系统工程课件

绪论

第一节泡茶问题华罗庚先生的泡茶“想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有，开水壶要洗，茶壶茶杯要洗，火已升了，茶叶也有了，怎么办?”一、问题描述1.目标：喝到一碗清新的热茶。2.条件：已有一个茶壶、一包好茶叶、一个燃着的火炉和可用的凉水水源。3.其它要求：以最节约资源的方式实现目标。4.系统工程研究任务：为解决喝茶问题设计一个行动计划系统(设计一个解决泡茶问题的行动计划)。

第一节泡茶问题二、问题分析1资源需求根据我们的日常经验，现代人类的活动通常需要人、财、物等类资源。在这个泡茶问题上，不涉及资金，所需的资源包括：凉水、茶壶、茶叶、茶碗、火炉。这些资源目前都已齐备，且假设除人外没有限制。第一节泡茶问题2目标要求以最节约资源的方式泡一壶好茶。这个问题中，前面提到的各项资源除了人力资源外，都是没有限制的。但实际上，茶壶的大小是确定的，因而所用水是确定的。再假定炉火的发热量及热效率是确定的，那么，一旦装满水的茶壶放到火上，其消耗的能源也是确定的。茶叶使用量是有定额的。第一节泡茶问题所以，在泡茶问题上，前述各项资源除随机干扰外，不存在节约问题。这个问题，唯一涉及的节约问题是关于一种既无限又有限的资源—时间的节约。3系统工程研究任务界定设计一个解决泡茶问题的行动计划，要求合理安排各道工序，最大限度节约时间。第一节泡茶问题三、定性策划几个备选方案第一节泡茶问题根据日常经验，对以上泡茶问题可以有以下三种解法：甲：⑴洗净水壶；⑵灌上凉水；⑶壶放在火上；⑷等水开；⑸水开后，以最快的速度洗茶杯，找茶叶；⑹泡茶，待茶泡好；⑺喝茶。乙：⑴洗净水壶；⑵洗茶杯；⑶找好茶叶；⑷灌凉水；⑸壶放火上；⑹等水开；⑺水开后，用准备好的茶杯、茶叶泡茶；⑻等待茶泡好；⑼喝茶。丙：⑴洗净水壶；⑵灌凉水；⑶壶放火上；⑷洗茶杯；⑸拿茶叶；⑹水开之前，可干一些其它事；⑺水开，泡茶；⑻喝茶。第一节泡茶问题四、方案分析与比较(系统分析)1.列出泡茶所需的全部工序2.确定每道工序所需的时间3.确定各道工序之间的时间连接关系4.分析计算每种方案所需的总时间5.做出比较结论第一节泡茶问题工序列表序号名称紧前工序工序时间(分)1洗壶无12灌水10.53放壶20.34等水开3155洗杯无16找茶叶无17泡茶3，5，62.28喝茶7第一节泡茶问题洗壶灌水放壶洗杯泡茶拿茶叶等水开115110.30.5喝茶2.20.3丙：洗壶洗杯找茶叶灌水等水开放壶泡茶1150.30.511喝茶2.2乙：洗壶灌水放壶等水开泡茶洗杯，找茶叶喝茶12.22150.30.5甲：图1泡茶系统工程备选方案工序图方案分析甲方案总时间=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21乙方案总时间=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21丙方案总时间=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19分析结果：丙方案最节约时间。方案建议：丙第一节泡茶问题泡茶工程经验总结第一节泡茶问题几大步骤：确定问题目标分析需求分析方案策划系统分析（统计、计算、比较）决策建议方案实施系统原理：最优化、并行统筹、工序图法一、系统思想及系统理论的产生与发展第二节系统工程的产生与发展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。

整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。第二节系统工程的产生与发展二、系统工程的发展概况第二节系统工程的产生与发展阶段年代（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，强调了其重要性第二节系统工程的产生与发展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的地位第二节系统工程的产生与发展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三、系统工程在我国的发展及应用第二节系统工程的产生与发展上世纪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。第二节系统工程的产生与发展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。第三节系统工程学的研究对象与内容一、系统工程的研究对象从实体研究对象看，系统工程学是关于系统工程实践的一般规律和技术方法的知识体系。从本质研究对象看，系统工程学是关于系统工程实践中目标需求与资源供给的矛盾关系的一般规律及其问题解决方法的知识体系。

第三节系统工程学的研究对象与内容二、系统工程在科技知识体系中的位置哲学基础科学基础科学技术科学基础科学工程技术辨证法系统学基础科学运筹学、信息论、控制论基础科学系统工程三、系统工程的基本内容第三节系统工程学的研究对象与内容1.系统工程的发展史和渊源；2.系统学的重要思想与理论；3.系统工程方法论；4.其它重要系统工程技术方法；5.典型系统工程案例。

系统的概念及特点1.1系统的概念根据事物内在的、本质的、必然的联系，从整体的角度进行分析和研究，这类事物被看成——系统。

1.1.1系统思想的形成及演变

1.古代朴素的系统思想春秋的老子就强调自然界的统一性古希腊哲学家提出“整体大于部分的总和”

农业——节气军事——《孙子兵法》

中医——《内经》工程——都江堰

2.系统思想的成熟与发展15世纪，近代科学的兴起，分门别类的研究，形成——形而上学的思维方法。深入、细致的考察。19世纪，能量转化、细胞和进化论的发现，认识到——自然过程的相互联系。马克思、恩格斯的辩证唯物主义产生。辩证唯物主义：物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程形成的统一整体。当代科学技术的发展对系统思想的方法和实践产生了重大影响。（1）定量化方法——数学理论（2）计算工具——计算机哲学思维系统科学1.1.2系统的定义及比较系：联系、关系，统：统一系统——有机联系和统一的整体定义：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分（要素）结合而成的、具有特定功能的综合体。三个条件：两个以上的要素、存在有机联系、特定的功能。事物都是对立统一的：系统的整体作用支配和控制要素、要素相互作用决定系统的特性和功能、系统和要素的概念是相对的。1.1.3系统的形态

