第1章 系统工程概述-学生-20131118
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系统工程完整版
功能需求
描述系统应具备的基本功能，如数据 输入、查询、报表生成等。
非功能需求
涉及系统性能、安全性、可用性等方 面的要求，如数据准确性、系统响应 时间等。
需求变更管理
01
变更申请
记录变更请求，包括变更内容、原 因和影响。
变更决策
根据评估结果决定是否接受或拒绝 变更请求。
03
02
变更评估
评估变更对项目进度、成本和资源 的影响。
分析和设计。
层次性
系统各组成部分之间具 有层次关系，需按照层
次进行管理和控制。
03 系统需求分析
需求获取与整理
确定需求来源
与客户、利益相关者沟通，明确系统需求的具体 来源。
收集需求
通过访谈、问卷调查、原型演示等方式收集需求。
整理需求
对收集到的需求进行分类、筛选、合并，形成完 整的需求清单。
功能需求与非功能需求
评估系统性能的指标包括响应时 间、吞吐量、可用性和容错性等， 这些指标用于衡量系统的效率和 可靠性。
测试方法
系统性能评估的测试方法包括基 准测试、负载测试、压力测试和 稳定性测试等，通过这些测试可 以全面了解系统的性能表现。
数据分析
通过对测试数据的分析，可以发 现系统性能瓶颈和潜在问题，为 优化提供依据。
接口设计与标准化
1 2 3
接口类型选择
根据子系统间交互需求，选择适合的接口类型， 如硬件接口、软件接口、网络接口等。
接口协议制定
为保证接口的稳定性和兼容性，需要制定相应的 接口协议和规范，明确接口的数据格式、传输方 式和通信协议等。
标准化推广
为了提高系统的可维护性和可扩展性，应积极推 广接口的标准化，促进不同厂商和组织间的互操 作。
描述系统应具备的基本功能，如数据 输入、查询、报表生成等。
非功能需求
涉及系统性能、安全性、可用性等方 面的要求，如数据准确性、系统响应 时间等。
需求变更管理
01
变更申请
记录变更请求，包括变更内容、原 因和影响。
变更决策
根据评估结果决定是否接受或拒绝 变更请求。
03
02
变更评估
评估变更对项目进度、成本和资源 的影响。
分析和设计。
层次性
系统各组成部分之间具 有层次关系，需按照层
次进行管理和控制。
03 系统需求分析
需求获取与整理
确定需求来源
与客户、利益相关者沟通，明确系统需求的具体 来源。
收集需求
通过访谈、问卷调查、原型演示等方式收集需求。
整理需求
对收集到的需求进行分类、筛选、合并，形成完 整的需求清单。
功能需求与非功能需求
评估系统性能的指标包括响应时 间、吞吐量、可用性和容错性等， 这些指标用于衡量系统的效率和 可靠性。
测试方法
系统性能评估的测试方法包括基 准测试、负载测试、压力测试和 稳定性测试等，通过这些测试可 以全面了解系统的性能表现。
数据分析
通过对测试数据的分析，可以发 现系统性能瓶颈和潜在问题，为 优化提供依据。
接口设计与标准化
1 2 3
接口类型选择
根据子系统间交互需求，选择适合的接口类型， 如硬件接口、软件接口、网络接口等。
接口协议制定
为保证接口的稳定性和兼容性，需要制定相应的 接口协议和规范，明确接口的数据格式、传输方 式和通信协议等。
标准化推广
为了提高系统的可维护性和可扩展性，应积极推 广接口的标准化，促进不同厂商和组织间的互操 作。
系统工程第一章概述
复杂巨系统是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们 之间的关系又极其复杂的系统，如生物体系统、人脑系统、社会 系统等。这些系统又都是开放的，所以也称为开放的复杂巨系统。 目前，研究、处理开放复杂巨系统的方法尚在探讨中。
第1.2节 系统工程
什么是系统工程？
系统工程是一门正处于发展阶段的新兴学科，并与其 他学科相互渗透、相互影响，但不同专业领域的人对 其理解不尽相同，因此，要给出一个统一的定义比较 困难。 一般认为用定量和定性相结合的系统思想和系统方法处 理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建 立，还是系统的经营管理，都可以看成是一种工程实 践，都可以统称为系统工程。
“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。” 《中国大百科全书· 自动控制与系统工程》：
“由相互制约、相互作用的一些部分组成的具有 某种功能的有机整体。”
第1.1节 关于系统
系统的本质：
形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的
