系统工程原理12-1课件

1、系统工程原理 (2060120023) 3-14周：周四 5-8节，研教楼-201室,荣 莉 莉 大连理工大学 管理与经济学部 管理科学与工程学院 系统工程研究所 84708073(o),系统工程原理课程问卷调查,姓名院系 学号 博士研究方向（专业）： 硕士研究方向（专业）： 本科专业： 是否学过系统工程（概论/引论）？ 是否学过运筹学？ 是否学过自动控制？ 你听过的与系统工程相关的名词，如某某系统工程有哪些？ 你认为什么是系统工程（至少写出几个关键词）,教学大纲,开课院系：管理科学与工程学院 48学时2.5学分 课程编号：2060120023 英文名称：Principle of System

2、s Engineering 开课学期：1 任课教师：荣莉莉 教学对象：硕士 适合专业：各专业 课程作用与任务：本课程的目的是使学生初步掌握系统工程的含义、思想、原则、方法与步骤，能够从应用角度出发，运用系统工程方法论解决复杂工程项目的设计、开发与实现。,教学主要内容及对学生的要求,1、学习内容： 系统与系统工程的基本概念、系统思想、系统工程的方法论、系统工程过程、系统需求分析和系统建构、系统的设计与集成、系统的描述与模型建立、系统的结构建模、系统的静态模型、静态分析与优化、系统的动态分析、网络系统、随机服务系统的建模与分析、系统的工程实现、实用评价方法、决策分析基础。 2、实验内容： 无 3、

3、先修知识： 运筹学、控制论 教材名称：系统工程引论（第4版），王众托编著，电子工业出版社，2012年8月 主要参考书目： 1 系统工程（第4版）汪应洛主编，机械工业出版社，2011 2 系统工程概论（第2版） 周德群著，科学出版社，2010,系统工程引论（第4版）目录,第1章 系统与系统工程的基本概念 第2章 系统思想 第3章 系统工程的方法论 第4章 系统工程过程 第5章 系统需求分析和系统建构 第6章 系统的设计与集成 第7章 系统的描述与模型建立 第8章 系统的结构建模 第9章 系统的静态模型、静态分析与优化 第10章 系统的动态分析与优化,第11章 网络系统 第12章 随机服务系统的动

4、态建模与分析 第13章 系统的可靠性 第14章 系统的工程实现 第15章 实用评价方法 第16章 决策分析基础 第17章 实际生活中的决策方法 第18章 复杂系统与复杂系统工程 第19章 系统的系统与体系工程,具体内容,第1章 系统与系统工程的基本概念 第1节 系统的概念 第2节 系统的类型 第3节 系统的结构与功能 第4节 系统工程的产生与发展 第5节 系统工程学科的定义与学科特点 第6节 系统工程的应用举例,第2章 系统思想,第1节 系统思想和系统观 第2节 系统与环境 第3节 系统的秩序与组织 第4节 系统整体性思想 第5节 系统层次性思想 第6节 系统的演化性 第7节 系统复杂性 第8

5、节 系统与信息 第9节 系统与控制,第3章 系统工程的方法论,第1节 系统工程的方法体系 第2节 硬系统方法论 第3节 软系统方法论 第4节 系统方法论的进一步发展 第5节 系统直觉 第6节 系统分析与系统综合 第7节 系统中的知识 第8节 功能模拟和黑箱方法 第9节 系统工程中需要处理好的几个关系 第10节 系统工程既是科学又是艺术 第11节 系统工程的队伍与人才,第4章 系统工程过程,第1节 系统工程与项目管理 第2节 系统工程过程的含义 第3节 系统生命周期 第4节 系统生命周期模型的演化 第5节 系统的验证与系统的确认 第6节 敏捷系统工程 第7节 系统再造工程,第5章 系统需求分析和

6、系统建构,第1节 问题的确定 第2节 需求的开发问题 第3节 需求的调查 第4节 需求的分析与系统需求的定义 第5节 系统需求的管理 第6节 系统的建构问题 第7节 系统建构工作的特点与原则 第8节 系统建构工作的步骤 第9节 系统建构工作的实施 第10节 系统建构工作的方法,第6章 系统的设计与集成,第1节 系统的初步设计 第2节 工程技术设计 第3节 系统的运行可行性设计 第4节 系统集成 第5节 系统集成创新 第6节 系统集成创新的方法论,第7章 系统的描述与模型建立,第1节 系统的描述与建模 第2节 模型方法 第3节 同构性与同态性 第4节 量化与尺度 第5节 数据的采集与管理 第6节

7、 系统的定性描述与知识表示 第7节 不确定性描述(一)随机性 第8节 不确定性描述(二)模糊性 第9节 非结构化信息的知识表示方法,第8章 系统的结构建模,第1节 引言 第2节 概念模型 第3节 系统结构模型的矩阵表示 第4节 系统结构模型的分解 第5节 索引矩阵与出现矩阵 第6节 结构模型的建立(一) 第7节 结构模型的建立(二),第9章 系统的静态模型、静态分析与优化,第1节 系统的静态模型 第2节 系统的静态分析(边际分析) 第3节 系统的静态优化(一)线性规划问题 第4节 系统的静态优化(二)非线性规划问题 第5节 无约束优化的近似计算方法,第10章 系统的动态分析与优化,第1节 系统

