第一章系统工程概论

第1章系统工程概论1.1系统的基本概念1.2系统工程概述1.3农业系统工程※本章重点与难点主要内容

返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论的观点，人类的认识总是从实践中总结出来的，也就是说人类在改造自然界的同时，也在改造自己，人类总是在与自然界作斗争的过程中，靠自己的聪明才智取得需要衣、食物。他们在失败的挫折中吸取教训，在成功的喜悦中总结经验，长期的积累。逐步形成了某一方面一整套的认识，研究自然界的一般性方法，即科学论。系统工程是二十世纪六十年代以后才开始兴起的一门科学，它是以一种思想——系统思想，为指导解决社会实践问题的方法，在我国古代就有很多的系统思想的实例，他们有意或无意地在利用这种思想，但当时科学技术并不发达，因此还不叫系统工程。丁谓修复皇宫的故事宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得是北宋真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓的大臣领了此任务，他提出了一个一举三得的方案；在皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入材料、石材等建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道，解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，

缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人员自发引用这种思想的典型例子，从这个例子可以看出，丁谓在解决问题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他们之间的有机联系，从而解决了问题。田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中等马、下等马中选送一匹进行比赛，每输一局，输银千两，齐王的马都比田忌的好，但田忌的下等马与齐王的上等马赛，用上等马对中等马，用中等马对下等马，这样田忌非但没有输，反而嬴了一千两银子，这便是系统中从整体出发，选最优方案，到最后实施的对策策略。都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太守李冰父子二人主持修建的，都江堰水利工程由渔江分水工程；飞沙堰分洪排沙工程和宝并口引水工程三大主体工程巧妙地结合而成，这三个大主体工程和一百个附属堰形成了相互联系的有机整体，缺一不可，没有渔嘴分水工程就不能把岷江分为内江和外江；没有宝并口的束水作用，就不会形涡流，泥沙就过不了飞沙堰；如果没有飞沙堰，宝并口的束水口就要淤塞，内江之水就无法流入川西平原，正因为这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，才能导岷江之急流，化害为利，灌溉良田500多万亩。都江堰的规划和设计及其科学水平就是用今天的系统方法衡量也毫不逊色。系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹的计划第二次世界大战期间，美国总统罗斯福下令向日本广岛投放了第一颗原子弹，对盟国在二战中彻底击败法西斯，对中国的抗日战争最终取得胜利都有不可估量的影响，也为日本人留下了永久的灾难，美国第一颗原子弹计划就是曼哈顿计划。1940年，爱因斯坦等著名科学家向美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前例的工作，请理论生物学家奥本海默来组织领导这项工作。他动员了二万五千名各种专业的科学家和工程师困难的，人员众多，课题繁多，相互交错，他在执行计划的过程中，从整体出发把研究课题分解成大量的小课题，组织很多小课题，负责整个课题的研究工作，同时他又非常注重各课题之间的联系和层次，使全部课题组合起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目上，大家论证提出了六种方案，各不相让，他确定一个原则，首先要保证按时完成任务，其他皆是次要的，因此他根据可靠性理论中可靠性低的原件组成可靠性高的系统的原理，决定六种方案同时实验，结果按时得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原子弹。在大规模的组织起来完成一项军事科研生产任务的大型系统工程中，时刻从系统的总目标出发，在系统的约束条件下最终完成了目标，但当时还没有系统工程这一词，但国外都认为这是系统工程方法成功的起点。投入产业模型型在国民计划划经济中的应应用我国计划经济济的最基本原原理是有计划划按比例发展展，综合平衡衡各部门之间间按比例发展展，系统工程程把整个国民民经济当作一一个大系统。。分析总结出出投入产出综综合模型，对对系统中各因因子进行分析析，确定各部部门的投入及及生产规模，，以求最终平平衡，实现安安比例发展的的目标。