行为；
这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的； 由许多要素所构成的整体，但从系统功能来看，它又是一个不可
第1.1节 关于系统
3.动态系统和静态系统 动态系统就是系统的状态变量随时间变化的系统，即系统的状态 变量是时间的函数。
静态系统则是表征系统运行规律的数学模型中不含有时间因素， 即模型中的变量不随时间变化，它是动态系统的一种极限状态， 即处于稳定的系统。
例如一个化工生产系统是一种连续生产过程，系统中的参数是随着时间变化而变化的 动态系统。大多数系统都是动态系统。但是，由于动态系统中各种参数之间的相互 关系是非常复杂的，要找出其中的规律性非常困难。有时为了简化起见而假设系统
系统工程第一章
5
2.1 系统的特征
（1）系统的整体性 反映要素之间的关系 （2）相关性 反映系统的功能，确 （3）系统的目的性 定系统和环境的边界 （4）有序性 反映了系统的结构形态 （5）环境适应性 明确了系统与环境之间的关系 （6）动态性
系统特性之间的关系？ 反映了系统的变化趋势
6
确定系统的组成要素
（1）整体性
33
正因果关系
若满足下列条件之一： （1）A加到B 中； （2）A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B±ΔB，即A、B的变化方向 相同 则，A到B具有正因果关系，简称正关系，用
“＋”号标在因果链上。
34
负因果关系
若满足下列条件之一： （1）A从B 中减去； （2）1/A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B-+ΔB，即A、B的变化方向 相反 则，A到B具有负因果关系，简称负关系，用
25
（3）系统边界划分注意的几个问题
系统的目的性 现有的技术、理论水平 问题解决的时效性
系统的表现程度
26
3、系统结构概念
系统结构是指系统的构成要素在时空连
续区上的排列组合方式和相互作用方式。 系统结构的普遍形式决定了系统的基本 特征。
目的性——作为构造系统结构的出发点 集合性 相关性 阶层性 整体性 环境适应性
8
2012-11-5
（2）相关性
系统中相互关联的部分或部件形成“部件 集”，“集”中各部分的特性和行为相互联系、 相互依赖、相互制约和相互作用,牵一发而动 全身。 故要求 S内各要素应根据整体目标，尽量避 免 “内耗 ”，设法提高 S整体运行效果。。
9
（3）目的性
系统工程教案
系统工程教案一、引言系统工程是一门综合性的学科，旨在研究并开发出各种复杂系统的设计、运行和管理方法。
本教案旨在介绍系统工程的基本概念、原理和应用，以及培养学生掌握系统工程的实践能力和解决复杂问题的能力。
二、教学目标1. 理解系统工程的基本概念、原理和方法；2. 掌握系统工程的实践技能和应用技术；3. 培养学生的团队合作和解决实际问题的能力；4. 培养学生的创新思维和系统思维。
三、教学内容1. 系统工程概述1.1 系统工程的定义1.2 系统工程的发展历程1.3 系统工程的基本原理和方法2. 系统分析与建模2.1 系统分析的目的和方法2.2 系统建模的基本概念和技术2.3 系统功能分析和需求分析3. 系统设计与优化3.1 系统设计的基本原理和方法3.2 需求转化为系统设计方案的过程3.3 系统优化的方法和技术4. 系统实施与测试4.1 系统实施的基本流程和方法4.2 系统测试的目的和方法4.3 系统运行和维护的基本要求和技术5. 系统评估与改进5.1 系统评估的方法和指标5.2 系统改进的原则和技术5.3 系统工程发展的趋势和挑战四、教学方法1. 理论讲授：通过教师的讲解，介绍系统工程的基本概念、原理和方法。
2. 实践操作：组织学生分组进行系统分析、建模、设计和测试的实践操作，培养其实际应用能力。
3. 案例分析：通过分析实际案例，引导学生理解系统工程在解决实际问题中的应用价值。
4. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，促进团队合作和创新思维。
五、教学评价1. 期中考试：考察学生对系统工程基本概念和原理的理解程度。
2. 实践报告：学生按照教师要求，撰写系统分析、设计和优化的实践报告。
3. 期末考试：考察学生对系统工程的综合应用能力和解决实际问题的能力。
4. 课堂表现：考察学生的课堂参与度、团队合作精神和创新思维能力。