8、的动态模型 第2节 系统动态模型举例 第3节 线性系统的动态分析 第4节 非线性系统的动态分析 第5节 非线性系统的多样性态和分叉与混沌 第6节 反馈与控制的作用 第7节 动态优化 第8节 离散事件动态系统,第11章 网络系统,第1节 引言 第2节 最短路径问题 第3节 最大流问题 第4节 复杂网络,第12章 随机服务系统的动态建模与分析,第1节 随机系统 第2节 生灭过程 第3节 无限队长、泊松输入、指数服务分布的系统 第4节 有限队长、泊松输入、指数服务分布的系统 第5节 泊松输入、一般服务分布的系统,第13章 系统的可靠性,第1节 可靠性的一些基本概念和定义 第2节 系统可靠性模型与可靠

9、度计算 第3节 系统可靠性估计与分配 第4节 系统可靠性分析举例 第5节 可维修系统的模型 第6节 几种可维修系统的可用性分析,第14章 系统的工程实现,第1节 系统工程实现的组织与管理 第2节 系统工程项目结构与工作分解 第3节 网络计划方法 第4节 网络计划图的作用和编制 第5节 时间参数的计算 第6节 系统风险管理,第15章 实用评价方法,第1节 系统评价 第2节 专家评估法 第3节 层次分析法 第4节 模糊综合评价法,第16章 决策分析基础,第1节 问题求解与决策 第2节 决策分析过程与步骤 第3节 决策分析问题的基本描述和类型 第4节 确定型与风险型决策 第5节 完全不确定型决策 第

10、6节 偏好与效用 第7节 效用函数及其计算 第8节 主观概率,第17章 实际生活中的决策方法,第1节 决策模式 第2节 行为决策 第3节 多准则决策 第4节 计算机决策支持系统 第5节 元决策：决策的顶层设计 第6节 元决策实施的几点考虑 第7节 进行元决策的方法与步骤,第18章 复杂系统与复杂系统工程,第1节 复杂系统 第2节 传统系统工程方法的局限性 第3节 复杂系统的系统工程 第4节 复杂系统工程中的演化与演化工程方法 第5节 综合集成方法 第6节 复杂自适应系统 第7节 智能型复杂自适应系统,第19章 系统的系统与体系工程,第1节 “系统的系统” 第2节 一些典型的系统的系统 第3节

11、系统的系统的几个典型特性 第4节 体系工程（系统的系统工程） 第5节 体系工程的目标和内容 第6节 体系工程的工作过程研究 第7节 系统的系统之超网络模型 第8节 体系工程的发展,课程内容理解,什么是系统工程 系统工程定位 为什么需要到高年级才选修 本课主要讲授的内容,什么是系统工程,报纸、电台、网络等媒体，经常会遇到如下的描述： 某某某某是一项系统工程 某某某某具体指： 希望工程 三峡工程 某歌星演唱会 京九铁路 人口普查 奥林匹克的组织 ,我们还常听到、看到这样的描述： .需要从系统的角度考虑 .需要利用系统工程的方法解决,例：一次创纪录的宴会,北京饭店的“科技档案” 超越百年（14） 光

12、明日报，2004年12月,1959 年是中华人民共和国建国十周年。这一年，中国科技界硕果累累。仅在9 月份就取得了一大批重要成果：我国第一台大型通用电子计算机在中科院计算所建成，我国第一座合成纤维厂开始试生产，大庆油田第一口油井出油 为庆祝中华人民共和国建国十周年，天安门广场进行了大规模改造，新落成的人民大会堂，更是人们关注的中心。中国科学院为人民大会堂的建设做出了贡献，马大猷先生曾带领一批科研人员，圆满解决了万人大会堂复杂的声学问题。 十周年大庆，北京饭店员工也取得了骄人业绩。,在新落成的人民大会堂举行的“庆祝中华人民共和国建国十周年招待会”，就是由他们承办的。 其实，早在钓鱼台国宾馆和人民

13、大会堂建设期间，北京饭店就受有关部门委托，为这两个单位培训了六十多位优秀厨师和服务员，可是为了保证万无一失，上级还是决定，仍由北京饭店承办在人民大会堂举行的国庆十周年招待会。 这个招待会规模空前，共有五千多人参加，而且参加宴会的中外党政领导人之多、级别之高，也是史无前例的。,为此，宴会共动用了二三百位优秀厨师，一千二百多位服务人员，并且提前一个月就开始进行准备工作。国庆十周年宴会圆满结束后，有人对饭店员工们说，你们创了一个纪录，举办了一个规模最大的宴会。 就在这时，还来不及喘自气的北京饭店员工们，又接到了一个紧急任务：办一个超大规模的宴会，比参加国庆十周年招待会的来宾还要多一倍，达到万人之众。

