第二章 系统工程基础概述
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第二章系统与系统工程
系统，例如，太阳系、地质构造、原始森林。
人造系统是人类根据自己的需要设计、建造的 系统，这类系统的功能和目的特别明确。 复合系统是指由人介入自然系统并且发挥主导 作用而形成的各种系统。
实体系统与概念系统
实体系统是由物质实体组成的，物质实体包括
矿物、生物、能量、机械、车间、学校等各种
自然物和人造物。
系统结构
图2.1 系统的基本概念图
2）、系统概念主要包含三层意思：
系统包含两个或两个以上的元素，这些元素可 以称为要素（主要元素）、部分或者子系统 （即自身也构成一个系统）。
系统的元素之间存在着各种简单或者复杂的关 系或联系。
系统是其所有元素与全部关系综合而成的有机 整体，或称为有机统一体。
管理系统问题举例
一般系统论（general system theory) 奥地利理论生物学家L.VON 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： 整体性 开放性及目的性（有效性、适应性、寻的性） 动态相关性（动态性取决于相关性） 等级层次性 有序性（结构或空间；发展或时间）
开放系统指的是与外界环境之间存在着物质的、
能量的、信息的流动与交换的系统。
封闭系统是指系统与环境之间不发生这些流动
与交换。严格的封闭系统是不存在的。
开环系统与闭环系统
在开放系统中，系统的输出反过来影响系
统输入的现象，称为反馈。增强原输入作用的
反馈称为正反馈，削弱原输入作用的反馈称为
负反馈。负反馈使得系统行为收敛，正反馈使
运筹学发展成为一个专门的数学分支，由数学家进行专门研究，
并为系统工程提供最重要的方法和理论基础。
运筹学的目的：增加现有系统效率的分析工作，通常涉及现已存
系统工程基础概述
第二章系统工程基础概述教学目的：使学生理解系统工程的概念，了解系统工程的发展历程和基础理论，掌握系统工程的研究方法，理解物流系统工程的基本方法和技术。
基本要求：1、理解系统工程的概念；2、了解系统工程的基础理论；3、重点掌握系统工程的研究方法；4、理解物流系统工程的概念、基本方法和技术教学重点：系统工程方法论，物流系统工程的常用技术和手段。
教学时数：2学时第一节系统工程及其发展历程1. 系统工程的定义❑“系统工程”这个词来源于英文“System Engineering”。
❑系统工程主要提供一套现代化的管理方法，同时也能够促进工程活动本身获得最佳效果❑系统工程在不同的学科有多种不同的定义，代表性的定义有美国著名学者切斯纳（H. Chestnut）：系统工程按照各个目标进行权衡，全面求得最优解（满意解），并使各组成部分能够最大限度的相互适应。
日本工业标准“运筹学术语”中指出：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、信息流动和控制机制等进行分析和设计的技术。
我国的定义：系统工程就是用科学的方法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用，规划和组织人力、物力、财力，通过最优途径的选择，使工作在一定期限内收到最合理、最经济、最有效的成果。
该定义有三层含义：组织和管理的技术解决工程活动全过程的技术这种技术具有普遍性2. 系统工程的特征❑普遍性系统工程不限于某一特定的研究对象，各种自然的、社会的系统都可以做为它的研究对象❑全局最优性系统工程着眼于系统的整体状态和过程，而不拘泥于局部的、个别的部分，以系统整体的最佳为目标。
❑相关性系统工程与所处的环境和条件密切相关，离不开事物本来的性质与特征。
3.系统工程与常规工程学的区别1．常规工程学以自己特定的物质为对象，而系统工程则不限于某一特定的物质对象，各种自然的、生态的、人类的、企业的和社会的组织等都可以作为它的研究对象；2．系统工程具有多学科综合性的特点，它不仅应用于自然科学，而且也要用到其他工程技术，如管理科学、经济学、社会学，乃至心理学、生态学和医学等知识；现代自然科学的发展，出现了两大趋势，一是高度细化，一是高度综合。
系统工程学
第四章 网络计划技术：网络计划技术是系
统管理的重要工具之一，是系统工程常 用的管理技术。它是利用网络图对计划 任务的进度、费用及其组成部分之间的 相互关系进行计划、检查和控制，以使 系统协调运转的科学方法。通过本章学 习，同学们能够了解了解网络计划技术知识
及其应用领域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工 程实际应用。
资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保 障、应急管理等） 管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观 社会信息化变革 重大投资和大型项目管理 思维科学和生命科学
