第一章 前言和运输系统

70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决 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。
本世纪40年 美国研制原子弹 运用SE，并推动了其发展 代 的“曼哈顿计划”
1945
曾经提出系统分析（Systems 美国空军建立兰 德（RAND）公司 analysis）概念，强调了其重 要性
III
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立 40年代后期到50 与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了 年代初期 重要的学科基础 1957 H.Good和 系统工程学科形成的标志 R.E.Machol发表第 一部名为《系统工程》 的著作 1958 美国研制北极星导弹 提出PERT（网络优化技 潜艇 术），这是最早的系统工 程技术之一。 R.E.Machol编著 《系统工程手册》 美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模 糊集合”概念 19611972 表明系统工程的实用化和 规范化 为现代SE奠定了重要的数 学基础
引言: What
• 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 • 建议方案：丙（满足目标、要求）
引言: What
• 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
美国自动控制学家L.A.Zedeh 为现代SE奠定了重要的数学基础 提出“模糊集合”概念 1961- 美国实施“阿波罗”登月计 使用了多种SE方法，其成功极大 1972 划 地提高了SE的地位 1972 国际应用系统分析研究 SE的应用开始从工程领域 所（IIASA）在维也纳 进入到社会经济领域，并 成立 发展到了一个重要的新阶 V 段。 70年代 VI 80年代 SE的广泛应用在国际上达到高潮 SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高 潮
系统工程
（Systems Engineering, SE）
—交通运输系统工程
河北工业大学土木工程学院 交通运输系
引言: Why
• Why? 时代特征及社会发展趋势
经济全球化 动态市场带来挑战和机会（变化） 社会加速信息化 创新开始成为时代的最强音 “要学一点 社会进入合作竞争新时代 系统工程” （COOPETITION） 可持续发展引起普遍关注
(三)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。
引言: How
• 应用系统工程方法去解决运输系统的问题时，有 两个重要的特点： • 1、要从系统的观点出发； • 2、要建立问题的系统模型。 我们将在论述系统思想和系统理论的基础上， 较详尽地介绍系统工程的分析、预测、控制、评 价、决策、模拟等方法，以及如何在交通运输领 域中应用这些方法。
第一章
• 系统原理：最优化、并行统筹、工序图法
引言: When
• • • • • • • • 第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 运输系统[2] 运输系统工程[2] 运输系统分析[4] 运输系统预测[6] 运输系统优化控制[6] 运输系统综合评价[4] 运输系统决策[4] 运输系统模拟[4]
• 四、系统理论
当代科学技术的发展有两个显著的特点： 一、向深度发展，科学研究的对象越来越专 一，学科分类越来越精细，新领域、新学 科、新专业不断产生； 二、各学科之间、各技术之间以及科学和技 术之间又相互渗透、相互交叉、相互移植， 而使得科学技术日趋整体化、综合化。
系统理论就是现代科学技术整体化、 综合化的产物。
引言: What
• 二、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.定性分析有几种备选方案 5.计算每种方案所需的总时间 6.做出比较结论
引言: What
• 工序分析
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 洗壶 灌水 放壶 等水开 洗杯 找茶叶 泡茶 喝茶 紧前工序 无 1 2 3 无 无 4，5，6 7 工序时间(分) 1 0.5 0.3 15 1 1 2.2
• • • • •
系统与运输系统
一.系统思想的产生、 发展 二.系统的概念与特征 三.系统理论 四.系统分类 五.交通运输系统
本章重点
一.系统思想的产生、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。
IV
1965ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
美国实施“阿波罗” 使用了多种SE方法，其成 登月计划 功极大地提高了SE的地位
1957
H.Good和 R.E.Machol发表 第一部名为《系统工程》的 著作
美国研制北极星导弹潜艇 R.E.Machol编著《系统工程 手册》
系统工程学科形成的标志
1958 IV 1965
提出PERT（网络优化技术）， 这是最早的系统工程技术之一。 表明系统工程的实用化和规范化
• 系统理论包括： 1、老三论（形成于上世纪四十年代）：
一般系统论、控制论和信息论。 2、新三论（形成于上世纪七十年代）：
耗散结构理论、协同论和突变论。
⒈ 一般系统论
奥地利理论生物学家贝塔朗菲1945年 发表《关于一般系统论》 研究复杂系统一般规律的学科 基本观点： 系统观点：整体性 动态观点：（动态性取决于相关性） 等级层次观点：有序性（结构或空间； 发展或时间）
⒉ 控制论
维纳于1948年出版了《控制论》一书
经典控制论——现代控制论——大系统控 制理论
对系统方法的启示：
黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 形式化、数量化、最优化方法
⒊ 信息论
美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳 （信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的 运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、 光导纤维等为主要研究工具，以扩展人类的信息 功能为主要研究目标。 类比方法 统计方法 信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助 于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目 的性的运动的一种研究方法）
⒋ 耗散结构理论 • 耗散结构理论是十九世纪70年代由比利 时物理学家普利高津提出来的。耗散结 构是与平衡结构相对的。 • 主要观点如下： 1、开放系统是产生耗散结构的必要前提， 同时也是耗散结构得以维持和存在的基 础。 2、非平衡态是系统有序之源。 3、系统的涨落导致系统走向有序。
重点章
引言: Who/Where
• Who/Where?
Who——
学生为主体，教师为主导。 将课堂内外的学习结合起来！
Where——
引言: How
• How? 建议： 注重系统思考
坚持问题导向 采用系统化方法 教学要求：上课及考核
教学参考书：
汪应洛主编，系统工程（第3版），机械 工业出版社，2003.8
1930
I 1940
美国发展与研究 广播电视 美国实施彩电开 发计划
美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems Engineering）一词 开发微波通讯系 统 产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即 军事系统工程
英、美等国的反 第二次世界 空袭等军事行动 大战期间 II
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。
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。
现代科学技术的发展以及计算机技术 和信息技术的高度发展，使系统思想方法 从一种哲学思维逐步形成了独特的系统理 论，并在此基础上形成了一门专门的科 学——系统科学。
引言: What
• 定性策划几个备选方案
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。
• 系统通过整体作用支配和控制要素 • 要素通过相互作用决定系统的特性和功能 • 系统与要素的概念是相对的
• 定义：系统就是由两个或两个以上相互 区别、相互联系而又相互作用的要素组 成，在一定的阶层结构形式中分布，在 给定的环境约束下，为达到一定目的而 存在的有机整体。