系统工程的应应用是相当广广泛的，大至至我们的国家家、社会、各各行业、部门门、各种服务务系统、小至至企业、企业业的产品开发发，经营预测测，库存管理理都涉及到系系统工程管理理问题，对于于象国民经济济各部门如何何达到费用最最省结构最合合理。如何使使资源利用最最优、利润最最大，人员配配备问题、几几名工人、几几项工作，一一人只能承担担一项工作。。当不同的人人从事各种工工作的效益不不同时，如何何分配人员才才能使全工程程组收益最大大。1.1系统的基本概概念系统的定义系统的分类系统的特征系统的结构与与功能小结作业1.1系统的基本概概念系统的定义系统（System）一词来源于希腊文systema。由词冠“sys-”和动词词干“tema”构成的复合词。共同地使定位原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。也就是由部分组成整体的意思。1.1系统的基本概概念系统的定义（1）古今系统思思想概述系统思想（SystemThought）就其最基本本的涵义来说说，是是关于事事物的整体性性观念、相互互联系的观念念、演化发展展的概念。系统概念来源源于人类长期期的社会实践践。人类自有有生产活动以以来，无不在在同自然系统统打交道。1.1系统的基本概概念系统的定义（1）古今系统思思想概述德谟克克利特特（Democritus）的“宇宙大大系统统”德谟克克利特特（约约前460年～前前370年）出出生于于色斯斯雷的的海滨滨城市市阿布布德拉拉。德德谟克克利特特研究究过天天文、、地质质、数数学、、物理理、生生物等等许多多学科科，提提出了了圆锥锥体、、棱锥锥体、、球体体等体体积的的计算算方法法。他他对逻逻辑学学的发发展也也作出出了重重要的的贡献献。德德谟克克利特特的著著作涉涉及自自然哲哲学、、逻辑辑学、、认识识论、、论理理学、、心理理学、、政治治、法法律、、天文文、地地理、、生物物和医医学等等许多多方面面，据据说一一共有有52种之多多，遗遗憾的的是到到今天天大多多数都都散失失或只只剩下下零散散的残残篇了了。马马克思思和恩恩格斯斯因此此赞美美他是是古希希腊人人中“第一个个百科科全书书式的的学者者”。1.1系统的的基本本概念念系统的的定义义（1）古今今系统统思想想概述述德谟克克利特特在自自然科科学上上最重重要的的贡献献，是是他继继承和和发展展了生生活于于公元元前500年前后后的留留基伯伯的原原子论论，为为现代代原子子科学学的发发展奠奠定了了基石石。曾论述述了“宇宙大大系统统”，他认认为世世界是是由原原子和和真空空所组组成，，原子子组成成万物物，形形成不不同的的系统统和有有层次次的世世界。。1.1系统的的基本本概念念系统的的定义义（1）古今今系统统思想想概述述亚里士士多德德（Aristotle）的的朴素素系统统观亚里士士多德德(约前384-前322)是世界界古代代史上上最伟伟大的的哲学学家、、科学学家和和教育育家。。他创创立了了形式式逻辑辑学，，丰富富和发发展了了哲学学的各各个分分支学学科，，对科科学作作出了了巨大大的贡贡献。。提出出关于于整体体性、、目的的性、、组织织性的的观点点，以以及关关于事事物相相互关关系的的思想想（古古代朴朴素的的系统统观念念）1.1系统的的基本本概念念系统的的定义义（1）古今今系统统思想想概述述李冰的的都江江堰水水利工工程战国初初期秦秦国李李冰设设计修修造了了伟大大的都都江堰堰，包包括“鱼嘴”岷江分分水工工程、、“飞沙堰堰”分洪排排沙工工程、、“宝瓶口口”引水工工程三三大主主体工工程和和120个渠堰堰工程程，工工程之之间的的联系系处理理的恰恰到好好处，，形成成一个个协调调运转转的工工程总总体。。科学学地解解决了了江水水自动动分流流、自自动排排沙、、控制制进水水流量量等问问题，，消除除了水水患，，使川川西平平原成成为“水旱从从人”的“天府之之国”。我国国历史史上曾曾修建建过许许多水水利工工程，，其中中有名名的就就有芍芍(shuo)陂(bei)、漳水水渠、、郑国国渠等等，但但大部部分都都先后后报废废，唯唯独李李冰修修建的的都江江堰经经久不不衰，，两千千多年年来一一直发发挥着着防洪洪、灌灌溉、、航运运等多多种功功效，，成为为我国国历史史上的的一项项奇迹迹。1.1系统的的基本本概念念系统的的定义义（1）古今今系统统思想想概述述贾思勰（xie）的“齐民要术”著名学者贾贾思勰（xie）（南北朝朝北魏人，，今山东寿寿平人）在在其名著“齐民要术”一书中，叙叙述了气候候因素与农农业发展的的关系，对对农业与种种子、地形形、耕种、、土壤、水水分、肥料料、季节、、气候诸因因素的相互互关系，都都有辨证的的叙述，并并提出了如如何根据天天时、地利利和生产条条件合理地地安排农事事活动。1.1系统的基本本概念系统的定义义（2）系统的各种种定义在韦氏大辞辞典（Webster大辞典）中中，系统一一词被解释释为:有组织的和和被组织化化了的整体体；结合着着的整体所所形成的各各种概念和和原理的综综合；由有有规则的相相互作用、、相互依赖赖的诸要素素形成的集集合等等。。奥地利生物物学家，一一般系统论论的创始人人贝塔朗菲菲把系统定定义为：相互作用的的诸要素的的综合体。。