二、系统工程研究对象
（一）SE的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目
标多样、一般为人机系统、经济性突出等。 （二）系统的概念
（三）系统的分类
自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统与静态系统 封闭系统与开放系统
主要明确SE研究什么样的系统 问题？
三、SE的内容与特点 所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大
规模复杂系统所需思想、程序、方法的综合 （或总称）。
SE强调以下基本观点： 1）整体性和系统化观点（前提） 2）总体最优或平衡协调观点（目的） 3）多种方法综合运用的观点（手段） 4）问题导向及反馈控制观点（保障）
《系统工程学》是工业工程专业以及管 理工程专业的基础课程之一。它的任务 是通过对本课程的学习，使学生熟悉系 统及系统工程的概念和内涵，了解国内 外系统工程的发展现状和趋势，掌握系 统工程的预测技术、分析方法、设计理 论、模型与仿真、决策分析，并引导学 生将系统工程的观点、思想、方法和原 理具体应用到工程机械的制造、规划和 管理以及路桥机械化施工等工程实践中。
逻辑 步骤 工作 活动 时间 项目
工业工程导论第2章 系统的规划与系统工程基础(1)
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（3）总体规划 进行总体规划时，必须对市场特征进行认真分析： 1）现代市场的力量可以快速改变市场需求的产品；企业应该快速响应今天的市场新需求， 同时能够利用新产品引导现有和潜在的顾客。 2）对手更具竞争力的新产品和新的服务可能会抢占你原来的市场。 3）商务竞争的失败经常与市场分析不足、战略规划与市场定位失误、技术储备不足相关。
➢ 动态的定义：“系统是事物按逻辑、整体、时间 进行处理的流程”，强调系统同环境的交互作用。
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（2）系统的特征与属性
➢ 特征：
系统具有大小、复杂性、整体性、层次性。
➢ 基本属性
集合性、相关性、层次性、目的性、适应性、可 学习性。
（3）系统方法的重要性
随着社会的进步和科技的发展，系统方法成为越 来越重要的方法论。
（4）大系统的概念
按照系统中整体同时完成的功能数划定大系统与
小系统。功能数大于m称为大系统，功能数小于或 等于m（10或6）称为小系统。
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3、系统的基本问题 系统包括产品系统、装备系统、硬件或软件系统、组织系统或商务系统等。 制造系统可以看成将输入（生产资源）转换成输出（产品和服务）的系统。 五个基本问题：
（3）公用服务系统
29
2、运作规划与控制（OPC）
30
3、系统设计公理
系统设计公理是在近百年的组织与工业工程实践 和关于发明与设计原理的研究基础上总结而得的， 其主要内容有九条公理：
公理一（系统革新公理）的内容：一个人参与 的系统总是可以改进的，除非它已经消亡或不值得 再利用了。
➢规则一：应该不断地使组织的动作科学化 ➢规则二：应该不断地改进和创新产品与服务 ➢规则三：应该从全局、全寿命的角度进行研
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（3）总体规划 进行总体规划时，必须对市场特征进行认真分析： 1）现代市场的力量可以快速改变市场需求的产品；企业应该快速响应今天的市场新需求， 同时能够利用新产品引导现有和潜在的顾客。 2）对手更具竞争力的新产品和新的服务可能会抢占你原来的市场。 3）商务竞争的失败经常与市场分析不足、战略规划与市场定位失误、技术储备不足相关。
➢ 动态的定义：“系统是事物按逻辑、整体、时间 进行处理的流程”，强调系统同环境的交互作用。
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（2）系统的特征与属性
➢ 特征：
系统具有大小、复杂性、整体性、层次性。
➢ 基本属性
集合性、相关性、层次性、目的性、适应性、可 学习性。
（3）系统方法的重要性
随着社会的进步和科技的发展，系统方法成为越 来越重要的方法论。
（4）大系统的概念
按照系统中整体同时完成的功能数划定大系统与
小系统。功能数大于m称为大系统，功能数小于或 等于m（10或6）称为小系统。
