《系统工程》配套教学课件

课程导学系统工程SystemEngineering什么是系统？什么是系统工程？什么是系统难题？谈谈你对系统工程的认识？系统工程（Systemsengineering，SE）是20世纪中期兴起的一门新兴的交叉学科，它主要是应用定性分析和定量分析相结合的方法，通过建立实际对象的数学模型，应用合适的优化算法对模型进行求解，从而解决实际问题。运用系统工程的思想和方法去解决大型复杂问题，实现总体效果最优的目的。对系统进行科学预测和决策分析，为决策者提供科学、技术和可行的支持。教学内容教学内容第一章系统工程概述第二章系统工程方法论第三章系统模型与模型化第四章系统仿真及系统动力学方法第五章系统评价方法第六章决策分析方法认识问题探寻目标综合方案模型化仿真分析系统评价N决策Y黑箱灰箱白箱初步分析规范分析综合分析教学设计教学意义—系统工程与数学的关系？（1）Alabama悖论甲乙丙三个公司合资办一个新公司，决定成立一个9人董事会，商议决定根据投资份额分配名额。公司投资份额甲乙丙47%37%16%精确席位0.479=4.230.379=3.330.169=1.44如何处理小数？Hamilton分配方法教学意义—系统工程与数学的关系？（2）先确定整数名额，再根据小数部分的大小顺序分配剩余名额。公司整数精确席位甲乙丙4310.479=4.230.379=3.330.169=1.44小数0.230.330.44结果4+0=43+0=31+1=2扩充为10人董事会呢？教学意义—系统工程与数学的关系？（3）如果将董事会成员扩充为10人公司整数精确席位甲乙丙4310.4710=4.70.3710=3.70.1610=1.6小数0.70.70.6结果4+1=53+1=41+0=1悖论：扩充董事会导致丙公司代表减少！教学意义—系统工程与数学的关系？（4）美国众院席位最初设定为65位，当时就是用Hamilton方法确定了各州在众院的名额，此后，随着人口增加，众院总席位有几次扩充，目前是435位。根据1881年的人口统计资料，如果众院席位从299位增加到300位，在各州人口不变的情况下，按照Hamilton方法，Alabama州的名额将从8位减为7位。同样，根据1890年的人口统计资料，如果众院席位从359位增加到360位，Arkansas州将失去一个席位。教学意义—系统工程与数学的关系？（5）剖析问题本质：如何描述席位数的公平性？基本描述越接近越公平，差距越大越不公平各州总人口各州席位数（定性、没有争议）对公平性建模：教学意义—系统工程与数学的关系？（6）进一步描述不公平性：甲州总人口甲州席位数－乙州总人口乙州席位数甲、乙两州代表名额的不公平性和下述差值（假设为正）正相关（偏量化、可能有较少争议）差值=教学意义—系统工程与数学的关系？（7）更确切描述（完成数学模型）：（完全量化、可能产生很大争议）甲、乙两州席位数的不公平性可以用下述相对差值测度甲州总人口甲州席位数－乙州总人口乙州席位数乙州总人口乙州席位数教学意义—系统工程与数学的关系？（8）如果接受相对差值测度模型，马上可以确定在任意两州间分配新增席位的准则。多州情况下：选择使两州间的相对差值最小的分配方案选择使所有两州间相对差值的最大值达到最小的分配方案。教学意义—系统工程与数学的关系？（9）模型求解（纯数学问题）根据前面的分配准则，利用数学方法可以最终推出：若分配一个新增席位，应该使下述比值达到最大的州是第州人口数和当前席位数（美国目前实际采用的方法）其中：Huntington-Hill分配方法教学意义—系统工程与数学的关系？（10）成功地应用系统工程方法基本上等价于在上述两种极端情况中找到恰当的折中。建模和求解一般互相关联，获得恰当的折中需要同时了解实际问题和求解方法。用恰当的数学模型描述实际问题是关键！两种极端的、不恰当的数学模型完全反映问题，模型无法求解模型很好求解，严重歪曲问题数学能力认识实际问题的能力将两者有机结合的能力用系统工程方法解决实际问题的能力教学意义—系统工程与数学的关系？（11）课程难点：强化系统意识；注意补充和复习数学知识做科学人：迸发新奇思想火花做技术人：追求精益求精精神做工程人：讲究方法注重实践教学思想《系统工程》：应用系统观、系统理论与系统方法解决复杂问题。了解系统工程的内涵、系统分析的原理等；掌握系统模型化与系统仿真的基本理论与方法；掌握系统评价与决策分析的理论与方法。知识教学目标能力正确灵活应用系统观和系统理论与方法分处理复杂的管理问题；解决现实系统问题的思维方式与科学方法。素质表达能力与沟通能力；团队协作意识；创新能力。主要教材汪应洛主编，《系统工程》（第四版），机械工业出版社，2008年。汪应洛.系统工程理论、方法与应用（第2版）.北京：高等教育出版社，1992.于秀慧，李宝山.管理系统工程（第3版）.北京：中国人民大学出版社，2011.张爱霞，李富平，赵树果.系统工程基础.北京：清华大学出版社，2011.谭跃进.系统工程原理.北京：科学出版社.北京：科学出版社，2010.中国系统工程学会，上海交通大学.钱学森系统科学思想文库.上海：上海交通大学出版社，2011.王保国，王新泉，刘淑艳等.安全人机工程学，北京：机械工业出版社，2011.参考教材学习软件EXCEL：矩阵分析—解释结构模型SPSS:统计分析—主成分分析与聚类分析VENSIM：仿真分析—系统动力学仿真学习要求请您完成对布置的思考题、习题和案例讨论题要认真准备，按时完成作业和书面报告（或小论文）。请您参加个人研究与小组讨论相结合方式对案例进行分析，提高实际应用的能力。期末考试：闭卷考试，占总成绩的70%平时成绩：占总成绩的30%（出勤情况、课堂表现、作业情况）考核方式：平时成绩与期末考试相结合期末考试：闭卷考试，占总成绩的50%平时成绩：占总成绩的50%（出勤情况、课堂表现、作业情况）课程考核下一章系统工程概述系统工程SystemEngineering第一章系统工程概述系统工程SystemEngineering任课教师：张敬所在院系：经管学院工业工程主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.41.1系统思想的回顾系统思想历史回顾1源远流长2突然崛起3迅速扩张4返璞归真1.1系统思想的回顾—源远流长（1）大禹治水都江堰工程田忌赛马几个生动的实例：1.1系统思想的回顾—源远流长（2）大禹治水的启示：4000多年前，舜帝派大禹治水。大禹经过调查研究，认为其父采取“湮”的方法是错误的，决定采用“导”的方法，高高下下，疏川导滞。他率领群众挖了9条大川，放田水入川，放川水入海。同时，他把全国分成12州5大区，分派5个首领掌管。治水过程中还注意调运物资，救济灾荒，调动百姓积极性。13年后，治水成功！系统思想—“治水”与“治人”并重1.1系统思想的回顾—源远流长（3）田忌赛马的启示战国时期，齐国的田忌和齐王赛马。田忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马。孙膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、下马，从而赢得比赛的总体胜利。系统的要素不变，采用策略不同，总体效果不同。该思想至今仍然在用，如博弈理论；体育比赛中的团体赛等。头等马（田）中等马（田）下等马（田）头等马（齐）中等马（齐）下等马（齐）1.1系统思想的回顾—源远流长（4）都江堰工程的启示战国时期（公元前250年前后），秦国的李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能。鱼嘴岷江分水工程、飞沙堰分洪排沙工程、宝瓶口引水工程系统的思想：整体考虑综合寻优1.1系统思想的回顾系统思想历史回顾1源远流长2突然崛起3迅速扩张4返璞归真1.1系统思想的回顾—突然崛起（1）大体上形成于上世纪50、60年代：经典成功案例（美国）阿波罗登月计划北极星导弹核潜艇计划计算机＋客观需求关键原因1.1系统思想的回顾—突然崛起（2）

阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两万多个企业、120个大学和研究机构，耗资244亿美元，持续11年。整个工程在计划进度、质量检验、可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方法，创造了“计划评审技术(PERT)”和“图解评审技术(GERT)”，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者的统一，如期完成总体目标。阿波罗登月计划1.1系统思想的回顾—突然崛起（3）阿波罗登月计划1.1系统思想的回顾系统思想历史回顾1源远流长2突然崛起3迅速扩张4返璞归真1.1系统思想的回顾—迅速扩张（1）问题明确、规模巨大、递阶结构经典案例的特点：大系统子系统……子系统…子系统子系统子系统…子系统…非常适合处理这类问题1.1系统思想的回顾—迅速扩张（2）发展一般性的处理大系统问题的方法基本方法：分解协调大系统子系统……子系统子系统状态变量大系统协调变量各子系统求解过程受协调变量影响，大系统调节协调变量实现自己目标。缺点：针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！1.1系统思想的回顾—迅速扩张（3）系统中包括有主观意志的人用大系统方法处理社会经济问题时遇到新问题：基本手段：在一些合理的假设下建立社会经济系统，包括人的行为方式在内的数学模型，一旦建立了这种模型，就可以直接应用处理工程系统的方法，甚至发展决策支持系统代替人做决策。局限性：假设合理与模型实用存在严重矛盾！1.1系统思想的回顾—迅速扩张（4）80年代掀起高潮广泛用于制定社会经济发展规划上世纪50、60年代开始国防科研机构和大规模项目广泛应用中国的发展运筹学理论方法和应用研究本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！1.1系统思想的回顾—迅速扩张（5）载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆场以及有效载荷等7个分系统。其中火箭又包含：箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测安全、地面设备和附加系统共10个分系统。载人航天是中国航天史上的第2个里程碑。中国的成功范例——载人航天工程1.1系统思想的回顾系统思想历史回顾1源远流长2突然崛起3迅速扩张4返璞归真1.1系统思想的回顾—返璞归真上世纪90年代以来系统工程的名称提的越来越少系统工程的方法用的越来越多根本原因：信息处理能力和计算能力迅速发展导致定量处理问题的能力不断增强交通、地理、制造、金融、服务、…1.1系统思想的回顾—汇总（1）类别实例内容对系统论的主要贡献中国古代文化的系统思想《易经》阴阳八卦用独特的爻卦、阴阳体系表征世间万物并解释世界1.世间万物由要素组成，要素之间存在相互联系；

2.要素的不同组合、不同结构可以形成世间万物；

3.将阴阳平衡思想应用于医学，成功地分析了人的生理系统，发展了中国医学；

4.根据对军事对弈中敌我彼此关系的分析，提出的对策直接贡献给了系统科学中的对策理论。阴阳五行《皇帝内经》1.将阴阳与五行结合，并用此表征万物；2.把人作为一个完整的复杂，利用阴阳平衡、天人相应原理解释人体生理现象；3.提出对人的疾病要辨证施治，是传统中医中药学发展的理论基础。诸子百家著名系统工程案例对军事、自然、社会等现象进行论争，形成了中国独有的军事（《孙子兵法》）、自然科学（日晷）、道德和社会伦理（儒家等）体系，并将其应用于具体的工程项目（都江堰等）1.1系统思想的回顾—汇总（2）类别实例内容对系统论的主要贡献古希腊哲学中的系统思想泰勒斯认为水是万物之源万物均来自水1.提出了各种对宇宙的组成的假设；

2.利用数学来描述要素之间的关系；

3.发展了一系列科学的研究方法；

5.极大地发展了自然科学、社会科学和人类伦理科学；

4.发明了一系列自然、社会和人类的规律；

6.在系统的要素、要素之间的关系、系统的结构、系统的功能、系统的演化等方面具有丰富而深刻的研究成果。阿那克西曼德的自然系统世界由水、空气、土和火四个元素组成赫拉克利特的自然系统1.宇宙由火组成；2.提出“一切皆流，一切皆变”、“人不能两次走进同一条河流”。毕达哥拉斯的宇宙系统1.数的单位或者分立的微粒是宇宙的基础；2.数为宇宙提供了一个概念的模型，数量和形状决定一切自然物体的形式；3.天体运动必须是均匀的圆周运动。德谟克利特的原子论宇宙万物都由原子组成苏格拉底的提问法1.认为哲学家的主要任务是治理人和社会，而不是理解和控制自然；2.用提问法研究伦理。柏拉图的宇宙观1.系统地发展了辩证法；2.宇宙最初由两个三角形发展而来。亚里斯多德的三段论和整体论1.创造了形式逻辑，系统研究了思维规律；2.提出了三段论和整体论；3.提出运行的天体是物质实体。1.1系统思想的回顾—汇总（3）类别实例内容对系统论的主要贡献近现代西方自然科学的系统思想哥白尼的《天体运行论》1.对复杂的天体系统有深刻研究；1.研究的深入导致了自然科学分子的发展，自然科学的整体得到了专业化细分；

2.取得了人类对自然系统的组成、要素关系、运行规律等方面认识的突破性成果；

3.发展和完善了科学的方法论。2.提出日心说。培根的《新工具论》1.对科学研究方法有独到研究；2.提出定性—归纳推理的研究方法。笛卡尔的《方法论》《解析几何学》1.将几何学代数化，创立了解析几何；2.提出了数学—演绎的研究方法；3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲；4.提出“我思固我在”。马克思的系统思想1.提出了辩证法和唯物主义；2.提出了辩证法三个规律。反映系统思想的其他科学成果1.取得了人类历史上一系列最重大的科学发明；2.创立了物理学、化学、生物学等自然科学及其分支；3.丰富了数学、天文学、哲学理论。1.1系统思想的回顾—汇总（4）类别实例内容对系统论的主要贡献经济学的系统思想色诺芬尼对苏格拉底经济思想的分析最早研究了了财富、分工、价格、供求、货币等概念及其相互关系。1.将自然科学的研究方法应用于经济学领域，促进了人们对经济系统内的组成要素、要素之间的关系、经济系统运行规律的认识；

