系统工程课件

系統工程

1概述系統工程是一門新興交叉學科系統工程是一門實用性很強的工程技術研究對象：大型複雜的人工系統和複合系統內容：組織協調系統內部各要素的活動，使各要素為實現整體目標發揮適當作用目的：實現系統整體目標最優化1概述1.1關於系統(系統的概念)1.2系統工程1.3系統工程的發展歷史1.4系統工程的應用領域1.1關於系統1.1.1什麼是系統小規模系統：自動控制系統，企業生產經營管理系統……大規模系統：經濟系統，環境系統，城市系統……

1.1關於系統現實世界中的一切事物都可以被看作系統，即系統是一切事物的存在方式之一，因而可以用系統思想來考察、描述和分析事物。在自然界和人類社會中普遍存在著各種各樣的系統。對系統的定義有不同的描述.尚無一般定義，大概有40多種.1.1關於系統錢學森院士對系統的描述性定義：系統是由相互作用和相互依賴的若干組成部分（元素）結合成的具有特定功能的有機整體。記為

S=<E，R>

其中（Elements）為系統（Systems）中所有元素構成的集合，（Relationship）為系統中所有關係的集合。1.1關於系統此定義指出了系統的三個基本特徵:系統是有若干元素（要素）組成的；這些元素之間存在著相互影響、相互作用、相互依賴的有機關係；由於元素間的相互作用，使系統作為一個整體，具有特定的功能。例:一枚導彈基本上由四個部分組成:戰鬥部,發動機,控制系統,殼體;(不止一個組成部分)各個組成部分之間存在著種種聯繫或作用,如電氣方面的或機械方面的,等等;導彈總體也會對各個組成部分提出相應的要求.作為一個整體,導彈可以打擊一定距離範圍內的目標;導彈的射程、精度等指標是作為一個整體才具有的。1.1關於系統美國的《韋氏（Webster）大辭典》：“有組織的或被組織化的整體；結合著的整體所形成的各種概念和原理的結合；由有規則的相互作用、相互依賴的形式組成的諸要素集合。”日本的JIS（日本工業標準）中：“許多組成要素保持有機的秩序向同一目的的行動的集合體。”1.1關於系統前蘇聯大百科全書中：“一些在相互關聯與聯繫之下的要素組成的集合，形成了一定的整體性、統一性。”《中國大百科全書·自動控制與系統工程》：“由相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。”1.1關於系統一般系統論的創始人貝塔朗菲（奧地利）把系統定義為：相互作用的諸要素的綜合體。概括起來，可以把系統定義為：系統是由相互關聯、相互制約、相互作用的若干部分（元素）組成的，具有特定功能的有機整體。1.1關於系統系統的本質：形成系統的諸要素的集合永遠具有一定的特性，或者表現一定的行為；這些特性或行為是它的任何一個部分都不具備的；由許多要素所構成的整體，但從系統功能來看，它又是一個不可分割的整體；如果硬要把一個系統分割開來，那麼它將失去其原來的性質；在物質世界中，一個系統中的任何部分可以被看為一個子系統，而每一個系統又可成為一個更大規模系統中的一個部分.系統的構成:要素、結構、功能、行為、環境要素：構成系統的基本單元或部分。結構：系統內部各組成部分或要素之間在時間、空間等方面的有機聯繫、相互作用的組織機構、方式和秩序。功能：指系統諸要素在一定結構下形成的效應。功能由結構所規定，並通過系統整體的運動表現出來。行為：指實現系統目標所進行的活動，也是系統功能的外部表現。環境：系統以外的其他與之有關的事物的集合就構成了系統的環境。系統的環境一個系統之外的一切與它相關聯的事物構成的集合系統與環境之間的關係是系統的外部規定性環境也是決定系統整體湧現性的重要因素環境意識是系統思想的另一個基本點系統的邊界把系統與環境分開來的東西邊界的存在是客觀的邊界存在的相對性系統的行為系統相對於環境所表現出來的任何變化行為屬於系統自身的變化，是系統特性的表現，但又同環境有關，反映了環境對系統的作用或影響不同的系統有不同的行為，同一系統在不同情況下也有不同行為系統行為包括：維生，學習，適應，演化，自組織、平衡、非平衡、穩定、動態等系統的功能系統行為所引起的、有利於環境中某些事物乃至整個環境存續與發展的作用凡系統都有功能，功能具有整體特性系統是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體子系統的功能是指子系統對整系統存續發展所負責任、所作貢獻把功能子系統的劃分及其相互關聯方式稱為系統的功能結構1.1關於系統系統的六個基本特性:

□整體性

□集合性□層次性□相關性□目的性□適應性1.1關於系統1.整體性系統是由兩個或兩個以上的可以相互區別的要素，按照作為系統所應具有的綜合整體性而構成的。系統整體性說明，具有獨立功能的系統要素以及要素間的相互關係根據邏輯統一性的要求，協商存在於系統整體之中。1.1關於系統整體性又稱總體性。系統的特性，必須從系統的總體來加以理解。這種總體的觀念是系統概念的精髓。系統的若干部分按照系統所應具有的整體性整合成為一個系統，就會產生整體具有而部分沒有的東西，如整體的形態、整體的特性、整體的行為、整體的狀態、整體的功能。1.1關於系統任何一個要素不能離開整體去研究，要素之間的聯繫和作用也不能脫離整體去考慮。系統不是各個要素的簡單集合，否則它就不會具有作為整體的特定功能。而脫離了整體性，要素的機能和要素之間的作用便失去了原有的意義，研究任何事物的單獨部分不能得出有關整體性的結論。系統的構成要素和要素之間的機能、要素間的相互聯繫要服從系統整體的功能和目的，在整體功能的基礎上展開各要素及相互之間的活動，這種活動的總和形成了系統整體的有機行為。在一個系統整體中，即使每個要素並不都很完善，但它們也可以協商、綜合成為具有良好功能的系統。相反，即使每個要素都是良好的，但作為整體卻可能不具備某種良好的功能，也就不能稱之為完善的系統。1.1關於系統2.集合性

集合的概念就是把具有某種屬性的一些對象看成一個整體，從而形成一個集合。集合裏的各個對象叫做集合的要素（子集）。系統的集合性表明，系統是由兩個或兩個以上的可以互相區別的要素所組成的。這些要素可以是具體的物質，也可以是抽象的或非物質的軟體、組織等。例如，一個電腦系統，一般都是由CPU、記憶體、輸入輸出設備等硬體組成，同時還包含有操作系統、程式開發工具、資料庫等軟體，它們形成一個完整的集合。1.1關於系統3．層次性系統作為一個相互作用的諸要素的總體來看，它可以分解為一系列的子系統，並存在一定的層次結構。這是系統空間結構的一種形式。在系統層次結構中表述了在不同層次子系統之間的從屬關係或相互作用的關係。在不同的層次結構中的子系統存在著動態的資訊流與物質流，它們一起構成了系統的整體運動特性，為深入研究複雜系統的結構、功能和有效地進行控制與調節提供了條件。