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3、系统的基本问题 系统包括产品系统、装备系统、硬件或软件系统、组织系统或商务系统等。 制造系统可以看成将输入（生产资源）转换成输出（产品和服务）的系统。 五个基本问题：
（3）公用服务系统
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2、运作规划与控制（OPC）
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3、系统设计公理
系统设计公理是在近百年的组织与工业工程实践 和关于发明与设计原理的研究基础上总结而得的， 其主要内容有九条公理：
公理一（系统革新公理）的内容：一个人参与 的系统总是可以改进的，除非它已经消亡或不值得 再利用了。
➢规则一：应该不断地使组织的动作科学化 ➢规则二：应该不断地改进和创新产品与服务 ➢规则三：应该从全局、全寿命的角度进行研
第2章 系统工程方法论
7. 采取行动改善 实际问题
现实世界
2. 问题的表示 5. 模型与问题 的比较
系统思考
3. 有关系统的 基本定义
4. 概念模型
概念模型代替 数学模型，思 路更加开阔。
4a. 公式化 系统概念
4b. 其他 系统思考
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三、霍尔三维结构模型与切克兰德工程方法比较
霍尔三维结构和切克兰德方法论均为系统工程方法论，
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二、切克兰德的“调查学习” 法
系统可以分为硬系统和软系统。硬系统偏重工程系统、 机理明显的物理系统。硬系统便于观察，便于用数学模型描述 ，可以用现成的定量方法计算出系统的行为和最佳结果。 软系统偏重社会、机理，尚不清楚的生物型的软系统， 难以用数学模型描述，只能半定量、半定性或者只能用定性的 方法来处理。 用霍尔系统工程方法处理软系统问题，存在局限性：
性或定性与定量有机结合的基本方法。
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第二节：系统分析原理
系统工程方法论的基础是系统分析技术，
系统分析是完成系统工程问题的中心环节;
广义的解释认为系统分析就是系统工程，
系统分析是系统工程的同义词;
狭义的解释认为系统分析是系统工程的 一项优化技术，是系统工程在非结构化 问题决策中的具体应用。
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（1）大部分管理问题目标不清楚，需要研究、定义；
（2）霍尔系统工程方法针对硬系统，没考虑人的作用， 忽视人的主观认识； （3）实际中很多问题无法建立模型。
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二、切克兰德的“调查学习” 法
处理软系统的方法有很多，如专家调查法（德 尔菲法）、情景分析法、冲突分析法等。但从系统 工程方法论角度看，80年代中前期英国学者切克兰 德（P.B.Checkland）提出的“调查学习”方法（ 软方法）具有更高的概况性。 切克兰德的“调查学习”软系统方法的核心是 “调查、比较”或者说是“学习”，从现状调查和 模型比较中，学习改善现存系统的途径。
第二章系统工程的基本概念
造原有的老系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。
2、从系统工程与一般工程的区别上理解系统工程
从系统工程与一般工程的区别上看,系统工程具有高度的综合性,这主要体现在以下三个 方面: 1) 研究对象的综合性 系统工程不把研究局限在某一特定范畴。它可以把工程作为对象,但各种自然现象、生 态群体、社会现象,人类的、社会的等等也都是它的研究对象. 2〉应用学科知识的综合性 系统工程应用学科知识的综合性与研究对象的综合性是分不开的。它不仅如同一般工程 学那样,应用数学、物理、化学等基础自然科学,而且对控制论、信息论、管理科学、工程技 术学科、社会学、经济学、法学以至一些边缘科学也要加以综合运用。
交通运输系统工程
第二章 系统工程的基本概念
第一节 系统工程的基本概念及其定义
1、从字义上理解系统工程
系统工程包括系统与工程两个方面,既要从系统看工程,又要从工程看系统,前者指
的是用系统的观点和方法去解决工程问题。而后者是指用工程的方法去建造系统。形象 地说,工程通常指硬件建设和措施,系统方法常比作软件.这两方面的结合,就使传统的工 程增加了内容。
6、方案决策
有时,最优方案可能有儿个,或者除了定量目标外,还要考虑一些定性目
标。这时必须根据全面的要求,最后决策一个或几个方案试行。
7 、实施计划
根据最后选定的方案,具体实施整个计划。如果实施中比较顺利或者遇 到困难不大,略加修改即可实施,那么整个步骤即告一段落。 有时则会遇到较多的问题,就有必要回到前面所述逻辑步骤中认为需要的节 运输系统工程含义及内容