在日本的JIS“运筹学术语语”工业标准中中,系统被定义义为：许多组成要要素保持有有机的秩序序向同一目目标行动的的体系。1.1系统的基本本概念系统的定义义（2）系统的各种种定义钱学森语：：系统是由相相互作用、、相互依赖赖的若干组组成部分结结合成的具具有特定功功能的有机机体，而且且这个系统统本身又是是它所从属属的一个更更大系统的的组成部分分。系统的定义义（概括））系统是由若若干个（两两个或两个个以上）相相互作用、、相互依赖赖、相互制制约、相互互作用的元元素组成的的具有某种种特定功能能的有机整整体。分析系统的的定义，它它包含四层层意义：第一，系统统是由两个个或两个以以上可以相相互区别的的元素组成成的，单个个元素构不不成系统。。第二，系统统中的各元元素相互间间具有联系系、彼此独独立的各元元素不能称称其为系统统。第三，系统统是一个有有机整体。。1.1系统的基本本概念系统的定义义第四，系统统具有某种种特定的功功能。1.3系统的分类类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统（6）白色系统、黑色系统和灰色系统1.1系统的基本本概念系统的分类类1.3系统的分类类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

原始的系统统都是自然然系统，如如：天体、、海洋、生生态系统等等；人工系统都都存在于自自然系统之之中，如：：人造卫星星、海运船船只、机械械设备、生生产管理、、物流系统统等等。1.1系统的基本本概念系统的分类类1.3系统的分类类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

实体系统是是指以矿物物、生物、、机械、能能量和人等等实体为构构成要素所所组成的系系统，如：：机械系统统、计算机机系统等；；概念系统是是指以概念念、原理、、原则、方方法、制度度、程序等等非物质实实体为构成成要素所组组成的系统统，如：管管理系统、、教育系统统、国民经经济系统等等。1.1系统的基本本概念系统的分类类1.3系统的分类类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

开放系统统是指与与外部环环境有物物质、能能量和信信息交换换的系统统，如：：教育系系统、企企业系统统等；封闭系统统是指与与外部环环境无关关的系统统，实际际上，没没有绝对对的封闭闭系统，，只是有有时把与与环境联联系较少少，相对对独立的的系统看看作封闭闭系统。。1.1系统的基基本概念念系统的分分类1.3系统的分分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

静态系统统是指决决定系统统特性的的因素不不随时间间推移而而变化的的系统，，没有绝绝对的静静态系统统；动态系统统是指这这些因素素随时间间的推移移而变化化的系统统，如：：人体系系统、企企业系统统等。1.1系统的基基本概念念系统的分分类1.3系统的分分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

凡是人能能够改变变其状态态的系统统称为可可控系统统，反之之称为不不可控系系统。人人工系统统是可控控的，大大多数自自然系统统是不可可控的。。1.1系统的基基本概念念系统的分分类1.3系统的分分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统（6）白色系统、黑色系统和灰色系统这是按照照人们对对信息的的掌握程程度来划划分的。。1.1系统的基基本概念念系统的分分类1.4系统的特特征（1）整体性性（2）关联性性（3）目的性性（4）层次性性（5）动态性性（6）环境的的适应性性即系统整整体不等等于各组组成元素素之和，，即非加加和原则则，有两两种情况况：①整体小小于各组组成元素素之和，，即1+1<2②整体大于于各组成成元素之之和，即即1+1>2（也叫整整体的涌现性）系统中相互关关联的部分或或部件形成“部件集”，“集”中各部分的特特性和行为相相互制约和相相互影响，这这种相关性确确定了系统的的性质和形态态。包括内部关联联（如金刚石石和石墨）和和外部关联人工系统和复复合系统都具具有一定的目目的性，要达达到既定的目目的，系统必必须具有一定定的功能。没没有目的的系系统不属于系系统工程研究究的对象。由于系统的结结构、功能和和层次的动态态演变有某种种方向性，因因而使系统具具有有序性的的特点。系统统的有序性可可以表述为：：系统是由较较低级的子系系统组成，而而该系统自己己又是更大系系统的一个子子系统。系统的有序性性揭示了系统统与系统之间间存在着包含含、隶属、支支配、权威、、服从的关系系，统称为传传递关系。如：开放系统统和外界环境境有物质、能能量和信息的的交换，系统统内部结构也也可以随时间间变化。一般般来说，系统统的发展是一一个有方向性性的动态过程程。任何系统都存存在于物质环环境（更大的的系统）之中中，它必然要要与外界环境境产生物质、、能量和信息息的交换，外外界环境的变变化也必然会会引起系统内内部各要素之之间的变化。。因此为了保持持和恢复系统统原有特性，，系统必须具具有对环境的的适应能力，，就象元素必必须适应环境境一样，因为为：系统+环境=更大的系统。。