每控控一次仅此此一点重量量，明显效效率太低，无无用功与耗耗时太多。挖同样一铁铁铲的铁矿矿石却重达达38磅，工工作往往挥挥之不动，只只好随机性性不满铲，有有时多、有有时少

32、，同同样效率太太低。所以，各种种铲挖作业业的负重相相差如此大大，显然用用同样大的的铁铲是不不合理的。Tayloor经多次次试验，确确定一生产产最理想的的重量是221.5码码，为此设设计了能适适应不同生生产控作业业的各种铁铁铲，并仔仔细研究了了工人的操操作方法、劳动强度度和时间消消耗。 经过这样的的改进，这这个厂的生生产控生产产率有了显显著提高，使使从事铲挖挖作业的工工人人数从从500名减减少到1440名。 这就是科学学管理方式式的巨大作作用。现代科学管管理的重要要作用。三、Tayylor的的科学管理理的主要内内容1、科学学管理的中中心问题和和目的是提提高劳动生生产率，提提高经济效效益。例：Ta

33、yylor选选择合适而而技术熟练练的工人，记记录其中一一天的劳动动消耗时间间，据此来来判定一个个工人“合理的日日工人量”即“工作定定额原理”。 22、参与每每项工作的的工人应在在“不损害其其健康的情情况下能维维持很长年年限的工作作速度”为标准，据据此判定工工作定额。操作标准化化，工具标标准化、作作业环境标标准化 标标准化原理理 造造就工作的的熟练建立一种鼓鼓励性的计计件工资报报酬制度工人和雇主主双方都必必须认识到到提高劳动动生产率对对双方都有有利益，应应互相协作作，共同为为提高生产产率而努力力。把管理和执执行分开推行“职能能制”，按专业业分工设置置各职能部部门和主管管领导。组织机构上上的管理控

34、控制机制、层次化管管理、责任任到位。 四四、Tayylor科科学管理理理论的贡献献与局限性性从以上内容容看，Taaylorr受时代和和科技、社社会、生产产力发展水水平的限制制，提出的的管理科学学理论所解解决的还是是生产作业业等方面的的问题，近近来注意到到管理组织织和管理职职能之间的的相互关系系，所采用用的方法较较之现代科科学管理还还非常幼稚稚，但毕竟竟为二十世世纪中期以以后发展起起来的现代代化、系统统化管理准准备了条件件，奠定了了基础。 五五、法约尔尔经营管理理理论法国采矿工工程师法约约尔（同泰泰罗同时代代）全面总总结了他任任法国某矿矿冶公司总总经理的经经营管理经经验，形成成了一套比比较完整的

35、的经营管理理理论，并并于19116年发表表了工业业管理和一一般管理一书，指指出企业的的整个经营营管理活动动应包括六六个方面： 技术术活动 生产产、制造、加工 商业业活动 采购购与销售 财务务活动 资本本筹集和运运用 安全全活动 财产产和人员安安全 会计计活动 货物物盘存、资资产负债表表、成本考考核、统计计 管理理活动 规划划、组织、指挥、协协调、控制制就管理活动动来说，有有14条原原则分工：劳动动专业化是是提高组织织机构工作作效率的必必需手段。权力与责任任：权力与与责任相当当一致，因因为因果纪律：纪律律的实质是是遵守企业业内部各方方面达成的的协议，纪纪律执行的的好坏主要要取决于领领导人能否否以

36、身作则则，赏罚分分明。命令的统一一：受雇人人员只能接接受上级的的命令指挥的统一一：为达到到同一目标标而进行的的集体活动动，只能有有一个领导导和一项计计划。个人利益服服从整体利利益职工的报酬酬：报酬及及支付方式式要公平，给给雇主和雇雇员以最大大满足。集权：集权权程度随不不同情况而而变。管理层次：企业内部部权力应由由上而下逐逐级下放，以以形成一个个多级递阶阶的管理结结构。秩序：企业业要秩序化化运行。 公正正：主管人人员对下属属要公正，可可以使下属属忠于职守守。 保持持人员稳定定 发挥挥职工的主主动精神和和创造精神神 集体体与协作精精神：在企企业内形成成良好的工工作气氛 六、现代管理理科学 当当今社

37、会正正处于“信息化”“多样化”“复杂化”“协作化”和“最优化”的社会之之中，企业业经营的特特点是： 11、企业已已经从单纯纯的“生产型企企业”转变为“经营开发发型企业”。企业管管理的范围围已日益扩扩大，企业业管理不仅仅要重视生生产组织活活动，而且且要重视产产品的销售售和市场动动态研究，更更要重视技技术和企业业人才的开开发，把满满足市场和和用户需要要、适应市市场变化作作为搞好企企业管理的的基本出发发点。因此此，“经营开发发型企业”不仅要搞搞好企业的的微观控制制和管理，还还要对诸如如企业今后后的改造和和发展等重重大战略问问题进行宏宏观的规划划和战略决决策。 22、从系统统观点分析析，现代工工业企业