一、含义 1 对象：运输活动 2 方法： 系统工程 3行为： 规划计划，协调与控制 4目的： 获得最佳效益 含义：以交通运输系统中的整个运输活动为对象，运用系统工程的原则和方 法，为运输活动提供最优规划和计划，进行有效的协调与控制，并使之获得 最佳经济效益和社会效益的组织管理方法。 二、内容 包括了：运输系统分析，运输系统预测，运输系统的优化，运输系统的 综合评价与决策，运输系统的模拟。 1 运输系统分析：运输系统目的，结构，性能以及环境分析 2 运输系统预测：运输系统预测意义，运输系统常用的预测方法 3 运输系统优化：网络计划评审技术 4 运输系统综合评价：讨论意义，运输系统单项指标的评价，综合评价指标体 系的制定，常用的综合评价方法
(完整版)《物流系统工程》习题与思考题参考答案(可编辑修改word版)
《物流系统工程》习题及参考答案王长琼武汉理工大学物流工程学院目录第一章系统基本原理 (1)第二章系统工程基础 (3)第三章物流系统概述 (4)第四章物流系统分析 (7)第五章物流系统建模 (9)第六章物流系统需求预测 (11)第七章物流系统规划 (15)第八章运输及配送路线的优化 (17)第九章物流系统仿真 (24)第十章物流系统综合评价 (26)第十一章物流系统决策 (28)第一章系统基本原理1.如何理解系统的集合性、整体性、相关性、层次性、目的性和适应性？答：（1）集合就是将具有某种属性的一些对象看作一个整体，形成一个集合。
系统的集合性表明，系统是由两个或两个以上的可以互相区别的要素所组成的。
（2）系统的整体性可以直观地理解为系统是一个整体的对外联系的单元，系统内部的各组成要素只有在整体中才具有意义。
系统的整体性说明，系统各要素之间存在一定的组合方式，各要素之间必须相互统一、相互协调和配合，才能形成一个系统，才能发挥系统特有的功能；且系统整体的功能大于各组成要素的功能总和。
（3）相关性是指组成系统的各要素之间是相互联系、相互作用的，它用来说明这些要素之间的特定关系。
相关性可用来描述系统整体性的原因，是系统整体性的根据。
（4）系统作为一个相互作用的诸要素的总体，可以分解为一系列的子系统，子系统还可进一步分解为更低一级的子系统，并存在一定的层次结构，这就是系统的层次特性。
（5）系统的目的性是指系统都具有某种目的和一定的功能。
（6）系统的环境适应性说明，系统是作为一个整体与外部环境发生联系和作用的，因此，外界环境的变化必然会起系统内部各要素的变化。
系统必须通过内部结构的调整，使系统具备新的功能，以适应外部环境的变化。
2.系统的三个基本属性是什么？答：第一，系统是由两个以上的要素组成的整体。
要素是构成系统的最基本的部分，没有要素就无法构成系统，单个要素也无法构成系统。
第二，系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之间存在着一定的有机联系。
第2章 系统工程概述
系统工程的典型事例：阿波罗登月计划
§2.1系统工程的产生及定义
20世纪60年代初开始实施，先后达11年 涉及60万人次，投资300亿美元 参加研制机构120多个，承包企业2万多家 研制的零部件1000多万件，涉及上万种科学技术 美国宇航局(NASA)采用分级综合计划管理运作
§2.1系统工程的产生及定义
§2.1系统工程的产生及定义
二、系统工程的定义
系统工程是将客观对象作为系统来处理的工程技 术，是组织各类系统的规划、设计、研制、试验和使 用的具有普遍意义的科学方法。
●将对象（社会、经济、管理等领域中的综合性问题）
作为系统（实物为中心→系统为中心）；
●是工程技术—应用学科，直接改造客观世界； ●组织管理系统的全部活动； ●具有普遍的适用性和科学性。
2.发展阶段。特点是自觉地应用理论和方法得到发展。
●1957年，美国密执安大学哥德和麦克霍尔合著出版了
《系统工程》一书。 ●1958年，北极星导弹的研制—“PERT”计划评审技术。
●1962年，美国国防部提出“PPBS”系统（既规划、计
划、预算系统）,大力推行系统工程，节约资金数百亿美圆。 ●1963年，美国大学设立系统工程系或专业，成立了系 统工程学科委员会，1964年起举行系统工程年会。
(2)子系统最优,系统不最优; (3)子系统不最优,系统最优.
弹体 弹头
失败之例:
美军研制的‚下士‛导 弹系统
制导
§2.2系统工程的基本观点
成功之例: 前苏联的米格—25战斗机
米格-25战斗机图片说明： 前苏联研制的一种高空高速 截击机,1969年开始装备军队.它 的主要任务是截击入侵的战略轰 炸机和巡航导弹.全机重36吨,有 两个垂直尾翼.从1965年3月16日 到1977年10月21日,共打破和创造 了8项飞行速度世界纪录,9项飞行 高度世界纪录和6项爬高时间世界 纪录.