14、 最重要的是，时间太紧迫了 从接到任务到开宴只有三十个小时。,原来，为了表彰全国的劳动模范和先进工作者，在建国十周年之际，党中央和国务院在北京召开了“全国建设社会主义积极分子代表大会”，又叫“群英会”. 中国的科技人员对新中国的建设做出了巨大贡献，“群英会”自然少不了科技界的“群英”，他们当中有数学家华罗庚、固体物理学家黄昆、高能物理学家王承书、医学家陈可冀、力学家林同骥、化学家徐晓白 北京饭店要承办的这次宴会，就是为庆祝“群英会”召开而举行的。,要在三十个小时之内，办好这样一个超大规模的宴会，困难之多超乎想象，因为依那时的条件，一个上千人的宴会，光是切菜就要切一天。 然而对中央交给的任务，北

15、京饭店从来没有推诿过，也从来没有讲过条件。他们又一次挑起了重担。 由于这次宴会的规模太大，仅从北京饭店往人民大会堂拉原料和半成品，就用八辆大卡车，来来回回地拉了一整夜。 又因为规模大，时间紧，即使北京饭店的厨师全体出动，也不可能按时完成任务。,有关部门又调动北京其它著名饭庄、餐厅“助战”，这个餐厅负责蒸米饭，那个饭庄负责烤面包，一切都由北京饭店统一调动指挥，那时叫做“大协作”，颇有些像现在人们常说的“系统工程”。 后来，中国的科学工作者推广“运筹学”、“优选法”和“系统工程”时，北京饭店的员工结合那时办大型宴会的实践，学习领悟得就很快。,搞工程建设要有设计师，举办大型宴会像一项宏伟的建筑，没有

16、设计师也不行；一个大型宴会又像交响乐队的演出，没有指挥也不行。 郑连福就是这样的“设计师”和“指挥家”。他是第一位得到国家正式颁布的“宴会设计师”的人。“开国第一宴”和“十周年国庆宴会”都是由他设计、指挥的。 这次宴会非常重要，规模又是空前的，因此，郑连福又一次担起了宴会设计师的重任。,因为参加宴会的人数远远超过了宴会厅的设计容量，郑连福在宴会厅中的每个角落，甚至楼上的走道和楼梯的拐角都安排上了桌椅。 为了群英会的菜谱，郑连福和北京饭店的厨师们费了许多心思。 因为科技、文化、教育界代表中有不少“美食家”，他们久闻北京饭店的盛名，希望能品尝到高水准的菜肴。 可是代表中还有许多年轻力壮的工人、农民

17、和解放军战士。如果只是山珍海味，量不可能大，他们很可能会吃不饱。,最后，北京饭店为这次宴会上了特意设计的菜肴 大瓷盘中用白菜、粉丝、豆腐等“大路菜”打底，而且分量充足，上面衬着鱼丸、鱼肚、海参、大虾等山珍海味。 上面的菜管吃得好，下面的菜管吃得饱。 因此，对这次宴会，无论是科技文化教育界的代表，还是工人、农民、解放军战士代表，都非常满意。 到目前为止，这次宴会仍是中国历史上规模最大的正式宴会。,什么是系统工程 系统工程 Systems Engineering,合 理 安 排,我们面临的任何一个 要解决的问题或要完成的任务 其实都是系统！ 因此就可以用系统思想去分析它，也就可以用系统工程方法去处

18、理它！,系统工程定位,怎样将一个复杂的问题有效解决 从方法论的层次提供解决的思路 从方法和技术层次提供解决工具 以方法论为核心，以技术为支撑 定性与定量方法相结合,为什么需要到高年级才选修,系统工程对象跨领域 某某系统工程，如农业系统工程、能源系统工程、化工系统工程、林业系统工程、教育系统工程、知识系统工程 需要不同学科的方法，跨学科 需要 T 型人才 本科生在大四学习比较好,本学期选课名单109人构成,11*：8人； 212*： 82人； 312*：19人,教学内容、教学方式及学时分配,主要教学参考书,系统工程引论（第4版） 王众托编著 电子工业出版社 2012年8月 考试 课内随堂考试 时

19、间：12月6日,第1章 系统与系统工程的基本概念,第1节 系统的概念 第2节 系统的类型 第3节 系统的结构与功能 第4节 系统工程的产生与发展 第5节 系统工程学科的定义与学科特点 第6节 系统工程的应用举例 第1节系统 系统的概念、属性 第2节系统工程 系统工程概念、特征、学科体系,第1节系统,1.1.1 系统的思考方法的产生 人类的思考方法怎样发展 古代：文字、数字、记录方法等的发明 近代：流水作业方式的工厂、数字的二进制法与计算机硬件的联系、计算机网络等的思考方法的革新,人类思考方式的变化，也使社会的组织发生了大的改变，如 货币制度，有研究认为始于公元前八世纪，对历来的物物交换方式来说