六、教学资源1. 教材：《系统工程导论》，作者：XXX，出版社：XXX2. 实验设备：计算机、系统工程软件等3. 教学案例：各种实际系统的案例和研究成果七、教学进度安排第一周：系统工程概述第二周：系统分析与建模第三周：系统设计与优化第四周：系统实施与测试第五周：系统评估与改进八、教学总结本教案通过系统地介绍系统工程的基本概念、原理和应用，旨在培养学生掌握系统工程的实践能力和解决复杂问题的能力。
系统工程概论-第一章
用原子论解释认识论问题的：
. “影像说”：从事物中不断流溢出来的原子形 成了“影像”，而人的感觉和思想就是这种 “影像”作用于感官和心灵而产生的。 . 感性认识:是认识的最初级阶段，人的感官并 不能感知一切事物，例如原子和虚空就不能为 感官所认识。 理性认识:当感性认识在最微小的领域内不能 再看、再听、再嗅、再摸的时候，就需要理性 认识来帮助，因为理性具有一种更精致的工具。
(2)亚里士多德 .世界是由各种本身的形式与质 料和谐一致的事物所组成的.
“形式”则是每一件事物的个别 特征。如:鸡的“形式”是它会 鼓翅、会咕咕叫、会下蛋等。
“质料”是事物组成的材料，当 这只鸡死时，“形式”也就不再 存在，唯一剩下的就是鸡的物质。
.整体大于部分的总和,即整体功能 不等于各个部分功能的简单叠加
.政治上
阐述了奉行王道而成就帝王大业的圣王的制度 及论证了统一战争中的战略和战术
“隆礼重法,恩威兼施” “凡兼人者有三术:有以德兼人,有以力兼人, 有以富兼人。 “得地而权弥重，兼人而兵俞强” “得地而权弥轻，兼人而兵俞弱” “得地而权弥轻，兼人而国俞贫”
古代系统思想在实践中的应用1—都江堰水利工程
“善”是后天环境和教化学习的结果，“礼义 者，圣人之所生也，人之所学而能，所事而成 者也……可学而能、可事而成之在人才，谓之 伪” 。先天赋予的“性”和后天学事的“伪” 是一对矛盾，要解决矛盾通过“化性起伪”， 就是通过学、事而改变“性”。“性”和“伪” 是对立统一的，“无性则伪无所加，无伪则性 不能自美”，只有做到“性伪合，然后圣人之 名一” 。荀子的“性恶”论与孟子的“性善” 论有极大的区别，但就通过所谓的“圣王之教” 来教育感化民众这一目的而言，他们又是一致 的。
“天道不能干预人事”，“制天命而用之”
1.系统工程概论
IV
1965
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 系统工程学科形成的标志 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》 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
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
二、系统思想的产生与发展
(一)系统思想及系统理论的产生与发展
系统思想的发展经历了三个阶段：
第一阶段：朴素的系统思想（ “只见森林” ）
第二阶段：科学的系统思想（“只见树木”）
第二阶段：科学的系统思想（ “先见森林，后见树木” ）
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。
第一节 系统工程的产生、发展及应用
管理系统
什么是管理系统？
管理系统就是把人力，设备，材料，能源，资金，信息等有 限资源合理组织起来并且有效的加以利用，以达成经营目标最大 价值的发挥上述能源作用的系统。
构成要素
人员 物资 设备 资金 信息 具有判决功能的计划,实施,控制管理系统。 是把人也作为结构成分的组织系统。 管理系统一般是大系统。 大多数管理系统是多层次，多目标的系统。 管理系统具有信息系统的功能。 管理系统能预测外部环境的变化，并且具有适应上述变化的能力。
系统工程第一章
系统分析
系统实施
在实施完成后，对优化效果进行综合评估，包括生产 效率、资源利用率、产品质量等方面的指标，验证系
统工程方法的有效性和实用性。
系统评估
按照设计方案，逐步推进各项优化措施的实施，同时 加强过程监控和风险管理，确保实施过程的顺利进行。
总结经验教训，展望未来发展趋势
总结经验教训
通过本次案例的实施，深刻认识到系统工程方法在企业生产流程优化中的重要作 用，同时也意识到在实施过程中需要注重团队协作、数据驱动和持续改进等方面 。
随着科技的飞速发展，新的技术、方法和工具不断涌现，对系统工 程的理论和实践提出了更高的要求。
系统复杂性增加
现代系统工程的规模越来越大，涉及领域越来越多，系统复杂性呈 指数级增长，对系统工程师的综合素质和能力提出了严峻挑战。
全球化竞争压力
随着全球化的深入发展，系统工程领域的竞争日益激烈，对系统工程 师的创新能力和国际化视野提出了更高要求。
