系统工程第2章系统分析与系统建模
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
第二章系统模型与系统分析
第二章系统模型与系统分析一、系统模型系统模型是指对一个系统进行抽象和描述，用以揭示其内部结构、运行规律和相互关系的方法和工具。
系统模型是系统分析的基础，通过构建系统模型可以更好地理解和分析系统的特性和问题。
1.系统模型的分类系统模型可以分为静态模型和动态模型两类。
静态模型描述了系统的结构和组成部分，包括系统的元素、关系和属性。
常用的静态模型方法有系统框图、数据流图和实体关系图等。
动态模型描述了系统的行为和变化过程，主要包括状态转换和信息流动。
常用的动态模型方法有状态转换图、时序图和活动图等。
2.系统模型的构建方法构建系统模型的方法有多种，常用的方法有层次分析法和系统动力学方法。
层次分析法是一种定性和定量相结合的分析方法，通过对系统进行层次划分，分析各层次元素的相互关系和影响程度，从而得出系统的总体性能。
系统动力学方法是一种动态系统建模和仿真的方法，通过建立差分方程或微分方程来描述系统的演化过程，在不同的时间段内模拟系统的运行过程和结果。
二、系统分析系统分析是指对一个系统进行全面深入地研究和分析，以了解其内部机制、运行规律和问题点，为系统的优化改进提供依据。
1.系统分析的步骤系统分析通常包括问题定义、数据收集、系统描述、模型建立、模型验证和模型求解等步骤。
问题定义阶段需要明确研究的目标和内容，确定问题的范围和界限。
数据收集阶段需要收集系统运行所需的数据和信息，包括实际运行数据和用户需求等。
系统描述阶段需要对系统进行全面的描述和分析，包括系统的功能、结构和性能等。
模型建立阶段需要根据系统描述构建数学模型，用以描述系统的运行过程和规律。
模型验证阶段需要对建立的模型进行验证和评估，确保模型的有效性和准确性。
模型求解阶段需要利用建立的模型进行仿真和优化，找出系统的优化方案和改进措施。
2.系统分析的工具和技术系统分析常用的工具和技术包括面向对象分析、数据流图、系统动力学、Petri网等。
面向对象分析是一种以对象和类为核心的分析方法，通过建立对象模型和类模型来描述系统的结构和行为，强调系统的模块化和可重用性。
《系统工程原理》课程标准
《系统工程原理》课程标准（执笔人：颜兆林罗鹏程审阅学院：信息系统与管理学院）课程编号：0811208英文名称：Principle of Systems Engineering预修课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、运筹学基础学时安排：54学时，其中讲授43学时，实践8学时，考核3学时学分：3一、课程概述（一）课程性质地位本课程为技术类系统工程、指挥信息系统工程、管理工程专业本科学员的学科基础必修课程，合训类系统工程专业本科学员的专业综合必修课程。
通过本课程的教学，使学员理解系统工程方法论，学会用系统的观点分析问题，并且掌握系统工程分析解决问题的基本概念、基本原理和基本方法，初步具有运用系统建模、系统分析、系统预测、系统评价、系统决策与系统网络计划等系统工程方法分析解决实际问题的能力，为达成相关专业人才培养的目标奠定基础。
（二）课程基本理念以素质教育和创新教育为指导思想，贯彻知识、能力、素质相结合以及发展性、教与学良性互动的原则，注重理论讲解与方法应用的结合，使学员掌握系统工程的基本概念、原理和方法，并初步具有运用系统工程有关方法来解决实际问题的能力。
（三）课程设计思路在相关专业教育改革的基本理念的指导下，结合我校本科生培养目标和专业需求，进行本课程教学的总体框架设计；以系统工程方法论、系统建模与系统分析、系统预测、系统评价、系统决策和网络计划技术为主要章节，合理划分课程教学的重点掌握内容和一般了解内容，教学过程中适当引入国内外系统工程方向的新进展和新成果，保证课程的先进性和创新性；采用课堂讲解的方式实施教学，通过闭卷考试的方式考核学员对内容的掌握情况并评价教学效果。
二、课程目标（一）知识与技能使学员能够描述和解释系统工程的基本原理和方法，能够阐述系统工程基本概念，并能够对系统工程的基本理论、模型和方法加以灵活运用，举一反三。
（二）过程与方法使学员理解运用系统工程的原理和方法解决工程实际问题的本质，掌握系统工程的有关模型和方法。
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。
27
（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。
系统工程(完整版)
② 逻辑维
e) 系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的 优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选 择。
f) 决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者 的偏好等基础上，选择最优方案。 g) 实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。