1、自然系统和人造系统

2、实体系统和概念系统

3、封闭系统和开放系统

4、静态系统和动态系统

5、对象系统和概念系统

6、控制系统和行为系统

1.2系统的特性

1.2.1整体性整体大于部分之和

Fs>∑Fi

指导意义：

1、从管理的整体出发，使系统功能产生放大效应。

2、不断提高管理要素的功能，特别是关键要素或薄弱环节的功能。

3、调整组织形式，建立合理结构。1.2.2相关性系统内各要素相互作用又相互联系。某一要素变化，相关的要素应改变和调整，从而保持系统整体的最佳功能。指导意义：

1、注意要素之间的协调和匹配。

2、相关性是动态的，在动态中协调。

3、系统有纵向相关，也包括横向相关。

1.2.3目的性目的——人们行动中所要达到的结果和意愿。人造系统是具有目的性的。复杂系统具有多目标，常采用图解方法，即用目的树描述目的与目的之间的关系。现代管理的目标管理就是利用系统目的性的原则，体现管理的系统化、科学化、标准化和制度化。1.2.4环境适应性系统的所有外部事物——环境。系统处于环境之中，环境会影响系统功能的发挥。唯物辩证法中：外因和内因的辩证关系。指导意义：要考虑系统与环境的关系，注意内部关系和外部关系的相互协调、统一，保证系统整体向最优化方向发展。1.3系统的结构与功能1.3.1系统的结构

1、系统的结构的特性结构:系统要素内在的有机联系形式，各要素之间在时间或空间上排列和组合的具体形式。特点：稳定性、层次性、开放性和相对性

1）稳定性：系统总是趋向于保持某一状态当受到外界干扰，有可能使系统偏离稳态，一旦干扰消除，系统可恢复稳定。有平衡结构、非平衡结构2）层次性（九个层次）静态结构、简单动态结构、反馈控制系统、细胞系统、原生社会系统、动物系统、人类系统、超越系统。

3）开放性任何系统都不会是绝对封闭和静态的，总要与外界进行能量、物质、信息的交换——开放性开放性——不断变化的结构

4）相对性客观世界、系统结构形式——无限的系统结构与要素——相对的（层次性）2、系统结构分析

1）要素的联结要素之间的关系：两要素的联结类型

系统要素的联结有三种基本类型：串联、并联、反馈联结

2）系统的结构距阵1.3.2系统的功能

1、功能概念——系统和环境作用所反映的能力

2、系统功能的特性

1）易变性

2）相关性

3、功能方法功能分析法、功能模拟法、黑箱方法1.3.3系统结构与功能的关系

同构异功：企业管理同功异构：钟表同构同功：天然、合成异构异功：金属材料热处理1.4系统理论概述1.4.1一般系统论

L.von.Bertalanffy(贝塔朗菲）：

1）系统观点——整体特性和功能

2）动态观点——物质和能量交换

3）等级观点——层次、等级1.4.2控制论

1）最优控制理论

2）自适应、自学习和自组织系统理论

3）模糊理论

4）大系统理论

系统工程概述2.1系统工程的基本概念2.1.1系统工程的定义

20世纪中期的新兴学科——发展、变化定义：多种多样总结：用科学的方法规划和组织人力、物力、财力，通过最优途径的选择，使人们的工作在期限内收到最合理、最经济、最有效的效果。科学的方法、总体、优化组合、结果2.1.2系统工程的特点

1、与传统工程技术的区别

1）概念不同硬件与软件

2）对象不同物质与物质、活动

3）任务不同具体与综合

4）方法不同实现与优化

5）人员素质不同科技与复合

2、系统工程的特点

1）研究思路的整体化

2）应用方法的综合化

3）组织管理的科学化、现代化

2.1.3系统工程的形成和发展

20世纪20年代：管理技术、工业工程

40年代：运筹学、二战、军事

50年代：电子计算机

60年代：阿波罗登月—系统工程形成和发展的背景和条件：

1）社会进步、综合性提高

2）数学、计算机、计算方法

3）通讯、信息科学2.1.4系统工程的应用范围

1）社会系统2）经济系统3）区域规划

4）生态系统5）能源系统6）农业系统

7）工业管理8）运输系统9）水资源

10）工程项目11）科学管理12）智力开发

13）人口系统14）法治系统15）军事系统2.2系统工程的技术内容综合学科：工程技术、数学、社会科学、管理科学、计算机、计算技术等。2.2.1运筹学五个步骤：收集资料、归纳问题建立模型求解模型检验评价模型的解正确决策点

主要分支：规划论、对策论、库存论、决策论、排队论、可靠性理论、网络理论。2.2.2概率论与数理统计学2.2.3数量经济学2.2.4技术经济学2.2.5管理科学2.3系统工程方法论2.3.1基本原则