1.1系统的基本概概念系统的特征（7）可控性指人们通过调调节可控系统统的可控元素素，使它按预预期轨迹运动动，实现预期期的目标。1.1系统的基本概概念系统的结构与与功能（1）系统的结构从一般意义上上讲，系统的的结构可以用用以下式子表示：：S={E，R}式中S——代表系统；E——代表元素的集集合；R——代表元素之间间的各种关系系的集合。1.1系统的基本概概念系统的结构与与功能（1）系统的功能1.1系统的基本概概念小结系统的基本特特征包含了整整体性、相关关性、目的性性、有序性、、动态性、环环境适应。对于系统可以以按照不同的的分类标准划划分为不同的的系统。1.1系统的基本概概念作业什么是系统？？了解系统思想想的发展。1.2系统工程系统工程的定定义系统工程的特特征系统工程的形形成与发展小结作业1.2系统工程系统工程的定定义日本学者三浦浦武雄认为为：系统工程与其其它工程学的的不同之点在在于它是跨越越许多学科的的科学，而且且是填补这些些学科边界空空白的一种边边缘学科。因因为系统工程程的目的是研研制一个系统统，而系统不不仅涉及到工工程学的领域域，还涉及社社会、经济和和政治等领域域。所以为了了适当地解决决这些领域的的问题，除了了需要某些纵纵向技术外，，还要有一种种技术从横的的方向把它们们组织起来，，这种横向的的技术就是系系统工程。日本工业标准准“运筹学术语”中定义:系统工程学是是为了最优地地达到系统目目标而对系统统的构成要素素、组织结构构、信息流通通和控制机构构进行分析的的技术。1.2系统工程系统工程的定定义我国著名学者者钱学森认为为:系统工程是组组织管理系统统的规划、研研究、设计、、制造、试验验与使用的科科学方法，是是一种对所有有系统都具有有普遍意义的的方法。附：钱学森的的系统观感性知识经验知识科学知识哲学第三层次第二层次第一层次附：钱学森的的系统观（续续1）钱学森提出的的系统科学体体系图上世纪80年代时，日本本科技代表团团参观“长征”火箭，回国后后嘲笑中国工工艺和产品粗粗糙落后，认认为没有几件件东西是日本本不能生产。。然而至今，，日本最优秀秀的Ｈ—2Ａ火箭平均两两三枚就炸掉掉一枚，技术术指标虽优于于中美，但是是实用性能不不佳。“长征”和“神舟”追求的并非“单项最优”而是“整体最优”，这就是钱学学森在中国大大力提倡的系系统工程（SystemEngineering）。中国航天工业业正是在系统统工程精神指指导下，取得得了瞩目成就就。神六发射射和回收成功功，得益于全全国的庞大系系统工程网络络，涉及全国国二十多个省省市的航空、、航天、电子子、兵器、舰舰船、冶金、、食品、化学学、科研院校校等。只有高高超的协调能能力才能做好好系统工程，，这是真正的的大国和强国国才能做到的的。1.2系统工工程系统工工程的的定义义（本本书的的定义义）系统工工程是是以系系统思思想为为指导导，定定性、、定量量相结结合，，各种种理论论、方方法与与技术术综合合集成成，以以系统统整体体最优优为目目的来来研究究系统统的规规划、、开发发、设设计、、生产产、组组织、、管理理、调调整、、控制制、评评价等等问题题的一一门交交叉科科学。。它是是由一一般系系统论论及其其发展展、大大系统统理论论、经经济控控制论论、运运筹学学、管管理科科学等等学科科相互互渗透透、交交叉发发展而而形成成的。。系统工工程的的研究究对象象：大型复复杂的的人工工系统统和复复合系系统；；系统工工程的的研究究内容容：组织协协调系系统内内部各各要素素的活活动，，使各各要素素为实实现整整体目目标发发挥适适当作作用；；系统工工程的的研究究目的的：实现系系统整整体目目标最最优化化。因此，，系统统工程程是一一门现现代化化的组组织管管理技技术，，是特特殊的的工程程技术术，是是跨越越许多多学科科的边边缘科科学。。1.2系统工工程系统工工程的的特征征（1）整体体性（（系统统性））（2）开放放性（（协调调性））（3）动态态相关关性（（交叉叉性））（4）层次次等级级性（（最优优性））（5）有序序性（（最优优性））常规工工程学学以自自己特特定的的物质质为对对象，，而系系统工工程则则不限限于某某一特特定的的物质质对象象，各各种自自然的的、生生态的的、人人类的的、企企业的的和社社会的的组织织等都都可以以作为为它的的研究究对象象；系统工工程具具有多多学科科综合合性的的特点点，它它不仅仅应用用于自自然科科学，，而且且也要要用到到其他他工程程技术术，如如管理理科学学、经经济学学、社社会学学，乃乃至心心理学学、生生态学学和医医学等等知识识；常规工工程学学多着着眼于于技术术的合合理性性，往往往是是利用用组成成元素素的良良好程程度来来确保保和维维持整整个系系统的的总体体功能能。而而系统统工程程则是是从整整个系系统的的最优优出发发，首首先确确定整整体的的目标标，然然后再再参照照这个个目标标来决决定各各元素素所必必需的的性能能，并并利用用各元元素间间的巧巧妙联联系和和协调调运转转来实实现总总体目目标。。这样样做往往往更更能提提高整整个系系统的的水平平。1.2系统工工程系统工工程的的特征征（系统工工程与与常规规工程程学的的区别别）1.2系统统工工程程系统统工工程程的的形形成成与与发发展展系统统工工程程的的发发展展大大致致可可以以分分为为萌萌芽芽、、发发展展和和初初步步成成熟熟三三个个时时期期：1．