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③ 知识维
知识维是指各工作步骤所需的各门 专业知识，由于系统工程是个综合 性的交叉学科，在上述各阶段中， 执行任何一步都会涉及多种专业技 术，如社会科学、工程技术、法律、 商业、医药、艺术等等。
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
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2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
第一章 系统与系统工程
一、系统工程的应用举例 二、系统 三、系统工程 四、系统工程方法论
1
一、 系统工程的应用举例
三峡水利工程
• 是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、 组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统 工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的众 多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、 移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时 实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将 近20年。
（1）问题 （2）目的及目标 （3）方案 （4）模型 （5）评价 （6）决策者
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系统工程方法论
弄清问题
|
目标选择
|
系
拟定方案
|
建立模型
|
系统建模与系统分析详解课件
第三章
如今，兰德公司的研究范围已从最初的 军事、外交事务扩大到经济、交通、通 讯等公共事务的各个方面。系统分析方 法也从改善武器装备系统，走向了经济 管理、社会发展等各个域。
第三章
3.3.1 系统分析的定义
目前对于系统分析的解释有广义与狭义之分。 广义的解释是把系统分析作为系统工程的同义 语，认为系统分析就是系统工程。 狭义的解释是把系统分析作为系统工程的一个 逻辑步骤，系统工程在处理大型复杂系统的规划、 研制和运用问题时，必须经过这个逻辑步骤。
第三章
步骤
明确 问题
确定 目标
探索 建立模型 方案
优化或 仿真 分析
系统 评价
Y
决策 （分析）
N
第三章
案例: 企业与系统管理案例—— 海尔OEC管理法
O—Overall；E—Everything， Everyone ，Everyday； C—Control and clear
OEC—全方位地对每个人每一天的所做的每 件事进行控制和清理，即“日事日毕，日 清日高”，总账不漏项，事事有人管，人 人都管事，管事凭效果，管人凭考核。
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。
第三章
3.1.2 使用系统模型的必要性
人类认识和改造客观世界的研究方法，一 般来说主要有三种，即实验法、抽象法、模 型法。
第三章
三种系统研究方法对比
实验法 抽象法
模型法
目标
发展能源
手段 目标
发展能源生产
开发新能源 节能
手段 资源 基地 目标 勘探 建设
运输
太生 阳物 能能
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一、 系统工程的应用举例
对于我们今天生活中所关心的各种社会经济 问题，如经济改革、价格问题、体制改革及 各种政策的出台都是要经过充分的系统的论 证，这些都与系统工程有关。例如：
粮食价格的调整 燃料能源价格 银行利率 外汇牌价
3
一、 系统工程的应用举例
将来在我们的实际工作中，我们会遇到 许许多多的系统工程问题，比如：
(4)《中国大百科全书 · 自动控制与系统工程卷》指出：“系统工程
是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术。它 是系统科学直接改造世界的工程技术。”
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系统工程的定义
(5) 日本工业标准 (JIS) 规定：“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、信息流动和控制机构等进 行分析与设计的技术”。
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
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2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