20、，是划时代的全新的系统 又如，1938年，信用卡出现，与计算机的利用相结合，产生了目前的“卡”的社会 经济方面还有：银行、保险制度、股票及股市等典型的系统，这些系统是属于极其软的系统,工厂：以汽车的生产为代表的流水作业方式的生产线，于本世纪初产生，再加上反馈控制与计算机判断，实现了自动化，构成了无人生产系统 在日常生活中也有超市这样的典型的系统，在一家店中可实现所有的购物，商品的排列便于购物，特别是为了降低价格，采用了自服务方式。这是一大特征 计算机技术及网络技术的突飞猛进，使得人们的生活方式产生了很大的变化，产生了许多新的系统：网上购物、网上考试、网上教学、网上追捕等 学科发展： 电子商务、

21、移动电子商务、云计算、物联网,系统的共同点,超市的主意是1920年代末，由美国商人想出的方法，其目的是为了在不景气的时代吸引顾客，积极降低价格而想出的办法 以上可看出，生成系统，有的动机明确，有的不明确，如何时、何人，怎样想的。但系统的共通的思考方法可抽象出来： 1。设定、想出易于处理的替代物、模拟物：价值货币、卡、有价证券；语言文字；数数字；因果关系的事物数学式子,2。将全体分成部分，分别进行一定的处置（出资、支付、分析研究、工作等），再重新构成整体 如股票、保险、流水作业方式的生产线等 这样的思考方法，也是分析、理解未知的事物、制造出复杂的事物的方法论 3。从目的出发，想出实现的手段，超市

22、等。反馈控制也属于这种思考方法。进行控制时，对象物不仅仅以状态的形式存在，还随时间变化,1.1.2 什么是系统,首先，如（2），是由多个部分（要素）构成的复杂体 其次，这些要素各自具有作用，作为整体，实现某种目的 要素不一定是实体，可以是实体的替代物、模拟物等,具备如下条件的，可称为系统：,1。由两个以上要素组成一个要素构不成系统，2个以上，成千上万 2。各要素相互具有一定的功能各要素属于不同的领域，在某种条件下，可结合起来，产生新的系统 3。作为整体，必须有目的确定系统的意义。目的应尽量定量、具体 4。不仅以状态存在，还要有时间的流,系统的一些典型定义,1、Webster新国际字典： (a)

23、通常是体现许多各种不同因素的复杂统一体，它具有总的计划或旨在达到总的目的 (b)由持续相互作用或相互依赖联接在一起的诸客体的汇集或结合 (c) 有秩序活动着的整体、总体,系统的一些典型定义,2、 Oxford英语字典： (a)一组相联接、相聚集或相依赖的事物，构成一个复杂的统一体 (b)由一些组成部分根据某些方案或计划有序排列而成的整体 3、日本JIs工业标准： 许多组成要素保持有机的秩序，向同一目的行动的东西,系统的一些典型定义,4、苏联大百科全书： 一些在相互关联与联系之下的要素组成的集合，形成了一定的整体性、统一性 5、辞海： 自成体系的组织；相同或相类的事物按一定的秩序和内部联系组合而

24、成的整体,另一种定义： 指系统工程作为处理对象的系统 带着某种目的，从整体来观察成为对象的东西，称它为系统 系统的“统一”定义： 系统是由一些相互关联、相互作用、相互制约的组成部分构成的、具有某种功能的整体,1.1.3 系统的属性 集合性 关联性 目的性 层次性 环境适应性,集合性,系统是由要素(系统的组成部分)结合而成的，这些要素可能是元件、零件、单个机器，或者是个人、组织机构，也可能是子系统(分系统)。 简单的工具只有几个要素；钟表有几十个；而电视机就有几百以至几千个；一架喷气式飞机有几十万个，宇宙飞船有几百万个，而一座大城市算起来有数以亿计的要素。 社会愈发展，系统愈复杂，组成部分的数目

25、和品种愈多。系统的这一属性可称为它的“集合性”。,关联性,系统的各个组成部分是按一定方式、一定关系组合起来的，各组成部分之间有一定的关联，我们把系统的这一属性叫作它的“关联性”。 例如一个机械加工车间是由一些机床组成的，但仓库里堆放的一群机床不能构成车间，必须按工艺要求把机床按一定顺序排列，各机床之间有一定的关系，把它们开动起来才能成其为车间。 再比如计算机信息系统是由一些计算机和网络设备组成的，但是计算机商店中陈列的计算机和网络设备不能构成信息系统，必须按照他们之间一定的关系、也就是一定的系统结构将它们连接起来才能形成系统。,目的性,任何系统都有特定的功能，而由人所建造或改造的系统总有一定的