1.1關於系統4.相關性組成系統的要素是相互聯繫、相互作用的，相關性說明這些聯繫之間的特定關係和演變規律。例如，城市是一個大系統，它由資源系統、市政系統、文化教育系統、醫療衛生系統、商業系統、工業系統、交通運輸系統、郵電通訊系統等相互聯繫的部分組成，通過系統內各子系統相互協調的運轉去完成城市生活和發展的特定目標。各子系統之間具有密切的關係，相互影響、相互制約、相互作用，牽一發而動全身。要求系統內的各個子系統根據整體目標，儘量避免系統的“內耗”，提高系統整體運行的效果。1.1關於系統5.目的性通常系統都具有某種目的。為達到既定的目的，系統都具有一定的功能，而這正是區別這一系統和那一系統的標誌。系統的目的一般用更具體的目標來體現。比較複雜的社會經濟系統都具有不止一個目標。因此，需要用一個指標體系來描述系統的目標。比如，衡量一個工業企業的經營業績，不僅要考核它的產量、產值指標，而且要考核它的成本、利潤和品質指標。在指標體系中的各個指標之間有時是相互矛盾的，有時是互為消長的。為此，要從整體出發，力求獲得全局最優的經營效果，這就要求在矛盾的目標之間做好協調工作，尋求平衡或折衷方案。為了實現系統的目的，系統必須具有控制、調節和管理的功能，管理的過程也就是系統的有序化過程，使它進入與系統目的相適應的狀態1.1關於系統6.適應性

任何一個系統都存在於一定的物質環境之中，因此，它必然要與外界產生物質、能量和資訊交換，外界環境的變化必然會引起系統內部各要素的變化。不能適應環境變化的系統是沒有生命力的，只有能夠經常與外界環境保持最優適應狀態的系統，才是具有不斷發展勢頭的理想系統。例如，一個企業必須經常瞭解市場動態、同類企業的經營動向、有關行業的發展動態和國內外市場的需求等環境的變化，在此基礎上研究企業的經營策略，調整企業的內部結構，以適應環境的變化。例：隨著研製技術的發展、競爭的加劇，導彈武器系統需要不斷地提高性能，更新換代。如精度指標，可靠性指標，機動性能，突防性能，等等。又如電腦，其性能越來越高。1.1關於系統系統的分類（1）自然系統、人造（工）系統：按照系統的起源（自然屬性）分自然系統：依據自然規律，不以人們意志為轉移而形成的系統（由自然過程產生的系統）。如：天體系統、海洋系統、生態系統。有功能、無目的

人造系統：按人們意志設計與實現的系統（為滿足人類的某種需要，人為建立起來的系統）。如：通信系統、工程系統、倉庫管理系統、圖書管理系統。有功能、有目的複合系統：自然系統和人造系統相結合而形成的系統。如：環境保護系統、礦藏開發系統。1.1關於系統（2）實體系統、概念系統：按物質屬性分實體系統：由物質實體（礦物、生物、機械、人群等）組成的系統。如機械系統、電力系統、人-機控制系統等概念系統：由概念、原理、原則、方法、制度、程式等概念性的非物質實體所構成的系統。如管理系統、教育系統、計畫系統等（3）動態系統、靜態系統：按運動屬性分動態系統：狀態隨時間的推移不斷發生變化的系統。如：化工生產系統。靜態系統：狀態不隨時間的推移不斷發生變化的系統，它是動態系統的一種極限狀態（處於穩定的系統）。如車間平面佈置，封存的儀器和設備。1.1關於系統（4）開放系統、封閉系統：按系統與環境間的關係分開放系統：與環境發生物質、能量和資訊交換的系統。如：生態系統、城市系統、工業生產系統等。封閉系統：與環境有能量交換，但沒有物質和資訊交換的系統。如：密封的容器。孤立系統：不與環境發生物質、能量交換的系統。如：保溫的密封的容器（開水瓶）。

1.1關於系統（5）簡單系統、簡單巨系統、複雜巨系統：按系統結構複雜程度分簡單系統：組成系統的子系統數量比較少，且子系統之間的關係比較簡單的系統。如一個工廠、一臺設備等。簡單巨系統：組成系統的子系統數量非常多、種類也比較多，但子系統之間的關係比較簡單的系統。如鐳射系統等。複雜巨系統：組成系統的子系統數量很多，具有層次結構，它們之間的關係極為複雜的系統。如生物體系統、星系系統、社會系統等。什麼的複雜？什麼是複雜性？，沒有統一的概念。1.1關於系統還有其他的分類方法：按系統結構分類：集中系統、多級遞階系統、分散系統按系統是否具有不定性進行分類：確定性系統、不確定性系統1.2系統工程1.2.1什麼的系統工程

系統工程在系統科學的學科體系中屬於工程技術層次，對系統工程至今沒有統一的定義。錢學森院士（1978）指出：“系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、製造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的科學方法。”，“系統工程是一門組織管理的技術”。系統工程是尋求“總體最優”的理論和方法。(裝備)系統工程定義美國軍用標準MIL-STD-499A定義：“系統工程是將科學和工程技術的成就應用於：

□通過運用定義、綜合、分析、設計、試驗和評價的反復迭代過程，將作戰需求轉變為一組系統性能參數和系統技術狀態的描述；

□綜合有關的技術參數，確保所有物理、功能和程式介面的相容性，以便優化整個系統的定義和設計；

□將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程和其他有關因素綜合到整個工程工作之中，以滿足費用、進度、保障性和技術性能指標。”技術與管理兩個過程系統工程既是一個技術過程，又是一個管理過程。為了成功地完成系統的研製，在整個系統壽命週期內，技術和管理兩方面都很重要。因此，美國防務系統管理學院把系統工程定義為“是為了達到所有系統要素的優化平衡，控制整個系統研製工作的管理功能，把作戰需求轉變為一組系統參數的描述，並綜合這些參數以優化整個系統效能的過程。”軍方強調管理過程系統工程內涵

以研究大規模複雜系統為對象的一門交叉學科。把自然科學和社會科學的某些思想、理論、方法、策略和手段等根據總體協調的需要，有機地聯繫起來，把人們的生產、科研或經濟活動有效地組織起來應用定量分析和定性分析相結合的方法和電腦等技術工具，對系統的構成要素、組成結構、資訊交換和回饋控制等功能進行分析、設計、製造和服務從而達到最優設計、最優控制和最優管理的目的，以便最充分地發揮人力、物力的潛力，通過各種組織管理技術，使局部和整體之間的關係協調配合，以實現系統的綜合最優化。1.2系統工程研究對象：大型複雜的人工系統和複合系統。內容：組織協調系統內部各要素的活動，使各要素為實現整體目標發揮適當作用。目的：實現系統整體目標最優化。學科性質：是一門現代化的組織管理技術，是特殊的工程技術，是跨越許多學科的邊緣科學。系統工程特點研究思路的整體化：系統工程強調研究思路的整體化，就是既把所要研究的對象看成是一個系統整體，又把研究對象的過程看成是一個整體。系統工程特點應用方法的綜合化：系統工程強調綜合運用各個學科和各個技術領域內所獲得的成就和方法，使得各種方法相互配合，達到系統整體最優化。系統工程特點組織管理上的科學化、現代化：系統工程研究思路的整體化要求管理上的科學化，其應用方法綜合化要求管理上的現代化。管理科學化是要按科學規律辦事，包括對管理、組織結構、體制和人員配備分析，工作環境佈局、程式步驟組織，以及工程進度計畫與控制等問題的研究。管理現代化是指符合事物發展的客觀規律，符合自己國家需要，使用有效的最新管理理論、思想、組織和方法手段，促進生產力的發展和生產關係的改善。1.2系統工程系統工程與其他各門工程技術一樣，以改造客觀世界、使其符合人類需要為目的;都要從實際條件出發，運用基礎科學和技術科學的基本原理;都要考慮經濟因素和經濟效益。系統工程是一門工程技術，系統工程的對象、任務、方法以及從事系統工程活動所需要的知識結構，與傳統工程技術相比，有明顯區別：1.2系統工程概念不同：傳統工程技術的“工程”概念是指把自然科學的原理和方法應用於實踐，可將它看成是製造“硬體”的工程；系統工程的“工程”概念，是指不僅包含“硬體”的設計與製造，而且還包含與設計和製造“硬體”緊密相關的“軟體”。對象不同：傳統工程技術都是把各自特定領域內工程物質對象作為研製對象；系統工程則是以“系統”為研究的對象。任務不同：傳統的工程技術是用來解決某個特定專業領域中的具體技術問題；系統工程的任務是解決系統的全盤統籌問題。1.2系統工程方法不同：傳統工程技術所用的方法是根據條件採用可能實現目標的方法，提出不同方案進行設計，試製出原型，經試驗後最終達到生產和建設的目的；系統工程在解決各種問題的過程中，採用一整套系統方法：以系統工程觀念，按照完整的解決問題的程式，運用電子電腦對系統進行定量分析和計算，從而為解決複雜系統問題提供有效手段和工具。所以，系統工程的目標是實現系統的整體優化。。1.2系統工程從事系統工程應用，不僅要有專業技術人員，而且還應吸收社會科學工作者和其他行業的人員參加。系統工作人員應具備的能力：能夠堅持用系統觀點和方法研究和處理問題；知識面寬廣，且有較深的專業知識；具有豐富的想像力和創造力；善於發現問題；；善於溝通，取得各方面的有關人員配合與協作；掌握環境動向，瞭解部門之間的資訊。1.2系統工程1.2.3系統工程的研究對象和內容系統工程的研究對象：大型複雜的人工系統和複合系統（任何物質系統、概念系統）。系統工程的主要內容：

