IE和系统工程学X

工业工程概论第1章工业工程概念与意识2第2章工业工程发展与应用2第3章工业工程学科组成2第4章IE与运筹学OS2第5章IE与系统工程学SE2第1页第5章IE与系统工程5.1系统概念5.2系统科学体系5.3系统工程内涵5.4系统工程方法5.6系统工程应用第2页5.1系统概念5.1.1古代系统思想5.1.3系统定义5.1.2系统分类第3页5.1.1古代系统思想

图1伏羲古太极图

伏羲古太极图蕴涵了古代中国人系统思想（见图1-1）。《易经》试图用阴阳五行八卦论来说明统一世界，或把五行（金木水火土）作为组成万物基本要素，或把八卦（从自然界中找出8种事物：天地雷风水火山泽）看作万物之源。战国时子思、孟子提出了“天人合一”思想。这些学说都把宇宙看作一个整体。古希腊思想家亚里士多德提出了著名论点“整体大于它各部分总和”。图1伏羲古太极图第4页5.1.2系统定义1994年我国《系统科学大辞典》系统（System）定义：

系统是由相互联络、相互作用要素组成，含有一定结构和功效有机整体。1986至1998年汪应洛院士给出系统定义是：系统是含有特定功效、相互间含有有机联络许多要素组成一个整体。组成一个系统必须具备三个条件：①系统由两个以上要素组成；②要素之间存在着相互联络、相互作用（interaction）；③系统含有不一样于各个组成要素整体功效。第5页5.1.2系统定义系统包含了以下6个基本概念：图4（1）要素。又称元素。是系统组成部分，又称为子系统。（2）结构。系统各个要素相对稳定相互联络、相互作用方式（3）功效。系统整体在内部与外部联络中表现作用和能力（4）边界。系统所包含要素界限，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各种原因总体。功效表明系统需要与环境发生关系。（6）输入。经过边界进入到系统事物。输出。经过边界进入到环境事物。第6页图4系统概念

（1）ElementsComponentsSubsystem（2）Structure（3）Function（4）Boundary（5）environment（6）Input/Output边界要素联络系统环境输出输入图4系统概念功效：转换结构第7页5.1.3系统分类系统形态分类如表1所表示。复合系统（Compoundsystems）是指几个类型系统相互重合和嵌套所组成系统。大多数系统是自然系统与人工系统复合系统。在多数情况下物质系统和概念系统是结合。生产系统现有物质系统（设备），也有概念系统（知识）。第8页表1系统分类

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宇宙飞船密封仓封闭系统Closedsystems外加磁/电场中磁/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可拆卸机器，已处理问题灰色系统Greysystems农业系统，人体系统第9页1.1系统基本概念1.1.1系统定义与分类1.1.2系统科学与系统工程1.1.3人工系统分类★第10页5.2系统科学体系系统科学（Systemscience）它是以系统为研究和应用对象一个科学技术门类。它是当代科学技术体系中一大门类。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三个层次结构，如图5所表示。①工程技术层次是直接优化客观世界知识。②技术科学层次是指导工程技术理论。③基础科学层次是研究系统基本属性与普通规律学科。系统科学通向哲学桥梁是系统论。第11页图5系统科学体系

图5系统科学体系系统学运筹学控制论系统工程自动化技术信息论通信技术←技术科学←工程技术←基础科学系统科学第12页5.3系统工程内涵当代IE与系统工程功效十分相同，国外有大学把IE系更名为I&SE(工业与系统工程)，但二者也是有区分。系统工程（Systemengineering）中系统与工程都有其特殊含义。

系统是只包含属于人工系统及复合系统这类性质系统，不包含自然系统。

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

系统工程学就是使从无到有创造过程合理化科学。1975年美国科学技术辞典定义是：

系统工程是研究彼此亲密联络许多要素所组成复杂系统设计科学。1994年我国《系统科学大辞典》定义是：系统工程是—门统筹全局综合协调研究系统科学技术，是系统开发、设计、实施和利用工程技术。第13页5.3系统工程内涵钱学森指出：“系统工程是组织管理系统规划、研究、设计、制造和使用科学方法，是一个对全部系统都含有普遍意义科学方法。”