萌萌芽芽时时期期（（20世纪纪50年代代以以前前））2．发发展展时时期期（（20世纪纪50年代代至至60年代代））3．初初步步成成熟熟时时期期（（20世纪纪60年代代以以后后））1、萌萌芽芽时时期期（（20世纪纪50年代代以以前前））美国国贝贝尔尔电电话话公公司司首首先先使使用用了了“系统统工工程程（systemengineering）”命名名设设计计新新系系统统（（研研究究发发展展微微波波通通信信网网））的的科科学学方方法法。。1.2系统统工工程程系统统工工程程的的形形成成与与发发展展2、发发展展时时期期（（20世纪纪50年代代至至60年代代））1.2系统统工工程程系统统工工程程的的形形成成与与发发展展古德德（（）和和麦麦考考尔尔（（）合合作作出出版版了了第第一一本本以以““系系统统工工程程””命命名名的的书书兰德德公公司司倡倡导导““系系统统分分析析（（Systemanalysis）””以泰泰勒勒（（F.W.Taylor,1856——1915）为为代代表表的的科科学学管管理理发发展展成成了了管管理理科科学学（（ManagementScience）1958年美美国国在在北北极极星星导导弹弹的的研研制制中中，，首首先先采采用用了了计计划划评评审审技技术术（（PERT），，有有效效地地推推进进了了计计划划管管理理。。阿波波罗罗飞飞船船登登月月成成功功参加加人人员员约约42万，，120所大大学学实实验验室室，，耗耗资资240亿美美元元，，1969年实实现现登登月月。。在在这这个个高高科科技技系系统统下下面面，，有有众众多多的的分分系系统统，，如如：：飞飞船船系系统统、、通通讯讯系系统统和和测测试试系系统统等等等等。。这这些些分分系系统统下下面面又又包包含含无无数数小小系系统统。。实实现现总总体体最最优优。。3、当当今今系系统统工工程程的的理理论论1.2系统工程程系统工程程的形成成与发展展耗散结构构理论（dissipativestructuretheory)1969；比利时时统计物物理学家家I.普利高津津研究远离离平衡态态的开放放系统从从无序到到有序的的演化规规律的一一种理论论协同学（synergetics）70年代初，，联邦德德国理论论物理学学家H.哈肯研究协同同系统从从无序到到有序的的演化规规律的新新兴综合合性学科科超循环理理论（hypercycletheory）1971，德国生生物物理理学家M.艾根研研究分分子自组组织的一一种理论论3、当今系系统工程程的理论论(续)1.2系统工程程系统工程程的形成成与发展展突变论（（catastrophetheory）60年代代末，法法国数学学家R.托姆姆研究不不连续现现象的一一个新兴兴数学分分支，也也是一般般形态学学的一种种理论，，能为自自然界中中形态的的发生和和演化提提供数学学模型微分动力力系统（（differentialdynamicalsystems）60年代代初，S.斯梅梅尔、廖廖山涛（（北大数数学教授授）所提提出的，，是系统统科学的的一个数数学分支支。主要要研究随随时间演演变的动动力系统统的整体体性质及及其在扰扰动中的的变化分岔理论论（bifurcationtheory）50年代代，苏联联学者A.A.安德罗罗诺夫等等研究分分岔现象象的特性性和产生生机理的的数学理理论（（早早在19世纪，，C.雅雅可比、、H.庞庞加莱等等人就已已引进““分岔””概念））3、当今系系统工程程的理论论（续））1.2系统工程程系统工程程的形成成与发展展复杂系统统理论以非线性性自组织织理论为为核心的的系统理理论（欧欧洲学派派）以圣菲研研究所（（SFI）为代表表的理论论框架，，其代表表性理论论是1994年霍兰提提出的CAS（复杂适适应系统统）理论论（美国国学派））以开放的的复杂巨巨系统理理论为核核心的理理论体系系（中国国学派））4、系统工工程在我我国的应应用1.2系统工程程系统工程程的形成成与发展展1955年，计划划经济的的需要，，引进系系统工程程、运筹筹学1956年中科院院力学所所建立了了我国第第一个运运筹学研研究组1960年中科院院力学所所与数学学所成立立数学与与运筹学学研究所所1962年钱学森森开始倡倡导系统统工程思思想1965－1975华罗庚在在我国大大力推广广““统统筹法””，“优优选法””。文化大大革命命期间间几乎乎停顿顿1977年正式式将系系统工工程列列入国国家重重点研研究项项目三峡工工程1993年开始始施工工准备备，历历经10年，涉涉及防防洪、、发电电、航航运、、移民民安置置、生生态环环境、、国防防安全全、区区域经经济发发展等等各个个方面面。1.1系统的的基本本概念念小结系统工工程不不同于于常规规工程程学，，没有有特定定的研研究对对象，，任何何系统统都可可以作作为系系统工工程的的研究究对象象。随着自自然、、社会会、经经济的的发展展，系系统工工程也也在不不断的的发展展中。。1.1系统的的基本本概念念作业什么是是系统统工程程？了解系系统工工程的的发展展及相相关的的系统统理论论。