2.将这些成果应用于经济工作，促进了经济系统本身的发展。柏拉图的《理想国》研究了分工、等级、公有财产等概念及其之间的相互联系，并提出《理想国》的设想。亚里士多德的价值形式分析最早分析了商品的价值。威廉·配第的钟表分析对钟表的加工过程进行详细分析，揭示了一般生产过程的秘密。魁奈的《经济表》提出了《经济表》。萨缪尔森的《经济学》建立了完整的《经济学》体系。曼昆的《经济学原理》用崭新的体系讲述《经济学原理》。1.1系统思想的回顾—汇总（5）类别实例内容对系统论的主要贡献管理学及管理工程实践的系统思想埃及金字塔修建中的谜公元前27世纪，没有采掘机械，没有装卸和运输工具，古埃及人建造了巨大的金字塔。1.将管理对象、管理过程作为一个整体进行研究，促进了人们对管理系统内组成要素、要素之间关系的认识；

2.将理论应用于管理工程实践，创造了人类奇迹；

3.系统论及相关理论直接出现。中国长城是如何修建的?近3000年前，中国人花2000多年时间修筑了总长度达50000多公里的长城。中国都江堰水利枢纽工程2500多年前，李冰父子在成都修建了包含鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三个主要工程的都江堰水利枢纽工程。管理学理论中的系统思想1.泰罗根据“动作研究”的结果发明了“泰罗制”；2.法约尔提出了管理5要素；3.巴拉德第一次明确定义了“管理系统”概念；4.系统论、信息论、控制论、协同论、耗散结构正式提出。主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.4什么是系统工程？1从环境保护谈系统工程2从人体营养学谈系统工程3从人机安全工程谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（1）例1：从灭四害谈生物的益与害四害而且应该说，苍蝇、蚊子、老鼠之所以多到不利于人类生存，也是人类造成的。正是由于人类滥垦、滥猎、滥施农药，消灭了这些动物的天地，才造成他们的恶性发展。但假如有朝一日苍蝇、蚊子、老鼠处于濒危状态，我们也应该保护他们。把生物分成益与害，这只是对人而言。即使只从这个角度出发，也很难说清每一种生物的益与害。有人问，苍蝇、蚊子、老鼠要不要保护？答：这些动物很多，不用保护，而且应该控制，但也不能灭绝。如果灭绝了，那么以其为食的其他动物也无法生存，最终就会影响到自然生态和人类自己。1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（2）例1：对生物益与害的认识医学家用猴子的肾脏培育出小儿麻痹疫苗，使亿万儿童避免了夭折或终身残疾之苦，我们认为猴子对人类有益。我们通常认为野生稻没有用处，但袁隆平科研小组1970年在海南岛发现了几株雄性不育野生稻，实现了水稻杂交的历史性突破，被人尊称为中华民族的第五大发明，从这个角度看，野生稻对人类也是有益的。猴子野生稻1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（3）人类对生物的认识仅仅是“沧海一粟”，如果只是根据我们有限的认识，而采取短视的行为，势必会带来生态灾难。再比如白蚁：白蚁白蚁：人居环境中的白蚁确实应该应该消灭，但森林中的白蚁在处理残木病树、转换物质能量方面有着不可替代的作用，它们和许多兽类、鸟类、昆虫及微生物一起，清理大自然的垃圾，促进了大自然的良性循环。而且自然环境中的白蚁不会象人居环境中的白蚁那样爆发繁殖，因为有食蚁兽、鸟类以其为食，有食物、气候等因素控制它的数量。生物和生物之间，总处在一种生态平衡状态之中。正是由于人类不尊重自然，滥砍滥伐，毁坏森林生态系统，破坏这种平衡，才会造成这种病虫害的恶性爆发。1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（4）1986年9月，环保专家唐锡阳在内蒙古白音敖包自然保护区亲眼目睹，一片珍贵的特有的沙地云杉在遭遇无情砍伐，加之一场火灾之后，紧接着又遭遇到一场病虫害的浩劫。

白音敖包国家级自然保护区。主要保护对象是沙地云杉林生态系统。例2：对生态系统的认识1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（5）例3：从武松打虎谈人类活动与生物灭绝最近有人不谈今事，却谈宋朝，提出这样的问题：宋朝的老虎吃人对不对？武松打虎该不该？其实从动物行为学来观察，老虎能吃人，但不主动攻击人，只有在受到攻击，或为了保护幼崽，或者呈病态时，才会伤人。也有个别地区的老虎一旦吃过人，就形成了习惯而多次吃人，孟加拉国就有过多次记录。但总的来说，老虎吃人是被夸张了。而人吃老虎，却是千真万确的。1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（6）人类如何对付老虎？我们吃老虎肉，穿老虎皮，用老虎的骨头入药。老虎吃人与人吃老虎相比，可以忽略不计。人类不仅用棍棒、弓箭、猎枪、毒饵、陷阱等手段，甚至还采用了斩尽杀绝的办法，那就是截断老虎的食物链，破坏老虎的栖息环境。人是老虎的唯一天敌，是老虎濒危的罪魁祸首。1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（7）许多虎种濒临灭绝自从1900年斯文·赫定在罗布泊发现古楼兰废墟和新疆虎并向世界发布之后，新疆虎和楼兰一样受到世人瞩目。1979年在印度召开的保护老虎的国际会议上宣布，作为里海虎分支的新疆虎已于1916年灭绝。80年代，小兴安岭的虎消失，90年代初长白山地区的虎消失，至90年代末124万km2的东北虎的分布区只剩下东部山区一隅，仅有残留的10多头只东北虎在活动！新疆虎复原图20世纪90年代初，调查估计华南虎野外个体仅存20只左右。1996年，华南虎被国际自然保护联盟列为极度濒危的十大物种之一。非洲华南虎野生东北虎脚印1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（8）例4：印度洋海啸的启示2004.12.26发生的印度洋海啸，造成29.6万人遇难，数百万人无家可归。红树林的重要生态效益之一是防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气。盘根错节的发达根系能有效地滞留陆地来沙，减少近岸海域的含沙量；茂密高大的枝体能有效抵御风浪袭击。红树林印度洋海啸的启示：天然海岸卫士1986年广西沿海发生了百年未遇的特大风暴潮，合浦县398公里长海堤被海浪冲跨294公里，但凡是堤外分布有红树林的地方，海堤就不易冲跨，经济损失就小。许多群众从切身利益中感受到红树林是他们的“保护神”。1958年8月23日，12级台风由正面向厦门沿海登陆，几乎吞没了整个沿海地区。但在离厦门不远的龙海县角尾乡海滩上，因生长着高大茂密的红树林，结果该地区的堤岸安然无恙，农田村舍损失甚微。广东曾有50多万亩天然红树林，而现在仅存不到10万亩。广西原有红树林22387公顷，到1993年仅剩5654公顷。1998年龙海市政府围垦460公顷，危及33多公顷红树林。厦门西海域80年代仍有成片红树林，随着围海造地的不断扩大而消失。从人体营养科学谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程—环境保护（9）什么是系统工程？1从环境保护谈系统工程2从人体营养科学谈系统工程3从人机安全工程谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（1）中国人碗里缺什么？目前，农民由温饱转入小康，市民由小康转入富裕，这种情况下，我国还存在营养问题吗？中国居民营养与健康状况调查：第1次：1959年第2次：1979年第3次：1991年第4次：2002年第5次：2010年1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（2）第4次中国居民营养与健康状况调查部分结果：（1）城市居民油脂消费过高1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（3）（2）缺钙现象普遍存在1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（4）（3）婴幼儿、老人、育龄妇女营养性贫血突出1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（5）（4）微量营养素和常量元素严重缺乏*其中城市不升反降，农村略增**RDA－推荐日供给量1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（6）（5）营养相关非感染性疾病人数快速上升（18岁以上）1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（7）（6）两类营养不良并存