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3.系统工程的三维结构分析
霍尔的“三 维结构”模 式
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① 时间维
a)规划阶段：主要是按照设计要求提出系统目标， 制定规划和政策。 b)拟定阶段：完成的任务是提出具体的方案，进行 系统的初步设计。 c)分析阶段： 对所设计的方案进行分析、比较。 d)运筹阶段：方案的综合选优，确定最优实施方案。 e) 实施阶段：系统的设计、安装及调试等。 f) 运行阶段：按照系统预定的用途工作。 g)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统，代之 以新系统，对系统改进。
系统工程基本分析方法
5
每亩用工x3
合计
—
31
1
0.032
1.000
古林法
步骤二：Rj的基准化处理
设基准化处理的结果为Kj，以最后一个评价指标 作为基准，令其 K 值为 1 ，自下而上计算其他评价 项目的K值
步骤三：Kj的归一化处理
将 Kj 列的数值相加，分别除以各行的 K 值，所得 结果即分别为各评价项目的权重Wj
亩产量x1
2
每百斤产量费用x2
3
每亩用工x3
4
每亩纯收入x4
5
土壤肥力增减叙述x5
古林法
步骤五：综合关联矩阵例表和Vij例表的结果，即可计算三 个替代方案的综合评定结果
关联矩阵例表 x1 x2/元 x3/工日 x4/元 x5 Vi 0.373 0.376 0.251
0.194
A1 A2 A3 0.262 0.336 0.402
某纺织机械设备制造公司以制造喷气织机为主营业务， 产品位居全国高档喷气织机市场份额的前三位。 随着浙江、 广东个体纺织业的发展，喷气织机的需求由原来的标准化逐 步转向个性化，为适应产品多品种、小批量的特点， 企业决 定引进柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，F MS ）来满足制造上的要求。如何设计一个满足本企业要求 的柔性制造系统是摆在该企业工程规划人员面前亟待解决的 问题。 柔性制造系统是在自动化制造的背景下的一种制造模式， 适应于单件小批量生产， 其特点是，自动化程度很高，系统 可以灵活适应产品的变化，但设备价格昂贵。
四、预测未来环境
每项系统工程都需要预测各种备选方案的后果，而每种后 果都与将付诸实施时的环境有关 通常使用“情景分析法”解决方案的未来环境问题
《系统工程导论》重点内容总结
《系统工程导论》重点内容第一章系统与系统工程1、《黄帝内经》强调人体各器官的有机联系、生理现象与心理现象的联系，以及身体健康与自然环境的联系。
2、古代朴素唯物主义哲学思想虽然强调对自然界整体性、统一性的认识，却缺乏对这一整体各个细节的认识能力，因而对整体性和统一性的认识也是不完全的3、马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为，物质是世界由许多相互联系、相互制约、相互依赖、相互作用的事物和过程形成的统一整体，这也就是系统的实质。
4、钱学森在《系统思想和系统工程》一文中指出：“系统思想是进行分析和综合的辩证思维工具，它在唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学和其他系统科学那里取得了定量的表达方式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。
”5、“系统”一般认为是“群”与“集合”的意思。
6、系统的定义：系统可被定义为具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个整体。
7、系统的概念包括以下五个要点：（1）由两个或两个以上的元素组成；（2）各元素之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用；（3）各元素协同运作，使“系统”作为整体具有各组成元素单独存在时所没有的某种特定功能；（4）系统是运动和发展变化的，是动态的过程；（5）“系统”的运动具有明确的目标；由此可见，一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可看成一个系统。
8、在现实世界中，任何一个系统都是可分的。
因此，系统是有层次的，任何一个系统都有它的层次结构、规模、坏境与功能9、从系统的定义可以看出，所有系统都具有以下几个共同特性：（1）层次性：层次性是系统最基本的特性之一。
系统本身又属于另外一个更强大的子系统，这就充分反映了系统所具有的层次性。
（2）整体性：系统整体性说明，具有独立功能的系统要素以及要素间的相互关系（相关性、阶层性）根据逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。
（3）集合性。
集合就是把具有某种属性的一些对象看成一个完整的整体，从而形成一个集合，集合离的各个对象叫做集合的要素（子集），系统的集合性表明，系统是由两个或两个以上可以互相区别的要素组成的。
《系统工程》课后习题第二章答案.