1)系统整体性

2)系统有序相关原则

3)系统目标优化原则

4)系统动态性原则

5)系统分解综合原则

6)系统创造思维原则2.3.2三维结构方法论A.D.Hall（霍尔）——三维结构体系

1）时间维2）逻辑维3）知识维系统工程的五个阶段：研究计划设计制造运用2.3.3软系统方法论最优可行、满意、非劣

逻辑维知识维时间维社会科学工程技术法律医学管理。。。。。

规划阶段拟定方案系统研制生产阶段装配阶段运行阶段更新阶段明确问题指标设计方案综合系统分析方案选择方案决策实施计划三维结构体系2.4管理系统工程概述

2.4.1含义

1)管理规模大型化

2)管理组织专业化

3)管理人员知识化

4)管理体制合理化复杂性、综合性、多变性——系统工程2.4.2职能计划、协调、监督、核算、服务2.4.3结构

管理系统——三个层次：高层、中层、基层战略、管理、执行

七个职能：计划、生产、财务、销售、人事、物资、设计开发。

系统分析

§3.1典型系统工程方法论系统工程方法论是用于解决复杂问题的一般程序、逻辑步骤和通用方法。霍尔结构体系(霍尔三维结构)切克兰德模式综合集成工程方法学(综合集成研讨厅体系

)一、霍尔结构体系§3.1典型系统工程方法论1969年，美国工程师霍尔认为系统工程整个活动过程可以分为前后紧密衔接的六个阶段，每个阶段应遵循一定的思维程序，需各种专业知识和技能的支持。这构成了时间维、逻辑维和知识维的“三维空间结构”，概括了系统工程的一般过程。§3.1典型系统工程方法论明确问题时间维环境科学社会科学工程技术计算机科学管理科学经济法律·知识维逻辑维规划阶段方案阶段研制阶段生产阶段更新阶段运行阶段选择目标系统综合系统分析方案优化付诸实施做出决策图3.1霍尔“三维结构”图一)时间维表示系统从规划到更新，从开始→结束按时间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期循环过程。规划阶段：调研、明确目标方案阶段：比较分析方案，择优研制阶段：实现方案，作生产计划生产阶段：零部件→组装整个系统运行阶段：运行更新阶段：评价→改进和更新§3.1典型系统工程方法论二)逻辑维每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。明确问题：收集资料(考察、测量、调研、需求分析、市场预测)了解系统的环境、目的、系统的各组成部分及其联系等。§3.1典型系统工程方法论问题的设定：直观经验方法：头脑风暴法预测法：德尔菲法、情景分析法、交叉影响法、时间序列法结构模型法：解释结构模型法(ISM)、决策实验室法、图论法多变量统计方法：非结构、半结构问题，因子分析、主成分分析法其他：一般系统理论和模糊集理论等§3.1典型系统工程方法论选择目标：提出目标，制定准则(标准)选择目标过程一般使用价值体系方法：效用理论费用—效益分析：经济系统风险估计价值工程系统综合：方案策略，对每种方案进行说明系统分析：系统分比较分析各方案→建模→计算或仿真§3.1典型系统工程方法论系统分析主要内容：系统变量的选择：状态变量、决策变量(内生、外生)

建模和仿真：GPSS、SD

可靠性工程方案优化：选出待选方案集，交决策部门最优化：单目标、多目标优化：约束条件，最优解、满意解线性规划、动态规划、非线性规划、大系统理论、组合优化等§3.1典型系统工程方法论作出决策：不能十全十美，要考虑人、社会各种因素付诸实施：企业：生产计划开发项目：CPM、PERT三)知识维知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括科学学、基础科学、工程技术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等。§3.1典型系统工程方法论表3.1霍尔管理矩阵

逻辑维(步骤)时间维(阶段)1234567明确问题选择目标系统综合系统分析方案优化做出决策付诸实施1规划阶段a11a12a13a14a15a16a172方案阶段a21a22a23a24a25a26a273研制阶段a31a32a33a34a35a36a374生产阶段a41a42a43a44a45a46a475运行阶段a51a52a53a54a55a56a576更新阶段a61a62a63a64a65a66a67§3.1典型系统工程方法论二、切克兰德模式

霍尔三维结构不适用于以建立和管理“软系统”为目的的社会科学、管理科学等科学领域；而适用于以研制“硬件系统”为目标的自然科学、工程技术等“硬科学”领域，故有人称霍尔三维结构为“硬科学”的系统工程方法论。英国的切克兰德把OR、SE、SA和SD所使用的方法论叫硬系统方法论，并在1981年自己提出一种软系统方法(SSM)——“调查学习”法。§3.1典型系统工程方法论切克兰德的调查学习法用概念模型代替数学模型，使思路更为开阔；用可行满意解代替最优解是价值观方面的重要变化。良结构系统：指偏重工程问题、机理明显的物理型的硬系统

不良结构系统：指偏重社会问题、机理尚不清楚的心理和事理型的软系统核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径，是有很明显的反馈调节思想。

§3.1典型系统工程方法论弄清关联因素问题现状说明建立概念模型改善概念模型比较实施图3.2切克兰德的“调查学习”方法流程图§3.1典型系统工程方法论三、综合集成工程方法学(综合集成研讨厅体系)

1.综合集成方法论的产生

80年代初，钱学森提出处理复杂行为系统的定量方法学。80年代末，钱学森提出处理开放的复杂巨系统的方法论是“从定性到定量综合集成方法”。1992年，钱学森提出从定性到定量综合集成研讨厅体系。§3.1典型系统工程方法论2.综合集成研讨厅体系的框架与特点

由三部分组成：机器体系、专家体系和知识体系。命题专家体系社会认识客观世界知识体系社会实践机器体系结果改造世界认识世界图3.3研讨厅框图§3.1典型系统工程方法论分析作战训练中心演习研制与试验分布交互仿真次研讨厅低层次研讨厅高层次研讨厅分析图3.4研讨厅体系一例§3.1典型系统工程方法论这套方法论是从整体上研究和解决复杂巨系统问题的方法，采取人机结合以人为主的思维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的信息和知识进行综合集成，达到对整体的定性定量认识。按照我国传统说法，把一个复杂事物的各个方面综合起来，达到对整体的认识，称之为“集大成”的智慧，所以钱学森把这个方法称为“大成智慧工程”。§3.1典型系统工程方法论在综合集成研讨厅体系这个概念中，综合集成是方法特征，研讨厅体系是组织形式。综合集成方法指出了解决复杂开放巨系统和复杂性问题的过程性以及过程的方向性和反复性。综合集成研讨厅体系本身是个开放的、动态的体系，也是个不断发展和进化的体系。§3.1典型系统工程方法论应用综合集成方法(包括综合集成研讨厅体系)必须有总体设计部这样的实体机构。“我们把处理开放的复杂巨系统的方法定名为从定性到定量综合集成方法，把应用这个方法的集体称为总体设计部。”综合集成研讨厅是研究开放的复杂巨系统的方法论，那么总体设计部是实现这个方法论所必须的体制和机制。