营养摄入不足（城市中也有不足）营养摄入失衡（农村中也有失衡）1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（8）营养均衡要求：维生素A得到维生素B的保护，维生素A防止维生素C的氧化。维生素B群、D、E、及钙、磷、锌要成一定比例。维生素B1、B2、B3必须符合1：1：1的比例。维生素B3与C要成比例。磷过量，钙会被损耗。铜过量，锌会损失。铁促进维生素B族的代谢。锌要与维生素B6一起增加摄入量为佳。1.2从现实问题谈系统工程—人体营养科学（9）“国民营养改善条例”动态2005.01《现代快报》：中国要专门为“吃饭”立法－我国第一部“国民营养条例已进入专家分组讨论阶段。条例将于今年3月完成起草工作，5月递交卫生部，年底等待国务院的审批。条例出台后，所有的幼儿园和学校都要配备专业营养师。2006.11卫生部网站：2006年启动了《国民营养改善条例》起草和相应调查论证工作；提出了改善中国居民营养与健康状况的建议2007.01卫生部网站：继续完善《国民营养改善条例（草案）》2012.10启动第五次全国居民营养与健康状况调查什么是系统工程？1从环境保护谈系统工程2从人体营养科学谈系统工程3从人机安全工程谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（1）人类社会发展的历史就是一部人、机（包括工具、机器、计算机、系统及技术）、环境三大要素相互关联、相互制约、相互促进的历史。人－机－环境系统是在钱学森先生亲自指导下首次提出的一个新概念。人—机—环境系统

人－机关系通常可分为静态人－机关系与动态人－机关系两大方面。静态人－机关系主要研究人、机之间的空间关系。动态人－机关系主要研究人、机之间的功能关系与信息关系（其中包括人－机界面的分析、设计与评价）。1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（2）安全生产是我国的一项基本国策，是保护劳动者安全健康、保证经济建设持续发展的基本条件，如何保证工业安全生产一直是人们所关注的课题。人－机－环境系统工程是从系统的总体高度，将人、机、环境这三个要素看成一个相互作用、相互依赖的复杂系统，并用系统工程方法使系统处于最优的工作状态。研究事故的致因理论，抽象出事故发生的模型理论以便从本质上阐明工伤事故的因果关系，对人们认识事故本质、提高人机系统的安全性十分必要。1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（3）事故发生的层次顺序图多因致果型

因果连锁型

集中连锁复合型1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（4）

多米诺骨牌事故模型：海因里希用多米诺骨牌来形象地描述事故因果的连锁关系。他认为，伤亡事故的发生是一连串事件按一定顺序互为因果依次发生的结果。这些事件就好像五块平行摆放的骨牌，第一块倒下后将引起后面的骨牌连锁式地倒下。虽然海因里希把事故致因的事件链假设的过于简单与绝对化了，然而他的事故因果连锁理论促进了事故致因理论的发展，成为事故研究科学化的先导，具有重要的历史地位。1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（5）轨迹交叉理论模型：轨迹交叉理论的基本思想是：伤害事故是由许多相互联系的事件顺序发展的结果。当人的不安全行为和物的不安全状态在各自发展过程时，如果在一定的时间和空间上两者发生了接触（或交叉），于是，导致能量转移到人体，便发生了伤害事故。1.2从现实问题谈系统工程—人机安全工程（6）瑟利模型：主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.41.3钱学森与系统工程钱学森中国力学学会、中国自动化学会、中国宇航学会、中国系统工程学会名誉理事长，中国科学院学部主席团名誉主席，中国科学技术协会名誉主席。曾任国防科学技术委员会副主任和中国科学技术协会主席。在应用力学、工程控制论、系统工程等多领域取得出色研究成果，在中国航天事业的创建与发展等方面作出了卓越贡献。1999年获“两弹一星功勋奖章”。1957年选聘为中国科学院院士（学部委员）。1.3钱学森与系统工程中国航天之父感动中国2008年度人物感动中国推选委员会大千宇宙浩瀚长空，全纳入赤子心胸。惊世两弹冲宵一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志。寿至期颐回首望去，只付默默一笑中。钱学森先生引入“不太可靠的元件通过冗余技术可以组成可靠的系统”的思想，开创了中国的航天领域研究，是中国导弹航天技术跻身世界前沿。钱学森钱学森与系统工程1钱学森系统科学思想文库2钱学森系统科学文选举例3钱学森论系统工程的主要内容1.3钱学森与系统工程4钱学森论系统工程的地位上海交通大学出版社2007.11.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学思想文库（1）上海交通大学出版社2007.11.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学思想文库（2）1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学思想文库（3）上海交通大学出版社2007.11.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学思想文库（4）上海交通大学出版社2007.1钱学森与系统工程1钱学森系统科学思想文库2钱学森系统科学文选举例3钱学森论系统工程的主要内容1.3钱学森与系统工程4钱学森论系统工程的地位1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学文选举例（1）1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学文选举例（2）1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学文选举例（3）1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学文选举例（4）1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学文选举例（5）钱学森与系统工程1钱学森系统科学思想文库2钱学森系统科学文选举例3钱学森论系统工程的主要内容1.3钱学森与系统工程4钱学森论系统工程的地位1.3钱学森与系统工程—钱学森系统科学的主要内容（1）（1）系统建模（2）系统仿真（3）系统分析（4）系统优化认识问题探寻目标综合方案模型化仿真分析系统评价N决策Y黑箱灰箱白箱创造性技术WhatWhyWhereWhenWhohow初步分析规范分析综合分析钱学森与系统工程1钱学森系统科学思想文库2钱学森系统科学文选举例3钱学森论系统工程的主要内容1.3钱学森与系统工程4钱学森论系统工程的地位1.3钱学森与系统工程—钱学森论系统科学的地位（1）马克思主义哲学基础科学技术科学工程技术自然科学社会科学数学科学系统科学思维科学人体科学行为科学军事科学文艺理论系统学控制论信息论运筹学系统工程主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.41.4系统工程理论的形成与发展老三论（形成于二十世纪四十年代）：①控制论②信息论③一般系统论新三论（形成于二十世纪七十年代）①耗散结构理论②协同论③突变论系统理论1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（1）老三论1：控制论控制论是用数学工具研究控制机构或控制系统运行一般规律的科学。控制论1控制论的产生与发展2控制系统3控制论对系统工程方法论的启示1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（2）1947年由美国人维纳（NorbertWiener）创立的控制论是一门研究系统的控制的学科。维纳于1948年出版了《控制论》一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机器中控制和通信的科学。”控制论的发展已大致经历了三个时期：从20世纪40年代末到50年代是第一个时期，即经典控制理论时期。在这一时期，主要的研究对象是单因素控制系统，即单输入单输出的自动调节系统，重点是反馈控制，借以实现的工具是各种各样的自动调节器、伺服机构及其有关的电子设备，着重解决单机自动化和局部自动化问题。1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（3）控制论发展的第二个时期为60年代，即现代控制理论时期。这一时期，控制论的主要研究对象就成了多因素控制系统，研究重点是“最优控制”，研究借助的工具是电子计算机。以火箭运载的卫星、飞船、导弹等的飞行为例:火箭的质量特性要用变质量力学来描述；控制是在远距离上实现的；火箭的距离、速度、加速度、飞行姿态、多级工作程序等参数都需要控制,因而是一种多输入多输出的多路控制；控制要求高度精确；地面系统复杂而庞大,控制问题复杂。一般认为,现代控制理论的奠基者是匈牙利出生的美国人卡尔曼。进入70年代以后，是大系统控制理论时期。在这一时期，主要研究对象是因素众多的大系统，重点是大系统多级递阶控制，借助的工具是电子计算机联机和智能机器，应用领域主要为社会系统、经济系统、生态系统、管理系统、环境系统等。1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（4）1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（5）老三论1：控制论控制论是用数学工具研究控制机构或控制系统运行一般规律的科学。控制论1控制论的产生与发展2控制系统3控制论对系统工程方法论的启示控制系统：控制系统由施控器、受控器和控制作用的传递者三者组成，形成一个整体的控制功能和行为，但这又是相对于某种环境而言。因而可以把施控器、受控器和控制作用的传递者三个部分所组成的、相对于某种环境而具有控制功能与行为的系统，称为控制系统。1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（6）1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（7）老三论1：控制论控制论是用数学工具研究控制机构或控制系统运行一般规律的科学。控制论1控制论的产生与发展2控制系统3控制论对系统工程方法论的启示控制论对系统工程方法论的启示黑箱—灰箱—白箱法功能模拟法（如：蝇眼照相机）形式化、数量化、最优化方法1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（8）1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（9）举例：恒温箱下图是恒温箱的人工控制系统的结构图。要求恒温箱中的温度保持恒定。为了测量恒温箱中的温度，安装一个温度计来指示恒温箱中的温度，这个温度就是系统的输出量，或称被控制量。操作者始终观察温度计的温度，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。人在这个系统中有以下的作用：1．观察恒温箱中温度。

