第一讲系统工程

讲课：张敏系统工程SystemsEngineering,SE电话q：904502317邮箱：904502317@课程简介1234WhatWhenWho/WhereHow课程简介——What

SE是以大规模复杂系统为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹学、专业工程技术等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学生掌握分析与解决一般系统问题的思想、程序和方法。课程简介——When第1章系统工程概述第2章系统工程理论与方法论第3章系统模型与模型化第4章系统仿真及系统动力学方法第5章系统评价方法第6章决策分析方法第7、8章系统工程应用实例课程简介——Who/WhereWho/Where?

Who——

学生为主体，教师为主导。

Where——

将课堂内外的学习结合起来！课程简介——HowHow?

建议注重系统思考 坚持问题导向 采用系统化方法教学要求上课及考核第一章：系统工程概述三.系统工程的概念与特点一.系统工程的产生、发展及应用二.系统工程的研究对象第一章：系统工程概述-产生、发展及应用1、系统思想及系统理论的产生与发展（1）朴素的系统思想及其初步实践阶段——世界古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大系统”的概念，并最早使用“系统”一词。辨证法奠基人之一的赫拉克利特认为“世界是包括一切的整体”。亚里士多德的名言——“整体大于部分的总和”，是系统论的基本原则之一。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用1、系统思想及系统理论的产生与发展（2）朴素的系统思想及其初步实践阶段——中国西周时代，出现了世界构成的“五行说”(金、木、水、火、土)。春秋战国时代的军事家孙武，在他的《孙子兵法》中，阐明了打仗要把道(义)、天(时)、地(利)、将(才)、法(治)等五个要素结合起来考虑。秦汉之际成书的医学典籍《内经》，把自然界和人体看成由金、木、水、火、土五种要素相生相克、相互制约而形成的有秩序、有组织的整体。（老子-道家学说）第一章：系统工程概述-产生、发展及应用（2）朴素的系统思想及其初步实践阶段——中国四川——都江堰水利工程都江堰于公元前256年由蜀郡太守李冰父子组织建造，至今仍发挥着重要作用。该工程由鱼嘴(岷江分流)、飞沙堰(分洪排砂)和宝瓶口(引水)等三大设施组成，整个工程具有总体目标最优化、选址最优和自动分级排沙、利用地形并自动调节水量、就地取材及经济方便等特点。我们熟知的运用系统思想解决问题的例子第一章：系统工程概述-产生、发展及应用（3）科学系统思想的形成15世纪下半叶以后力学、天文学、物理学、化学、生物学等相继从哲学的统一体中分离出来，形成了自然科学。从此，古代朴素的唯物主义哲学思想就逐步让位于形而上学的思想。这时的系统思想具有“只见树木”和具体化的特点。19世纪自然科学取得了巨大成就，尤其是能量转化、细胞学说、进化论这三大发现，使人类对自然过程相互联系的认识有了质的飞跃，为辩证唯物主义的科学系统观奠定了物质基础。这个阶段的系统思想具有“先见森林、后见树木”的特点。1、系统思想及系统理论的产生与发展第一章：系统工程概述-产生、发展及应用

系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林”（朴素的系统思想）阶段—“只见树木”阶段—“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献（3）科学系统思想的形成1、系统思想及系统理论的产生与发展第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪40年代老三论20世纪70年代新三论一般系统概论控制论信息论耗散结构理论协同理论突变论第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪40年代老三论一般系统概论奥地利生物学家贝塔朗菲于1947年提出，其主要观点是:(1)系统观点一切有机体都是一个整体(系统)，这个整体是由部分结合而成的，其特性和功能不只是各部分特性和功能的简单相加。(2)动态观点一切有机体本身都处于积极的运动状态，并与环境不断地进行物质、能量的交换，以使有机体能够有组织地处于活动状态，并保持其有活力的生命运动。(3)等级观点各种有机体都按严格的等级组织起来，并通过各层次逐级的组合.形成越来越高级、趁来越庞大的系统。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪40年代的老三论控制论美国数学家维纳于1948年创立，其主要内容为:(1)最优控制理论(2)自适应、自学习和自组织系统理论自适应系统是能够按照外界条件的变化，自动调整其自身结构或行为参数，以保持系统原有的功能的系统。自学习系统是能够按照自己运行过程中的经验来改进控制系统的能力的系统，是自适应系统的延伸和发展。自组织系统是能够根据环境的变化和运行经验来改变自身结构和行为参数的系统。(3)模糊理论(4)大系统理论第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪40年代老三论信息论信息论于20世纪40年代末由美国的数学家申农和维纳创立

信息论是研究信息传输和信息处理系统的一般规律的学科、其基本思想是完全撇开系统物质与能量的具体运动形态，而把系统的有目的的运动抽象为一个信息变换的过程，来探求信息的一般特征、传进规律和原理。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪70年代新三论耗散结构理论耗散结构理论是20世纪70年代由比利时物理学家普利高津提出耗散结构是与平衡结构相对的一种远离平衡态的、稳定的、有序的结构。其主要观点是：(1)开放系统是产生耗散结构的必要前提。(2)非平衡态是系统有序之源。(3)系统的涨落导致系统走向有序。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪70年代新三论协同理论协同学理论是20世纪70年代由联邦德国的物理学家哈肯提出。与耗散结构理论一样，协同论也是研究远离平衡态的开放系统的。其主要观点是：(1)协同导致有序(2)自组织理论第一章：系统工程概述-产生、发展及应用2、系统理论的产生与发展20世纪70年代新三论突变论突变理论是法国数学家托姆于1972年提出来突变论以结构稳定性为基础，通过对系统稳定性的研究，说明系统的稳态与非稳态、渐变与突变的特征及其相互关系，揭示系统状态演变的内部因素与外界条件第一章：系统工程概述-产生、发展及应用3、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）,也即军事系统工程本世纪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，强调了其重要性第一章：系统工程概述-产生、发展及应用III40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IV1957H.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，其成功极大地提高了SE的地位第一章：系统工程概述-产生、发展及应用IV1957H.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，其成功极大地提高了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、在中国的研究与应用达到高潮第一章：系统工程概述-产生、发展及应用4、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。

第一章：系统工程概述-产生、发展及应用

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。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用

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年代和1976年）军事系统工程（始于1978年）水资源的开发利用（始于1978年）等。第一章：系统工程概述-产生、发展及应用

90年代以来，系统工程在与以下七个方面的结合上已具有初步结果和强劲势头：企业发展转型时期我国改革发展的重大现实问题（综合配套改革、和谐社会建设、自主创新、资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保障、应急管理等）管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题落实科学发展观社会信息化变革重大投资和大型项目管理思维科学和生命科学第一章：系统工程概述－系统工程的研究对象１、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。第一章：系统工程概述－系统工程的研究对象２、系统的概念（a）什么是系统系统是由相互联系、相互作用的诸多要素组成的具有一定功能的有机整体。系统是由两个以上的要素组成的整体。系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之间存在有机联系。系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。对系统的理解：第