信息化技术发展趋
势
未来信息化技术将更加注重智能 化、网络化、服务化等方向的发 展，推动数字经济与实体经济的 深度融合。
信息化技术在系统建模中应用
01
系统建模概述
系统建模是指利用数学、计算机等工具对实际系统进行抽象和描述，构
建系统的模型，以便进行分析、设计和实施。
02 03
信息化技术在系统建模中的作用
模拟自然现象或生物行为的优 化算法，如神经网络、蚁群算
法等。
信息化技术在系统工
04
程中应用
信息化技术概述及发展趋势
信息化技术定义
利用计算机、通信、网络等技术 手段，对信息进行获取、传输、 处理、存储和应用的技术体系。
信息化技术发展历
系统工程概述
3.系统工程与其它工程学的区别 系统工程与其它工程学的区别
系统工程是一门工程技术， 系统工程是一门工程技术，但它与机械工 水利工程、 程、水利工程、电子工程等其它工程学的某 些性质不尽相同。 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， 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， 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。 且还不只限于物质系统。
2.关于系统工程的定义 2.关于系统工程的定义
系统工程是一门新兴的交叉学科
由于系统工程是一门新兴的交叉学科，尚处于发 由于系统工程是一门新兴的交叉学科， 展阶段，还不够成熟，至今还没有统一的定义。 展阶段，还不够成熟，至今还没有统一的定义。在 科学技术的体系结构中，系统工程属于工程技术。 科学技术的体系结构中，系统工程属于工程技术。
. 系统工程
1.系统工程的概述： 1.系统工程的概述： 系统工程的概述
用系统思想与定量和定性相结合的系统方法处理 大型复杂系统的问题， 大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立 还是系统的经营管理， ，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工 程实践，统称为系统工程。 程实践，统称为系统工程。
4.系统工程发展的展望 系统工程发展的展望
1.系统工程作为一门交叉学科， 1.系统工程作为一门交叉学科，日益向各 系统工程作为一门交叉学科 种学科渗透和交叉发展。 种学科渗透和交叉发展。 2.系统工程作为一门软科学 系统工程作为一门软科学， 2.系统工程作为一门软科学，日益受到人 们的重视。 们的重视。 3.当代系统工程的应用领域日益广泛 当代系统工程的应用领域日益广泛， 3.当代系统工程的应用领域日益广泛，进 而推动系统工程理论和方法不断深化发展。 而推动系统工程理论和方法不< 么 系统? 系统?
第1章系统工程概述
“整体思想和联系思想”是科学系统思想的核心与实
质。
一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同 学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930
美国发展与研究广播电视
正式提出系统方法（ Systems approach ）的概念
认识到必须从系统的角度来考察和研究整个世界。系统思
想正是在这种历史背景下产生和发展起来的。
系统思想的成熟与发展
系统思想的出现，彻底改变了人们的思维方式，使人 们在改造世界的活动中，逐步地认识并揭示出客观世界的 本质联系和内部规律。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，使得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。
14 14
第二节 系统工程的研究对象
一、系统的概念及特点
研究对象： 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。而
“系统”作为系统理论、系统工程和整个系统科学的基本 研究对象，需要正确理解和深刻认识。
15 15
一、系统的概念及特点
系统—— System，我们并不陌生，在现实生活中， “系统”是一个被广泛使用的词。比如：人体就是一个 系统，人体系统是由神经、呼吸、消化、循环、运动、 内分泌、泌尿生殖这些子系统构成的；交通运输系统是 由铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输、管道运 输这些子系统构成的。
7 7
⒈ 古代朴素的系统思想
?