系統分析、系統設計、系統模型化、系統最優化、系統的組織管理、系統評價、系統預測與決策等。基本任務：系統模型化、系統優化、系統評價。1.2系統工程

為了實現和完成系統目標及任務，系統工程在其方法論的思想下要運用一定的具體方法與手段，即系統工程技術。常用的系統工程技術：（1）系統辨識技術（2）系統模型化技術（3）系統最優化技術（4）系統評價技術（5）系統預測技術（6）系統決策技術系統工程的作用：為社會科學研究提供定量分析方法，為自然科學研究提供定性分析方法。1．系統辨識技術系統工程研究的對象大多是複雜的大系統，由於系統因素眾多，結構複雜，目標多樣，功能綜合，因此需要共同理解、明確系統的總目標、分目標，以及相應的系統結構層次，為實現這個目的就需要通過系統的辨識來解決。目前用於大規模複雜系統辨識的常用方法是解析結構模型技術，即ISM。2．系統模型化技術模型化是系統工程的核心內容。系統模型是系統優化和評價的基礎，是系統工程的基本要求，任何一項系統工程都需要先建立模型。按系統模型分類，系統模型化技術主要有結構模型化技術、分析模型技術、系統仿真模型技術。通過系統模型化，就可以對系統進行解剖、觀測、計量、變換、試驗，掌握系統的本質特徵和運行規律。3．系統最優化技術系統最優化是系統工程追求的主要目標之一。優化技術是應用數學的一個分支。系統工程所用到的優化技術大多數集中在運籌學中，如線性規劃、非線性規劃、整數規劃、動態規劃、多目標規劃、排隊論、對策論等等，它們被應用於系統對有限資源進行統籌安排，為決策提供有依據的最優方案。在運籌學的應用中，往往是運用模型化方法，將一個已確定研究範圍的現實問題，按預期目標，將現實問題中的主要因素及各種限制條件之間的因果關係、邏輯關係建立數學模型，通過模型求解尋求最優化。4．系統評價技術系統評價就是對系統的價值進行評定，其主要作用是通過系統評價技術，將系統方案排序，以便從眾多的可行方案中找出最優方案，為決策提供依據。迄今為止，評價技術已發展到數十種，但較為常用的有費用—效益分析、關聯矩陣法、關聯樹法、層次分析法、模糊評價法、可能—滿意度法等。5．系統預測技術系統預測是依據過去和現在的有關系統及其環境的已知材料，運用科學的方法和技術，發現和掌握系統發展與運行中的固有規律，並按此規律去探求系統發展的未來。預測的主要作用是為決策者提供科學的預見和決策依據，同時為產生多個系統方案和優化系統方案提供方法手段。系統預測技術可分為定性預測技術與定量預測技術。6．系統決策技術系統決策是指決策者根據系統的各種行動方案及其可能產生的後果所作的判斷或決定。決策分析是比較規範的技術。它所起的作用是使決策過程得到數據和定量分析的支持，使決策所需的資訊全面而清晰地展現給決策者，從而有助於決策者正確決策。決策技術按決策環境可分為三種類型：即確定型決策、風險型決策、不確定型決策。1.2系統工程1.2.4系統工程主要理論基礎一般系統論大系統理論經濟控制論控制論運籌學系統工程的學科體系現代科學技術的體系結構（錢學森）四個層次：工程技術層次、技術科學層次、基礎科學層次、哲學。系統科學的體系結構（錢學森）：系統工程這類工程技術、系統工程的理論方法、系統工程的理論基礎、哲學。系統工程的學科體系系統工程作為處理一般系統總體最優化的技術與方法，它在系統科學的學科體系中處於工程技術層次。系統科學：依據系統思想建立的完整科學體系，研究系統演化的一般規律，系統有序結構的自組織原理和系統複雜性。基礎科學：指的是該學科的理論基礎，解釋該學科的一般規律，作為系統科學的理論基礎就是系統學。技術科學：該學科的技術基礎，溝通著基礎理論到實踐應用，指導工程技術實現；作為該學科的技術基礎是“運籌學”，“控制理論”和“資訊理論”。工程技術：指的是這個學科中的應用技術，作為系統科學的應用技術就是系統工程。系統科學劃分四個層次(1)．系統哲學——系統觀系統觀主要涉及：系統本體論、系統認識論以及人和世界的關係。(2)．系統的基礎科學——系統學在一般系統論、耗散結構、協同學等廣泛學科成就之上，研究一般系統的基本概念、基本性質以及系統進化的一般規律，其中包括研究一般系統的基本概念和性質的系統概念論；研究適用於各種具體系統的一般演化模式和規律的系統進化論；運用數學語言和嚴格演繹方法所建立的系統數學。(3)．系統的方法科學——技術科學系統的方法科學是根據系統科學的基本概念和基本原理研究系統方法的理論。其大致包括資訊理論、控制論、大系統理論、運籌理論、經濟系統理論等。(4)．系統的應用科學——系統工程系統的應用科學是把系統基礎科學的概念理論和系統方法科學中的理論方法具體應用到人們的實踐活動之中，它用定量和定性相結合的系統思想和系統方法處理大型複雜系統的問題，無論是系統的設計或組織建立，還是系統的經營管理，都可以看成是一種工程實踐，這就是系統工程，它構成了本學科的主要內容。系統工程與其他相近學科的關係系統科學與系統工程系統科學是一門從總體上研究複雜系統共同運動規律的科學系統工程是一門系統科學、工程技術學、經濟學和管理學等相結合的組織管理技術，是一種改造客觀世界的工程技術，同時也是一種運籌與決策的藝術。

系統分析與系統工程

系統工程＝系統分析;

系統工程包括在系統方法之中，與系統分析並列;

系統工程包括系統分析、系統設計和決策分析.