2．比较恒温箱中温度与给定温度的差值。

3．调节加热电流的大小。人工控制系统结构图了解了人工控制系统的原理，我们只要用一些设备模仿和代替人的智能，就可以把它变成自动控制系统。首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后用比较放大电路代替人对温度的比较，用电机代替人手来转动恒温箱的电流调节装置。只要放大电路的极性和电机的转动方向合理选择，就可以完成自动控制恒温箱温度的工作。自动控制系统的结构图下图所示。自动控制系统结构图1.4系统工程理论的形成与发展—控制论（10）1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（1）老三论2：信息论信息论是一门研究信息传输和信息处理一般规律的学科。信息论1信息论的一般思想2什么是信息？3信息的度量：信息熵1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（2）信息论起源于通讯理论，是美国科学家申农（Shannon）在1948年创立的。信息论的基本思想和方法完全撇开了物质、能量等各种具体客观形态，而把任何通讯和控制系统都看作是一个信息的传输和加工处理系统，把系统有目的运动抽象为信息变换过程，通过系统内部的信息交流使系统维持正常的有目的的运动。所有系统，在信息论的框架中，是一个进行信息变换和信息处理的机构。信息论的一般思想：1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（3）信息论的一般思想：根据不同的研究内容，把信息论分成三种不同的类型：狭义信息论：即申农信息论。主要研究消息的信息量、信道（传输消息的通道）容量以及消息的编码问题。一般信息论：主要研究通讯问题，但还包括噪声理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。广义信息论：不仅包括前两项的研究内容，而且包括所有与信息有关的领域。1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（4）老三论2：信息论信息论是一门研究信息传输和信息处理一般规律的学科。信息论1信息论的一般思想2什么是信息？3信息的度量：信息熵1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（5）申农对信息的定义：不确定性的减少即：信息量是把某种不确定性趋向于确定的一种度量，信息量的大小取决于消息的不确定减少程度，不确定减少程度越大，则信息量越大；不确定减少程度小则信息量越少。消息与信息：消息是信息的携带者，但并非每条消息都带有信息，或带有同等信息量的信息。例：到会场找人消息A：某人在会场里消息B：某人在会场的偶数排显然，对找到该人这一目的来说，消息B所含的信息量比消息A大，因为消息B更容易减少不确定性。例：气象预报甲乙“甲地晴”比“乙地晴”的不确定性来的小某一事物状态出现的概率越小，其不确定性越大。某一事物状态出现的概率接近于1,即预料中肯定会出现的事件，那它的不确定性就接近于零。1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（6）1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（7）老三论2：信息论信息论是一门研究信息传输和信息处理一般规律的学科。信息论1信息论的一般思想2什么是信息？3信息的度量：信息熵1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（8）信息的度量――信息熵设描述某一事件的消息源可能发出的消息分为：x=(x１,x２…xn)而各可能消息是否会发出的概率为p１,p２,…pn，并满足归一性条件：p１＋p２＋…＋pn＝1按以上概率从消息源中随机地发送消息，形成一个消息序列。1.4系统工程理论的形成与发展—信息论（9）定义一：若某事件出现概率为p，则这一事件所具有的信息量为：