系统工程依据总体协调需要，综合应用自然科学和社会科学中相关思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统结构、要素、信息和反馈等进行分析、综合、模拟、最优化，以到达最优规划、最优设计、最优管理和最优控制目标。

系统工程原理和方法，适合用于一切系统(包含物质和非物质)，如自然系统、社会经济系统、经营管理系统……，而不限于某种特定工程物质对象。

系统工程作为最通用工程技术，为当代工业工程及管理工程、制造工程等提供了主要方法论和基本方法。第14页5.3系统工程内涵系统工程研究对象主要是复杂人工系统。系统工程作为一个科学方法，最初是在20世纪40年代由美国贝尔电话企业在设计电话通讯网络时提出。系统工程作为一个工程技术，主要包含两大技术:

系统分析是对已经有系统用系统方法进行定量分析以帮助进行有效决议。

系统设计是设计出能满足预定目标要求新系统。第15页例“阿波罗”载人登月系统工程经典利用是美国阿波罗工程（Apolloproject）。工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次成功登月结束，历时，耗资255亿美元，仅科研课题就有5万多项。在项目高峰期，参加研制有2万多家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超出30万人，使用大型计算机600台。共发射了17枚飞船。阿波罗飞船全部构件达300多万个。如此庞大而复杂系统，假如有一个步骤发生故障或延时完成，都会使登月飞船无法按期发射。正是因为采取了系统工程方法，才顺利完成了计划。它是复杂系统工程光芒典范。第16页图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月球，使“嫦娥奔月”神话成为现实。人类第一次在另外星球上留下了足迹。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号飞船航天员(1969.7.21)第17页5.4系统工程方法5.4.1霍尔三维结构5.4.2工业工程方法论体系5.4.3系统方法特点5.4.4系统方法类型系统分解系统分析系统综合系统评价系统设计第18页5.4.1霍尔三维结构

图7美国通信工程师、系统工程教授霍尔（A.D.Hall）1969年提出了“霍尔三维结构”。已成为广泛采取方法论。时间维。系统工程活动从开始到结束按时间次序排列全过程，7个阶段。逻辑维。时间维每一个阶段内所要进行工作内容和应该遵照思维程序，7个步骤。知识维。为完成这些阶段和步骤所需要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确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…决议运行步骤知识和技能第19页5.4.2工业工程方法论体系

IE专门技术与系统工程方法相结合当代IE标志之一。在IE研究与应用中，要充分认识其方法论意义和系统工程在整个IE方法与技术体系中支配地位。参考系统工程中霍尔三维结构，可将IE方法论形式体系归结为图8。图8工业工程方法论体系系统工程计算机技术工业工程专门技术管理科学社会及人文科学应用数学工程技术系统诊疗与分析系统规划与设计系统实施与运行系统评价和改进工作阶段知识方法

问题说明逻辑步骤┇目标探索方案综合分析权衡评价抉择第20页5.4.3系统方法特点系统方法(systemmethod)，就是按照事物本身系统性，把研究对象放在系统形式中加以考查、认识和处理一个方法。即从系统观点出发，着眼于系统与要素、要素与要素、系统与环境之间相互联络和相互作用关系中，综合地、准确地考查系统，以掌握系统本质与运动规律和到达满意地处理问题一个方法。第21页5.4.3系统方法特点与传统方法相比，系统方法有以下特点：(1)整体性。系统方法尤其强调对事物整体性研究。(2)综合与分析辩证统一。系统方法采取综合→分析→综合模式，把综合与分析经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，到达整体优化目标。(4)定性研究与定量研究有机结合。系统方法不但能够定性地揭示系统属性和机制，而且能够借助当代数学和计算机定量地描述系统运动状态和规律。第22页5.4.4系统方法类型依据系统工程原理，就系统设计过程而言，系统方法包含：系统分解系统分析系统综合系统评价如图9所表示下面介绍这4种方法