1专题一第1章 系统、系统工程基本概念
• 关联图的作图步骤： • (1)以所要解决的质量问题为中心展开讨论，分析原因及其子原因，
以及各因素的因果关系或目的与手段关系，列出全部因素； • (2)使用简单而贴切的语言，简明扼要地表达出这些因素； • (3)把因果关系用箭头加以连接； • (4)从图中掌握全貌，审查复核有无遗漏和不确切之处； • (5)进一步归纳出重点因素或项目； • (6)针对重点因素或项目采取对策。
• 层次划分不同于部分划分，高层次包含低层次， 低层次隶属于高层次。
• 无论是系统的形成和保持，还是系统的运行和演 化，等级层次结构都是复杂系统最合理的或最优 的组织方式；或最少的空间占有，或最有效的资 源利用．或最大的可靠性，或最好的发展模式， 等等．这就是等级层次原理。
26
系统结构分析方法
• 关联图分析法 • 因果分析法 • ISM方法
Ω ——代表元素的集合；
R ——代表元素之间的各种关系的集合。
23
系统的结构 —— 系统结构的概念
–结构：系统内部各组成要素之间在空间或时间方 面的有机联系与相互作用的方式和顺序
–结构不能离开元素而单独存在，只有通过元素间 相互作用才能体现其客观实在性
–各类系统结构差异很大，复杂系统具有复杂结构
24
• 什么叫功能？ 系统行为所引起的环境中某些事物的有
益变化，称为系统的功能。被改变了的外 部事物，叫做系统的功能对象．
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系统的功能 ——结构与功能的关系
• 元素、结构、环境三者共同决定系统的功能 • 在元素和环境给定的情况下，结构决定功能 • 设计或组建具有特定功能的系统，须选择具有必
要性能的元素，选择最佳的结构方案，还要选择 或创造适当的环境条件 几种关系： • 结构的改变影响整体功能的发挥 • 同一结构发挥多种功能（一构多功） • 不同结构实现相同功能（异构同功）
以及各因素的因果关系或目的与手段关系，列出全部因素； • (2)使用简单而贴切的语言，简明扼要地表达出这些因素； • (3)把因果关系用箭头加以连接； • (4)从图中掌握全貌，审查复核有无遗漏和不确切之处； • (5)进一步归纳出重点因素或项目； • (6)针对重点因素或项目采取对策。
• 层次划分不同于部分划分，高层次包含低层次， 低层次隶属于高层次。
• 无论是系统的形成和保持，还是系统的运行和演 化，等级层次结构都是复杂系统最合理的或最优 的组织方式；或最少的空间占有，或最有效的资 源利用．或最大的可靠性，或最好的发展模式， 等等．这就是等级层次原理。
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系统结构分析方法
• 关联图分析法 • 因果分析法 • ISM方法
Ω ——代表元素的集合；
R ——代表元素之间的各种关系的集合。
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系统的结构 —— 系统结构的概念
–结构：系统内部各组成要素之间在空间或时间方 面的有机联系与相互作用的方式和顺序
–结构不能离开元素而单独存在，只有通过元素间 相互作用才能体现其客观实在性
–各类系统结构差异很大，复杂系统具有复杂结构
24
• 什么叫功能？ 系统行为所引起的环境中某些事物的有
益变化，称为系统的功能。被改变了的外 部事物，叫做系统的功能对象．
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系统的功能 ——结构与功能的关系
• 元素、结构、环境三者共同决定系统的功能 • 在元素和环境给定的情况下，结构决定功能 • 设计或组建具有特定功能的系统，须选择具有必
要性能的元素，选择最佳的结构方案，还要选择 或创造适当的环境条件 几种关系： • 结构的改变影响整体功能的发挥 • 同一结构发挥多种功能（一构多功） • 不同结构实现相同功能（异构同功）
系统工程概述
1978年 1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文 27日 钱学森、许国志、王寿云在《 汇报》发表题为“组织管理的技术——系统工程 系统工程” 汇报》发表题为“组织管理的技术——系统工程”的 长篇文章； 长篇文章； 从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华 1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、 年起 中理工大学、 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； SE专业硕士研究生 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11月，中国系统工程学会在北京成立； 1980年10月至1981年 1980年10月至1981年1月，中国科协、中央电视台会 月至1981 中国科协、 同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办“ 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 统工程电视普及讲座（45讲）”，取得了良好的社会 效果。 效果。