系统工工程的的理论论和技技术基基础运筹学学老三论论一般系系统论论、信信息论论、控控制论论新三论论耗散结结构理理论、、协同同学（（synergetics）、突突变论论（catastrophetheory）⒈一般系系统论论其创始始人是是奥地地利生生物学学家贝贝塔朗朗菲（（L﹒Von﹒Bertalanffy），主主张把把一切切有机机体都都作为为一个个整体体、一一个系系统来来研究究。一一般系系统论论的主主要观观点如如下：：1、系统统的整整体性性；2、系统统的开开放性性；3、系统统的动动态相相关性性；4、系统的的层次次等级级性；；5、系统的的有序序性；；一般系系统论论属于于逻辑辑和数数学的的领域域，它它的任任务是是确立立适用用于各各种系系统的的一般般原则则。一一般系系统论论沟通通了自自然科科学与与社会会科学学、技技术科科学与与人文文科学学之间间的联联系，，提出出了研研究各各门学学科的的新的的方法法，使使许多多学科科面貌貌焕然然一新新。一一般系系统论论为系系统思思想的的发展展，使使人类类走向向系统统时代代，奠奠定了了理论论基础础。2信息论论创立者者是美美国数数学家家申农农（）和维维纳（信息息科学学）以信息息为主主要研研究对对象，，以信信息的的运动动规律律和应应用方方法为为主要要研究究内容容，以以计算算机、、光导导纤维维等为为主要要研究究工具具，以以扩展展人类类的信信息功功能为为主要要研究究目标标。类比方方法统计方方法信息方方法（运用用信息息的观观点，，把系统看作是借助助于信信息的的获取取、传传递、、加工工、处处理而而实现现其有有目的的性的的运动动的一种研究究方法）信息论是研研究信息传传输和信息息处理系统统的一般规规律的学科科，其基本本思想是完完全撇开系系统物质与与能量的具具体运动形形态，而把把系统的有有目的的运运动抽象为为一个信息息变换的过过程，来探探求信息的的一般特征征、传送规规律和原理理。由于人人类的任何何实践活动动中，都包包含着人流流、物流、、财流、信信息流等各各种流，其其中信息流流起着支配配的作用，，它调节着着系统内部部其它流的的数量、方方向、速度度、目标，，并控制着着人和物的的有目的、、有规律的的活动。分为狭义信信息论、一一般信息论论和广义信信息论信息论是控控制论的基基础。3.控制论维纳于1948年出版了《控制论》一书；阐述述了两个根根本概念：：一切有生命命、无生命命系统都是是信息系统统。控制的的过程也可可以说是信信息运动的的过程。一切有生命命、无生命命系统都是是控制系统统。一个系系统一定有有它的特定定输出功能能，而要具具有这种输输出功能，，必须有相相应的一套套控制机制制。公认的看法法是：控制制论是以研研究各种系系统共同存存在的控制制规律为对对象的一门门科学。控制论是研研究系统的的调节与控控制的一般般规律的科科学。主要要内容如下下：1、最优控制制理论；；2、自适应、、自学习和和自组织系系统理论；；3、模糊理论论；4、大系统理理论。⒋耗散结构理理论耗散结构理理论是十九九世纪70年代由比利利时物理学学家普利高高津（I·Prigogine）提出来的的。研究远离平衡态态的开放系系统从无序到有有序的演化化规律的一一种理论，，耗散结构理理论是研究究一个系统统从混沌向向有序转化化的机理、、条件和规规律的一门门科学。所谓“好散散结构”是是指在非平平衡态的开开放系统中中，当控制制参数达到到某一特定定临界值时时，系统通通过涨落会会发生从无无序到有序序的突变而而产生的稳稳定有序结结构。耗散结构理理论的意义义在于它指指出了化学学、生态系系统等许多多复杂系统统由无序转转向有序的的规律是一一般的，沟沟通了生命命系统与非非生命系统统之间的联联系。⒋耗散结构理理论耗散结构论论是近十几几年来发展展起来的一一门研究非非平衡态开开放系统的的结构和特特征的新兴兴学科。它它被誉为70年代科学院院的“辉煌煌成就之一一”。耗耗散一一词，原意意是指开放放系统与外外界进行的的物质、能能量、信息息的交换运运动。耗散散结构则是是指远离平平衡态的开开放系统，，通过耗散散运动形成成的一种动动态稳定的的有序化结结构，即由由原来混浊浊无序的状状态转变成成一种在空空间上、时时间上或功功能上的有有序状态。。耗散结构构论探讨系系统从无序序转变为有有序的条件件、相干行行为和机制制，探讨耗耗散结构的的形成和生生长的动力力学，研究究怎样通过过“涨落””的作用使使系统有序序化以及研研究在什么么情况下可可以有效地地运用耗散散结构的概概念和范畴畴。1969年他在国际际“理论物物理与生物物学会议””上，发表表《结构、耗散散和生命》一文，提出出了这一理理论，受到到各国学者者的重视。。普利高律律由于这一一重大贡献献，荣获1977年诺贝尔化化学奖⒌协同学理论论协同学（Synergetics）理论也是是在十九世世纪70年代产生的的，是由联联邦德国的的物理学家家哈肯（HarmannHaken）提出来的的。主要观点如如下：1、协同导致致有序。所所谓协同，，就是协同同作用。2、自组织理理论。所谓谓自组织，，哈肯特别别强调指的的是系统在在没有外部部指令的条条件下，其其内部子系系统之间能能够按照某某种规则自自动形成一一定的结构构和功能，，它具有内内在性和自自主性。自自组织理论论是协同学学的核心。。研究协同系统从无序到有有序的演化化规律的新新兴综合性性学科协同学是20世纪70年代初联邦邦德国理论论物理学家家哈肯创立立的。