定义二：可能消息集合X的整体平均信息量称为信息熵，简称为熵。公式为：1.4系统工程理论的形成与发展—一般系统论（1）老三论3：一般系统论一般系统论1一般系统论的产生2一般系统论的基本观点3对系统方法论的启发一般系统论的产生：背景：本世纪初，物理学、力学、化学等已得到深入发展、学科体系已趋于完整。生物学：仍处于一种想象，试验的阶段。例如，生命的起源、生命的本质等问题，就存在两种激烈争论的观点：机械论与活力论。机械论：认为生物体应像机械体一样服从物理学、化学所阐明的各种规律，也就是说，把生命问题简化为物理和化学问题，纯粹用物理原因和化学原因来说明一切生命的生理现象和心理过程。所以无法说明生命体的统一性。活力论：认为不能把生命现象简单地归结为物理与化学过程，但却用“超自然的活力”来解释生命现象，认为有机界和无机界之间有一道不可逾越的鸿沟，支配生物体的是一种超物质力量。1.4系统工程理论的形成与发展—一般系统论（2）美藉奥地利生物理论专家贝塔朗菲等人不满于机械论和活力论的解释，提出有有机体概念，强调要从整体关联角度看问题。后来，“有机体”概念被进一步发展为“一般系统论”。现代系统论的发展有两个主要线索：一个是从研究生物有机体角度产生的一般系统论，另一个是从研究技术工程及劳动管理角度产生的系统工程学。1.4系统工程理论的形成与发展—一般系统论（3）1.4系统工程理论的形成与发展—一般系统论（4）老三论3：一般系统论1一般系统论的产生2一般系统论的基本观点3对系统方法论的启发一般系统论1.4系统工程理论的形成与发展—一般系统论（5）一般系统论的基本观点系统的整体性系统的开放性系统的动态相关性系统的多级递阶性系统的有序性1.4系统工程理论的形成与发展—新三论（1）新三论1耗散结构理论2协同学3突变论新三论新三论1：耗散结构理论。1969年，比利时统计物理学家普利高津研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。新三论2：协同学。70年代初，联邦德国理论物理学家哈肯研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科新三论3：突变论。60年代末，法国数学家托姆研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型。1.4系统工程理论的形成与发展—新三论（2）补充知识点：运筹学与系统工程运筹学运筹学是用数学方法研究系统最优化问题的学科，运筹学着重于发挥现有系统的效能，通过建立系统的数学模型，求出合理运用人力、物力和财力的最优方案。应用运筹学处理问题的一般步骤：1.4系统工程理论的形成与发展—运筹学（1）运筹学与系统工程运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，都是系统思想方法定量化的实际应用研究。运筹学发展成为一个专门的数学分支，由数学家进行专门研究，并为系统工程提供最重要的方法和理论基础。运筹学的目的：增加现有系统效率的分析工作，通常涉及现已存在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，分析程序由下而上（战术）。系统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择比较；以问题状况为导向，分析程序由上而下（战略）。1.4系统工程理论的形成与发展—运筹学（2）主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.4什么是系统？1系统的概念2系统的特征3系统的类型1.5系统工程的研究对象1.5系统工程的研究对象—系统的概念（1）什么是系统？系统是由具有一定功能的要素所组成，而各要素之间存在着相互支持或相互制约的逻辑关系。要素逻辑关系要素要素系统必须具备的三个基本条件：两个及以上要素组成；要素之间存在着有机联系；任何系统都有特定的功能与结构。1.5系统工程的研究对象—系统的概念（2）

S1

S2

S4

S3

系统输入

系统输出

S1，S2，S3，S4——系统部件

系统结构

系统周界

系统环境

系统的基本概念图1.5系统工程的研究对象—系统的概念（3）建造一幢房屋，总是有其特殊的功能即一定的目的。像建医院，就是用来治病救人，救死扶伤；建商店，就是用来出售商品，搞活流通，繁荣市场，发展经济；建学校则是为了教书育人，培养人才；建住宅，是为了给人们的生活、学习提供一个宁静、温馨的环境⋯⋯尽管医院、商店、学校、住宅都是房屋建筑，但由于它们的功能作用不同，其系统内部元素之间的联系也就不同。在建筑房屋时就必须依据这个“系统”的功能，在房屋的组合方式——“结构”上作些调整、考虑与安排，依据系统的目的性开展项目的建设。如建医院，就必须建病房、候诊室、手术室、药房；建商店，就必须建柜台、仓库；建学校，须建教室、教研室、阅览室、操场；建住宅，就必须建卧室、客厅、厨房、厕所，相互之间不可错乱。从上述例子可以知道系统内各元素的组织（联系）方式是按照系统的不同功能（目的）要求而建立的。石墨与金刚石。虽然这两种物质都是由碳原子组成，但由于其碳原子的排列结构不同，两种物质的性质迥然不同。金刚石由于碳原子的排列组合方式使得碳原子间分布均匀，结合紧密，成为一种无色透明、外形为八面体的十分坚硬的硬质晶体；而石墨却因为碳原子的另一方式的排列组合使得碳原子层与层之间的间距大，组合力弱，形成一种软质鳞片状晶体，其强度、塑性和韧性都接近于零。两种物质虽然都是由碳原子组成，但由于碳原子的排列秩序不同，则一“硬”一“软”，材料的功能与作用相去甚远。一本书如果一页一页拆开，然后打乱原有次序乱七八糟地重新装订，尽管书的单元保留无余，但由于书的结构被破坏了，就成了一堆废纸。1.5系统工程的研究对象—系统的概念（4）1.5系统工程的研究对象—系统的概念（5）

原材料

生产车间

办公室

成品库

商品销售系统

社会供应系统

物质流

信息流

指令流

工厂生产系统

成品输出

原材料等输入

外界社会系统环境

生产作业系统示意图系统的基本概念包含着三层意思：系统必须由两个或者两个以上的要素组成，单个要素不能成为系统；系统中要素与要素之间存在着有机的相互联系和相互作用的机制，从而形成系统一定的结构或秩序；凡系统都具有一定的功能或特性，而这些功能或特性是系统中任何一个部分都不具备的，它是由系统内部各个要素以及要素与要素之间的有机联系或结构所决定的。1.5系统工程的研究对象—系统的概念（6）什么是系统？1系统的概念2系统的特征3系统的类型1.5系统工程的研究对象1.5系统工程的研究对象—系统的特征（1）特征1：整体性三个和尚没水吃1+1＜2三个臭皮匠，胜过诸葛亮1+1＞2田忌赛马特征2：关联性要素之间存在复杂的相互关系，要素之间的联系不是简单的叠加，而是以一定的组织形式结合。系统结构决定系统工程特征3：环境适应性系统不能脱离环境而存在；系统要适应环境，并可以对环境产生影响。1.5系统工程的研究对象—系统的特征（2）特征4：集合性系统是由若干可以相互区别的要素组成，这些要素可以是实体也可以是非实体。制造系统={工作机，操作者，工具，图纸...};工厂={设备，原材料，经营，人员...}.特征5：目的性目的性是系统设计的出发点，它决定了系统的基本功能；系统的目的是通过实现一系列的目标来实现的。这些目标有时可能是矛盾的，但要在整体上达到协调；系统的目标是通过一系列功能来实现的，而功能是通过同时或顺次完成一系列任务来达到的。特征6：层次性系统要素作为一个整体有一定的层次结构；人类社会系统：阶级，管理的层次等。实例分析：城市交通综合系统：一个庞大的动态系统，它本身的状态是随时间变化而变化的。其结构如下图所示：