38、是是一个组织织化的复杂杂大系统，它它由技术、生产、计计划、销售售、财务、会计、人人事等子系系统所组成成，这些子子系统存在在着相互支支持又相互互制约的关关系。 、行为科科学，新的的组织理论论等的形成成及其在企企业管理中中的应用，促促进企业管管理重视人人的因素，重重视各级管管理组织的的取、责、权、利的的合理划分分和相互关关系的协调调。现代化管理理的基本内内容 经营决策策的科学化化 管理方法法的最优化化 管理工具具的现代化化 管理体制制的合理化化2.8 系统科科学的若干干重要研究究领域和进进一步发展展方向系统科学产产生几十年年来，众多多科学家持持续不断地地努力，取取得了很多多理论性成成果。目前前，学

39、术界界一致公认认的重要研研究领域有有：耗散结构理理论协同学突变理论混沌与分叉叉理论自组织系统统超循环理论论有序与无序序本课对这些些理论不作作介绍，有有兴趣着以以后可加深深研究 尽尽管系统科科学的研究究已经取得得了很大成成功，但仍仍有许多方方面的工作作有待深入入进行，主主要有：复杂系统的的一般性质质和行为规规律复杂系统演演化规律的的研究，复复杂系统研研究的方法法论，非线线性动力学学系统、不不确定性、突变、分分叉、混沌沌、稳定性性。复杂系统的的建模和描描述方法面向对象的的方法，形形式化方法法，数学模模型复杂性科学学应用研究究金融系统的的复杂性，社社会经济系系统的复杂杂性，生物物系统的复复杂性，资资

40、源环境系系统的复杂杂性。复杂性科学学理论研究究复杂系统的的演化、复复杂系统研研究的方法法论等。复杂系统的的模拟与行行为预则计算机模拟拟方法、数数值计算特定类型复复杂系统的的研究经济系统、社会系统统、生态系系统、军事事系统对系统生长长、演化的的组织以及及人工生命命进行深入入研究，建建立适应社社会、经济济、生态、军事等系系统的自创创性、自适适应、自复复制、自瓦瓦解的理论论体系。在开放的复复杂原系统统概念的基基础上，建建立开放的的复杂原系系统的方法法论，结合合具体应用用、实现真真正意义上上定性与定定量的综合合集成。系统科学与与人工智能能的相互交交叉开放的复杂杂原系统与与人工智能能相结合，建建立人机机

41、智能系统统。 10、有关关工具、平平台、软件件的研究11、系统统哲学分支支认识的界限限问题，复复杂性属于于本体论还还是认识论论 112、建立立适合所有有层次的一一般系统的的数学理论论，对一般般系统的层层次结构进进行统一描描述。13、对一一般系统论论、耗散结结构、协调调学等广泛泛学科成就就进行全面面总结，发发展系统科科学理论。系统工程方方法论3.1 系统工工程与传统统工程系统工程的的任务系统工程的的任务，一一方面是在在开发新的的系统（如如太空飞船船系统、地地铁系统、新型工程程系统）过程中中，解决系系统的最优优设计、最最优管理、最优控制制、最优制制造等一系系列问题，这这些问题多多属于工程程技术系统

42、统。另一方面的的任务，是是用系统的的思想和方方法重新评评价、预测测、分析和和规划现有有的系统，使使其充分挖挖掘潜力，具具有新的功功能，或找找出改进完完善的方向向，一般称称之为“系统化”。“硬技术”与“软技术”、“软科学” “系系统工程”与传统工工程，如“机械工程程”“化学工工程”“电力工工程”等是有很很大差异的的。 传统统工程侧重重于对能量量、物质进进行变换，完完成各种“硬件”生产任务务称为“硬技术”。 系统统工程侧重重于信息聚聚集、加工工、处理和和变换，完完成各种“软件”生产任务务，生产出出各种无形形产品，如如“规划”“设计”、“决策”“制度”、程序“等，因此此系统工程程称为“软技术”，系统