本課程體系：系統工程＝系統分析＋決策分析

運籌學與系統工程

運籌學和系統工程可以看作是屬於一個領域中的兩個姐妹學科，都是系統思想方法定量化的實際應用研究。運籌學為系統工程提供最重要的方法和理論基礎。運籌學的目的：增加現有系統效率的分析工作，以專業技術為導向，分析程式由下而上（戰術）系統工程：對可供選擇的系統方案進行選擇比較；以問題狀況為導向，分析程式由上而下（戰略）1.3系統工程的發展歷史1.3.1系統工程的產生與發展一般觀點：系統工程是在第二次世界大戰期間，為適應軍事需要而形成的。它的萌芽階段，中國可追溯到2600多年前的《周易》，國外可追溯到20世紀初的Taylar管理制度（1911年）。第一次出現“系統工程”名稱：

觀點1：1957年美國人哥德和麥克爾合著“系統工程”為標誌；觀點2：1940年貝爾電話公司在發展微波通訊網絡時，為縮短科學發明與投入應用的時間，在全國電信網中首先採用了新技術，提出了“系統工程”的名稱。1.3系統工程的發展歷史1.3.2系統工程在中國古代：最早是八卦與周易西元前五百多年前，以老子為創始人的道家對系統提出了精闢的看法《黃帝內經》“天人相應”《孫子兵法》，李冰父子建造都江堰現代：以錢學森院士為代表。1.3系統工程的發展歷史管子：<地員篇>，<詩經>，農事詩<七月>等古籍，對農作與種子，地形，土壤，水份，肥料，季節，氣候諸因素的關係，都有辯證的論述。齊國名醫扁鵲：主張按病人氣色，聲音，形貌綜合辯證，用針灸，湯液，按摩，熨貼，砭法等多種療法治病。周秦至西漢初年的古代醫學總集<黃帝內經>：強調人體各器官的有機聯繫，生理現象和心理現象的聯繫，身體健康與自然環境的聯繫等。戰國時期李冰父子設計建造的都江堰工程：包括“魚嘴”岷江分水工程，“飛沙堰”分洪排沙工程，“寶瓶口”引水工程三大主體和120個附屬渠堰工程，工程之間的聯繫處理得恰到好處，協調運轉。中國古代曆法：很早就提示了天體運行與季節變化的聯繫，編制出曆法和指導農事活動的二十四節氣。1.3系統工程的發展歷史我國古代天文學家為發展原始農牧業，把宇宙作為一個超系統，探討了它的結構、變化和發展，努力揭示天體運行與季節的變化。我國古代的系統思想還反映在軍事理論方面。孫子的《孫子兵法》闡述了不少樸素的系統思想和謀略。《孫子兵法》中從“道、天、地、將、法五個方面來分析戰爭的全局。古希臘的唯物主義哲學家德謨克利特（西元前467~前370年）從唯物主義的立場出發闡述了系統的思想，他認為原子構成萬物，形成不同系統層次的世界，宇宙中有無數個世界，這些世界不斷產生、發展和消滅。古希臘辯證法奠基人之一的赫拉克利特（Heracleitus)在<論自然界>一書中說：“世界是包括一切的整體。”1.3系統工程的發展歷史15世紀下半葉，由於近代科學的興起，力學、天文學、物理學、化學以及生物學逐漸從混為一體的哲學中分離出來，得到了日益迅速的發展。把自然界的局部細節抽出來進行分門別類的研究。19世紀上半葉，自然科學取得了巨大的成就，特別是能量轉化和細胞的發現，使人們對自然過程的相互聯繫的認識有了很大的提高。馬克思、恩格斯的辯證唯物主義認為，物質世界是由許多相互聯繫、相互依賴、相互制約、相互作用的事物和過程所形成的統一整體。這就是系統概念的實質。總之：用自發的系統概念考察自然現象，是古代中國和古希臘唯物主義哲學思想的一個特徵。古代辯證唯物的哲學思想包含了系統思想的萌芽。都江堰水利工程

戰國時期川西太守李冰父子主持修建。目標：利用岷江水資源灌溉川西平原、防洪與航運（漂木、行舟）。包括三大工程及120多項配套工程。其總體構思是系統思想的傑出運用。兩千多年來，都江堰一直發揮著巨大的效益，是我國最成功的水利工程。三大工程魚嘴：分水工程：大水——“內三外七”小水——“內七外三”飛沙堰：分水、排沙寶瓶口：調水、沉澱沙粒完整的養護制度：每年挖泥沙、修堤。如“深掏灘、低築堰”等，規定了挖沙時間、深度（以江底的石碑為標記等體現了利用天然資源、整體規劃、系統優化的古代樸素的系統思想

1.3系統工程的發展歷史系統思想的發展經歷了三個階段，即：“只見森林”（樸素的系統思想）階段—“只見樹木”階段—“先見森林，後見樹木”（科學的系統思想）階段。古代中國和古希臘在系統思想的產生與早期發展中具有突出地位和貢獻。整體思想和聯繫思想是科學系統思想的核心與實質。阿波羅登月計畫系統工程發展的里程碑目標：在10年內將人送上月球，並使其安全地返回地球經費：250億美元1969年6月，阿波羅飛船登上月球，標誌著系統工程及其在裝備研製中應用的日趨成熟。我國兩彈一星與載人航太系統工程實踐我國比較系統地、有組織地研究和運用系統工程始於1960年代，在兩彈一星和載人飛船有成功的探索。1979年，成立中國系統工程學會。期刊：系統工程理論與實踐，系統工程學報，JournalofSystemsScienceandSystemsEngineering

，模糊系統與數學，系統工程與電子技術，等等載人飛船工程（7個系統）：

太空人系統、飛船應用系統、載人飛船系統、運載火箭系統、發射場系統、測控通信系統、著陸場系統。如載人飛船系統（13個分系統）：結構與機構分系統、制導導航與控制分系統、熱控分系統、環境控制與生命保障分系統、推進分系統、測控與通信分系統、數據管理分系統、電源分系統、回收著陸分系統、儀錶與照明分系統、應急救生分系統、乘員分系統、有效載荷分系統。1.3系統工程的發展歷史1.3.3研究趨勢與展望系統工程是一門交叉學科，日益向多學科滲透和交叉發展；系統工程作為一門軟科學，日益受到人們的重視；系統工程的應用領域日益擴大，進而推動系統工程理論和方法不斷發展與完善。1.4系統工程的應用社會系統工程——研究對象是整個社會，這是一個開放的複雜巨系統。目前正在探討一種從定性到定量，綜合運用多種學科處理複雜巨系統的方法論。經濟系統工程——主要研究宏觀經濟問題，如國家的經濟發展戰略、綜合發展規劃、經濟指標體系、產業結構分析、資源合理配置、經濟政策分析、綜合國力分析、世界經濟模型等。環境生態系統工程——主要研究大氣生態系統、大地生態系統、流域生態系統、森林與生物生態系統、城市生態系統的規劃建設問題。1.4系統工程的應用企業系統工程——主要研究市場預測、新產品開發、CIMS及並行工程、全面品質管理、成本—效益分析等；農業系統工程——主要研究農業發展戰略、大農業和立體農業的戰略規劃、農業結構分析、農業區域規劃、農產品需求預測、農業政策分析等；教育系統工程——主要研究人才需求預測、人才與教育發展規劃、人才結構分析、教育政策分析等。1.4系統工程的應用區域規劃系統工程——運用系統工程的原理和方法研究區域發展戰略、區域綜合發展規劃。、區域投入產出分析、區域城鎮佈局、區域資源合理配置、城市水資源規劃、城市公共交通規劃與管理等。能源系統工程——研究能源合理結構、能源需求預測、能源開發規模預測、能源生產優化模型、能源合理利用模型、電力系統規劃、節能規劃、能源資料庫等問題。水資源系統工程——研究河流綜合利用規劃、流域發展戰略規劃、農田灌溉系統規劃與設計、城市供水系統優化模型、水能利用規劃、防汛指揮調度、水污染控制等問題。1.4系統工程的應用交通運輸系統工程——研究鐵路、公路、航運、航空綜合運輸規劃及其發展戰略、鐵路調度系統、公路運輸調度系統、航運調度系統、空運調度系統、綜合運輸優化模型、綜合運輸效益分析等。資訊系統工程——資訊網絡+用戶是一個人——網結合的開放的複雜巨系統，不僅具有資訊採集、加工、存儲、傳輸、調用、共用、分析、綜合等功能，還具有產生新資訊的功能，是資訊的生產系統。軍事系統工程——主要研究國防發展戰略、作戰模擬、情報、通信和指揮自動化系統、武器裝備發展規劃、國防經濟學、軍事運籌學等。1.4系統工程的應用