在哲学上，朴素的系统思想表现在把自然界当作一个统
一的整体。如我国春秋末期的思想家老子也强调自然界的统
一性。
质。
一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同 学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930
美国发展与研究广播电视
正式提出系统方法（ Systems approach ）的概念
认识到必须从系统的角度来考察和研究整个世界。系统思
想正是在这种历史背景下产生和发展起来的。
系统思想的成熟与发展
系统思想的出现，彻底改变了人们的思维方式，使人 们在改造世界的活动中，逐步地认识并揭示出客观世界的 本质联系和内部规律。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，使得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。
14 14
第二节 系统工程的研究对象
一、系统的概念及特点
研究对象： 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。而
“系统”作为系统理论、系统工程和整个系统科学的基本 研究对象，需要正确理解和深刻认识。
15 15
一、系统的概念及特点
系统—— System，我们并不陌生，在现实生活中， “系统”是一个被广泛使用的词。比如：人体就是一个 系统，人体系统是由神经、呼吸、消化、循环、运动、 内分泌、泌尿生殖这些子系统构成的；交通运输系统是 由铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输、管道运 输这些子系统构成的。
7 7
⒈ 古代朴素的系统思想
?
在哲学上，朴素的系统思想表现在把自然界当作一个统
一的整体。如我国春秋末期的思想家老子也强调自然界的统
一性。
第一章系统工程概述
奠基人之一赫拉克利特认为“世界是包括一切的整体”； 亚里士多德强调“整体大于部分的总和”的论点。 中国思想家老子阐明了自然界的统一性。战国时期李冰 父子修建的四川都江堰水利工程。北宋大科学家沈括的 传世著作《梦溪笔谈》中所述的丁渭造宫工程。
第一章 系统工程概述 系统工程
李冰父子建造都江堰
公元前256年由蜀郡太守李冰父子组织建造
通讯系统
一词
第二次世界 英、美等国的反空袭等军事 军事运筹学（Military Operations
大战期间 行动
Research），即军事系统工程
II
本世纪40年 美国研制原子弹的“曼哈顿 代 计划”
运用SE，并推动了其发展
1945年
美国空军建立兰德（RAND）曾经提出系统分析（Systems analysis）概
美国实施“阿波罗”登月计划
使用了多种SE方法，其成功极 大地提高了SE的地位
国际应用系统分析研究所（IIASA） SE的应用开始从工程领域进入到
在维也纳成立
社会经济领域，并发展到了一个
重要的新阶段
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ຫໍສະໝຸດ 第一章 系统工程概述 系统工程
第一章 系统工程概述 系统工程
教学内容
第一节 系统工程的产生、发展及应用 第二节 系统工程的研究对象 第三节 系统工程的概念与特点 第四节 系统工程的应用领域
第一章 系统工程概述 系统工程
第一节 系统工程的产生、发展及应用
一、系统思想及系统理论的产生与发展 二、系统工程的发展概况 三、系统工程在我国的发展及应用
系统工程（Systems Engineering, SE）
第一章 系统工程概述 系统工程
李冰父子建造都江堰
公元前256年由蜀郡太守李冰父子组织建造
通讯系统
一词
第二次世界 英、美等国的反空袭等军事 军事运筹学（Military Operations
大战期间 行动
Research），即军事系统工程
II
本世纪40年 美国研制原子弹的“曼哈顿 代 计划”
运用SE，并推动了其发展
1945年
美国空军建立兰德（RAND）曾经提出系统分析（Systems analysis）概
美国实施“阿波罗”登月计划
使用了多种SE方法，其成功极 大地提高了SE的地位
国际应用系统分析研究所（IIASA） SE的应用开始从工程领域进入到
在维也纳成立
社会经济领域，并发展到了一个
重要的新阶段
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ຫໍສະໝຸດ 第一章 系统工程概述 系统工程
第一章 系统工程概述 系统工程
教学内容
第一节 系统工程的产生、发展及应用 第二节 系统工程的研究对象 第三节 系统工程的概念与特点 第四节 系统工程的应用领域
第一章 系统工程概述 系统工程
第一节 系统工程的产生、发展及应用
一、系统思想及系统理论的产生与发展 二、系统工程的发展概况 三、系统工程在我国的发展及应用
系统工程（Systems Engineering, SE）
系统工程学讲义ppt第一章系统工程学概述
1.2 系统工程的发展
1.2.1 人类如何认识世界
整体论和还原论的辩证联系和统一引发了系统思维 的发展。
1.2.2 系统工程的诞生和发展
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件 重要理论与方法贡献 美国发展与研究广播 正式提出系统方法（Systems 电视 approach）的概念 美国实施彩电开发计 采用系统方法，并取得巨大 划 成功 美国Bell实验室开发 微波通讯系统 正式使用系统工程（Systems Engineering）一词
