第一章系统工程总论

主要参考书目《交通运输系统分析》张国伍西南交大出版社《交通运输系统分析》刘澜等

西南交大出版社《系统分析》汪应洛机械工业出版社《系统工程理论、方法与应用》

汪应洛高等教育出版社《运输经济学导论》

许庆斌荣朝和中国铁道出版社

第一节系统及系统工程的概念

第二节系统工程的发展与展望

第三节系统工程方法论

第一章

系统工程总论第一节系统及系统工程的概念

一、系统1.概念：由若干个相互区别、相互联系、相互作用的要素组成，在给定的约束下，为达到整体目的而构成的集合体。2.系统的属性：目的性～预期目标集合性～多要素（概念的、实体的）相关性～依存－作用－制约阶层性～层次性～子系统－功能目标整体性～协调性－总目标适应性～环境变化（物质－能量－信息的交换）

3.系统的类型

自然属性：自然系统与人造系统

系统形态：实体系统与概念系统

运动属性：动态系统与静态系统

环境关系：封闭系统与开放系统要明确研究什么样的系统问题？第一节系统及系统工程的概念

二、系统工程

1.概念：系统工程（SystemsEngineering－SE）－以大型复杂系统为研究对象，按一定目的进行设计、开发、管理与控制，以期达到总体效果最优的理论与方法。

2.特点：

1）研究对象广泛；

2）新兴交叉学科；

3）定性分析与定量计算相结合的方法。3.SE的基本观点SE强调以下基本观点：

(1)整体性和系统化观点（前提）

(2)多种方法综合运用的观点（手段）

(3)总体最优或平衡协调观点（目的）

(4)问题导向及反馈控制观点（保障）系统分析常用的分析思路（5W1H）WhatWhyWhoWhenWhereHow方法：运筹学控制论信息论概率论

数理统计1、一般系统论

1945年贝塔朗菲(美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人

)2、大系统理论大系统的结构方案、稳定性、最优化、模型简化3、控制论三个基本部分:信息论、自动控制论、计算机理论4、运筹学线性/非线性规划；整数规划；组合规划、图论、网络流、

决策分析、排队论、可靠性理论、博弈论、模拟等等。三、系统工程的理论基础

一、朴素的系统思想在古代的应用

1、都江堰工程鱼嘴—岷江分洪；飞沙堰—分洪排沙；宝瓶口—引水工程；岁修养护制度。

2、孙子兵法“道、天、地、将、法”

3、田忌赛马

4、丁渭修复昭应宫第二节系统工程的发展与展望系统工程的发展概况阶段年代（份）重大工程实践或事件重要理论与方法贡献I1930美国发展与研究广播电视正式提出系统方法（Systemsapproach）的概念1940美国实施彩电开发计划采用系统方法，并取得巨大成功美国Bell电话公司开发微波通讯系统正式使用系统工程（SystemsEngineering）一词II第二次世界大战期间英、美等国的反空袭等军事行动产生军事运筹学（MilitaryOperationsResearch）,也即军事系统工程上世纪40年代美国研制原子弹的“曼哈顿计划”运用SE，并推动了其发展1945美国空军建立兰德（RAND）公司曾经提出系统分析（Systemsanalysis）概念，强调了其重要性III上世纪40年代后期到50年代初期运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础IV1957美国密执安大学

H.Good和R.E.Machol发表第一部名为《系统工程》的著作系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜艇提出PERT（网络优化技术），这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著《系统工程手册》表明系统工程的实用化和规范化美国自动控制学家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念为现代SE奠定了重要的数学基础1961-1972美国实施“阿波罗”登月计划使用了多种SE方法，登月计划的成功极大地提高了SE的地位V1972国际应用系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立SE的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。70年代SE的广泛应用在国际上达到高潮VI80年代SE在国际上稳定发展二、现代科技发展的需要

20世纪40年代，美国电报电话公司贝尔研究所第一次提出“系统工程”概念；二次世界大战中的应用；战后经济发展的需要(例：北欧跨国电网工程）。三、系统工程在我国的发展

1956年，工程控制论

钱学森教授

60年代，“两弹一星”中的应用

70年代后期，列入重点学科系统工程在我国的发展及应用

上世纪50至60年代，我国的一些研究机构和著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的偿试和技术方法上的准备。其主要标志和集中代表是钱学森的《工程控制论》、华罗庚的《统筹法》和许国志的《运筹学》。我国大规模地研究与应用SE是从70年代末、80年代初开始的。

1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》发表题为“组织管理的技术——系统工程”的长篇文章；从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收了第一批SE专业硕士研究生；

1980年11月，中国系统工程学会在北京成立；

1980年10月至1981年1月，中国科协、中央电视台会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办“系统工程电视普及讲座（45讲）”，取得了良好的社会效果。

70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，如：人口问题的定量研究及应用（始于1978年）2000年中国的研究(1983至1985年）全国和地区能源规划（始于1980年）全国人才和教育规划（始于1983年）农业系统工程（始于1980年）区域发展战略（始于1982年）投入产出表的应用（始于60年代）军事系统工程（始于1978年）水资源的开发利用（始于1978年）等。

90年代以来，系统工程在与企业发展结合、与现代信息技术结合、与实施可持续发展战略结合、与思维科学结合等方面已具有初步结果和强劲势头。四、系统工程的发展展望

1、多学科渗透和交叉

2、“软”科学

3、对大系统和复杂巨系统的处理五、应用

社会工程、宏观经济工程、区域规划、环境生态工程、能源、水资源、农业、工业企业、人口、军事、工程项目等。第三节系统工程方法论一、霍尔（Hall）三维结构方法论

知识维时间维逻辑维1、时间维2、逻辑维运行规划拟订方案研制生产安装更新明确问题系统指标设计系统方案综合系统分析决策系统选择实施明确问题：

分析环境对系统的要求，收集资料。（1）问题的由来与背景（2）问题的性质与条件、两者的匹配程度？设定问题的方法：直观经验法；预测法；结构模型法；

统计分析法。

系统指标设计：目标及指标体系。

方法：效用理论；费用/效益分析；

风险估计。弄清问题目标选择方案设计建立模型决策最优化实施3.知识维

对于社会经济系统问题：与人有关、非结构问题、难以量化问题现状说明弄清关联因素建立概念模型比较改进概念模型实施目的是改善现状结构模型或有向