應用實例：

——國家發展研究中心組織的“2000年的中國”的研究；

——國家教委組織的“全國人才規劃模型”“教育規劃模型”等的研究；

——國防科研部門組織的“國防總體戰略”，“軍事指揮系統”，“現代作戰模擬”“後勤保障系統”等的研究；1.4系統工程的應用

——交通運輸部門組織的“綜合運輸網絡”，“鐵路運行圖網路模型”，“鐵路編組站自動化的系統分析”，“民航全國售票網路系統研究”，“交通運輸系統動力學理論和方法的研究”等；

——能源部門組織的“長江三峽巨型工程的綜合論證和決策分析的研究”，“全國大中型水電站建設研究”，“山西能源化工基地建設的發展戰略和長遠規劃的研究”等；

——農業科研部門組織開展的“黃淮海地區農業綜合開發研究”，“發展立體農業的系統研究”，“農村產業結構系統研究的模型體系”，“糧食安全保障的預警系統研究”等；

——國家自然科學基金組織的“宏觀決策分析、金融數學、金融工程、金融管理的研究”“搞活大中型企業的系統分析”等系統工程方法論：在處理系統問題過程中的一般分析問題和解決問題的途徑、手段和方式，或者說是人們處理系統問題所應用的知識、觀點去解決問題的行為方式。系統工程方法論就是開展系統工程的一般過程或程式，它反映系統工程研究和解決問題的一般規律或模式。60年代以來，許多學者對系統工程方法論進行了探討。企圖找到能夠處理世界上所有問題的一成不變的“萬能”方法是不現實的，但是，總還是可以找到一些帶有普遍意義的思路和模式，這就是系統工程方法論。其中影響最大的，是１９６9年美國貝爾電話公司工程師霍爾（A·D·Hall）提出的系統工程三維結構，簡稱為霍爾模型，其三維是時間維、邏輯維和專業維（知識維）。系統工程方法論體系的基礎是綜合運用系統思想和各種數學方法、科學管理方法、經濟學方法、控制論方法以及電腦技術等工具來實現系統的模型化和最優化，進行系統分析和系統設計。同時，系統工程方法論除一般的數學描述方法和邏輯推理方法外，還有工程技術的規範和社會科學的藝術等。描述性、邏輯性、規範性、藝術性這些特點交織在一起，構成了系統工程獨特的思想方法、理論基礎、基本程式和方法步驟。系統工程方法論基本特點：研究方法強調整體性，技術應用強調綜合性、管理決策強調科學性。

系統工程的構思原則(1).由粗到細的原則由粗到細地思考問題：搞清有關議題產生的背景和不同的觀點→通過調查、爭論、相互學習，在價值觀和是非標準上達成共識→定義問題、定界問題和設定目標→明確解決問題的原則→總體構思→形成概念模型→設想具體方案→設計具體方案等。(2).

互相結合的構思原則處理系統工程問題時，要善於聯想，將看似無關的事件聯繫起來考慮，找出它們之間的內在規律，從原則上來講主要有：以問題導向為主，問題導向與方法導向相結合；先定性分折，定性分析與定量分析相結合，科學方法與專家經驗相結合，決策者(領導者)、使用者與分析者相結合。(3)定性分析與定量分析結合的原則定性的對象或概念要給予定量的表示，用數量表示的結果要給出它的經濟意義或物理意義，這樣才能提高分析系統的水準和對系統的深入認識。定性分析是對研究對象本質、內在機制的認識。為更確切地描述研究對象的本質，從量變到質變的規律上去把握住研究的對象，需要定量分析。因此要按定性——定量——定性的思路去分析。(4).分解、協調和綜合的原則系統的分解、協調的目的是為了綜合形成更好的系統。系統分解指將一個複雜系統分解為若干子系統。分解目的是便於研究者掌握。系統協調有兩種意義：①系統內的協調，即根據系統總結構、功能、任務、目標等的要求，使各個子系統之間互相協調配合，實現系統的整體優化；②系統與系統之間的協調，系統與環境之間的協調。2.1

霍爾三維結構(硬系統工程方法論)2.2

切克蘭德“調查學習”模式(軟系統工程方法論)2.3

其他系統工程方法

系統工程方法論（思考和處理問題的方法）2.1

霍爾三維結構圖1-3霍爾三維結構美國工程師霍爾在總結多方面系統工程實施經驗的基礎上，將系統工程的整個過程按時間座標、邏輯座標和知識座標劃分為不同的層次和階段，並對每個層次、階段所應用的科學、人文、社會知識作了分析，提出瞭解決系統工程問題的一般性方法。一、時間維：粗結構

分析處理系統問題的工作進程，按時間順序分為6個（或7個）時間階段：

規劃階段:調研、明確目標制定方案階段:比較分析方案，擇優開發研究階段:實現方案，作生產計畫生產製造階段:零部件→組裝整個系統運行作業階段:安裝、運行改進更新階段:評價→改進和更新二、邏輯維：細結構，將時間維的每一階段展開處理各階段系統問題的步驟（思維過程），一般分為7個階段。

為了合理地作出並實施最佳決策，系統工程的每一個工作階段上都必須遵循某種合理的思維方式，在這種思維方式中包含有七個必要的思維步驟或程式：

1.明確問題,2.選擇目標

3.系統綜合,4.系統分析

5.方案優化,6.決策

7.計畫實施

Hall系統工程方法論強調明確目標，核心內容是最優化。認為現實問題都可歸納為工程一類的問題（硬科學），應用定量分析的手段，求得最優解。明確問題：收集資料(考察、測量、調研、需求分析、市場預測),

瞭解系統的環境、目的、系統的各組成部分及其聯繫等。選擇目標：提出目標，制定準則(標準)