3.总体设计部思想§3.1典型系统工程方法论§3.2系统分析的基本概念一、系统分析概念系统分析(SA)是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。

SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。§3.2系统分析的基本概念表3.2系统分析中的逻辑项目提问决定对象目的为什么确定这个？应是什么？删除工作中不必要的部分对象为什么要找这个？应找哪个？地点为什么在这里做？应在何处做？合并重复的工作内容，考虑重新组合时间为什么在这时做？应何时做？人为什么由此人做？应由谁做？方法怎样做？怎样去做？使工作简化§3.2系统分析的基本概念二、系统分析的准则

外部环境与内部条件相结合当前利益与长远利益相结合整体效益与局部效益相结合定性分析与定量分析相统一§3.3系统分析的基本原理一、系统分析基本要素①目标②可行方案③模型(结构、数学、仿真)④费用⑤效果⑥评价§3.3系统分析的基本原理否问题的形成1确定问题的范围2明确构成因素之间的相互依存关系3了解环境状况和约束条件明确目标1明确目标2采用手段能否实施继续进行分析工作是图3.5确定目标工作图§3.3系统分析的基本原理表3.3模型的分类分类模型名称按总体分类实物模型、符号模型；实体模型、概念模型按构造要素类型分类数学模型、逻辑模型、图形模型、模拟模型按变量取值的确定性分类确定型模型、不确定型模型按分析对象分类过程模型、状态变量模型、可靠性模型、时间模型、费用模型、经济模型、组织模型、计算机模型§3.3系统分析的基本原理(－)费用效果(＋)探索评价模型A4A3A5A1A2目标A1A2A4A3A5可行方案评价标准方案排序图3.6系统分析概念结构图§3.3系统分析的基本原理二、系统分析的步骤是否提出问题建议的可行方案分析与评价建立模型构成问题收集资料是否满意图3.7系统分析的步骤

系统分析主要内容：系统分析概念、系统分析的结构形式、要解决的问题、方法和工具3.1系统分析的概念

20世纪30年代——管理问题

40年代——应用成功以后——大、复杂、新系统不断发展，不同的观点：

1.Hitch：是运筹学的扩展，提供了利用各方面专家的知识综合解决问题的途径。2.RAND（朝鲜战争）：与运筹学的关系如战略对于战术的关系。3.Quade：是研究战略的方法，不定条件下处理好复杂问题的方法。4.Nikoranov：选择最合适的替代方案来实现决策人更有效地控制和利用资源。5.Coldicott、Checklard、Fitzgerald、宋健等人都有相近的观点。

五项基本内容：可行性方案集、目标体系、建模、效果和信息、评价准则。过程框图如下：系统分析目的：帮助决策人对所要决策的问题逐步提高清晰度；方法：采用系统的观点和方法，用定性和定量的工具，进行系统结构和状态的分析，提出各种方案，进行比较、评价和协调；任务：向决策人提供系统方案、评价意见和建议。系统分析：采用系统方法，提出各种方案，进行定性定量分析、评价，使决策者提高认识的清晰度，以便决策者选择行动方案。

20世纪50年代——与运筹学相比

60年代——研究方法

70年代——与决策相联系

80年代——考虑以人为中心的系统

总之系统分析的目的：帮助决策人对所要决策的问题逐步提高清晰度。方法：用系统的观点和方法，定性和定量的工具，对问题进行系统结构和状态的分析，提出可行方案和替代方案，比较、评价和协调。任务：向决策人提供系统方案、评价意见和建议。3.2系统分析的结构理论：学说——基本依据应用：借鉴——系统分析结构系统分析与决策的关系（图3-4）决策和执行——最重要的活动。决策主要取决于系统分析的科学性和艺术性。进行系统分析的前提（1）分析是决策的辅助手段（2）分析应能处理不同环境条件下的问题（3）是决策者的要求（4）尽可能短的时间和较少的资源。3.2.1系统分析的程序构成从信息处理的过程——程序构成从理论和方法角度——方法构成通过系统分析程序构成中各个程序活动，不断精简浩瀚的资料和信息，向决策人提供所需要的有用信息，以便决策。两类信息沟通：横向：分析者之间，了解系统纵向：分析者与决策者之间，提供可知信息

从信息处理看：系统分析的目的是有效缩减信息量，同时又能反映问题的本质。供决策时参考。3.2.2系统分析研究方法的构成三个主要部分：科学学科、研究和分析、决策与验证，并包括反馈及相互关系。（图3-7）系统分析研究方法与一般科学研究方法的重要区别：系统分析研究方法中包括决策者参与其中。决策者的两类行动：肯定——采取某项决策并执行否定——重新研究与分析3.3系统分析的内容与逻辑过程3.3.1系统分析的内容