美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 电话公司 正式使用系统工程（ 美国 Engineering）一词 ） 开发微波通讯系 统 产生军事运筹学（ 产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即军 ） 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
4、系统工程的发展概况（世界）
阶段 年代（ 年代（份） 重大工程实践或 事件 1930 I 1940 美国发展与研究 广播电视 美国实施彩电开 发计划 重要理论与方法贡献 正式提出系统方法（Systems 正式提出系统方法（ approach）的概念 ） 采用系统方法， 采用系统方法，并取得巨大成 功
1958 IV 1965
第二章 系统工程基础概述
第二章 系统工程基础概述
第一节 系统工程及其发展历程 第二节 系统工程的基础理论 第三节 系统工程研究方法 第四节 物流系统工程的基本方法及技术
第一节 系统工程及其发展历程
一、系统工程的概念
“系统工程”这个词来源于英文“System
Engineering”。
系统工程属于技术类，是一门新兴横向交叉学
二、系统结构分析
（一）系统要素的描述 （二）要素之间的关联及描述
要素之间的关联是指要素之间的相互联系或作 用，按照不同的分类标准可划分出不同的关联类 型。 （1）确定性关联
（2）不确定性关联
（3）确定性与随机性关联的混合
对要素之间关联的描述，本质上就是建立模型。
（三）系统结构矩阵
用符号Cij表示要素Si与Sj的这种联结状态，称为 联结系数。 输入＝联结系数*输出 系统诸要素在之间的关联方式可分为串联、并联 和反馈联结。
20 世纪 70 年代，系统工程得到了迅速的普及和发展，
引起世界各国普遍重视。
我国系统工程的开展情况
1956年，中科院力学所建立了运筹学研究组。 1960年，成立了运筹学研究室。 60年代初，华罗庚教授推广“统筹学”、“优
ห้องสมุดไป่ตู้
选法”；钱学森教授在军事系统中积极尝试系 统工程应用。
20世纪80年代，系统工程发展迅速，并取得了
我国的定义：系统工程就是用科学的方 法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、 试验和使用，规划和组织人力、物力、财力， 通过最优途径的选择，使工作在一定期限内 收到最合理、最经济、最有效的成果。该定 义有三层含义：
组织和管理的技术 解决工程活动全过程的技术
这种技术具有普遍性
第一节 系统工程及其发展历程 第二节 系统工程的基础理论 第三节 系统工程研究方法 第四节 物流系统工程的基本方法及技术
第一节 系统工程及其发展历程
一、系统工程的概念
“系统工程”这个词来源于英文“System
Engineering”。
系统工程属于技术类，是一门新兴横向交叉学
二、系统结构分析
（一）系统要素的描述 （二）要素之间的关联及描述
要素之间的关联是指要素之间的相互联系或作 用，按照不同的分类标准可划分出不同的关联类 型。 （1）确定性关联
（2）不确定性关联
（3）确定性与随机性关联的混合
对要素之间关联的描述，本质上就是建立模型。
（三）系统结构矩阵
用符号Cij表示要素Si与Sj的这种联结状态，称为 联结系数。 输入＝联结系数*输出 系统诸要素在之间的关联方式可分为串联、并联 和反馈联结。
20 世纪 70 年代，系统工程得到了迅速的普及和发展，
引起世界各国普遍重视。
我国系统工程的开展情况
1956年，中科院力学所建立了运筹学研究组。 1960年，成立了运筹学研究室。 60年代初，华罗庚教授推广“统筹学”、“优
ห้องสมุดไป่ตู้
选法”；钱学森教授在军事系统中积极尝试系 统工程应用。
20世纪80年代，系统工程发展迅速，并取得了
我国的定义：系统工程就是用科学的方 法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、 试验和使用，规划和组织人力、物力、财力， 通过最优途径的选择，使工作在一定期限内 收到最合理、最经济、最有效的成果。该定 义有三层含义：
组织和管理的技术 解决工程活动全过程的技术
这种技术具有普遍性
第2章 系统工程理论
2.1 系统科学的学科体系
第6页 2020年1月22日
系统工程(Systems Engineering)
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其 它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质 对象，而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它的研究对象， 而且还不只限于物质系统(Any physical systems can be their object of study,
第二章 系统工程理论
第2页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技术的体系结构， 认为从应用实践到基础理论，现代科学技术可以分为四个层次：