60年代初，激激光刚一问问世哈肯就就注意到激激光的重要要性，并立立即进行系系统的激光光理论研究究。⒌协同学理论论在深入研究究激光理论论的过程中中，哈肯发发现在合作作现象的背背后隐藏着着某种更为为深刻的普普遍规律。。他在1970年出版的《激光理论》一书中多处处提到不稳稳定性，为为后来的协协同学准备备了条件。。协同学是一一种研究各各种不同系系统在一定定外部条件件下，系统统内部各子子系统之间间通过非线线性相互作作用产生协协同效应，，使系统从从混浊无序序状态向有有序状态，，从低级有有序状态向向高级有序序状态，已已经从有序序状态向混混浊状态转转化的机理理和共同规规律的理论论。⒌协同学理论论协同学研究究协同系统统在外参量量的驱动下下和在子系系统之间的的相互作用用下，以自自组织的方方式在宏观观尺度上形形成空间、、时间或功功能有序结结构的条件件、特点及及其演化规规律。协同同系统的状状态由一组组状态参量量来描述。。这些状态态参量随时时间变化的的快慢程度度是不相同同的。当系系统逐渐接接近于发生生显著质变变的临界点点时，变化化慢的状态态参量的数数目就会越越来越少，，有时甚至至只有一个个或少数几几个。⒍突变论突变论是1972年，由法国国数学家托托姆（ReneThom）提出来的。。研究不连续现现象的一个新新兴数学分支支，也是一般般形态学的一一种理论，能能为自然界中中形态的发生生和演化提供供数学模型，，突变理论是从从量的角度研研究各种事物物的不连续的的变化的，并并试图用统一一的数学模型型来描述它们们。突变论以以结构稳定性性为基础，通通过对系统稳稳定性的研究究，说明系统统的稳态与非非稳态、渐变变与突变的特特征及其相互互关系，揭示示系统状态演演变的内部因因素与外界条条件。⒍突变论“突变”一词，法文原原意是“灾变”，是强调变化化过程的间断断或突然转换换的意思。突突变论的主要要特点是用形形象而精确的的数学模型来描述和预测测事物的连续性中断的质变过程。突变论论是一门着重重应用的科学学，它既可以以用在“硬”科学方面，又又可以用于“软”科学方面。当当突变论作为为一门数学分分支时，它是是关于奇点的理论，它可可以根据势函数而把临界点分类，并且研研究各种临界界点附近的非非连续现象的的特征。突变变论与耗散结构论、协同论一一起，在有序序与无序的转转化机制上，，把系统的形形成、结构和和发展联系起起来，成为推推动系统科学学发展的重要要学科之一。。系统科学的杰杰作——都江堰水利工工程都江堰水利工工程在四川都都江堰市城西西，是全世界界至今为止，，年代最久、、唯一留存、、以无坝引水水为特征的宏宏大水利工程程。２２０００多年来，至至今仍然连续续使用，仍发发挥巨大效益益，不愧为文文明世界的伟伟大杰作，造造福人民的伟伟大水利工程程。都江堰渠渠首的三大主主体工程鱼鱼嘴分水堤、、飞沙堰溢洪洪道、宝瓶口口进水口三大大部分构成，，科学地解决决了江水自自动分流、自自动排沙、控控制进水流量量等问题，消消除了水患，，使川西平原原成为“水旱从人”的“天府之国”。目前灌溉面面积已达40余县，１９９９８年超过一一千万亩。都江堰水利工工程的三个子子工程融为一一个整体，巧巧妙配合实现现了彻底排沙沙、最佳水量量的自动调节节的作用。都江江堰堰水水利利工工程程示示意意图图鱼嘴嘴分分水水堤堤飞沙沙堰堰溢溢洪洪道道宝瓶瓶口口进进水水口口鱼嘴嘴、、飞飞沙沙堰堰、、宝宝瓶瓶口口这这个个都都江江堰堰渠渠首首的的三三大大主主体体工工程程，，在在一一般般人人看看来来可可能能会会觉觉得得平平平平常常常常、、简简简简单单单单，，殊殊不不知知其其中中蕴蕴藏藏着着极极其其巨巨大大的的科科学学价价值值，，它它内内含含的的系系统统工工程程学学、、流流体体力力学学等等，，在在今今天天仍仍然然是是处处在在当当代代科科技技的的前前沿沿，，普普遍遍受受到到推推祟祟和和运运用用，，然然而而这这些些科科学学原原理理，，早早在在二二干干多多年年前前的的都都江江堰堰水水利利工工程程中中就就已已被被运运用用于于实实践践了了。。这这是是中中华华古古代代文文明明的的象象征征，，这这是是我我们们炎炎黄黄子子孙孙的的骄骄傲傲。。“鱼嘴嘴”是都都江江堰堰的的分分水水工工程程，，因因其其形形如如鱼鱼嘴嘴而而得得名名，，它它昂昂头头于于岷岷江江江江心心，，把把岷岷江江分分成成内内外外二二江江。。西西边边叫叫外外江江，，俗俗称称“金马马河河”，是是岷岷江江正正流流，，主主要要用用于于排排洪洪；；东东边边沿沿山山脚脚的的叫叫内内江江，，是是人人工工引引水水渠渠道道，，主主要要用用于于灌灌溉溉；；鱼鱼嘴嘴的的设设置置极极为为巧巧妙妙，，它它利利用用地地形形、、地地势势，，巧巧妙妙地地完完成成分分流流引引水水的的任任务务，，而而且且在在洪洪、、枯枯水水季季节节不不同同水水位位条条件件下下，，起起着着自自动动调调节节水水量量的的作作用用。。鱼嘴嘴所所分分的的水水量量有有一一定定的的比比例例。。春春天天，，岷岷江江水水流流量量小小；；灌灌区区正正值值春春耕耕，，需需要要灌灌溉溉，，这这时时岷岷江江主主流流直直入入内内江江，，水水量量约约占占六六成成，，外外江江约约占占四四成成，，以以保保证证灌灌溉溉用用水水；；洪洪水水季季节节，，二二者者比比例例又又自自动动颠颠倒倒过过来来，，内内江江四四成成，，外外江江六六成成，，使使灌灌区区不不受受水水潦潦灾灾害害。。