城市交通综合系统

交通环境条件

道路交通条件路段交通系统路口交通系统交通设施系统行人交通系统公共交通系统交通管理系统公共场所分布居民住宅分布公交站点分布停车场分布企事业单位分布第三产业网点分布1.5系统工程的研究对象—系统的特征（3）什么是系统？1系统的概念2系统的特征3系统的类型1.5系统工程的研究对象1.5系统工程的研究对象—系统的类型（1）自然系统与人造系统实体系统与概念系统动态系统与静态系统封闭系统与开放系统主要明确：系统工程研究什么样的系统问题SE的研究对象是大规模复杂系统。该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人-机系统、经济性突出等。管理系统问题举例国家政策市场研究技术经济预测竞争状况企业能力资金来源资源条件社会需求生产可能生产组织与控制物、财、人、信息生产控制库存控制质量控制成本控制资金回收产品销售服务调查经营目标产品开发经营计划生产技术准备技术文件劳动力劳动手段劳动对象环境分析经营决策与计划投入转换产出图工业企业生产经营活动过程示意图

1.5系统工程的研究对象—系统的类型（2）主要内容系统思想的历史回顾1.1从现实问题谈系统工程1.2钱学森与系统工程1.3系统工程的内容与特点1.6系统工程的研究对象1.5系统工程理论的形成与发展1.4所谓系统工程，是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。SE强调以下基本观点：整体性和系统化观点（前提）总体最优或平衡协调观点（目的）多种方法综合运用的观点（手段）问题导向及反馈控制观点（保障）1.6系统工程的内容与特点作为一项系统工程，鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口是都江堰渠首工程的三大主体工程，请你利用系统结构功能相关规律来说明这三者是如何协作，从而起到清除泥沙和防御洪水的作用的？在当代，很多水利工程都采用拦江修建大坝的方式来调配江水，可是都江堰却没有拦断江水，只是在岷江中修建了一座像鱼一样的大堤，既起到了大坝和水闸所具有的作用，又没有任何人为因素干涉，从而保持了这一方水土的自然天成。两千多年来，都江堰没有对生态环境产生一丝负面影响，却给予了蜀地万民长久的安康富足。请你说说系统的开放性原理在这项工程中得到的体现。课后思考—题1系统的结构与功能相互联系原理。都江堰的鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口具有不同的结构，因此表现出来的功能也不具相同，三者相辅相成，从首部、中后部、尾部对水量和沙石量进行调节，共同实现这个水利工程的最终目的。系统必须保持开放，不断与外界环境交换物质、能量、信息，从而保证系统的稳定性并不断地发展演化，封闭的系统是不存在的，也必将走向灭亡。鱼嘴把岷江分为内、外二江，根据季节变化来调整两江的流量，使得两江在不断平衡中达到稳定；当江水通过鱼嘴进入内江时，如果内江水量过大时，洪水就会翻越飞沙堰，通过外江排走，带走多余沙石，实现内、外二江物质、能量的交换，使得内江系统的稳定；当江水到达宝瓶口时，若内江流量较大，洪水就通不过狭窄的宝瓶口，多余的岷江水被拒之门外，迅速回流入外江，再次与外江进行能量的交换。由此可见，整个都江堰工程是个开放的系统工程，内、外江之间不断地进行各自所需物质、能量的交换和调整，从而保证整个系统的稳定发展。答题要点课后思考—题2（1）世界上的诸多水利工程水利工程作为一项重大的系统工程，并非只是简简单单的主体工程建设的问题，要考虑到周边的生态环境、地形等众多因素，因此，人们对此都抱着非常谨慎的态度。兴建一个良好的水利工程将是一项功在当代、利在千秋的大事情，以都江堰为例，两千多年来，它促进了整个成都平原生态环境的协调发展和社会经济效益的提高。课后思考—题2（2）与此相反，世界上不乏有很多工程完工之后却带来了很多意想不到的灾难。20世纪30年代，美国人建造了巨大的胡佛水坝和米德湖水库，然而水库建成后三年间，这个历史上从没有地震记录的地区发生了数百次小地震。20世纪60年代初，印度人为向孟买及其周边地区提供充足的水源，修建了弋伊纳水库，但建成一年后，水库储水的重量导致下面的岩层内应力升高，地震便开始在这个历史上无地震的区域频繁发生，并于1967年12月10日，造成177人死亡、2300余人受伤的惨剧。20世纪70年代初，埃及的阿斯旺水坝竣工，虽然这座水坝给埃及人带来了廉价的电力，控制了水旱灾害，灌溉了农田，但是也带来诸多环境和生态问题。1997年，美国缅因州的Edwards坝在工作了162年后被反对者说服当局拆除，原因是大坝破坏了大西洋鲑鱼、条纹石酯和鲟鱼的生存环境。课后思考—题2（3）阿斯旺(Aswan)大坝背景:大坝兴建于20世纪50年代，埃及人口增长很快，年增长率达到百分之三，可利用的自然资源却非常有限。埃及政府希望通过修建尼罗河高坝，开发新的资源以推动经济发展。当时的埃及政府和水利专家们认为，修建尼罗河高坝是一箭数雕的高明之举：即可控制河水泛滥，又能储水、以便在枯水季节灌溉；可以大幅度扩大可灌溉的耕地面积，以适应增长的人口；产生巨大的发电能力，为工业化提供充裕而廉价的能源；修造大坝所形成的巨大水库及对下游水位的调节，可以发展淡水养殖及内河航运。课后思考—题2（4）大坝建成后的效益调节了下游流量，防止了洪水泛滥；利用蓄积的水量扩大了灌溉面积，近100万公顷的沙漠得以被开垦成可耕地；大坝电站每年发电80亿千瓦时，解决了埃及的能源短缺问题；可以说，当时埃及政府修建阿斯旺大坝的预期目标，全部实现了。课后思考—题2（5）大坝对生态和环境的破坏大坝工程造成了沿河流域可耕地的土质肥力持续下降,沿尼罗河两岸出现了土壤盐碱化。由于河水不再泛滥，不再有雨季的大量河水带走土壤中的盐分，而不断的灌溉又使地下水位上升，把深层土壤内的盐分带到地表，再加上灌溉水中的盐分和各种化学残留物的高含量，导致了土壤盐碱化。库区水质恶化，附近居民的健康受到危害。库区水的大量蒸发是水质变化的一个重要原因；土地肥力下降迫使农民不得不大量使用化肥，化肥的残留部分随灌溉水又回流尼罗河。课后思考—题2（6）大坝对生态和环境的破坏（续）河水性质的改变使水生植物及藻类到处蔓延，不仅蒸发掉大量河水，还堵塞河道灌渠。每年由于水生杂草的蒸腾损失的水量就达到可灌溉用水的百分之四十。尼罗河下游的河床遭受严重侵蚀，尼罗河出海口处海岸线内退。大坝建成后的十二年中，从阿斯旺到开罗，河床每年平均被侵蚀掉2厘米；一位原埃及士兵说，他曾站过岗的灯塔现在已陷入海中，距离目前的海岸竟然有一到二公里之遥。大坝利弊的综合评估阿斯旺大坝建成后陆续出现的生态和环境问题有些是设计时预料到、但无法避免或无力解决的；有些是有所预料、但对其后果的严重性估计不足的；还有些问题是完全没有预料到的。直到今天，人们仍然认为，要精确地预测大坝对生态和环境的影响还是相当困难的。目前很多国家的公众舆论和学者专家们往往对超大型水利设施的建设持反对或谨慎的态度。课后思考—题2（7）课后思考—题2（8）思考：阿斯旺水坝受到的争议颇多，不过很多人认为尽管这项工程导致生态环境的恶化，可是却具有防止尼罗河泛滥成灾，在大旱时期提供充足的水源，为埃及供应廉价的电力资源等等益处，利大于弊，因而不失为一项成功的水利工程。请你利用系统的目的性原理来分析一下这项系统工程的成与败？系统工程SystemEngineering下一章系统工程方法论第2章系统工程方法论系统工程SystemEngineering任课教师：张敬所在院系：经管学院工业工程数学描述方法＋逻辑推理方法工程技术的规范＋社会科学的艺术思想方法理论基础基本程序方法步骤系统工程方法论基本特点：研究方法强调整体性技术应用强调综合性管理决策强调科学性系统工程方法论概述主要内容系统工程基本工作过程2.1系统分析原理与应用2.2创新思维与方案创造技术2.3系统工程方法论的新发展2.42.1系统工程基本工作过程系统工程工作过程2霍尔三维结构3切克兰德方法论硬系统分析方法软系统分析方法1硬系统与软系统硬系统：偏重工程、机理明显的物理型的结构系统，可以用较明显的数学模型描述，有较现成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。软系统：偏重社会、机理尚不清楚的生物型的结构系统，较难用数学模型描述，往往只能用半定量、半定性的方法来处理。多为含有社会、政治、以及人为因素的问题。2.1系统工程基本工作过程—硬系统与软系统（1）在现代企业中有五个硬系统和五个软系统是必须健全的：五个硬系统：战略目标管理系统、规范化管理系统、人力资源管理系统、市场营销管理系统、资本运营财务系统。五个软系统：有效沟通系统、有效授权系统、信息管理系统、问题的分析与决策系统、企业文化和团队建设系统。企业管理体系中如果没有“硬系统”的存在，早晚要出大问题，目前不出问题只是偶然。很多企业突然间破产倒闭、很多企业高管“纷纷落马”的根本原因是企业管理体系中没有相应的“硬管理系统”。2.1系统工程基本工作过程—硬系统与软系统（2）很多管理者忽视硬管理系统、有意破坏硬管理系统，最后“自食其果”。硬系统：确保不出系统误差闭环反馈流程软系统：确保企业不断进步激励制度企业文化管理者及员工素质创新团队精神2.1系统工程基本工作过程—硬系统与软系统（3）2.1系统工程基本工作过程系统工程工作过程2霍尔三维结构3切克兰德方法论硬系统分析方法1硬系统与软系统2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（1）逻辑维知识维时间维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运筹阶段分析阶段拟定方案规划阶段运行阶段更新阶段系统实施阶段明确问题指标设计系统综合系统分析系统优化系统决策实施计划指为完成上述各阶段、各步骤的工作所需要的各种专业知识和技术知识表示系统工作的各个阶段是指实施系统工程的每一个工作阶段所要经历的步骤，也称思考过程①②①③②③时间维（T）例如：职业生涯规划；“软件开发”问题；产品的生产过程逻辑维（L）例如：“人才培养”问题知识（K）或专业维（P）2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（2）运用系统工程知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：逻辑维（步骤）时间维（阶段）1明确问题2选择目标3系统综合4系统分析5方案优化6作出决策7付诸实施1.规划阶段a11a12a13a14a15a16a172.方案阶段a21a22a23a24a25a26a273.研制阶段a31a32a33a34a35a36a374.生产阶段a41a42a43a44a45a46a475.运行阶段a51a52a53a54a55a56a576.更新阶段a61a62a63a64a65a66a67代表一项具体的管理活动2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（3）应用——企业管理系统工程活动矩阵（框架——H；内容——C）