第二章1．举例说明什么是系统工程。
系统工程是从系统的观点出发，跨学科地考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。
举例：三峡水利工程、企业的长远规划、新产品的开发、大型项目管理。
2．简述系统工程的理论基础。
一般系统论、大系统理论、经济控制论、运筹学、哲学和社会科学、计算机科学、各门专业科学和工程技术。
3．系统工程与传统方法有哪些区别？（1）系统工程的思维方式是三维结构分析，即时间维、逻辑维和知识维度。
（2）系统工程的软科学性4．什么是系统分析？系统分析的组成要素有哪些？广义的解释认为系统分析就是系统工程，狭义的解释认为系统分析是系统工程的一项优化技术，或者是系统工程技术在非结构化问题决策中的具体应用。
系统分析是进行系统研究帮助进行有效决策的一种方法。
在若干选定的目标和准则下，分析构成系统的各个要素的功能及其相互之间的关系。
利用数量化方法分析制定可行方案，并推断可能产生的效果，以期寻求对系统整体效益最大的策略。
组成要素：目标、方案、指标、模型、标准、决策5．在系统工程中进行方案的提出和筛选时，备选方案一般应具有哪些特性？（1）强状性（2）适应性（3）可靠性（4）现实性6．试述系统工程的应用范围。
（1）自然对象的系统：宇宙、气象、灾害、国土、资源、农林渔业（2）人体对象的系统：生理、病理、脑、神经、心理、医疗（3）产业系统：技术发展、工业设备、网络系统、服务系统、交通控制、经营管理（4）社会系统：国际系统、国家行政、地区社会、文化、教育7．结合一个具体实例，说明系统工程方法论的思路、程序和方法。
以技术引进项目为例：（1）阐明问题①问题的性质和范围：提出者是生产经理；决策者是总经理；引起问题的原因是当前企业的经济效益下降，产品的市场占有率下滑；涉及的相关部门有市场部和人力资源部②问题的目标：用企业3%-5%的流动资金引进技术，达到企业经济效益提升8%-10%的目标③环境和条件：即技术引进的各种约束条件，包括该企业现有的人力、物力、财力、技术基础、资源和市场等。
系统工程---第二章 系统分析与评价
（3）局部利益和整体利益相结合
（4）定量分析和定性分析相结合
山东理工大学管理学院
2.1 系统分析概述
2.1.3 系统分析的原则
（1）内部因素和外部因素相结合
在建立一个工厂或实施一 个方案时，不仅要从目前 利益出发，而且还要考虑 到将来的利益。如果采用 的方案，对目前和将来都 是有利的，这当然是最理 想的。当长远利益与当前 利益发生矛盾时，就要从 实际出发，根据各种要素 认真权衡利弊、慎重考虑。 如：毁林造田，英国与德 国的工业发展，牧民定居？
山东理工大学管理学院
模型
效果（+）
+
2.1 系统分析概述
2.1.3 系统分析的原则
（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合
构成一个系统，不仅受到内 部因素的影响，而且也受到 外部条件的制约，例如设计 一个企业，作为一个系统， 不仅要受到企业本身的各种 因素的，如生产类型、生产 过程、生产环节、物流和信 息流的相互制约，而且要受 到外部自然环境、市场状况、 协作和运输情况等外部因素 的影响。所以进行系统分析 时，必须把内部因素和外部 条件结合起来综合分析。
一个系统是由若干个子系统构 成的，如果每个子系统的效益 是好的，组织起来的总系统的 效益也是好的话，这当然是最 为理想的，但实际中却往往很 难做到这一步。
例如：两人得、失和问题 方案1 方案2 方案3 得： 5 4 1 失： -4 -2 -1 追求局部最优，但不是 整体最优
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2.1 系统分析概述
硬件模型 软件模型
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2.2 系统模型化
2.2.4 系统模型的作用
（1）直观和定量; （2）应用范围广、成本低;
系统工程期末复习资料
第一章：系统工程概述系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。
P5★系统的定义：是由两个以上相互联系、相互作用的要素所构成，且具有特定功能、结构、环境的整体。
有以下四个要点：（1）系统及其要素。
系统是由两个以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是耽搁事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。
系统与其构成要素是一种相对的概念，取决于所研究的具体对象及其范围。
（2）系统和环境。
任一系统又是它所丛书的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输入输出关系。
系统连同其环境超系统形成的系统总体。
系统与环境也是两个相对的概念。
（3）系统的结构。
在构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统的内部形成一定的结构和秩序。
结构即组成系统的诸要素之间相互关联的方式。
（4）系统的功能。
任何系统都应有其存在的作用与价值，有其运作的具体目的，也即都有其特定的功能。
系统功能的实现受到其环境和结构的影响。
系统的一般属性：P6（1）整体性：整体性是系统最基本、最核心的特性，是系统性最集中的体现。
（2）关联性：构成系统的要素是相互联系、相互作用的；同时，所有要素均隶属与系统整体，并具有互动关系。
关联性表明这些联系或关系的特性，并且形成了系统结构问题的基础。
（3）环境适应性：任何一个系统都存在于一定的环境之中，并与环境之间产生物质、能量和信息的交流。
环境的变化必然会引起系统功能及结构的变化。