43、科科学称为“软科学”。对于一个个大型的工工作任务或或系统来讲讲，既需要要“硬技术”也需要“软技术”。内容的明确确性 传统统工程目的，约束束条件解决问题的的方法 一清二二楚 称称“内容明确确的问题”评价方法 系统统工程目的，约束束条件解决问题的的方法 不明确 称称“内容不明明确的问题题”评价方法 不甚甚明确目标层次性性系统工程大大目标是抽抽象的 大目标具具体化评价方法是是抽象的 评价价方法具体体化系统目标多多方面、多多层次的 目标分分解、层次次化 评价价方法多方方面、多层层次的解决系统工工程问题的的工具系统工程涉涉及到：技技术、社会会、经济、政治、环环境多领域域所以系统工工程问题的的理论和方方法

44、涉及到到多种学科科知识3.2 系统思思想处理系统工工程问题要要由系统思思想来指导导，系统思思想表现在在：总体思想 直接接要开发的的对象系统统内部系系统围绕该对象象系统的各各种环境条条件和其他他因素外部系统统“内部系统统”“外部系统统”总体系系统 “外外部系统”对“内部系统统”在功能、费用、工工期、规模模等方面提提出要求，并并在资金投投入、原材材料、技术术、劳动力力、环境保保护等方面面提出约束束，或施加加一定干扰扰。要求约束束干扰对对内部系统统的“输入” “内内部系统”对“外部系统统”也有要求求、影响、干扰内部部系统的“输出”如：资源供供应、运输输保证、对对社会带来来的正面影影响、负面面影响，是

45、是否带来技技术的提高高，国际声声誉、能源源紧张、环环境污染。输出外部系统输入 内部系统 系统统工程的总总体思想：从系统总总体出发，充充分考虑“输入”和“输出”的各种因因素开发内内部系统3.2.22 最优优思想 系统统工程的目目标和约束束往往是多多方面、多多层次的，且且随社会、经济、全全球化、技技术、市场场等多种因因素不断变变化，所以以要追求系系统的总体体最优，不不是局部最最优。 系统统工程的主主要任务是是开发整体体（综合）最最优系统，包包括：最优设计、最优管理理、最优性性能、最优优控制 为达达到系统整整体最优建建立目标体体系和评价价体系目标体系和和评价体系系要注重定定量和定性性方法相结结合。3

46、.2.33 组合合思想 系统统是由具有有一定功能能的要素组组合而成 组合合思想即：合理选择择要素，既既能满足系系统目标、又没有不不必要的要要素 选择择要素的原原则：尽可可能选已有有要素、尽尽可能选标标准化、规规格化、通通用化的要要素。例：建大厦厦，要素为为砖、水泥泥、钢筋、木材等不同水平的的建筑师却却可以建出出不同水平平的房子来来，原因在在于组合思思想的水平平不同。分解和协调调思想 大系系统一般结结构复杂 复杂杂的大系统统可以分解解为结构相相对简单的的若干子系系统，简化化处理例：大工厂厂分解为分分厂，分厂厂分解为车车间，车间间分解为工工段 同一一级的子系系统相互关关联，要求求相互之间间密切配合

47、合，协调完完成大系统统的任务是为协协调汽车制造厂厂： 一般般来说，目目标分解，功功能协调反馈思想 反馈馈的信息用用来分析、评价、决决策支持市场调查、民意测验验3.3 系统工工程方法一般来说，解解决一个系系统工程问问题有六个个过程： 问题题界定 目标标确定 方案案汇总 模型型建立 评价价决策 实施施管理问题界定问题界定即即系统工程程的需求分分析，或明明确系统工工程问题的的性质，划划定总是的的涉及范围围。问题界定包包括：系统统边界确定定，系统环环境分析一、系统边边界 系统统边界就是是属于系统统的要素和和不属于系系统的要素素之间的分分界线，即即确定系统统边界就是是确定什么么因素属于于系统要素素的范围

48、。例：某企业业经济活动动作为一个个系统，相相关的因素素有：劳动动力、资金金、厂房、设备、原原材料、用用户、合作作者、竞争争对手哪一些因素素应划归系系统 确定定系统边界界（或划归归系统）的的原则 对对所研究的的问题或系系统具有举举足轻重的的影响 具具有可控制制性（由系系统的设计计或系统运运营进行控控制调节） 对对系统行为为产生直接接影响 系统统越复杂，归归入系统的的要素越多多二、系统与与环境 对所所研究的系系统能产生生作用或影影响，但不不属于系统统因素的，划划归为环境境。 系统统要素具有有限的，作作为一个有有限的存在在，都有其其外界或环环境。 环境境通常是指指存在于系系统外的物物质量、能能量的、

