《系统工程》课件

系统结构
图1.1 系统的基本概念图
9
4 系统的构成要素
（1） 系统的诸部件及其属性： 结构部件；操作部件；流部件 以电路系统、城市系统以及自然生态系统为例说明 （2）系统的环境及其界限
（3）系统的输入与输出
S＝（C，S，F，E）
C: 组成要素；S: 结构；F: 功能；E: 环境.
10
系统的要素
系统的功能
《系统工程》讲义
参考教材：

谭跃进、陈英武、易进先编著.1999.系统工程原理. 湖南长沙:国防科技大学出版社. 顾培亮编著.1998. 系统分析与协调.天津:天津大学 出版社. 林定夷编著.1998.系统工程概论.广州:中山大学出 版社. 提纲：outline.doc


1
第一章 导 言
第一节 系统工程的定位
来愈令人满意。
34
第三节
方法论层次：
钱学森的综合集成工程方法论
(1)经验知识＋理论知识； (2)通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合； (3)人(知识工程＋专家系统)与计算机(电脑)结合
工程技术层次：
(1)根据实际问题收集信息资料和统计数据；
(2)约请相关专家分析研究，明确系统四大变量(状态、环境、控制、输出)， 确定系统建模思想； (3)建立系统数学模型(定量表示系统结构、功能、行为、特性、输入输出关 系)； (4)对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料； (5)组织专家群体检验系统模型的有效性； (6)修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。。。 数学模型(符合实际系统的理论描述)----可信的结论
7
3 定义
(1)美Webster大词典 (2)日JIS工业标准 (3)前苏联大百科全书 (4)钱学森：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的 具有特定功能的有机整体。
系统具有的独立的三个判别特征：界限；组成部件；用途
8
系统环境 S1 S2 系统输入 S3 S4 系统输入
系统周界 S1，S2，S3，S4——系统部件
系统的结构 环境因素
F＝Φ（C，S，E） C: 组成要素；S: 结构；F: 功能；E: 环境.
11
外界社会系统环境
原材料等输入 社会供 应系统 办公室
工厂生产系统 原材料 成品输出 生产车间
商品销 售系统
成品库 物质流 信息流 指令流
图1.2 系统活动结构图
12
输入
f 处理器
输出
图1.3 系统结构图
23
理论基础 基本程序 方法步骤
系统工程方法论（思考和处理问题的方法）
第一节 霍尔的“三维结构体系”
第二节 切克兰德的“调查学习”模式
第三节 钱学森的综合集成工程方法论
24
第一节 霍尔的“ 三维结构体系”
将系统的整个管理过程分为前后紧密相联的7个阶段和7个 步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的 各种专业管理技术知识。
问 题 现 状 说 明
弄 清 关 联 因 素
建 立 概 念 模 型
改 善 概 念 模 型
比 较
实 施
图3.2 切克兰德“调查学习”方法流程图
33
一般的硬系统都是要创建或实施一个系统； 对于许多人类活动系统而言，并不是要创建出一个 新系统，而是要对原已存在的系统进行变革，使它 从一种问题情境变换到另一种问题情境，使它能愈
5
(3)近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐渐
把世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占 了统治地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时 认为宇宙系统是自组织演化的。 (4)马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整 个世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次 的；马克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协 同配合好时可以产生新的东西，新的力量。 也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的含量不 同可以组成铁，钢；还比如。。。
31
二、逻辑维
讨论系统工程所需经历的每一个阶段中思考问题、解决问题的思维 程序。 为了合理地作出并实施最佳决策，系统工程的每一个工作阶段上都 必须遵循某种合理的思维方式，在这种思维方式中包含有七个 必要的思维步骤或程序： 1. 问题定义
2.
3. 4.
价值系统设计
系统综合 系统分析
5.
6. 7.
最优化
4
二、系统概述
1 西方传统系统思想演化 (1)公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学家们就探索了系统 的基本思想，认识到世界是一个系统，由一些基本要素组成； 并认识到整体和部分的辨证关系。 (2)著名古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）在公元前三百多年 就提出整体是由部分组成，整体大于各个部分的总和。
总目标：发电、防洪、供水、航运
正常蓄水位：230米、235米；坝址设在南津关
28
第三阶段：1958年到1993年10月
实施系统工程（生产安装）之前技术性很强，工作量最大的 阶段。需要结合大批的相关的工程技术人员，合作完成。 提出实施该系统的详细的研制方案； 提出详细的实施（生产或施工，包括往后各阶段）计划。 提出可供施工的蓝图，包括大坝、船闸、厂房、机电设备、输 变电工程等方面的各项研究工作以及最终拿出可供施工和生产 的图纸；按照预想的进程和可能性，提出包括库区移民以及工 厂的搬迁安置、施工进度、水轮发电机组、辅助设备、输变电 设备的研究等，进而提出何时完成第一期工程和第二期工程、 何时全面投产等详细的系统的实施计划。
21
系统工程原则上是一门“参谋课”，“顾问课”，工具课；需 要结合专业知识。