系统必须首先适应环境的变化，并在此基础上使环境得到持续改善。
管理系统的环境适应性要求更高，通常应区分不同的环境类（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域（外部环境、内部环境等）。
★大规模复杂系统的主要特点：P6（1）系统的功能和属性多样，由此而带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系。
（2）系统通常由多为且不同质的要素构成。
（3）一般为人—机系统，而人及其组织或群体表现固有的复杂性。
系统工程的理论与实践
系统工程的理论与实践第一章引言1.1 研究背景系统工程作为一门跨学科的科学和工程技术，在现代科学技术的发展中具有重要地位和作用。
它通过研究、分析和控制复杂系统的结构、行为和功能，为各个领域的工程项目提供全面的技术支持和解决方案。
本章将介绍系统工程的研究背景和意义。
1.2 研究目的和意义系统工程的目的是实现对整个系统的综合优化，提高工程项目的效益和可靠性。
通过系统分析和综合建模，可以有效解决大规模和复杂系统中的问题，并提供科学的决策依据。
在实践中应用系统工程理论，可以提高工程管理的效率和精度，降低风险和成本。
第二章系统工程的基本原理2.1 综合性原则系统工程强调整体性和系统性思维，将整个系统作为一个综合体来进行研究和管理。
通过对系统的各个组成部分进行综合分析和优化，实现整体性能的提升。
2.2 层次性原则系统工程采用层次化的思想进行问题分解和分级处理。
通过将复杂系统划分为不同层次的子系统和模块，在不同层次上进行分析和设计，提高系统的可控性和可靠性。
2.3 统一性原则系统工程强调系统内部各个组成部分之间的协调和统一。
通过建立全局观念和系统思维，实现各个组成部分之间的协同工作，提高系统的整体效能。
第三章系统工程的主要方法和技术3.1 系统建模方法系统工程的核心是建立系统模型，用于分析和描述系统的结构和行为。
常用的系统建模方法包括结构图、流程图、决策树等。
通过建立系统模型，可以对系统进行深入的研究和优化。
3.2 优化分析方法系统工程通过运用优化算法和分析方法，解决系统中的复杂问题。
常用的优化分析方法包括线性规划、动态规划、遗传算法等。
这些方法可以帮助系统工程师找到最优解决方案，并对系统进行性能评估和优化。
3.3 风险管理方法在系统工程的实践过程中，风险管理是非常重要的环节。
系统工程师通过分析和评估系统存在的潜在风险，并采取相应的措施进行风险控制和管理。
常用的风险管理方法包括风险识别、风险评估和风险应对等。
系统工程方法论2第二章
2.1 还原论与整体论
复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论推动了 复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决定论的可预见 性的思想。因此，复杂科学的问世彻底动摇了还原 论——能用还原论近似描述的仅仅是我们世界的很 小的一部分。
10
拉普拉斯决定论(Laplacian determinism) 宇宙像时钟那样运行，某一时刻宇宙的完整
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25
霍尔管理矩阵
运用SE知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个逻辑 步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：
逻辑维（步骤） 时间维（阶段）
1234567 明选系系方作付 确择统统案出诸 问目综分优决实 题标合析化策施
1.规划阶段
a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17
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霍尔系统工程方法的时间维
• 规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出白己的设想 和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。
• 计划阶段——根据规划阶段所提出的设计思想和初步方案， 从社会、经济、技术、可行性方面进行综合分析，提出具 体的计划方案和选择方案。
• 研制阶段——以计划为指南，组织人、财、物及各个环节、 各个部门，实现系统的试制方案，并制定生产计划。
在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用的极 少部分，但确定了装备一生要花费用的70%；
全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%， 但固定了寿命周期费用的85%；
• 当然，在更一般的科学方法中所使用的抽象方 法、归纳与演绎方法、类比和联想方法、分析 和综合方法等，也是经常采用的。
• 分析和综合互为前提。
4
2.1 还原论与整体论
系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系的观 念、演化发展的观念。即全面而不是片面的、联系的而 不是孤立的、发展的而不是静止的看问题。
系统工程手册 中文
系统工程手册中文摘要：一、引言1.系统工程概念介绍2.系统工程在现代社会的重要性3.本书的目的与结构二、系统思维与方法1.系统思维的定义与特点2.系统方法论的基本原则3.系统分析与设计的方法三、系统工程的基本理论1.系统工程的理论体系2.系统模型与建模方法3.系统仿真与优化技术四、系统工程的实践应用1.工程项目管理2.企业信息系统建设3.复杂系统设计与运行五、系统工程的未来发展趋势1.系统工程在新兴领域的应用2.系统工程的智能化发展3.系统工程对我国经济社会发展的影响正文：一、引言系统工程是一门跨学科的综合性工程技术，它以系统为对象，运用系统思维与方法，对复杂系统进行分析和设计。