1）系统研究：处理资料、意义明确化、问题特征、系统结构化

2）系统设计：系统与环境结构化

3）系统量化：量化处理系统与环境的属性

4）修改简化：适合分析模式、分析技术的可操作性

5）系统评价：输出排序的可行方案集系统分析流程图：3.3.2系统分析的逻辑过程

1）明确研究对象

2）选择可行方案

3）选择计算准则

4）应用模型技术

5）生成输入数据

6）模型运行与操作

7）结果分析逻辑过程如下：3.3.3模拟研究过程模拟模型：也是复杂问题的主要手段（图3-12）系统分析工作的内容：

1）目标建立、结构确定、评价准则、可行方案、待选方案和未来效应分析

2）系统研究、设计、量化、评价与协调

3）行为、价值、规范研究等方法论，建模、模拟、优化等工具

4）数据处理和信息转换

5）研究层次关系

6）适应环境变化和资源有效利用

系统设计及其应用

§4.1系统设计的一般过程⑴确认需要，定义系统的目的，即任务（或需求）分析或论证研究阶段。识别具体需要；决定系统业务需求；重点放在系统成功运作的必要决策上。⑵系统功能分析。决定功能需求；明确一般性业务功能；对于每个一般功能，确定具体的代换功能。⑶初步系统优化。从备选方案中确定折中方案；根据功能需求评价备选方案。⑷初步系统设计。确定初步系统方案，配置所选系统部件；制定详细系统规范。⑸详细系统设计。功能系统的详细设计；正式编制所有设计数据文件；进行一次详尽的设计评审。§4.1系统设计的一般过程⑹系统原型。研制/建造系统原型(包括硬模型和软模型)；对原型进行测试及评价；对测试数据进行系统分析和评价；确定需要修改的部分。⑺系统采办（针对需要购买的零部件）。制定需求计划书（RFP）；根据合适的标准，评价提出的RFP；选择供应商；谈判系统部件交付日程表。§4.1系统设计的一般过程⑻系统实施。制定关于系统实施的详细总体计划；为变更准备相应的组织机构；组织教育和培训；对系统转换做出安排。⑼系统的运行及其维护。⑽系统的升级及改进。有时，系统会被取代。所有的系统都有一个有限的生命周期。§4.1系统设计的一般过程§4.2系统工程管理系统工程管理包括设计、开发、测试和生产全过程中的计划、组织、招聘、监督和控制，通过有效管理，保证所有相关工程领域得到恰当整合（即传统工程设计领域和所有支持领域），保证所开发系统中的相关硬件、软件、设备、人员、数据等等被有机结合。系统工程管理的目的在于，在正确的时间和正确的地点，用最小的人力和物力支出，提供正确的事项。系统工程项目需求的成功实施依赖于以下几点：（1）用一种自顶向下的方法进行系统开发；（2）设计活动与相关支持活动的初期整合；（3）从整个系统生命周期的角度来考虑需求；（4）项目伊始，就要准备好必要的需求和计划文件。§4.2系统工程管理§4.2系统工程管理系统说明书（A类）开发说明书（B类）材料说明书（E类）过程说明书（D类）产品说明书（C类）项目技术需求项目管理需求相关项目管理计划资源配置管理计划检测与评价计划制造项目计划全面质量管理计划集成物流支持计划支付能力计划数据管理计划项目需求项目管理计划（PMP）系统工程管理计划(SEMP)单独的项目计划功能设计计划可靠性项目计划可维护性项目计划人力因素项目计划系统安全项目计划物流工程计划产能计划供应商工程计划废物处理和物资循环使用计划图4.1项目计划书与说明书§4.2系统工程管理系统工程管理计划第一部分技术项目的计划、实施与控制第二部分系统工程过程第三部分工程专业整合描述那些在实现系统工程管理目标中必须计划和实施的技术性项目任务。描述系统工程过程，如用于系统需求的定义和将这些需求转变成最终产品构造的开发过程。描述各种工程专业领域中的系统需求，以及这些领域在总体主流工程设计和开发计划中的集成。图4.2系统工程管理计划—通用型§4.3企业系统管理一、系统管理系统管理主要从四个方面研究企业经营管理系统的结构和组成：（1）用系统论的观点和系统分析的方法研究和探讨管理系统的结构、功能、体系等问题；（2）用控制论的观点和方法研究管理系统的人—机系统的协调、控制等问题；（3）用信息论的观点和方法研究管理系统的信息传输和处理问题；（4）用运筹学和其它优化理论与方法研究系统的最优管理问题。企业管理系统具有三大特征：（1）管理系统是一个多层次多目标的较大系统，可以按不同功能划分成若干子系统及其更下一级的子系统，以实现集中控制、分散控制和递阶控制。（2）管理系统是一种人—机综合系统，是包括人在内的组织管理系统。在这种系统中，人—机之间的恰当分工将会从整体上促进系统的优化。（3）管理系统是一个进行计划、实施和控制的综合系统。它通过计划、组织、执行和控制，以保证企业活动的连续性和均衡性。§4.3企业系统管理二、系统管理的基本原则§4.3企业系统管理整体优化原则环境适应原则控制原则协调原则§4.3企业系统管理三、系统管理的三个基本职能一次职能二次职能三次职能计划实施控制计划规划设计评价构思决定方针决定评价标准制定战略制定战术评价技术确定战略确定战术综合评价实施实施计划实施控制制定事实计划确定步骤了解与目标的差距安排实施调整准备评价活动评价实施的效果控制评价计划测定总评价制定评价计划搜集数据研究综合结果决定具体评价基准与标准互相比较结果与目标互相比较综合分析评价基准评价分析测定结果总决定§4.3企业系统管理四、目标管理（1）参与导向。（2）系统导向。（3）控制导向。（4）授权导向。（5）结果导向。1、目标管理五大特征§4.3企业系统管理2、目标管理八大要素（1）目标是什么？（2）达到什么程度？（3）谁来完成目标？（4）何时完成目标？（5）怎么办？（6）如何保证？（7）是否达成了既定目标？（8）如何对待完成情况？§4.3企业系统管理表4.2传统管理与目标管理比较类型传统管理目标管理如何看待利润目标？就是利润最大化，利润是实现一系列目标后的结果。如何看待驱动？过程驱动，认为过程带来结果目标驱动，认为目标带来结果如何看待过程？强调规则，程序和制度，目标被忽视首先是目标，其次才是过程如何看待控制？靠施加惩罚性的方法来限制员工员工自我约束并注重自我发展管理类型听命式管理参与式管理管理重点关注谁是对的，容易产生冲突关注什么是对的，鼓励团队合作适应情况刚性企业，程序性员工柔性企业，知识型员工