通过提高管理和决策水平来提高我们工作效率；
充分运用各种资源，将他人优势转化嫁接；


有利于制定正确的政策和策略（可大可小）；
潜移默化中提高处理问题的能力
正确

成功
22
第二章 系统工程方法论
思想方法 数学描述方法＋逻辑推理方法 工程技术的规范＋社会科学的艺术 系统工程方法论基本特点： • • • 研究方法强调 技术应用强调 管理决策强调 整体性 综合性 科学性
Y′ ‘“
反馈
5 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；控制系统与行为系统；开放系统与封闭系统。
6 系统的基本特性：整体性、层次性、动态性、相关性、目的性、环
境适应性。
作业1：根据所掌握专业知识设计一个系统，分出构成要素
13
三、系统工程与其他相近学科的关系
1 系统科学与系统工程
18
二、系统工程在我国发展的概况 ―两弹”的研制； 美“阿波罗登月计划”的冲击 钱学森
19
三、系统工程的应用

社会系统工程；经济系统工程；区域规划系统工程； 环境生态系统工程；能源系统工程；水资源系统工 程；交通运输系统工程；农业系统工程；企业系统 工程；工程项目管理；科技管理；教育系统工程； 人口系统工程；军事系统工程
29
第四阶段：
根据系统研制阶段所提出的方案和生产计划，生产出系统的 零部件和所有的设备和装置； 提出系统的安装计划。 完成大坝以及全部水工结构的建筑，船闸、厂房的建设，水轮 发电机组、输变电设备、中央控制台、配电室以及其他各种机 电设备的制造； 提出未来的安装计划； 安置库区移民。
第五、六、七阶段：安装、运行、更新。
6
2 中国传统系统思想
中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至更早就已经 形成了。 (1) 最早是八卦与周易
(2) 公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出了精辟 的看法
(3)《黄帝内经》―天人相应”
(4)《孙子兵法》，李冰父子建造都江堰。。。均含系统的思想
（参见顾基发, 唐锡晋. 2000. 从古代系统思想到现代东方系统方法论. 系统工程理论与实践, (1): 89~92.）
第二节 系统工程的发展概况
第三节 学习系统工程的意义
2
第一节 系统工程的定位
系统工程是一门新兴学科 系统工程是一门实用性很强的工程技术
3
一、定义
研究对象：大型复杂的人工系统和复合系统 内容：组织协调系统内部各要素的活动，使各要素为实现整体目 标发挥适当作用 目的：实现系统整体目标最优化 系统工程的特点：整体性（系统性）；关联性（协调性）；综合 性（交叉性）；满意性（最优化）。
26
以三峡工程作为案例：
第一阶段： 1919年孙中山《建国方略》：利用三峡的水利资源发电 1946年《萨凡奇计划》 50年代初期林一山为首的长江流域规划办公室
27
第二阶段： 解决四个方面问题： 目标进行分解和量化； 协调目标，提出实现目标的具体的方案； 为实现方案在技术上、经济和社会方面、环境方面的保障； 根据具体方案，对工程成本费用和效益提出更加详细的计算。
曼哈顿计划
贝尔电报电话公司
系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以1957年美 国学者H.Goode & R.Machol 合著的《系统工程》 （Systems Engineering）一书的出版作为标志。
17
到60年代，系统工程的发展开始推广应用于技术内容 虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规 划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、 生态平衡等等）的大系统。 70年代，系统工程进入到解决各种复杂大系统的最优 控制阶段，特别是在国民经济的计划、协调方面。
国内外许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的可靠性可提 高一倍以上，节约时间和总投资平均在15％以上，而用于管理的 费用一般只占总投资的3％～6％。