随着现代社会的发展，系统工程在工程、管理、信息科学等领域发挥着越来越重要的作用。
为了帮助广大读者更好地了解和应用系统工程，我们编写了这本《系统工程手册》。
本书旨在提供一个全面、实用的系统工程知识体系，帮助读者掌握系统工程的基本理论和实践方法，以应对不断变化的社会挑战。
二、系统思维与方法系统思维是一种以整体、联系、动态、综合的观念来认识和处理问题的思维方式。
它要求人们在分析和解决问题时，不仅要关注局部，还要关注整体；不仅要关注当前，还要关注长远；不仅要关注现象，还要关注本质。
系统思维的特点包括整体性、结构性、层次性、相关性、动态性等。
系统方法论是运用系统思维来解决实际问题的方法。
它包括以下基本原则：1.从整体出发，关注系统的整体功能和目标；2.采用定性分析和定量分析相结合的方法，对系统进行综合评价；3.坚持动态的观点，分析系统的发展变化趋势；4.保持反馈，保持系统内部各个部分之间的协调与平衡；5.优化系统结构，提高系统性能。
系统分析与设计是系统工程的核心任务之一。
它通过对系统的功能、结构、性能、成本等方面进行详细分析，为系统设计提供依据。
系统分析与设计的方法包括结构分析法、功能分析法、系统优化法等。
三、系统工程的基本理论系统工程的理论体系包括系统论、信息论、控制论、管理科学、运筹学等。
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系统工程概论
系 统 分析
系统模型
系统建模方法
•
§2-2 系统模型
系统模型建立的必要性
新系统而言，系统未建立，无法直接实验，只 要能通过系统模型对系统的性能进行预测 ，以实 现对系统的分析、优化和评价。
1. 系统开发的需要
2. 经济上的考虑 3. 安全上的考虑 4. 时间上的考虑：有些系统惯性大、反映周期长 5. 系统模型容易操作，分析结果易于理解
1.系统目的分析和确定 2.模型化 3.系统最优化。
4.系统的评价
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系统工程概论
系统分析
系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析 三:系统分析的方法
定量分析法：系统结构清楚，收集信息准确、
可以建模。
定性分析法：系统结构不清楚、收集信息不
费用与效益：系统建立需要投资，系统建成后应有效益。
模型：系统的模型是系统分析的基础和前提。
评价标准：确定各种替代方案优先顺序的标准。
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系统分析
系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析
二：系统分析的要素、原则和步骤
按变量之间的关系：
代数方程、微分方程、概率统计、逻辑、传递函数、 差分方程等
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系统工程概论Leabharlann 系统分析系统模型系统建模方法
§2-3 系统建模方法
建模方法主要有以下5种：
推理法 实验法 统计分析法 混合法 类似法 在这里介绍以下两种：状态空间法和结构模型解析法。
x （t） Ax（t） bu（t）
式中A为系统矩阵（系数矩阵、状态矩阵），b为输入矩阵，对单 输入系统，b为一列向量。 E-mail: a_laly@ 武汉理工大学自动化学院 石英
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系统分析
系统模型
系统建模方法
§2-3 系统建模方法
建 模 方 法 之 一 ： 状 态 空 间 法
• •
系统分析的作用 在整个系统建立工程中起着承上启下的地位。 系统的建立（分三个阶段） 系统规划
系统设计
系统制造运行
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系 统 规 划
问题 目标、具体条件的确定 系统计划 概要设计
构想
计划
系 统 设 计
系统分析 方案确定
分析
设计
替代方案和必要评价，最后整理成完整、正确与可行的综
合资料，作为决策者选择最优系统方案的主要依据。
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系统分析
系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析
一：系统分析的概念和定义
•
系统分析的目的
通过分析和比较各种替代方案的费用、效益、功能和
系统工程概论
第二章
系统分析和系统建模
§2-1 系统分析
§2-2 系统模型
§2-3 系统建模方法
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系统分析
系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析
系统分析的概念与作用 系统分析的要素、原则和步骤 系统分析的方法
Introduction to Systems Engineering
石
英
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教学内容
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
绪论（1学时） 系统分析与系统建模（3学时） 最优化技术（24学时） 系统优化（2学时） 决策分析（2学时）