系统预测系统设计和决策都需要进行预测。主要内容：预测的概念，定性、定量预测方法4.1预测概述4.1.1预测的概念对尚未发生或不确切的事物进行预先的估计和推断，对将要发生的结果进行探讨和研究。对系统的未来进行分析估计——系统预测历史资料—逻辑推断—发展规律—预测科学预测的技术和方法——预测技术4.1.2预测技术的种类

1）预测技术性质定性预测定量预测专家调查、市场调查外推法、时间序列主观概率、交叉概率因果法、回归法领先指标、类推法经济计量、动力学

2）预测内容社会、经济、科技、军事预测3）预测期限近期、短期、中期、长期预测此外：微观、中观、宏观预测有条件、无条件预测随机、非随机预测4.1.3预测的程序目的、资料、方法、模型、预测、误差、改进、规划和行动预测程序图4-1确定预测目的收集资料选定预测方法建立预测模型进行预测计算规划政策与行动分析预测误差误差可接受误差大误差较大4.2定性预测的方法经验和判断，不用、少用计算——规律计算机时代——实用和科学的方法

1）影响因素多无法定量

2）数据不足、失真、时间、费用

3）动态过程、外界因素—中长期预测经济、技术、经营——定性预测注意：定性和定量预测的结合4.2.1市场调查预测法系统的相关因素分析——预测

1）典型调查推算法——重点调查有代表性的个体——推断总体

2）抽样调查推算法随机样本——推断总体

3）全面市场调查法普遍调查，调查面小、对象单一4.2.2德尔菲法——专家调查法

1）程序专门小组、拟定调查提纲、选择预测人选、反复征求意见、整理预测结果

2）特点匿名性、反馈性、收敛性

3）预测结果的处理中位数法——中位数、上下四分位数主观概率法—事件发生概率的分布中心组织专门小组拟订调查提纲选定预测人选反复征询意见整理结果提出报告能否收敛YN4.2.3交叉概率法事件总是相互联系的，某一事件发生会影响另一事件的发生概率一系列事件Ei(i=1,2,…,n)Em

发生对其余事件Ei(i=m)发生概率有无影响用相互影响矩阵表分析发生概率可进行调整4.2.4领先指标分析法经济指标间常有一种随着时间具有相同或近似的规律，有同步、先后领先、同步、滞后指标用领先指标变化趋势——预测目标趋势

1）预测目标与其他经济指标的关系

2）领先、同步、滞后指标的时间序列数据图形

3）进行预测经济指标时间t领先指标同步指标滞后指标t1t3t5t2t4t6图4-4时间序列数据示意图4.2.5类推法通过找出先导事件进行预测目标与先导事件有相同的规律，可无联系

1）选择先导事件

2）先导事件的规律、时间序列数据图形

3）判断是否有相同规律，可否类推

4）类推迟发事件的未来情形关键是选择先导事件：历史上的同类事件、国外或其他地区的同类事件、其他领域的同类事件4.3定量预测方法4.3.1简单算术平均法描述中心位置：均值X

描述分散性：标准差Sx

概率统计的内容：点估计、区间估计4.3.2平滑预测法

1）概念：趋势外推法已有的数据—演变规律—外推预测平滑处理：减轻原始数据的起伏波动(平均)2）移动平均预测法移动平均：从头开始、按一定项数移动平均，构成新的时间序列数据，再预测。第一次移动平均项数：N周期：t第一次：(1)

第二次移动平均移动平均预测方程线性：yt=aT+b3）加权平滑预测法移动平均法的改进，新老数据给予不同的加权，近期权大，远期权小，进行加权平均。计算公式及预测模型

线性、非线性初始值估算、加权系数选择4.3.3回归分析法数理统计方法，一元、多元线性和非线性回归法。

1）一元线性回归法回归模型：x,y,a,b

参数计算公式（最小二乘法）

(x1,y1),(x2,y2)(xn,yn)

回归效果检验：相关系数、置信区间2）二元线性回归法数学模型：y,x1,x2,a,b,c

计算公式（最小二乘法）方程组

3）非线性回归非线性问题——一元、二元线性回归多项式、双曲线、幂函数、指数函数、对数函数、逻辑斯蒂函数

解释结构模型

5.1概述模型有三个特征：1.它是现实世界部分的抽象或模仿；2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成；3.它表明了有关因素间的相互关系；模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。一、模型及模型化的定义二、模型化的本质、作用及地位5.1概述1.本质：利用模型与原型之间某方面的相思关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简洁的、形式化的。②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。③利用模型可以进行“思想”试验。3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。5.1概述实际系统结论模型现实意义模型化实验、分析解释比较图5.1系统模型(化)的作用与地位5.1概述三、模型的分类模型类比仿真形象符号概念图像物理数学图示字句描述思维图5.2模型分类5.1概述四、构造模型的一般原则