選擇目標過程一般使用價值體系方法：效用理論費用—效益分析：經濟系統風險估計價值工程系統綜合：方案策略，對每種方案進行說明系統分析：系統分比較分析各方案→建模→計算或仿真作出決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素方案優化：選出待選方案集，交決策部門最優化：單目標、多目標優化：約束條件，最優解、滿意解線性規劃、動態規劃、非線性規劃、大系統理論、組合優化等付諸實施：企業：生產計畫開發專案：CPM、PERT對邏輯維若干步驟的說明(1)擺明問題收集各種有關資料和數據，把問題的歷史、現狀、發展趨勢與環境因素搞清楚，把握住問題的實質和要害，並使有關人員做到心中有數。為了把問題的實質、要害搞清楚，就要進行調查研究。調查研究工作主要從以下兩方面入手進行：第一，環境方面的調查研究。（a）物理和技術的環境，主要包括：已有系統；用於已有系統的方法；已執行的技術標準；內部技術情況；自然環境；過渡因素；目前和將來的試製條件；外部技術情況。（b）經濟和事務的環境，主要包括：

·組織結構；·組織人員；·政策法令

·領導愛好傾向·價格結構；·新系統的經濟條件

·事務運用（c）社會環境，主要包括：

·大規模的社會因素；·個別的因素。第二，需求方面的調查研究。從廣義來說，需求研究屬於環境研究的一個方面。但是，由於需求研究具有特別的重要性，故有必要著重進行分析研究。需求研究大略有下列六項要點：研究需求的一般指標；組織上的資源和約束；計畫情況和市場特性；競爭狀況；用戶愛好、習慣和動機；來自需求研究的設計要求。(2)確定目標目標問題關係到整個工程的方向、規模、投資、工程週期、人員配備等，因而是十分重要的環節。系統問題往往具有多目標，在擺明問題的前提下，應該選擇明確的指標體系，作為以後衡量各個備選方案的評價標準。在確定目標時應注意以下幾條原則：

a.要有長遠觀點：選擇對於系統的未來有重大意義的目標；

b.要有總體觀點：著眼全局，必要時可在某些局部作讓步；

c.注意明確性：目標務必具體明確，力求用數量表示；

d.多目標時應注意區分主次、輕重、緩急，以便加權計算；

e.權衡先進性和可行性：目標先進而可以實現的，

f.注意標準化：同國內外的同類系統比較，爭取先進水準。我國一般工程專案制訂目標時應考慮下述幾個方面：

a.運行目標，其中包括技術指標；

b.經濟目標，包括直接的與間接的經濟目標；

c.社會目標，包括專案符合國家方針政策和社會整體利益；

d.環境目標，包括環境保護與工程綠色化。(3)系統綜合系統綜合要反復進行多次。第一次的系統綜合是指按照問題的性質、目標、環境、條件擬定若干可能的備選方案。沒有分析便沒有綜合，系統綜合是建立在前面的兩個分析步驟（擺明問題，確定目標）上的。沒有綜合便沒有分析，系統綜合又為後面的分析步驟打下基礎。(4)系統分析是指演繹各種備選方案。對於每一種方案建立各種模型，進行仔細分析，得到可靠的數據、資料和結論。系統分析主要依靠模型（有實物模型與非實物模型，尤其是數學模型）來代替真實系統，利用演算和模擬代替系統的實際運行，進行仿真，選擇參數，實現優化。在系統分析的過程中，可能形成新的方案。系統工程的大量工作是系統分析，所以有人寧願把系統工程稱作系統分析。(5)決策由決策者選擇某個方案來實施。出於各方面的考慮，領導選擇的方案不一定是最優方案。應該注意：“什麼也不幹”，維持現狀，也是一種方案，稱為零方案。在確認有別的方案比它優越之前，不要輕易否定它。根據系統工程的諮詢性，決策步驟並非系統工程人員的工作。但是對於決策技術的研究，則是系統工程的課題之一。(6)實施將決策選定的方案付諸實施或執行下一個階段。應當注意，在決策或實施中，有時會遇到原定方案都不滿意的情況。這時就有必要回到前面所述邏輯步驟中認為需要的一步開始重新做起，然後再決策或實施。這種反復有時會出現多次，直到滿意為止。（3）知識維知識維是完成工作的理論基礎。在開展系統工程活動時，由於不同階段和不同步驟具有不同的工作內容，需要應用與涉及各種學科內容和專業知識，包括實驗、電腦能力、文字表達能力、語言溝通能力、專業理論基礎、各個領域的專業知識、數學、自然科學、環境學、社會學、經濟與管理、人文、法律、藝術等。運用SE知識，把三維結構中的六個時間階段和七個邏輯步驟結合起來，便形成所謂霍爾管理矩陣如下(表中元素代表一項具體的管理活動):

霍爾管理矩陣

邏輯維(步驟)時間維(階段)1234567明確問題選擇目標系統綜合系統分析方案優化做出決策付諸實施1規劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研製階段a31a32a33a34a35a36a374生產階段a41a42a43a44a45a46a475運行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a67表中一項代表具體的管理活動，如a12表示在規劃階段確定目標，a21表示在方案階段擺明問題。在基於“三維結構”模型的這個系統工程過程系統中，每一階段都有自己的管理內容和管理目標，每一步驟都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互聯繫，再加上具體的管理對象，組成了一個有機整體。霍爾管理矩陣可以提醒人們在哪個階段該做哪一步工作，同時明確各項具體工作在全局中的地位和作用，從而使工作得到合理安排。從霍爾方法論的三維結構中，可以得出該方法具有如下特點：綜合性：任何具體的系統工程活動同時結合時間階段、邏輯步驟和相應的專業知識。聯繫性：各項活動並不是孤立的，它們之間互相影響、緊密相關，重視的是整體能夠達到最優效果，而不是部分達到最優。反復性：整個方法的分析過程又是重複的。但是這並不是傳統意義上的簡單重複。而是螺旋式上升、波浪式前進的過程，也就是哲學上所說的否定之否定過程。這個過程首先具有迭代性。功能性：方法論的每一步都具有相應的職能。具體包括計畫、組織、控制、調節、決策。霍爾的系統工程方法論強調目標明確，核心內容是最優化，主要適用於解決良性結構的硬系統。2.2切克蘭德“調查學習”模式

切克蘭德認為完全按照解決工程問題的思路來解決社會問題和軟科學問題，將遇到很多困難。至於什麼是“最優”，由於人們的立場、利益各異，判斷價值觀不同，很難簡單地取得一致的看法，因此“可行”、“滿意”、“非劣”的概念代替了“最優”的概念。還有一些問題只有通過概念模型或意識模型的討論和分析後，才使得人們對問題的實質有進一步的認識，經過不斷磋商，再經過不斷的回饋，逐步弄清問題，得出滿意的可行解。切克蘭德根據以上思路提出他的方法論，稱這為“軟系統方法論”，該方法論的邏輯和內容如圖所示。核心：調查和學習目的：提高切克蘭德的軟系統方法論的核心不是“最優化”，而是進行“比較”，強調找出可行滿意的結果。“比較”這一過程要組織討論，聽取各方面有關人員意見，為了尋求可行滿意的結果，不斷地進行多次回饋，因此它是一個“學習”的過程。切克蘭德的調查學習法用概念模型代替數學模型，使思路更為開闊；用可行滿意解代替最優解是價值觀方面的重要變化。良結構系統：指偏重工程問題、機理明顯的物理型的硬系統不良結構系統：指偏重社會問題、機理尚不清楚的心理和事理型的軟系統這種軟系統方法論在我國已用於考慮一些比較複雜的發展戰略問題，例如對首都發展戰略的研究就採用這種思考方法。2.3其他系統工程方法一、綜合集成法（錢學森1989）