49、信信息的相关关因素的总总称。 系统统与环境相相互作用，之之间通常有有物质、能能量和信息息交换。 环境境对系统产产生输入作作用，系统统反过来对对环境产生生输出作用用。三、系统环环境分析 系统统环境分析析即为了解解影响系统统的环境因因素及这些些因素与系系统之间的的关系。 系统统环境分为为三大类： 物理技技术环境：科技、自自然环境 经济管管理环境：组织、政政策、政府府作用、产产品、市场场、经营 社会人人际环境：国家、文文化、人群群、 集团团、队例：上海新新港建设（选选址）港址选择涉涉及：政治治、经济、地理、技技术、交通通、城市设设施 、政策环环境党和国家总总方针 国民民经济要求求 改革开放放要求物理

50、技术环环境气候条件（风风级、浪高高），航道道（现状、稳定性、增得可能能性）岸滩河势，回回淤（游积积量，清淤淤条件）地质条件（软软土层、岩岩层） 主要港口口建筑物（围围堰、码头头、防波堤堤）规模（泊位位数、船型型） 运运行与维修修（航行、装卸、运运行、维修修）经济与经营营环境投资额、建建设周期、投资回收收期、每年年可创利税税对农业、渔渔业、副业业、服务业业、航运业业、工业、上海市、长江流域域，全国经经济国际贸贸易的影响响。对周边城市市及地区的的规划与发发展影响与全国交通通网络的联联系资源环境：是否符合合国家能源源政策，对对上海能源源的影响，需需投入的能能源（煤、油等），电电力供应，征征用的土地地

51、及可能性性，淡水供供应能力，建建材供应，施施工能力，副副食品供应应。环境保护废水排放、废气排放放，对生态态影响，对对风景区，名名胜古迹影影响。每周内重大大工程关系系南水北调 三三峡工程军事与军港建设设的关系 对对社会治安安、国家安安全的关系系目标确定 目标标是系统期期望达到的的结果 目标标的确定关关系到整个个工程的方方向、范围围、投资、周期、人人员分配等等决策，目目标不正确确会延缓系系统工程的的进行，甚甚至带来损损失。例：二战时时期，美国国商船安全全问题有限的高射射炮装在陆陆地上，船船上（各建建一部分）目标：高射射炮命中率率 陆：155 船船：4 高船安安全率 陆：755 船船：90一、目标分

52、分类方法根据来源分分类第一类与外外部环境有有关的目标标：生产目目标、市场场目标、发发展目标第二类与内内部环境有有关的目标标：成本目目标、效率率目标、质质量目标根据设计要要求分类第一类是运运行目标：技术目标标第二类是经经济目标：总产值、投资回收收期第三类是社社会目标：扩大就业业率，有利利社会安定定第四类是环环境目标：防止污染染、减少公公害考虑目标的的着眼点：政治、国防防、社会、技术、经经济、生态态、资源二、确定目目标的原则则和方法原则： 长远远性选择有有重大影响响的事项为为目标 总体体性着眼于于总体效果果，不要偏偏重于局效效益 可行行性（可操操作性）所确定定的目标应应是可以达达到或经过过努力能够

53、够达到的，不不能不顾具具体条件的的限制去制制定无法达达到的目标标。 单义义性目标含含义要清楚楚，对目标标只能有一一种理解，含含义不能模模糊，似是是而非。 具体体性目标必必须具体，内内涵应清楚楚。 标准准性有衡量量达到目标标及程度的的客观明确确标准。 一致致性如有多多个,必须须综合，协协调、统一一。 有序序性如有多多个目标，应应排出先后后，轻重次次序方法 比较较法 分析析法 随机机观察法 专家家法方案汇总 一一、方案方案是实实现系统目目标（集）的的办法和方方式，也就就是说，当当系统目标标确定后，实实现目标的的途径、方方法、方式式和措施的的总称。当实现系系统目标有有多种方案案时，应进进行方案汇汇总

54、，评价价决策，选选出最佳方方案。二、制定方方案的原则则目的性：方方案应服从从于目标可行性：方方案应满足足客观约束束条件详尽性：方方案应是多多样的，应应把所有备备选方案列列举出来排斥性：方方案之间应应该是相互互排斥的，不不允许某一一方案包含含在另一方方案之中。可比性：方方案之间应应是可以比比较的，并并有明确的的比较指标标。三、制定方方案的方法法系统的类型型多种多样样，系统的的功能多种种多样系统的目标标多种多样样，所以系系统的方案案多种多样样常用的制定定方案的方方法：目标手段段考察法，形形态结构分分析法会议法模型建立一、模型的的定义 系统统的模型就就是对系统统特征的概概括和描述述 模型型是对系统统