问题现状说明关联要素分析方向目标及指标设计对象系统的再认识变革途径探索比较、分析、权衡、评价组织行为分析实施与改进1.企业诊断与环境分析

2.企业发展战略与规划

3.产品研究与开发管理

4.企业经营决策与计划

5.生产要素的准备及投入管理

6.生产过程的组织与控制

7.销售服务与资金回收管理

8.企业管理系统更新和企业经营环境改善

逻辑步骤活动项目工作过程2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（4）水利水电工程的霍尔三维结构分析图1水利水电工程系统框架2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（5）图2水利水电工程霍尔三维结构图2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（6）时间维：勘测阶段。勘测阶段主要是对适合修建水利水电工程地区的地质结构进行勘探,收集相关流域的已有的水文、气象、地质、地形资料。规划阶段。主要是根据国家及当地的国民经济现状和能力,依据国家及地方的有关的政策和法规,对即将要建设的水利水电工程向政府或者相关部门提交可行性研究报告。设计阶段。依据勘测阶段所收集的相关资料和规划阶段的可行性报告,可以利用现代技术方法设计水利水电工程系统。2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（7）时间维：施工阶段。将设计图纸变为现实的过程,这个过程又可以分得更细一点,如施工前期的移民工作、清理基础、施工围堰等临时工程的施工、永久性建筑物的施工等等,也可以据此构建一个施工阶段霍尔三维结构图。运行管理阶段。该阶段主要是针对已经建设完工的水利水电工程进行安全方面的检测、维护及管理,对已经正常运行的水利枢纽进行优化调度。同时也要对水利水电工程系统运行过程中出现的新问题进行研究,创造性地跟踪新技术、新工艺,提出适合中国水利水电建设的新材料、新工艺、新结构和新的设计方法,使得这个系统更好地发挥它对国民经济的效益。2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（8）逻辑维：在上述时间维的每一个阶段都有非常具体的问题需要解决,这对于时间维上的每一个阶段都是首先需要考虑的，下面针对时间维的第三阶段在逻辑维上展开分析：明确问题。主要面临的是如何设计主要的水工建筑物。选定目标。将上述问题进一步明确化,意味着究竟选哪种坝型作为主体。方案综合。对选定的目标进行多种方案预算,方案综合是指对水利水电工程系统中的水工建筑物进行设计,这种设计要有多种方案,包括主体坝型方案的不同,对各水工建筑物具体位置的确定等等。这些不同构成了设计的不同方案,针对不同方案给出相应的工程投资。2.1系统工程基本工作过程—霍尔三维结构（9）逻辑维：系统分析。这个阶段主要是将水利水电