•
原则
1.内部因素与外部因素结合 2.当前利益与长远利益结合 3.局部利益和总体利益结合。
4.定性分析和定量分析结合
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系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析
二：系统分析的要素、原则和步骤
•
系统分析的步骤
X（t）=[ x1（t），x2（t），……，xn（t）] 4．状态空间：以n个状态变量作为坐标轴所组成的n维空间。
系统在任一时刻的状态，在状态空间中用一点来表示。随着时间 的推移，系统状态在变化，便在状态空间中绘出一条轨迹称为状 态轨迹。 5．状态方程：把系统的状态变量与输入之间的关系用一组一 阶微分方程来描述的数学模型。由于n阶系统有n个状态变量，所 以状态方程是n个联立的一阶微分方程或差分方程。所选状态变 量不同，状态方程也不相同，所以状态方程也是非唯一的。 E-mail: a_laly@
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系统分析
系统模型
系统建模方法
§2-2 系统模型
•
系统模型的分类
按建模材料：抽象、实物 按与事务的关系：现象、类似、数学
按与模型表征信息的强度：观念、数学、物理
按模型的构造方法：理论、经验、混合 按模型的功能：结构性能、评价、最优化、网络
按与时间的依赖关系：静态、动态
准确、评价标准不统一、建模困难等。
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系统分析
系 统 模 型 系统建模方法
§2-2 系统模型
• • •
系统模型的定义
系统模型建立的必要性
系统模型的分类
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系统建模方法
§2-3 系统建模方法
3 ．状态向量： 把描述系统状态的 N 个状态变量 x1（t），x2
建 模 方 法 之 一 ： 状 态 空 间 法 （t），……，xn（t）看作是 X（t）的分量，则 X（t）称为 n 维 状态向量。
按是否描述系统内部特征：黑箱、白箱 按模型的应用场合：通用、专用 E-mail: a_laly@ 武汉理工大学自动化学院 石英
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系统模型
系统建模方法
§2-2 系统模型
一般分类方法：
实体模型 物理模型 比例模型 相似模型 系统模型 文字模型 网络模型
图表模型（如：曲线，曲面等）
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系统模型
系统建模方法
§2-3 系统建模方法
建 模 方 法 之 一 ： 状 态 空 间 法
一：状态空间法
几个基本的概念
连续系统状态空间表达式
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数学模型 逻辑模型（如：方框图等） 解析模型——用数学方程式来表示
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系统分析
系统模型
系统建模方法
§2-2 系统模型
通常所说的系统建模，大多数情况指建立系统的数学 模型。换句话说，系统工程中，多用数学模型分析问题。
•
数学模型的分类 按变量形式： 确定性、随机性、连续性、离散型
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系统分析
系统模型
系统建模方法
§2-3 系统建模方法
建 模 方 法 之 一 ： 状 态 空 间 法
1．状态：表征系统运动的信息。控制系统的状态 是指系统过去、现在和未来 2．状态变量：确定（完全表征）系统状态的一组 （数目最少）独立的变量。 完全表征的含义：在任何时刻t = t0，这组状态 变量的值x1（t0），x2（t0），……，xn（t0）， 就是表示系统在该时刻的状态。在t ≥ t0时，输 入u（t）给定，且上述初始状态确定时，状态变 量能完全确定系统在t ≥ t0时的行为。
可靠性等各项技术经济指标，得出决策者索需要的资料和 信息，以便获得最优方案。
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系统分析工具 计算机 系统分析方法 系统建模和优化方法，如排队论、规划论
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系 统 模 型 系统建模方法
§2-1 系统分析
一：系统分析的概念和定义
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系统模型
系统建模方法
§2-3 系统建模方法
单输入线性定常连续系统一般形式的状态方程
建 模 方 法 之 一 ： 状 态 空 间 法
x（ ） a11 x（ ） a12 x（ ） a1 n x（ ） b1u （t） 1 t 1 t 2 t n t x（ ） a21 x（ ） a22 x（ ） a 2 n x（ ） b2 u （t） 2 t 1 t 2 t n t x（ ） an1 x（ ） an 2 x（ ） a nn x（ ） bn u （t） n t 1 t 2 t n t
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系统建模方法
§2-2 系统模型
使用系统模型的优点：
1.定量分析基础 2.系统预测与决策的工具 3.可变性好、适应性强、分析问题快、
省时省钱、便于计算机处理