在在二二王王庙庙壁壁上上刻刻的的治治水水《三字经》中说的“分四六，，平潦旱旱”，就是指指鱼嘴这这一天然然调节分分流比例例的功能能。我们的祖祖先十分分聪明，，在流量量小、用用水紧张张时，为为了不让让外江40％的流量量白白浪浪费，采采用杩搓搓截流的的办法，，把外江江水截入入内江，，整就使使内江灌灌区春耕在鱼嘴以以下的长长堤，即即分内、、外二江江的堤叫叫金刚堤堤。堤下下段与内内江左岸岸虎头岸岸相对的的地方，，有一低低平的地地段，这这里春、、秋、冬冬、三季季是人们们往返于于离堆公公园与索索桥之间间的行道道的坦途途，洪水水季节这这里浪花花飞溅，，是内江江的泄洪洪道。泄洪道，，唐朝名名“侍郎郎堰”、、“金提提”，后后又名““减水河河”，它它固具有有泄洪徘徘砂的显显著功能能，故又又叫它““飞沙堰堰”。飞沙堰堰是都都江堰堰三大大件之之一，，看上上去十十分平平凡，，其实实它的的功用用非常常之大大，可可以说说是确确保成成都平平原不不受水水灾的的关键键要害害。飞沙堰堰的作作用主主要是是当内内江的的水量量超过过宝瓶瓶口流流量上上限时时，多多余的的水便便从飞飞沙堰堰自行行溢出出；如如遇特特大洪洪水的的非常常情况况，它它还会会自行行溃堤堤，让让大量量江水水回归归岷江江正流流。另另一作作用是是“飞飞沙””，岷岷江从从万山山丛丛中急急驰而而来，，挟着着大量量泥沙沙，石石块，，如果果让它它们顺顺内江江而下下，就就会淤淤塞宝宝瓶口口和灌灌区。。飞沙沙堰真真是善善解人人意、、排人人所难难，将将上游游带来来的泥泥沙和和卵石石，甚甚至重重达千千斤的的巨石石，从从这里里抛入入外江江（主主要是是巧妙妙地利利用离离心力力作用用），，确保保内江江通畅畅，确确有鬼鬼斧神神功之之妙。。““深深淘滩滩，低低作堰堰”是是都江江堰的的治水水名言言，淘淘滩是是指飞飞沙堰堰一段段、内内江一一段河河道要要深淘淘，深深淘的的标准准是古古人在在河底底深处处预埋埋的““卧铁铁”。。岁修修淘滩滩要淘淘到卧卧铁为为止，，才算算恰到到好处处，才才能保保证灌灌区用用水。。低作作堰就就是说说飞沙沙堰有有一定定高度度，高高了进进水多多，低低了进进水少少，都都不合合适。。古时时飞沙沙堰，，是用用竹笼笼卵石石堆砌砌的临临时工工程；；如今今已改改用混混凝土土浇铸铸，以以保一一劳永永逸的的功效效。宝瓶口口，是是前山山(今名灌灌口山山、玉玉垒山山)伸向岷岷江的的长脊脊上凿凿开的的一个个口子子，它它是人人工凿凿成控控制内内江进进水的的咽喉喉，因因它形形似瓶瓶口而而功能能奇持持，故故名宝宝瓶口口。留留在宝宝瓶口口右边边的山山丘，，因与与其山山体相相离，，故名名离堆堆。宝宝瓶口口宽度度和底底高都都有极极严格格的控控制，，古人人在岩岩壁上上刻了了几十十条分分划，，取名名“水水则””，那那是我我国最最早的的水位位标尺尺。内江水水流进进宝瓶瓶口后后，通通过干干渠经经仰天天窝节节制闸闸，把把江水水一分分为二二。再再经蒲蒲柏、、走江江闸二二分为为四，，顺应应西北北高、、东南南低的的地势势倾斜斜，一一分再再分，，形成成自流流灌溉溉渠系系，灌灌溉成成都平平原。。及绵绵阳、、射洪洪、简简阳、、资阳阳、仁仁寿、、青神神等市市县近近一万万平方方公里里，一一千余余万亩亩农田田。离堆上上有祭祭祀李李冰的的神庙庙伏龙龙观。。宝瓶瓶口右右侧过过去有有一个个末凿凿去的的岩柱柱与其其相连连，形形如大大象鼻鼻子，，故名名“象象鼻子子”。。象鼻鼻子因因长期期水流流冲刷刷、漂漂木撞撞击，，已于于1947年被洪洪水冲冲毁培培塌。。宝瓶瓶口岩岩基，，干百百年为为飞流流急湍湍的江江水冲冲击，，出现现了极极大的的悬空空洞穴穴。毛毛泽东东1958年视察察都江江堰时时说一一千年年一万万年后后将如如何！！为了了加固固岩基基，1970年冬，灌区区人民第一一次堵口截截流，抽干干深潭，从从两岸基础础起，共浇浇注混凝土土8100多立方米在离堆右侧，还有一段低平河道，河道底下有一条人工暗渠，那是为保障成都工业用水的暗渠。那段低平河道，当洪水超过警戒线时，它又自动将多余水量排入外江，使流入内江水位，始终保持安全水准，这就便成都平原，有灌溉之利，而无水涝之思。在医学方面面，我国中中医理论论也充分体体现了系统统科学的思思想。古代中医理理论“黄帝帝内经”，，强调了人人体各器官官联系、生生理现象与与心理现现象联系、、身体状况况与自然环环境联系把把人的身体体结构看作作足自然界界的一个组组成部分，，认为人体体的各个个器官是一一个有机的的整体。用用阴阳五行行学说来说说明五脏之之间的相互互依存、随着生产的的不断发展由于对自然然界认识的的深入，学学科分类越越来越细，，各学科的的研究人员员也不再能能对所有学学科都有所所了解，只只能成为其其学科的专专业人才。。在中世纪纪意大利的的科学家达达·芬奇既是力力学家、物物理学家，，又是建筑筑学家、面面家。而在在这以后，，象达·芬奇那样可可以精通天天文学、力力学、物理理学等多个个领域的专专家已不B）定量的系系统科学学在应用用学科层层次上的的建立像任何科科学的发发展都是是由生产产的发展展来促进进、都是是从对实实际应用用的研究究开始一一样，系系统科学学的发发展也是是由于生生产的