首先是工程技术这一层次(Engineering Technology)
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马克 思主 义哲 学
（系统观） 系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
信息论
控制论
系
各门系
统
统工程
科
学
自动化 技术
的 体
系
通信 技术
技术科学
工程技术
2.1 系统科学的学科体系
第4页 2020年1月22日
术 数学
科 社会科学
学
科
程
学
技
技
术
体
术
系
2.1 系统科学的学科体系
第3页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
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产品 研究 规划
生产 工程 规划
制造 规划
分配和 仓库储 存规划
已核准 的产品 设想
包装 设计 规划
销售 规划
广告 与推销 规划
广告 实施 规划
产品 的商 品化
市场 调查 规划划
图2-4 按过程描述的新产品规划网络
总经理
总经理助理
人
事
营
销
工
程
生
产
（一）典型定义
• 日本工业标准JIS的定义：“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、信息流动和控制机制等 进行分析与设计的技术。”
（一）典型定义
• 系统分析是研究相互影响的因素的组成和 运用情况。 • 综上所述，系统工程是以研究大型复杂的 人造系统和复合系统为对象的一门交叉科 学，它既是一个技术过程又是一个管理过 程。
（三）功能分析的思路
• • • • • • • 1、系统功能的制约因素 （1）外界输入与环境因素的制约 （2）系统结构的制约 2、功能分析的步骤 （1）对系统的输入输出关系进行准确描述； （2）进行输入输出关系的整体评价和分析； （3）对某一特定功能进行流程分析及流程再设计。
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二、系统工程发展历程及趋势
• （一）发展简史 • 在第二次世界大战前夕，经济、生产等领域的系 统问题已促使人们努力揭示系统的一般运行规律 和创造组织管理系统的技术。 • 在第二次世界大战期间，系统分析的方法和技术 得到突飞猛进的发展。二次世界大战期间还培养 了一批系统工程人才，促进了系统工程学科的形 成与发展。 • 第二次世界大战结束，各种社会经济系统和工程 管理系统的规模日益扩大和复杂化，导致一些新 的问题的出现，人们又一次寻求通过科学的系统 方法作为解决复杂经济社会系统问题的技术 。
S4
(c)
S1
S2
S3
S4
S5
图2-7 系统要素的关联类型
（三）系统结构矩阵
• 将系统中所有要素之间的联结系数组成一 个矩阵，该矩阵可以反映出系统构成要素 及其相互关联的情况，即反映系统结构状 况，该矩阵就称为系统的结构矩阵。
三、系统环境分析
（一）系统与环境的关系 环境因素相对于系统是不可控的。 1环境因素对系统的影响是通过系统结构起作用并在输入输 出中得以表现的。系统的存在不能离开环境的支撑，一方 面是环境对系统功能的支撑；另一方面，系统结构及其变 化也离不开环境因素的支持。 2以功能为目的而建造的系统，往往在特定的环境中才显现 出这种功能。 3环境变化可能会使一个现有的结构解体或变成另一结构。 4环境因素对系统的影响表现在两个层次： 第一是不影响系统结构、但影响系统行为（输入输出过程） 的环境因素，称之为行为层的环境因素。 第二是影响系统结构的环境因素，称之为结构层的环境因素。
知识 社会科学 工程技术 法律 医学
明 确 问 题
规划
确 定 目 标
系 统 综 合
系 统 分 析
系 统 评 价
决 策
实 施
逻辑
方案 开发 生产 安装 时间 更新 运行
O
•
图2-1 霍尔三维结构
（二）发展趋势
• 1．系统工程作为一门交叉学科，日益向多 种学科渗透和交叉发展。 • 2．系统工程作为一门软科学，日益受到人 们的重视。 • 3．系统工程的应用领域日益广泛，推动了 系统工程理论和方法不断深化发展。
第二章 系统工程基础概述
第一节 系统工程及其发展历程
• 一、系统工程的概念 • （一）典型定义 • 中国著名科学家钱学森教授给出的定义： “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科学方 法。”“系统工程是一门组织管理的技 术。”
（一）典型定义
（二）系统工程与其他工程的区别
• 工程的类型多种多样，有以硬件为主的工程，例 如机械工程、电子工程、水利工程等，也有以流 程重组、以软件为主的工程，例如软件工程、物 流工程等。但是系统工程与机械工程、电子工程、 水利工程等工程有很大差异。上述各门工程学都 有其特定的工程物质对象，而系统工程则不然， 任何一种物质系统都能成为它的研究对象，而且 还不只限于物质系统，还可以包括自然系统、社 会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。 • 系统工程处理的对象主要是信息。
(a)