★图9系统设计过程系统综合Y设计结果系统分析系统要求系统评价满意?N系统分解第23页5.4.4.1系统分解（1）系统分解(Systemsdecompose)定义系统分解是把系统整体分成多个部分过程。即，把复杂系统分解为若干个相互联络、相对比较简单子系统，各子系统还可再分解为更小子系统，依次逐层分解，直至能进行适宜分析和设计为止。这是系统设计首要方法。

第24页5.4.4.3系统分析

系统分析(Systemsanalysis)(1)系统分析定义。系统分析是从系统整体效益出发，采取建模、优化、仿真和评价等方法，对系统特定问题进行定性和定量分析，为选择最优或满意系统方案提供决议依据一个决议方法。系统分析目标是帮助决议。它不一样于普通技术经济分析，它不但要分析系统本身技术经济方面相关问题，还要分析内、外系统之间及系统内部各子系统之间联络原因。因为系统中存在着许多矛盾和不确定原因，所以没有一个通用系统分析方法。分析对象和目标不一样，所用分析方法也不一样。广义上把系统分析等同于系统工程。？√√n螺旋传动s第25页5.4.4.3系统分析

（2）系统分析普通步骤：①明确系统目标、要求和目标。②搜集资料，确定方案。③建立系统模型。④进行优化计算或仿真试验。把计算、试验、分析结果同预定目标进行比较和评价。⑤给出推荐方案。把少数很好可行方案整理成完整综合资料，作为决议者选择最优或满意系统方案主要依据。（3）系统分析基本要素：问题，目标或目标，方案，模型，评价和决议者。（4）系统分析特点：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，需屡次重复进行。

第26页5.4.4.3系统综合系统综合(Systemssyntheses)系统综合是不停将分解各个要素和它们相互关系加以综合，形成一个对应小系统，再将各个小系统逐阶综合成为—个大系统过程。系统综合不是将已经分解了要素按原来联络机械地重新拼接起来，使之复原成原来整体系统，而是依据系统分解得到各要素之间、要素与系统之间、系统与环境之间联络特征，在总目标支配下，寻求各要素之间新优化结构，重新把各种要素组织起来，创演出更适应于目标要求新系统整体。所以说系统综合是一个复杂创新过程。系统综合常是系统分析逆过程，二者互为因果，对立统一。？√√nX传动s第27页5.4.4.4系统评价系统评价(Systemsevaluation)对新设计系统或改进系统，依据预定目标要求，用系统分析方法，从技术、经济、社会、生态等方面对系统设计各种方案进行评审和选择，以确定最优或次优或满意系统方案。系统评价分为：事前评价、中间评价、事后评价和跟踪评价。对于不一样系统，其评价项目、评价标准和评价方法也不尽相同。评价对象价值与评价人员主观原因(经验及其评价角度)相关，所以系统不存在绝正确价值。使用计算机评价程序，使系统评价速度加紧，结果愈加全方面、正确、可靠。

最优满意第28页5.4.4.4系统评价评价是IE基本功效之一。IE活动中充满着对方案选择，随时随地都需要系统评价方法支持。系统评价：是对新开发或改建系统，依据预定系统目标，从技术、经济、社会等多方面对各种非劣系统方案进行评审和选择，以确定满意行动方案过程。系统评价应考虑基本问题：评价主体、评价对象、评价目标、评价时间、评价地点。有代表性系统评价方法：⒈费用－效益分析法⒉数据包络分析法⒊含糊综合评定法⒋层次分析法⒌关联矩阵法⒍评分法第29页5.4.4.5系统设计（1）系统设计概念与类型系统设计：是在系统分析基础上，按照系统思想和优化要求，综合利用各相关学科知识、技术和经验，经过总体研究和详细设计等步骤，落实到详细工作或项目上，以创造出满足设计目标人造系统。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”问题，

系统设计主要处理“怎么干”问题。系统设计在IE实践中广泛应用，普通分为：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