图3.1系统工程的霍尔三维结构
25
一、时间维
1. 规划阶段
2.
3. 4.
制定方案阶段
开发研究阶段 生产制造阶段
5.
6. 7.
安装实施阶段
运行作业阶段 改进更新阶段
决策 计划实施
32
第二节
切克兰德的“调查学习”模式
良结构系统：偏重工程、机理明显的物理型的硬系统，可以用较明显的数学模 型描述，有较现成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。
不良结构系统：偏重社会、机理尚不清楚的生物型的软系统，较难用数学模型 描述，往往只能用半定量、半定性的方法来处理。(专家调查法Delphi、情景 分析法scenario、冲突分析法conflict analysis)
系统科学是一门从总体上研究复杂系统共同运动规律的科学
系统工程是一门系统科学、工程技术学、经济学和管理学等相结合 的组织管理技术，是一种改造客观世界的工程技术，同时也是一种 运筹与决策的艺术。
奥地利理论生物学家贝塔朗菲将系统论分为：
一般系统论- 关于“系统”的科学，对各种不同的具体科学（物理学、生物学、 经济学等）的系统进行科学的理论研究，要求用精确的数学语言 描述各种系统； 系统技术 － 涉及系统工程的内容，着重研究系统思想与系统方法在 现代科学技术和社会的各种系统中的实际应用； 系统哲学 － 包括系统本体论、系统认识论、以及人与世界关系的价值观、 人本主义等等。
30
时间上可以交叉。研制阶段可部分进行生产，生产 阶段就可部分安装，安装阶段可部分进行运行。需 寻求最佳方案，用计划协调技术（PERT）、图解评 审技术（GERT）。
主要有泥沙问题、水库引发地震问题、四川将面临 更加频繁和严重的洪水问题、环境问题和资金问题。
综合治理长江，对上游实行水利开发和水土保持。
20
第三节 学习系统工程的意义
实例：20世纪60年代初的美苏核军备竞赛 苏：研制巨型核弹 （500万－1000万吨级）
策略： 提高核武器当量
K
美：模拟核武器破 坏力的数学模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
3
c
2
策略： 提高命中精度
K:核武器的损伤值（破坏力）； c：命中误差，即偏离目标中心 的距离；y：核武器的当量，即 核弹的级位数。
系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）
16
1938年英国正面 临着德国飞机空袭 （film:伦敦上空 的鹰） 防空作战系统（雷 达站、高炮阵地、 机场和飞机等）运 行问题
第二节 系统工程的发展概况
一、系统工程的形成与发展
系统工程学产生于20世纪40年代，初期是在现代科学技术和军事需 要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控 制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合地运用电子计算机等 各种现代技术，担负总体协调使命的管理与设计学科而产生的。
14
2 系统分析与系统工程
(1)系统工程＝系统分析;
(2)系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列; (3)系统工程包括系统分析、系统设计和决策分析. 本课程体系：系统工程＝系统分析＋决策分析
15
3 运筹学与系统工程
运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，
都是系统思想方法定量化的实际应用研究。
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
在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，分 析程序由下而上（战术）
系统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择
比较；以问题状况为导向，分析程序由上而下（战略）