S1 x21 y21 S2
(b)
y12 S1 x21 y21 x12 S2
(c)
图2-6 系统要素联结的类型 系统诸要素之间的关联方式可分为串联、并联和反馈联结。
x1 (a) S1 y12
x12 S2 y23
x23 S3 y34
x34 S4 y45
x45 S5 y5
S2 (b) S1 S3 S5
（二）要素之间的关联及描述
• 对要素之间关联的描述，本质上就是建立模型。 而每一种描述关联的方法，都多少存在着局限性。 一般，我们按照因果关系、过程顺序或职能结构 的方式对关联进行简单描述。 • 因果描述就是根据人们对因果的思考结果画出要 素之间的关联。过程描述是从时间的整体性上描 述各要素之间的关联，人类行为过程具有明显的 时间顺序特征，因此，过程描述法被经常使用， 如图2-4是用过程描述的新产品规划网络的例子。 职能描述方式在组织系统中经常采用，实际上是 一种以功能为基础的结构描述方法，如图2-5所示 就是一个例子。
（二）情景规划法
情景规划方法是随着社会经济运行环境的频 繁变化而开发出来的有效方法。 1．处理环境变化的方法 基于对未来的预测，利用可信的预测结果， 对未来情况进行规划与布局。 风险分析也是考虑不确定性因素的控制方法。
2．情景规划
• 情景规划是针对不确定性的新结构问题时经常采 用的重要规划方法。 • 情景规划方法首先关注现实的趋势是否存在新的 结构不确定性。其本质是针对所关注的焦点问题 分析现实的变化趋势。 • 其次，要抓住主要的不确定因素，并勾画出未来 的几种情景。 • 然后，设计出适合各种未来情景的有效方案。 • 最后，随着时间的推移，事物变化的趋势不断明 确，通过不断地调整方案，摒弃某些不可能出现 的情景方案。
2、剩余功能
• 剩余功能是相对于系统的基本功能而言的。 系统功能中，除去基本功能的其他功能都 可以称为剩余功能。因为一个系统总有一 些功能是尚未被人认识到的，所以可以认 为剩余功能总是存在的。我们有时会用副 产品或副作用来描述系统的剩余功能。
（二）功能的层次性
• 系统总功能可理解成各项子功能的集成， 也就是说，系统总功能可分解成不同层次 的子功能。
四、运筹学
• 运筹学主要是运用模型化的方法，将一个 已确定研究范围的现实问题，按提出的预 期目标，将现实问题中的主要因素及各种 限制条件之间的因果关系、逻辑关系建立 数学模型，通过模型求解来寻求最优方案。 • 运筹学的分支主要有：线性规划、非线性 规划、动态规划、排队论、对策论、库存 论等。
第三节 系统研究方法
解决系统问题的思路
• • • • （1）确定一个或多个目标； （2）确定实现目标所需的资源与条件； （3）确定可实现目标的（可行）方案； （4）对各方案能实现的目标与所需的资源、 条件等进行综合分析与评估； • （5）根据一定的标准，判别各方案优劣的 次序； • （6）选择最终实施的方案。
霍尔三维结构的系统工程方法
第二节 系统工程的基础理论
• 一、一般系统论 • 一般系统论(general systems theory)是通 过对各种不同系统进行科学理论研究而形 成的关于适用于一切种类系统的学说。 • 其主要创始人是生物学家L.V．贝塔朗菲。
一、一般系统论
• 1969年，比利时著名学者I.普利高津提出了 “耗散结构（Dissipative Structure）理 论”，认为一个开放的系统在远离平衡态 的情况下，通过不断地与外界交换能量、 物质和信息，当发生某些特殊事物耦合， 达到一定的阈值时，就会突然出现以新的 方式组织起来，产生新的质变，从原来混 沌无序的混乱状态，转变为在时空上或功 能上的稳定的有序状态。
• • • • • • 一、系统功能分析 （一）功能分类 1、基本功能 基本功能是指能实现人们预期目的的功能。 我们可从两个层次来理解基本功能： 一是从能力的角度来理解，主要是系统“能干什么”之类 的问题，如果用系统论的语言来描述，就是系统的输出特 征。 • 二是从功效的层面来理解，也就是考虑系统输入、输出的 综合特征，衡量系统具有的效益或性能。关于系统功效， 可应用系统评价常用的指标来衡量，例如：系统的效益、 系统的可靠性与稳定性、系统的环境适应性等。
要素环境
输 入
要素
输 出
控制指令
监测手段
图2-3 用“黑箱”描述的要素
（二）要素之间的关联及描述
• 要素之间的关联是指要素之间的相互联系或作用， 按照不同的分类标准可划分出不同的关联类型。 例如，按照要素之间关系明确与否可划分为下面 三种： • (1)确定性关联，即要素之间的关联是受确定的规 律支配的。 • (2)不确定性关联，即要素之间是随机的关联，如 统计学中所揭示的关联大多属于这一类。 • (3)确定性与随机性关联的混合。
二、大系统理论
• 大系统一般是规模庞大、结构复杂、环节多或层 次较多、目标多样、影响因素众多、关系错综复 杂、并常带有随机性质的系统。 • 大系统理论 (Large Scale Systems Theory) 就 是研究大系统的结构方案、稳定性、大系统优化、 以及大系统的模型简化等问题的理论或方法，主 要包括四个方面的理论和方法： • （1）大系统结构方案； • （2）大系统的稳定性； • （3）大系统的优化； • （4）大系统的模型简化。
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