5.1概述1.建立方框图2.考虑信息相关性3.考虑准确性4.考虑结集性①明确建模的目的和要求②对系统进行一般语言描述③寻找主要因素及其相互关系④确定模型的结构⑤估计模型的参数⑥实验研究⑦必要修改五、建模的基本步骤5.1概述1.分析方法；2.实验方法；3.综合法；4.老手法；5.辩证法。5.1概述六、模型化的基本方法①减少变量，减去次要变量；②改变变量性质；③合并变量（集结）；④改变函数关系；⑤改变约束条件。5.1概述七、模型的简化一、系统结构模型化基础

结构→结构模型→结构模型化→结构分析

结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础5.2系统结构模型化技术1、结构分析的概念和意义

理解系统结构的概念

（构成系统诸要素间的关联方式或关系）及其有向图（节点与有向弧）和矩阵（可达矩阵等）这两种常用的表达方式。

比较有代表性的系统结构分析方法有：关联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释结构模型化（ISM）方法、系统动力学（SD）结构模型化方法等。2、系统结构表达及分析方法5.2系统结构模型化技术3、ISM实用化方法原理设定问题、形成意识模型找出影响要素要素关系分析（关系图）建立可达矩阵(M)和缩减矩阵（M/）矩阵层次化处理(ML/)绘制多级递阶有向图建立解释结构模型分析报告比较/F学习5.2系统结构模型化技术二、ISM实用方法基础（1）集合表达法系统：S＝{S1,S2,S3,…,Sn}二元关系：要素之间的某种关系R；二元关系表示：；传递性；传递次数、强连接关系；系统二元关系表达：Rb＝{(Si,Sj)|SiRSj，Si,Sj∈S，i,j=1,…,n}1、系统结构的表达方式5.2系统结构模型化技术(2)有向图表示图论基本知识：图、邻接、关联、有向图有向图表示：节点、有向边、通路、路长、回路、强连接回路、环5.2系统结构模型化技术（3）矩阵表达5.2系统结构模型化技术邻接矩阵：表示要素间基本二元关系；输入要素（源点）；输出要素（汇点）；可达矩阵：表示要素间直接和间接二元关系；求法：利用推移特性和布尔代数法则A1＝A＋I；A2＝（A＋I）2；……Ar－1＝（A＋I）r－1Ar

＝（A＋I）r

则可达矩阵M＝Ar－1＝Ar三、ISM实用化方法步骤及应用5.2系统结构模型化技术该方法的核心：是对系统要素间的关系（尤其是因果关系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解释功能的结构模型（图）。

第1步：找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接二元关系，给出系统的邻接矩阵；

第2步：考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可达矩阵；

第3步：依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分；

第4步：在区域划分基础上继续层次划分；

第5步：提取骨架矩阵，分为三步：

（1）去强连接要素得缩减矩阵；（2）去越级二元关系；（3）去单位阵得骨架矩阵；第6步：作出多级递阶有向图。作图过程为：

（1）分区域逐级排列系统要素；（2）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间的相互作用关系；（3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系；（4）补充必要的越级关系。

第7步：经直接转换，建立解释结构模型。

5.2系统结构模型化技术7654312实例分析5.3解释结构模型法的应用

一、ISM的工作程序1.组建ISM实施小组2.设定关键问题，选择影响关键问题的导致因素3.列举各导致因素的相关性4.根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵5.对可达矩阵分解后，建立结构模型6.根据结构模型建立解释结构模型5.3解释结构模型法的应用

二、ISM的优点及不足

1、优点可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型特别适用于变量众多,关系复杂而结构不明晰的系统分析中,也可用于方案的排序2、缺点级与级间不存在反馈回路系统各要素间的逻辑关系在一定程度上还依赖于人们的经验能够胜任协调人角色的人员目前尚不多见

线性规划

系统工程——使系统的整体功能达到最优线性规划——系统优化的重要方法之一5.1线性规划问题及其数学模型5.1.1问题提出如何利用有限的人力、物力、财力等资源，以便得到最好的经济效果。例5.1如何安排计划，获利最多？例5.2怎样处理污水，费用最少？例5.3如何安排切料，用料最少？例5.4如何配料，成本最低？共同的特点：

1）确定决策变量x1,x2,xn2）都有追求的目标

3）有各种限制5.1.2线性规划的数学模型及其标准形式特点：

1）有一组未知数（x1,x2,xn）表示方案

2）存在一定的限制条件——约束条件

3）目标是有一组未知数的线性函数。用数学语言表示：

max(min)f=c1x1+c2x2++cnxn

约束条件：ai1x1+ai2x2++ainxn<=bix1,x2,xn>=0

标准形式的形成

1）目标函数——求最大值。

f’=-f2）约束条件——线性等式方程，右边常数非负。非负的松弛变量和剩余变量。

3）变量非负

标准形式：

1）方程式

2）减缩形式

3）矩阵形式

cj——价值系数，价值向量

aij——工艺系数，约束系数矩阵

bi——资源系数，资源向量5.2线性规划问题的解可行解——满足约束条件的点（向量）可行解集——可行解组成的集合最优解——可行解集上满足目标函数的解最优值——最优解对应的目标函数5.2.1图解法及几何意义例5-6、5-7