二、統一規劃法（1972）三、層次分析法四、並行工程五、物理—事理—人理（WSR）綜合集成工程(綜合集成法)綜合集成（Meta-Synthesis）工程是從整體上考慮並解決複雜問題的方法論。錢學森院士等人(1989)在研究解決開放的複雜巨系統問題時，提出了“從定性到定量綜合集成方法”，這是系統工程思想的新發展。其實質是將專家群體、數據和各種資訊與電腦仿真有機地結合，把各種學科的理論和人的經驗與知識結合起來，發揮整體優勢。錢學森的綜合集成工程方法論方法論層次：(1)經驗知識＋理論知識；(2)通過建模將定性知識與觀測數據、統計資料結合；(3)人(知識工程＋專家系統)與電腦(電腦)結合。工程技術層次(1)根據實際問題收集資訊資料和統計數據；(2)約請相關專家分析研究，明確系統四大變數(狀態、環境、控制、輸出)，確定系統建模思想；(3)建立系統數學模型(定量表示系統結構、功能、行為、特性、輸入輸出關係)；工程技術層次(4)對系統行為做仿真模擬試驗，獲得定量數據資料；(5)組織專家群體檢驗系統模型的有效性；(6)修改、調整參數，仿真試驗，專家分析評價，修改、……數學模型(符合實際系統的理論描述)----可信的結論這套方法論是從整體上研究和解決複雜巨系統問題的方法，採取人機結合以人為主的思維方法和研究方式，對不同層次、不同領域的資訊和知識進行綜合集成，達到對整體的定性定量認識。應用綜合集成方法(包括綜合集成研討廳體系)必須有總體設計部這樣的實體機構。“我們把處理開放的複雜巨系統的方法定名為從定性到定量綜合集成方法，把應用這個方法的集體稱為總體設計部。”總體設計部：系統研製工作的抓總單位，一般不承擔具體部件的設計。總體設計部把系統作為若干分系統有機結合的整體來設計，對每個分系統的要求都首先從實現整個系統技術協調的觀點來考慮；對於研製過程中分系統與分系統之間的矛盾、分系統與系統之間的矛盾，都從總體協調的需要來選擇解決方案。綜合集成工程綜合集成即創造；綜合集成是實現大科學、大工程的基本途徑；綜合集成的關鍵是解決整體與局部的關係問題,實現1+1>2。統一規劃法1972年，希爾和沃菲爾德為克服約束條件複雜的多目標大系統組織方面的困難，在霍爾三維結構的基礎上提出了統一規劃法。其實質是對霍爾活動矩陣中規劃階段的具體展開，利用它可以較好實現對大型複雜系統的全面規劃和總體安排。常用目標樹（由於目標多）表示。層次分析法層次分析法（第7章）並行工程方法學並行工程(ConcurrentEngineering，簡稱CE)是美國在80年代末提出的，在電腦集成製造系統CIMS和系統工程中發展起來的工程技術，也是美國國防部在90年代乃至21世紀發展武器裝備系統的基本管理模式。Winner等人對並行工程的定義：並行工程是對產品及相關過程，包括製造過程和支持過程，進行並行、一體化設計的一種系統化方法。這種方法力圖使產品開發者從一開始就考慮到產品全壽命週期即從概念形成到產品報廢的所有因素，包括品質、成本、進度和用戶需求。並行工程方法學核心內容：強調用戶需求，並把用戶需求轉化為完整的產品要求；交互作用、相互協調的並行研製過程，將產品的設計與製造過程、保障過程用系統工程方法綜合在一起，保證產品性能、可靠性、維修性、保障性和生產性；建立多學科的綜合產品研製機制及計算和輔助工程環境可應用於以電腦和網路系統為支持環境的組織管理乃至整個社會系統並行工程方法學優點：使開發者一開始就考慮到產品全生命週期從概念形成到產品報廢的所有因素，包括品質、成本、進度、用戶需求主要思想：約束資訊的並行性、功能的並行性、集成性、協同性、科學性它強調的因素：加速產品開發週期、提高品質、降低成本、提供優質服務物理—事理—人理（WSR）系統方法論自然科學是關於物理的科學；運籌學是關於事理的科學（許國志），實際還包括管理科學、系統科學，事理就是做事的道理；處理好人的關係這是人理學，就是人文科學、行為科學，人理就是做人的道理。把這三者結合起來“WSR系統方法論”。

WSR系統方法論是具有東方文化傳統的系統方法論，得到國際同行的認同。WSR系統方法論由朱志昌與顧基發共同提出。WSR系統方法論在處理複雜問題時，既要考慮對象的物的方面(物理)，又要考慮如何更好使用這些物的事的方面(事理)，還要考慮由於認識問題、處理問題、實施管理與決策都離不開的人的方面(人理)。把這三方面結合起來，利用人的理性思維的定性、連續、多層次、階序性以及形象思維的綜合、靈活和創意性，去組織實踐活動，以產生最大的效益和效率.126要素物理事理人理道理對象著重點原則需要的知識物質世界、法則、規則的理論客觀物質世界是什麼？功能分析誠實，真理，盡可能正確自然科學管理和做事的理論組織、系統怎樣做？邏輯分析協調，有效，盡可能平滑管理科學，系統科學人、紀律、規範的理論人、群體、人際關系、智慧應當怎樣做？人文分析人性，有效果，盡可能靈活人文知識，行為科學WSR系統方法論內容WSR系統方法論WSR系統方法論的基本內容和主要步驟：

1、理解領導意圖；

2、調查分析；

3、形成目標；

4、建立模型；

5、協調關係；

6、提出建議。3.1控制理論基礎3.1.1控制系統的描述：外部,內部;

能控性,能觀性,魯棒性.3.1.2系統最優控制:

容許控制,系統約束,性能指標,

極大值原理3.1.3大系統理論控制論創始人：維納（N.Wiener，1894-1964）美國數學家，控制論的創始人。其於1948年出版的《控制論》（CYBERNETICS)一書標誌了控制論的誕生。控制論的基本概念：控制——根據系統內外部條件對系統進行調節，以克服系統的不穩定性，使系統保持或達到某種特定的穩定狀態，或使系統按照某種規律變化的過程。控制系統

結構：一般由施控者、傳遞者和受控者三部分組成。目的：控制系統的行為，達到既定的目標。行為：在外界環境作用下系統作出的反應。回饋：控制系統將輸入的資訊作用於受控對象後所產生的結果再一次送到輸入端，並對資訊的再輸出發生影響的過程。回饋種類：正回饋負回饋

大系統理論

大系統一般是指規模龐大（維數很高）、結構複雜（多層次、多關聯）、目標眾多（目標間往往有衝突）、時標各異（同一系統中有多個時標）、位置分散，並常常具有隨機性和不確定性的複雜系統，廣泛存在於社會、政治、經濟、生態、環境、工業等許多領域中。大系統的主要特徵之一體現在其結構複雜上。大系統結構取決於組成大系統的子系統集合和各子系統之間的關聯，並決定了大系統的功能，不同結構往往會產生不同的總體功能。由於大系統的對象分散，變數數目眾多，關聯複雜，往往不宜採用集中式結構，而多為遞階結構和分散結構。