26、“目的性”。 我们首先要问的是:我们这个系统究竟要达到什么目的?它究竟要解决什么问题? 这里所说的系统功能和目的，是系统整体的功能和目的，是原来各组成部分不具备或不完全具备、只是在系统形成后才“涌现”出来而具备的。 例如信息网络的功能是在把计算机与通信网络设备连接起来以后才涌现出来的。 有时候人们把这种功能称为系统的整体属性。,环境适应性,任何一个系统都存在于一定的外部环境之中，系统不能脱离环境而独立存在。 系统和包围它环境之间总有物质、能量和信息等的交换。 当外界环境的特性发生变化时，就会引起系统的特性相应变化。 系统必须适应外部环境的变化，系统才能生存或发展，否则系统就会衰败或死亡。 在研

27、究系统时，首先要区分开哪些是系统内部要素，哪些是外部环境要素，从而得出系统的边界。系统与外部环境要素的关联决定了系统如何适应环境。当系统一旦不适应环境，就会解体、消亡。,层次性,一般说来，系统是由一些子系统(分系统)构成的，而系统本身可能又是更大的系统的一个子系统，也就是说系统总是形成层次结构的。 这在技术设备、社会生活都是常见的。例如一个大学是由学校、学院、学系几个层次组成的。一个防空系统是由雷达系统、地对空导弹系统、火炮系统这样一些子系统组成的，而每一个子系统又包括几个下一层的子系统。 系统的层次是自然界和人类社会在从简单到复杂，从低级到高级的发展、进化过程中产生的，低层次是高层次发展的基

28、础，而高层次又带动低层次的发展，高层次常常具备低层次不具备的性质。 层次结构有助于我们认识系统，通常我们所谓宏观与微观正代表着两个层次。,“教育系统”的层次结构,1.1.4 系统的表示方法,输入是环境送进系统的物质、能量或信息，输出则是系统送到环境中的物质、能量或信息。 例如加工厂输入的是原料、毛坯，输出的是成品；火力发电厂输入的是煤的化学能，输出的是电能；计算机系统输入的是原始信息，输出的是处理结果信息。,1.1.5 系统的类型,自然系统和人造系统（按系统生成的原因分类） 实体系统和概念系统（按系统的构成内容分类） 封闭系统和开放系统（按系统与环境的关系分类） 静态系统和动态系统（按系统状态

29、对时间的关系分类） 简单系统和巨系统（按系统的规模大小和复杂程度分类） ,自然系统是主要由自然物(动物、植物、矿物、水资源等)所自然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等； 人造系统是根据特定的目标、通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等； 实际上，大多数系统是自然系统与人造系统的复合系统。近年来，系统工程愈来愈注意从自然系统的关系中，探讨和研究人造系统。,自然系统与人造系统,凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为实体系统； 凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为概念系统; 在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结

30、合的，实体系统是概念系统的物质基础，而概念系统往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。 系统工程通常也研究的是这两类系统的复合系统。,实体系统与概念系统,动态系统就是系统的状态随时间而变化的系统； 静态系统则是表征系统运行规律的模型中不含有时间因素，即模型中的量不随时间而变化，它可视作动态系统的一种特殊情况，即状态处于稳定的系统。 实际上多数系统是动态系统，但由于动态系统中各种参数之间的相互关系非常复杂，要找出其中的规律性有时是非常困难的，这时为了简化起见而假设系统是静态的，或使系统中的各种参数随时间变化的幅度很小，而视同稳态的。 也可以说，系统工程研究在一定时期、一定范围内和

31、一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统。,动态系统和静态系统,封闭系统是指该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统； 开放系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。这类系统通过系统内部各子系统的不断调整，来适应环境变化，以保持相对稳定状态，并谋求发展。开放系统一般具有自适应和自调节的功能。 系统工程研究有特定输入、输出的相对孤立系统。,封闭系统与开放系统,简单系统与巨系统,我国系统学科的开创者钱学森建议把系统分为： 简单系统，又再分为： 小系统； 大系统。 巨系统，又再分为： 简单巨系统； 复杂巨系统，其中还分为： 一般复杂巨系统； 特殊复杂巨系统。

32、所谓巨系统，不仅是规模庞大，要素数量众多，而且联系关系复杂，引出了许多复杂形态。,控制系统和因果系统 控制系统：具有控制功能的系统 因果系统：输出完全决定于输入的系统，必定是一个开放系统。如信号系统、测量系统等 对象系统和行为系统 对象系统：按研究对象区分面产生的系统，如生产系统、库存系统等 行为系统：以完成目的行为组成的系统，一般通过组成体系来体现。如社会系统、管理系统,其他类型分类系统,第2节系统工程,1.2.1 系统工程的形成与发展 很久以前，人们就开始把在长期实践过程中逐步形成的系统思想，运用到改造自然、造福人民的工程中去,早期系统工程的例子,在我国的战国时代（公元前250年），蜀郡太