5.2.2基解、基可行解及其有关定理图解法：线性规划中的可行域——凸域？最优解——凸域边界顶点？

1）基本解

A：m×n维系数矩阵，其秩为mB：A中m×m阶非奇异矩阵(∣B∣非0)——线性规划问题的基基向量Pj、基变量XB、非基变量

令非基变量为0，用B求得基变量XB，基变量XB和非基变量的组合——基解。

2）基可行解满足非负条件的基解。

3）可行基对应于基可行解的基——可行基基可行解基解可行解4）凸集凸集上任何两点所连线段必在凸集上

5）顶点不能用凸集上两点线性组合表示的点

6）定理定理5-1：线性规划的可行域D是凸集引理5-1：可行解X为基可行解的充要条件是X的正分量所对应的系数列向量是线性独立的。

定理5-2：线性规划的基可行解X对应于可行域D

的顶点引理5-2：若K是有界凸集，则任何一点X∈K可表示为K的顶点的凸组合。定理5-3：若可行域有界，目标函数一定在其可行域的顶点上达到最大值。

小结：可行域有界——凸集，必有解，解必定可在顶点（或凸组合）上得到；可行域无界——凸集，可能无解，有解必定可在顶点（或凸组合）上；每个基可行解对应可行域的一个顶点。

m

基可行解的个数不超过Cn可采用“枚举法”找到所有的基可行解，比较得到最优解。

5.2.3最优解及其判断最优解判别定理：在标准形式的线性规

–1划问题中，对于基B，若Bb>=0，且

–1C–CBBA<=0，则对应基B的基解就是最优解，B就是最优基。当B=I时，基可行解XB=b，判别式为：

C—CBA<=0

一般地：XB=[x1x2xm]TCB=[c1c2cm]A=[IA’]

对于基变量，其检验系数为零对于非基变量，检验系数

z

j=cj-∑ci

aij

当z

j<=0(j=m+1,n)，解为最优解特殊地，z

j<=0(j=m+1,n)，又存在某个z

m+k=0，线性规划有无穷多最优解；若某个z

m+k>0，且A的列向量Pm+K的所有元素均不大于0，则线性规划无最优解。5.3单纯形法

5.3.1基本思路根据问题的标准型，从可行域的一个基可行解（顶点）开始，转换到另一个基可行解（顶点），并且使目标函数的值逐步增大；目标函数达到最大，问题得到了最优解。例5-1

5.3.2单纯形法的应用将线性规划问题单纯形法的计算规范化，设计了单纯形表。

1）单纯形表

2）计算步骤5.3.2人工变量法

线性规划的约束条件不等式均为≤时，增加的松弛变量即为初始基变量，初始基即为单位矩阵。对≥的约束条件不等式，减去的剩余变量的系数为-1，为使初始基为单位矩阵，再加上一个人工变量，初始基即为单位矩阵。人工变量经过基的变换逐渐被替换，若可全部被替换，问题有解，否则无解。1）大M法2）两阶段法分段求解第一阶段：判断原线性规划问题是否存在基本可行解，ω=0

maxω=-xn+1-….-xn+m+0x1+….+0xn

第二阶段：若存在基本可行解，再进行原问题的求解；若ω

<0，则表示原问题无可行解，应停止计算。两阶段的计算方法和步骤与前述单纯形法完全相同。5.3.4单纯形法小结1）模型标准化及初始单纯形表表5-92）求解时的几种情况检验行已全非正，且非基变量对应的检验数都是负数，有唯一最优解检验行已全非正，但存在非基变量对应的检验数为零，有无穷多个最优解检验行一开始全非正，线性规划问题实质上有最优解，令非基变量为零，决策变量为零——无决策，调整模型检验行已全非正，但不能使人工变量出基，无解主元列中，除检验数外的所有元素均非正，则无界3）步骤框图图5-6（错误）5.4应用举例小结线性规划问题数学模型及其标准形式图解法、基解、基可行解及定理最优解判别单纯形法、人工变量法（大M法、两阶段法）实际应用

网络规划网络规划——用网络分析方法，进行整体优化，也称网络计划技术。基本内容：分解、协调、整体优化基本过程：分析、分解、画图、计算、调整、优化应用范围：生产技术复杂、工作项目繁多、跨部门的工作计划——研制开发、大型工程项目、设备大修、人财物等资源的安排。

6.1网络图的组成及绘制

6.1.1网络图的类型

1）单目标与多目标网络图工期、劳动力、原材料、费用

2）基层、局部、综合网络图

3）总网络图、分网络图和具体网络图战略、战术、战斗

4）时标网络图与无时标网络图

5）箭线网络图和结点网络图横道图、双代号、单代号

6.1.2网络图的基本要素工作、结点、工时和目标

1）工作—活动、作业、工序需要一定持续时间才能完成的具体过程。

2）结点—节点、事项先后工作的衔接点（始点、终点除外）

3）工时—工作、活动、作业、工序时间

4）目标—任务的数量指标时间、质量、费用

工作或代号工时t(i,j)结点结点图6-1网络图基本要素

6.1.3网络图的线路与关键线路线路：从始点沿着箭头所指方向，连续不断到达终点的一条通路。关键线路：所有线路中，路长最大的线路。关键线路决定总工期，可能有多条，与其他线路有不同的表示。

6.1.4网络图的编制分解与分析、画网络图和标注。

1）分解与分析将任务分解为一定数目的工作分析各个工作间的先后衔接关系：紧前工作、紧后工作、平行工作确定每项工作所需的时间—工时单一时间估计、三种时间估计编制网络分析明细表单一时间估计：1、完成可能性最大的时间，2、不要受重要性和合同的影响，3、以现有生产技术为基础考虑返工，4、考虑气候、环境条件的影响。

三种时间估计：最乐观时间to、最可能时间tm、最保守时间tp

工期均值：t(i,j)=(to+4tm+tp)/6

工期均方差：6(i,j)=(tp—to)/6

工期方差为均方差的平方。2）网络图画图规则：不允许出现循环回路首尾都有结点相邻结点间只能有一条箭线一网络图只能有一个起点和一个终点尽量避免箭线交叉合理利用虚工作

画图方法：勾画草图：前进法和后退法检查纠正调整布局绘制正图标注：编号规则：箭头结点号大于箭尾结点号、一个结点一个号、可以有间隔编号、可按不同要求编号编号方法：定级删线、按级编号

6.2节点时间参数网络图——总工期——关键线路——时间计