55、这一实体体的抽象 系统统模型帮助助人们对系系统加深理理解，进行行评价、决决策二、模型的的分类形象模型 实体体模型系统本身身当系统较小小、易得、廉价、安安全时，可可以把系统统本身作为为模型直接接加以研究究例：自行车车性能实验验，直接用用自行车进进行实验 比例例模型对系统按按一定比例例放大或缩缩小后得出出的实体例：飞机模模型、船模模、战争沙沙盘、试验验田，教学学中的分子子模型各种种照片模拟模型利用相似性性原理，找找出另一种种具有相同同或相似特特征的系统统作为所研研究系统的的模型。例如：机械械学上的 质量阻尼弹簧系系统可用 电路上上的 电电阻电感电容系系统作为模模型数学模型用数学原理理或方法描描述系

56、统要要素或变量量之间相互互作用和因因果关系的的模型称为为数学模型型。按所采用的的数学方法法不同，分分为解析模型型：用解析析的数学公公式表示 较难 有些些问题数学学关系十分分复杂，无无法确知 网络络模型：用用网络图的的形式来描描述系统要要素及其关关系模型目目录树结构构 图表表模型：用用图形或表表格形式来来描述系统统例：某企业业产值模型型 产值 年年1997199819992000 万元1000190024005000 逻辑辑模型：用用逻辑关系系表达的模模型 A=B 仿真真模型：无无法用精确确的数学表表达式给出出，只能模模仿实际情情况一步工工地进行计计算和分析析的模型。例：洲际导导弹飞行过过程中遇

57、到到气流变化化时其飞行行姿态的适适应性。三、模型的的作用便于了解系系统的整体体结构便于研究系系统的特征征便于预测未未来趋势便于对方案案进行评价价用安全、节节省、快速速的方法得得到系统的的特征性结结论四、建立系系统模型的的方法直接分析法法利用自然科科学或社会会科学的已已知规律直直接分析系系统要素间间的结构关关系。数据分析法法利用反映系系统功能或或特征的某某些数据，经经过分析后后揭示系统统要素间的的未知结构构关系，再再进一步建建立系统模模型。例：数理统统计中的回回归分析方方法比拟思考法法寻找与所研研究系统有有本质共性性的另一系系统, 把把后者作为为模型的方方法称比拟拟思考法。例：前述的的机械系统统

58、 质量阻阻尼弹簧簧和电系统统 电阻电电感电容容评价决策一、评价评价是对各各方案实现现系统目标标的优劣程程度的判定定，评价是是一项技术术性工作，由由与系统有有关的各学学科、各方方面的专家家来完成，评评价是决策策的前提和和依据。二、决策决策是根据据评价结果果从众多方方案中选出出一种最佳佳的方案。决策是由领领导者完成成的，决策策是评价的的目的。三、评价的的前提评价的前提提是目标分分析，尤其其是指标的的数量化、统一化、有序化、一致化，例例如： 对没没有明确的的数量表示示的指标，如如美观度、舒适度、方便度等等给出数量量表示； 对不不统一量纲纲的指标给给予量纲统统一； 对不不同重要程程度的指标标，例如安安

59、全、省油油各定各各自的权重重。四、评价的的方法对于能够用用精确的数数学表达式式表达优劣劣的指标到到直接评价价。对于无法直直接表述的的数量化指指标可采用用专家经验验打分法等等方法，如如体操打分分法。 实施管理理本课程不做做介绍3.4 霍尔结结构体系1969年年，美国工工程师霍尔尔提出“三维结构构”，概括了了系统工程程的一般过过程。他将将系统工程程的合部过过程按性质质分为三个个维：时间间维、逻辑辑维和知识识维，并按按时间维划划分为前后后紧密相联联的七个步步骤，逻辑辑维划分为为相互联系系的六个阶阶段，在知知识维上考考虑为完成成这些阶段段和步骤的的工作所需需的各种专专业管理知知识。付诸实施作出决策方案

60、优化系统分析系统综合选择目标明确问题更新阶段运行阶段生产阶段研制阶段方案阶段规划阶段（方法步骤）时间维逻辑维知识维（科学技术）环境科学社会科学工程技术计算机科学管理科学经济法律一、时间维维时间维表示示从规划到到更新，按按时间顺序序排列的系系统工程全全过程共六六个阶段：规划阶段 调调查研究明明确目标提提出设计思思想初步方方案制定系系统工程活活动的方针针、政策、规划方案阶段研制阶段生产阶段生产计划生生产各类部部件形成整整个系统运行阶段系统安装调调试投运按按预定目标标运行更新阶段系统评价改改进、更新新系统系统统更有效工工作进入下下个研制周周期二、逻辑维维明确问题 尽尽可能全面面地收集资资料、了解解问