33、守 李冰父子带领当地人民修建的都江堰（在今四川灌县）就是一个例子 这项工程是为了控制岷江洪水，化害为利而建立的 它包括分水工程、引水工程、分洪排砂工程，三部分互为连接、紧密结合，把分水导江、防洪防旱、引水灌溉和排除泥砂有机地结合成一个整体 两千年来一直到现在都在发挥作用,历史上系统工程的杰作,又如宋真宗祥符年间，由于皇城失火，宫殿烧光，大臣丁渭全权负责修复工程 当时面临烧砖无土、大型木石材料无法运输、清墟无处堆放等重重困难 他提出了一套完整的施工方案：先把皇宫前的街道挖成沟渠，取土烧砖，解决取土问题 再放河水入沟渠当作运河，用船运送木石材料，解决运输问题 然后沟渠撒水，用废砖瓦回填，既修复了原

34、来街道，又解决了清墟堆放问题,修复皇宫,历史上系统工程的杰作,孙子兵法,春秋时代的军事名著“孙子兵法”，从道、天、地、将、法五个方面来分析战争全局 就是说要内修德政，使有道之国、有道之兵得到人民支持 注意天时、地利等客观条件 注意将领的才智威信，士兵的训练、纪律、赏罚，后勤的保证等主观条件，才能取得胜利 这是系统思想在军事上的应用,中医理论,我国具有悠久历史的中医理论，看重从人的整体及其与环境的关系出发，注意疾病演变的全过程，特别重视对疾病的预防，这是系统思想在医学上的应用 上面这些都是出色的原始系统工程思想 这些将系统思想用于工程，就是系统工程思想的萌芽,系统工程学科的诞生,系统工程作为一门

35、现代化的科学，还是从上世纪四十年代开始的 当时在美国、丹麦等国家的电讯部门中，为了完成规模庞大的复杂工程和科研、生产任务，开始运用系统观点和方法来处理问题。也就在这个时候，美国贝尔电话公司在发展微波通讯网时，首先提出了“系统工程”这个名词，并提出了工程按系统思想分成阶段进行的一套工作方式,另一方面，由于第二次世界大战军事上的需要，把整个军事系统的行动从科学上加以研究，形成了运筹学这门学科，它也是按照总体任务的要求，经过数学分析与计算，对系统作出综合的合理安排 当时它在战争中发挥了很大作用。战争以后人们把它应用在经营管理方面，又有很大发展，成为系统工程的一个有力的基础 1957年第一本“系统工程

36、”专著出版，这门学科的名称就此正式产生,六十年代初期，各国出现了一些从事系统工程的机构，组织了有关的学会，召开了专门的学术会议，学校里建立了相应的系统工程系科，开设了相应的课程，可以说，到这个时期，系统工程作为一种专业，一门学科，已经正式形成了 到了七十年代，系统工程己远远超出了传统“工程”的概念，逐渐应用于社会、经济、环境、人口等方面 1972年国际应用系统分析研究所（IIASA）的成立，标志系统工程的发展进入了一个新阶段,系统工程的发展概况,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

37、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。,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。,70年代末以来，应用SE理论和方法

38、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。 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。,1.2.2 为什么需要系统工程,复杂化的社会

39、1。社会越来越复杂。如物品 以前，几乎都是天然的物品，近年，随着石油化学等的发展，许多合成纤维、塑料等产生，与以前相比，生活丰富多了 但另一方面，也有许多负面的影响，如有害的食品添加物，污染等。生物学的进步，刻隆，新的生物的产生，对其弊害防止的评价，对策等,2。信息量越来越多 从报纸、收音机时代、到黑白电视、彩色电视，信息量急剧增加 印刷品、声音、图象、计算机网络等，对社会上流通的所有信息量进行推测，以基本单位BIT表示的统计预报 现在，流通的信息量过多，选择对自己有作用的东西比较困难,3。价值观多样化、复杂化 想拥有与人不同的东西这一愿望，引来了商品的多样化，必然导致多品种、少批量生产的复杂

40、的体制与生活周期的缩短，更进一步，生活模式、职业的选择等，所有方面都产生了多样化、复杂化的现象 对于这样的复杂化的社会，我们的思考方法也变化了 苹果三件套,1）以往以纵向分割而发展起来的学科的专业领域不再唱主角了，而是以这些学科相互交叉的边界领域为主要的研究对象 如：生命+X，鼓励学科交叉 2）社会中存在应解决的问题，可解释为以往的各技术在社会这一场合失去了作为全体的整体性，为了克服这些，应追求新技术的可能性,发明创造与问题解决 各种机械、材料等的发明，曾经使人类社会产生了很大的变化 如，产业革命时期，蒸汽机的发明，使生产量取得了飞跃的增长 活版印刷术的发明，使教育水平大大提高 发明者历史上有

41、记载，我们也记住了一部分名字 但第二次世界大战前期进行的，称为开发核武器的基础的一连串的物理上的发现，最后，作为个人的发明发现而在历史上留名的较少 中国国家科学技术奖,另外，从发明的总数来看，也少了。二战后至今： 改良、提高性能、降低成本的发明占多数。 原因： 一种观点：与经济的景气的周期一样，发明创造也存在十几年这种长期的波动 另一种合理的较解释： 1）生活的多样化，导致单一的发明创造，对社会不能产生那么大的影响 2）以个人的力量可发明、创造的东西已基本上不存在了,发明创造努力方法的变化,以前：是技术开发之后，再考虑其使用途径的占大多数 现代：是首先设定目的，再开发必要的技术，即不是先有SE