大系統理論研究大系統的結構方案，穩定性，最優化，建立模型的模型簡化等問題稱為大系統理論。3.2資訊理論基礎隨著科學技術的發展和社會進步，越來越多的事實證明，系統元素之間、子系統之間的相互聯繫和作用，系統與環境的相互聯繫和作用，都要通過交換、加工、利用資訊來實現，系統的演化行為也需要從資訊觀點來理解。因此，資訊是系統工程的基本概念之一。兩個基本問題：什麼是資訊和如何度量資訊。資訊理論基礎創始人：申農(C.E.Shannon)（1916-2001）美國科學家。1948年申農的“通訊的數學理論”（ThemathematicalTheoryofcommunication)，長達數十頁的論文，成了資訊理論正式誕生的里程碑。回顧20世紀的資訊革命風暴，把資訊理論的創始人稱為偉大的科學家並不為過。確實，他對人類貢獻遠遠超過了一般的諾貝爾獲獎者。資訊理論基礎美國數學家申農（C.E.Shannon）和維納以資訊為主要研究對象，以資訊的運動規律和應用方法為主要研究內容，以電腦、光導纖維等為主要研究工具，以擴展人類的資訊功能為主要研究目標。資訊理論基礎資訊——具有新內容或新知識的消息資訊是對事物存在方式、運動狀態、相互聯繫的特徵的一種表達和陳述。表現為文字、圖象、圖形、語言、聲音等形式。

資訊理論基礎信號最具體，它是一物理量，可測量、可顯示、可描述，同時它又是載荷資訊的實體-----資訊的物理層表達消息是具體的、非物理的，可描述為語言文字、符號、數據、圖片，能夠被感覺到，同時它也是資訊的載荷體。是資訊理論中主要描述形式-----資訊的數學層表達資訊是抽象的、非物理的，是哲學層表達。資訊理論基礎資訊理論的創立者香農將資訊定義為“兩次不確定性之差”，即“不確定性的減少”。從通信角度看，資訊是數據、信號等構成的消息所載有的內容。消息是資訊的“外殼”，資訊是消息的“內核”。從應用角度講，資訊是指能為人們所認識和利用的、但事先又不知道的消息、情況等，也就是說，資訊對於收信者應該是有用的和未知的。資訊理論基礎以通信為例，凡通信過程至少涉及資訊發送者（稱為信源）和資訊接收者（稱為信宿），通信是信源和信宿之間的一種特定聯繫。信宿需要瞭解信源發出的資訊的內容，但在得到資訊前該內容是不知道的，或稱信宿對資訊內容的“猜測”是具有不確定性的。一旦信宿收到了信源發來的資訊就消除了這種不確定性，所以通信系統中傳送的正是這種能夠消除不確定性的資訊，從而增加了系統的確定性。然而，實際的通信過程可能完全消除了不確定性，也可能只是部分消除了不確定性，甚至完全沒有消除不確定性，這取決於資訊量的大小。因此將資訊定義為不確定性的減少是完全合理的。3.3系統最優化理論系統工程，其核心目標之一是使系統運行在最優狀態，因此，系統最優化技術是其最重要的理論支撐。系統最優化理論系統優化理論主要包括線性規劃、非線性規劃、整數規劃、動態規劃等內容，如果考慮到最優化技術在不同應用領域中的拓展，還應包括排隊論、對策論、決策論等，這些都屬於運籌學的研究範疇。本書僅介紹與系統工程有關的系統最優化理論包括：線性規劃、非線性規劃、整數規劃、動態規劃3.3.1線性規劃線性規劃上世紀30年代出現，40年代丹茲格提出單純形法。線性規劃主要研究的問題有兩類：1．在給定數量的的人力、物力等資源下，如何科學地運用這些資源，以獲得最大效益（去完成最大的任務），或在一定的條件下，尋求最優化的設計；2．在給定任務的情況下，如何統籌安排，使用最小量的資源去完成這項任務。線性規劃問題：求一組變數，使之滿足線性約束條件，且具有線性的目標函數取最大（或最小）值的一類最優化問題。線性規劃數學模型一般形式目標函數：滿足約束條件:

例3-3-1(生產計畫問題)

某工廠有三種原料B1、B2和B3，儲量分別為170千克、100千克和150千克。現用此三種原料生產兩種產品A1和A2。已知每生產1千克A1需要原料5千克B1、2千克B2和1千克B3。每生產1千克A2需要原料2千克B1、3千克B2和5千克B3。又知每千克A1產品利潤為10元，每千克A2產品利潤為18元。問在工廠現有資源條件下，應如何安排生產，才使工廠獲得最大利潤。B1(kg)B2(kg)B3(kg)利潤(元)A152110A223518總量170100150解：設安排生產A1、A2產品的產量分別為和，則根據題意，數學模型為

s.t.求解方法：1.圖解法

2.單純形法例3-3-2運輸問題（產銷平衡）從兩個倉庫（發點）運送庫存原棉到三個紡織廠（收點），兩倉庫的庫存量、三個紡織廠的需求量、每噸原棉從個倉庫運到工廠的所需運費如下表：問：在保證各個紡織廠的需求都得到滿足的條件下，應採用哪一種運送原棉的方案使得運費最少？工廠1工廠2工廠3庫存量（噸）倉庫121350倉庫222430需求量(噸)40152580s.t.求解方法：

1.表上作業法

2.單純形法線性規劃模型三個基本要素：決策變數目標函數約束條件線性規劃問題的標準形：s.t.Maxz=c1x1+c2x2+…

+cnxn

Maxz=cTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0線性規劃問題的標準形描述：目標函數求最大決策變數均非負約束條件為等式右端常數項非負線性規劃問題的標準形的轉化方法：

1）若約束條件不是等式，則加鬆弛變數（≤）或減剩餘變數（≥）；

2）若目標函數求最小，則對應目標函數反號後求最大；3）若有的條件的右端常數為負，則將該條件的兩邊同乘以-1；

4）若某變數沒有非負約束，則可引入兩非負變數，將該變數表示成兩非負變數之差。

5)若某變數為負，引入新變數等於該變數的反號.例

將下列線性規劃模型化為標準形s.t.相關的概念

相關的概念

圖解法求解主要講解圖解法（對兩個決策變數有效）；和單純形法（決策變數個數不限）。用圖解法求解線性規劃問題時不必將線性規劃模型化為標準形式，其求解過程一般經歷以下幾步：以兩個決策變數為軸在平面上建立直角坐標系；圖示由線性等式和不等式構成的約束條件，標出可行域；圖示並移動目標函數，尋找最優解。圖解法求解圖解法求解圖解法求解練習:用圖解法解線性規劃問題min z=-x1-3x2 s.t. x1+x2≤6 -x1+2x2≤8 x1≥0,x2≥0可行域目標函數等值線最優解64-860x1x2線性規劃模型及單純形法矩陣形式：線性規劃的標準形式：

MaxcTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm

Am

n

矩陣線性規劃模型及單純形法線性規劃的規範形式：

MaxcTx(P)s.t.Ax≤b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm

Am

n

矩陣線性規劃模型及單純形法

線性規劃模型及單純形法定理3-3-4考慮(LP),條件同上，設x*為極點,存在分解A=[B,N]，其中B為m階非奇異矩陣，使xT=[xBT,xNT],

這裏xB=B-1b≥0,xN=0，相應cT=[cBT,cNT]。那麼，

1）若

cNT-cBT

B-1N≤0,則

x*--opt.2）若

cj-cBT

B-1pj>0,且B-1pj≤0,則(LP)無有界解.線性規劃的單純形法表格單純形法1、原理及演算法過程

MaxcTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm