工业工程概论第5章IE与系统工程学课件

工业工程概论第1章工业工程的概念与意识2第2章工业工程的发展与应用2第3章工业工程的学科构成2第4章IE与运筹学OS2第5章IE与系统工程学SE22/6/20231课件第5章IE与系统工程5.1系统的概念5.2系统科学的体系5.3系统工程的内涵5.4系统工程的方法5.6系统工程的应用2/6/20232课件5.1系统的概念5.1.1古代系统思想5.1.3系统的定义5.1.2系统的分类2/6/20233课件5.1.2系统的定义1994年我国《系统科学大辞典》的系统（System）定义：

系统是由相互联系、相互作用的要素组成的，具有一定结构和功能的有机整体。1986至1998年汪应洛院士给出的系统定义是：系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。构成一个系统必须具备三个条件：①系统由两个以上的要素组成；②要素之间存在着相互联系、相互作用（interaction）；③系统具有不同于各个组成要素的整体功能。2/6/20235课件5.1.2系统的定义系统包含了以下6个基本概念：图4（1）要素。又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。（2）结构。系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式（3）功能。系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力（4）边界。系统所包含的要素的界限，结构表明须有确定边界（5）环境。存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。功能表明系统需要与环境发生关系。（6）输入。通过边界进入到系统的事物。输出。通过边界进入到环境的事物。2/6/20236课件图4系统的概念

（1）ElementsComponentsSubsystem（2）Structure（3）Function（4）Boundary（5）environment（6）Input/Output边界要素联系系统环境输出输入图4系统的概念功能：转换结构2/6/20237课件表1系统的分类

划分依据系统类型实例系统起源自然系统Naturalsystems海洋系统，天体系统，生物系统人工系统Artificialsystems工程系统，社会系统，管理系统要素性质物质系统Physicalsystems矿藏系统，生物系统，技术系统概念系统Conceptualsystems法律系统，文学系统，艺术系统要素数量简单系统Simplesystems原子系统，简单工具复杂系统Complexsystems生命系统，生产系统，社会系统与时间关系动态系统Dynamicsystems气象系统，生物系统，生产系统静态系统Staticsystems建筑物，地图与外界作用孤立系统Islandsystems宇宙飞船的密封仓封闭系统Closedsystems外加磁/电场中的磁/电介质系统开放系统Opensystems生命系统，经济系统，社会系统认识论黑色系统Blacksystems银河系外遥远星座，待设计产品白色系统Whiteningsystems可拆卸的机器，已解决的问题灰色系统Greysystems农业系统，人体系统2/6/20239课件1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义与分类1.1.2系统科学与系统工程1.1.3人工系统的分类★2/6/202310课件5.2系统科学的体系系统科学（Systemscience）它是以系统为研究和应用对象的一个科学技术的门类。它是现代科学技术体系中的一大门类。中国著名科学家钱学森于20世纪70年代末提出了系统科学体系的三个层次结构，如图5所示。①工程技术层次是直接优化客观世界的知识。②技术科学层次是指导工程技术的理论。③基础科学层次是研究系统的基本属性与一般规律的学科。系统科学通向哲学的桥梁是系统论。2/6/202311课件5.3系统工程的内涵现代IE与系统工程功能十分相似，国外有的大学把IE系改名为I&SE(工业与系统工程)，但两者也是有区别的。系统工程（Systemengineering）中的系统与工程均有其特殊的含义。

系统是只包括属于人工系统及复合系统这类性质的系统，不包括自然系统。

工程是指造物的学问，是“工程学”的简称。不是指造物的工作过程。1971年日本寺野寿郎认为

系统工程学就是使从无到有的创造过程合理化的科学。1975年美国科学技术辞典的定义是：

系统工程是研究彼此密切联系的许多要素所构成的复杂系统的设计的科学。1994年我国《系统科学大辞典》的定义是：系统工程是—门统筹全局综合协调研究系统的科学技术，是系统开发、设计、实施和运用的工程技术。2/6/202313课件5.3系统工程的内涵钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。”

系统工程根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析、综合、模拟、最优化，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。

系统工程的原理和方法，适用于一切系统(包括物质的和非物质的)，如自然系统、社会经济系统、经营管理系统……，而不限于某种特定的工程物质对象。

系统工程作为最通用的工程技术，为现代工业工程及管理工程、制造工程等提供了重要的方法论和基本方法。2/6/202314课件5.3系统工程的内涵系统工程的研究对象主要是复杂的人工系统。系统工程作为一种科学方法，最初是在20世纪40年代由美国贝尔电话公司在设计电话通讯网络时提出的。系统工程作为一种工程技术，主要包括两大技术:

系统分析是对已有的系统用系统方法进行定量分析以帮助进行有效决策。

系统设计是设计出能满足预定目标要求的新的系统。2/6/202315课件图6人类首次登上月球

阿波罗在进行了6次不载人试验和4次载人试验之后，1969年7月20日，“阿波罗11号”宇宙飞船把两名美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林送上了遥远的月球，使“嫦娥奔月”的神话成为现实。人类第一次在另外的星球上留下了足迹。两名宇航员在月球上漫游了2小时31分钟，拍摄了月球景色、装置了科学仪器、采集了月球的岩石和土壤标本，安全返回地面。图6人类首次登上月球阿波罗11号飞船的航天员(1969.7.21)2/6/202317课件5.4系统工程的方法5.4.1霍尔三维结构5.4.2工业工程方法论的体系5.4.3系统方法的特点5.4.4系统方法的类型系统分解系统分析系统综合系统评价系统设计2/6/202318课件5.4.1霍尔三维结构

图7美国通信工程师、系统工程专家霍尔（A.D.Hall）1969年提出了“霍尔三维结构”。已成为广泛采用的方法论。时间维。系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，7个阶段。逻辑维。时间维的每一个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，7个步骤。知识维。为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。图7霍尔三维结构图时间知识逻辑明确问题确定目标系统综合系统分析优化实施规划拟定方案更新研制生产安装阶段艺术社会科学管理法律商业建筑医学工程…决策运行步骤知识和技能2/6/202319课件5.4.3系统方法的特点系统方法(systemmethod)，就是按照事物本身的系统性，把研究对象放在系统的形式中加以考察、认识和处理的一种方法。即从系统的观点出发，着眼于系统与要素、要素与要素、系统与环境之间的相互联系和相互作用的关系中，综合地、精确地考察系统，以掌握系统的本质与运动规律和达到满意地处理问题的一种方法。2/6/202321课件5.4.3系统方法的特点与传统方法相比，系统方法有如下的特点：(1)整体性。系统方法特别强调对事物整体性的研究。(2)综合与分析的辩证统一。系统方法采用综合→分析→综合的模式，把综合与分析通过反馈耦合成双向性思维。(3)优化。确定系统优化目标，使系统结构合理、内外协调，达到整体优化的目的。(4)定性研究与定量研究的有机结合。系统方法不仅可以定性地揭示系统的属性和机制，而且可以借助现代数学和计算机定量地描述系统的运动状态和规律。2/6/202322课件5.4.4系统方法的类型根据系统工程的原理，就系统设计的过程而言，系统方法包括：系统分解系统分析系统综合系统评价如图9所示下面介绍这4种方法

★图9系统设计的过程系统综合Y设计结果系统分析系统的要求系统评价满意?N系统分解2/6/202323课件5.4.4.3系统分析

系统分析(Systemsanalysis)(1)系统分析的定义。系统分析是从系统的整体效益出发，采用建模、优化、仿真和评价等方法，对系统的特定问题进行定性和定量分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策根据的一种决策方法。系统分析的目的是帮助决策。它不同于一般的技术经济分析，它不仅要分析系统本身技术经济方面的有关问题，还要分析内、外系统之间及系统内部各子系统之间的联系因素。由于系统中存在着许多矛盾和不确定的因素，所以没有一个通用的系统分析方法。分析对象和目的的不同，所用分析方法也不同。广义上把系统分析等同于系统工程。？√√n螺旋传动s2/6/202325课件5.4.4.3系统分析

（2）系统分析的一般步骤：①明确系统的目的、要求和目标。②收集资料，拟定方案。③建立系统模型。④进行优化计算或仿真实验。把计算、实验、分析的结果同预定的目标进行比较和评价。⑤给出推荐方案。把少数较好的可行方案整理成完整的综合资料，作为决策者选择最优或满意的系统方案的主要依据。（3）系统分析的基本要素：问题，目的或目标，方案，模型，评价和决策者。（4）系统分析的特点：问题导向，以整体为目标，多方案模型分析和选优，定量分析与定性分析相结合，需多次反复进行。

2/6/202326课件5.4.4.4系统评价评价是IE的基本功能之一。IE活动中充满着对方案的选择，随时随地都需要系统评价方法的支持。系统评价：是对新开发的或改建的系统，根据预定的系统目标，从技术、经济、社会等多方面对各种非劣的系统方案进行评审和选择，以确定满意的行动方案的过程。系统评价应考虑的基本问题：评价主体、评价对象、评价目的、评价时间、评价地点。有代表性的系统评价方法：⒈费用－效益分析法⒉数据包络分析法⒊模糊综合评定法⒋层次分析法⒌关联矩阵法⒍评分法2/6/202329课件5.4.4.5系统设计（1）系统设计的概念与类型系统设计：是在系统分析的基础上，按照系统思想和优化要求，综合运用各有关学科的知识、技术和经验，通过总体研究和详细设计等环节，落实到具体工作或项目上，以创造出满足设计目的的人造系统。在系统开发过程或整个系统生命周期中，系统分析着重回答“干什么”的问题，

系统设计主要解决“怎么干”的问题。系统设计在IE实践中广泛应用，一般分为：工作系统设计(如生产系统、组织系统)信息系统设计(如MIS、DSS)

工程系统设计(如机器、建筑物)2/6/202330课件5.4.4.5系统设计（2）系统设计的基本要素系统设计一般应考虑的基本问题，或系统设计的要素有：1)系统的功能：主要指设计系统的目的和对所设计系统各方面结果的期望及要求。2)系统的输入与输出：即要明确进入这个系统需要进行处理和转换的东西及输出结果的形式、性质、数量等。3)系统的程序和层次：要求明确系统内部从输入到输出所