42、EDS，再有NEEDS 而是反过来，由NEEDSSEEDS的占多数 而且这种倾向，特别在以社会为对象的社会系统中见到 如，解决公害问题的思路,首先指出社会的缺陷（公害、物价、交通堵塞） 其次，为解决问题，调查现有的知识 调查对这些缺陷，有什么样的知识、技术可以利用 组合各个现有知识、技术，若现有的知识、技术不足，才进行新技术的开发，生成新系统 研究开发的资金、人才是有限度的，故不会开发一种不知何时会用得上的技术，资金、人才不浪费，尽量活用，达到所期待的成果,1.2.3 系统的结构与功能,表示系统：可以表示其外部构造与内部构造 外部构造是指当系统加入某输入时，能得到怎样的输出，即输入与输出之间的

43、关系，又叫功能 内部构造是指该系统具体由哪些机械、人构成，即系统的结构,系统的结构,系统是由要素组成的，系统是要素的集合。 要想回答为什么能保持它的整体性，就必须进一步研究系统的结构，因为系统的结构是由系统要素间相对稳定的关联所形成的整体构架，是系统保持整体性以及具有一定功能的内在根据。 结构可以理解为系统内部各组成要素之间在空间或时间方面的有机关联和相互作用顺序。 结构是有层次的。某一个层次上的系统，包含下一层的多个子系统，这下一层的子系统又可以包含多个再下一层的子系统，而上层的系统可以是更上一层系统的子系统，这就是层次结构。,系统的功能,功能是所有系统都具备的属性，每一个系统都有功能。即系

44、统有什么样的作用，和系统对谁有作用。 系统的功能是指系统整体的功能，而不是各要素的功能或者要素功能的简单相加的总和。系统的功能是由于各要素按照一定方式组成系统之后所“涌现”的整体的功能，与要素功能有着本质上的差别。 系统的功能可以理解为系统与外部环境相互联系、相互作用的过程之秩序与能力。 从系统本身来看，也可以把功能看作是把一定的输入变换成一定输出的能力。,设定目的，再思考各种实现的手段，称为综合 分析：输入内部结构输出？ 综合：输入内部结构？输出 一般，给定内部结构，求外部功能，称为分析 反之，给定外部功能，决定内部结构，称为综合 如给出某机械系统，了解其性能分析；设计那样的机械系统综合 因

45、此，综合比分析更难。为了进行综合，必须积累许多分析的结果,系统工程，综合化的技术,汽车的发动机,发动机的构造、原理，听了一段时间的讲义，通过模型、实物，可以理解：那样的装置可产生回转力 但燃烧燃料与空气的混合物，产生具有回转力的装置，思考并试做成功，由人类产生到公元1860年这么长一段时间 上课的理解即分析；后者的发明即综合 作为综合的结果而确定的系统的内部构造，不一定只有一种，可有多种答案 具有某种目的，规划事物（给出外部构造），考虑实现的设备、人、手法怎样构成（决定内部结构）的一般化的方法系统工程，综合化的技术,1.2.4 系统工程的含义,1）指规模庞大、涉及因素众多的任务、项目 ； 需要

46、从整体上加以把握，跨学科综合地进行处理 阿波罗登月计划就是典型的系统工程；某一个流域的综合开发也是一项系统工程；覆盖全国的信息系统建设是一项系统工程；城市公共交通的发展也是一项系统工程；等等。 2）指处理上述任务或项目所应用的思想、方法所构成的学科。 如水利工程既可指某一座水电站或灌溉系统，也可以指设计、建造这些工程的学科。,系统工程的思想和方法首先主要运用在土木水利、机械制造、能源电力、航空航天、电子信息等传统上称为工程的各个领域，但是这些领域的建设也要涉及宏观经济、环境、社会、法律等因素，使得系统工程涉及的专业领域越来越广泛。 同时随着生产与科学技术、社会条件的发展，客观事物的规模变得愈来

47、愈庞大，结构变得愈来愈复杂，各个部分、各种因素之间的关系错综复杂，许多不属于传统工程领域的社会经济问题，我们也必须把它看作一个系统，从整体着眼，综合考虑各种因素的作用及其影响来加以研究处理。 例如我国的“希望工程”，实际上是教育建设工作，“五个一工程”是文化建设。这种任务和项目虽然也叫做工程，但与传统的只涉及某一领域的工程有所不同。然而它也具有多种目标和属性，也具有综合性，也需要运用系统思想和方法来处理。,任务规模较小的情况如盖一间房子或者修建一个小桥，总体和局部的掌握都集在一个人的身上。 但是随着工程规模的日益扩大，掌握总体、进行协调的任务和具体施工的任务就有了分工。手工业时代掌握总体的是监

48、工，而到大工业时代则是总设计师和总工程师。 但是随着工程规模的日益扩大，技术和组织管理变得日益复杂，例如现代化的铁路网的建设，跨越各省区的电力、电信网络的建设，大型水利工程的建设，更不用说像载人航天工程这样的大型项目，它们所涉及的技术、经济、社会、环境因素很多，光靠一位总指挥或者总工程师来抓总，无论是他的精力还是专业知识和能力都照顾不过来。 这时需要建立一个抓总体、进行协调的部门，这就是当时一些大型项目组织中出现的总体设计部。,总体设计部由各专业技术人员组成，而由知识面比较宽广、经验比较丰富的专家来领导。 他们所从事的设计，是工程的总体，是把整个工程当作一个系统来看待的，并不承担各具体部分的设

49、计。 在工程的实施阶段，他们还要负责从总体上协调。 总体设计部的实践体现了一种科学方法，这种方法着眼于系统整体，所承担的工程任务就称为“系统工程”。 承担这样任务的工程师就称为系统工程师。他们不直接从事各专业的工程技术工作，而是作为个专业工程师之间的桥梁和联系人。,1.2.5 系统工程的定义,系统工程是一门纵览全局，着眼整体，综合利用各学科的思想与方法，从不同方法和视角来处理系统各部分的配合与协调，借助于数学方法与计算机工具，来规划和设计、组建、运行整个系统，使系统的技术、经济、社会效果达到最优的方法性学科 用系统的概念，可定义： SE是合理开发、设计和运用系统的思想和方法论,系统工程的一些定

50、义,1、系统论创始人钱学森1978年提出 1978年钱学森、许国志、王寿云组织管理的技术系统工程： 系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。 简意：系统工程是一门组织管理的技术,2、 1967年日本工业标准JIS： 系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机理等进行分析与设计的技术。,系统工程的一些定义,3、 1969年美国质量管理学会系统工程委员会： 系统工程是应用科学知识设计和制造系统的一门特殊工程学。 4、1974年大英百科全书： 系统工程是一门把已有学科分支中的知识有效地组合起来用

51、以解决综合性的工程问题的技术。,系统工程的一些定义,5、1 975年美国科学技术辞典： 系统工程是研究许多密切联系的要素组成的复杂系统的设计科学； 设计该复杂系统时，应有明确的预定目标与功能，并使各要素以及要素与系统整体之间有机联系，配合协调，以使系统总体能够达到最优目标； 但在设计时，要同时考虑到参与系统中的人的因素与作用。,系统工程的一些定义,6、1976年苏联大百科全书： 系统工程是一门研究复杂系统的设计、建立、试验和运行的科学技术。 7、1971年日本寺野寿郎系统工程学： 系统工程是为了合理开发、设计和运用系统而采用的思想、程序、组织和方法的总称。,8、1977年日本三浦武雄现代系统工

52、程学概论： 系统工程与其它工程学不同之点在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科； 因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域； 为了适应解决这些领域的问题，除需要某些纵向技术外，还需要有一种技术从横的方面把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研制系统的思想、技术、方法和理论体系化的总称。,1.2.6 系统工程的特征,1）应用跨领域 某某系统工程，能源系统工程、教育系统工程，等。 系统工程是一门应用技术。这里所谓“工程”，是泛指为了完成某项任务而提供的决策、计划、方案、方法、工作步骤等。 系统工程是一门方法性

53、的应用学科。 2）跨学科 系统工程还是一门跨越各个学科领域的横断性的共性技术学科，一方面是因为这套思想与方法适用于许多领域，因为每个领域都有一些带有整体、全局性的问题需要综合处理；另一方面，系统工程所使用的方法与工具又多来自各门学科，只是把它们综合起来加以运用。系统工程是沟通各学科的桥梁。,3）注重思想、原则、方法、步骤等 系统工程研究和处理问题应从整体着眼，要从不同的方面综合进行分析，借助于不同学科的思想与方法，特别要利用数学方法与计算机工具。 4）人的因素起重要作用 系统工程同时又是一门“软”技术，因为它综合处理的系统问题不仅涉及各种技术方面的“硬”因素，而且由于要以人为本，还涉及社会、心理等“软”因素，或者说人的因素，这些因素是难以形成普遍的客观规律和精确加以描述的。,1.2.7 系统工程学科的体系结构,从“工程技术技术科学基础科学”这样的学科层次来看： 工程技术系统工程 具体行业系统工程、系统工程方法论、工作步骤等 技术科学运筹学、控制论、信息学 基础科学系统学（哲学）,运筹学,这是从四十年代以来发展起来的一门技术科学（也有人认为是一门应用数学） 它研究如何使系统做到最优运行 它使用各种数学工具（代数、分析、概率论、数理统计、图论等）和逻辑判断方法，也使用带有实验性质的模拟仿真方法，来处理组织、管理、规划、调度等问题 它包括: 规划论；决策论；对策论