II
1945
III
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与 40年代后期到50 应用、电子计算机的出现，为SE奠定了重要 年代初期 的学科基础 1957 H.Good和 R.E.Machol发 系统工程学科形成的标 志 表第一部名为《系统工 程》的著作 美国研制北极星导弹核 潜艇的研制工程 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 1961-1972 美国实施“阿波罗”登 月计划 1951-1980 MIT发展SAGE防空系统 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 为现代SE奠定了重要的 数学基础 使用了多种SE方法，其 成功极大地提高了SE的 地位
始于1956年。 钱学森是系统科学在我国发展的先驱者。
1.2.4 系统工程的若干标志性成就
工长 程江 蓝三 图峡 水 利 枢 纽
1.2.5 系统工程学科的发展
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。
系统工作为一门软科学，日益受到人们的重视。
“物理”---“事理”---“人理”
“硬件”---“软件”---“斡件”（orgware）
第一章系统工程概论
《系统工程》主编 杜瑞成 闫秀霞
投入产业模型在国民计划经济中的应用
我国计划经济的最基本原理是有计划按比 例发展，综合平衡各部门之间按比例发展， 例发展，综合平衡各部门之间按比例发展， 系统工程把整个国民经济当作一个大系统。 系统工程把整个国民经济当作一个大系统。 分析总结出投入产出综合模型， 分析总结出投入产出综合模型，对系统中 各因子进行分析， 各因子进行分析，确定各部门的投入及生 产规模，以求最终平衡， 产规模，以求最终平衡，实现安比例发展 的目标。 的目标。
《系统工程》主编 杜瑞成 闫秀霞
1.1 系统的基本概念 1.1.1 系统的定义
（1）古今系统思想概述 ）
德谟克利特（Democritus） 德谟克利特（Democritus）的“宇宙大系统” 宇宙大系统” 德谟克利特（约前460年～前370年）出生于色斯雷的海滨城市阿 德谟克利特（约前460年 460 370年 布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、 布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许 多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。 多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对 逻辑学的发展也作出了重要的贡献。 逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然 哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、 哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、 地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多， 52种之多 地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多，遗憾的是 到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。 到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因 此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者” 此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者”。
第1章_系统工程概述
6
古代朴素的系统思想——萌芽期
系统的思想来源于人类长期的社会实践 古代天文——历法、二十四节气等 农事——《管子•地员》、《诗经•七月》 医药——《黄帝内经》 军事理论——《孙子兵法》（“经五事”，即从道、天、地、将、法5 方面来分析战争的全局） 水利工程——驰名中外的“都江堰”水利工程（三个主体工程——“鱼 嘴”、“飞沙堰”、“宝瓶口” ） 系统思想体现在我国古代和古希腊的哲学思想中 春秋末期的老子——强调自然界的统一性； 古希腊唯物主义哲学家的德谟克利特——世界是由原子组成； 亚里士多德——提出“四因”等思想。
2.控制论
• 1948年，美国数学家维纳总结了前人的经验创立。 • 控制论是研究系统调节与控制的一般规律的科学， 为了实现系统自身的稳定和功能，系统需要取得、 使用、保持及传递能量、材料和信息，需要对系统 的各部分进行组织，那么怎样组织？便是控制论所 要研究的问题。
13
控制论的3个发展过程
• 20世纪50年代末期之前为第一阶段，称为经典控制论阶段 ——经典控制论主要是研究单输入和单输出的线性控制系 统的一般规律，它建立了系统、信息、调节、控制、反馈 等控制论的基本概念和分析方法。研究重点是反馈控制， 主要应用与单机自动化。 • 20世纪50年代末期至70年代初期为第二阶段，称为现代控 制阶段——现代控制论研究的对象是多输入和多输出的非 线性控制系统，研究重点是最优控制、随机控制和自适应 控制，主要应用于机组自动化和生物系统。 • 20世纪70年代之后为第三阶段，称为大系统理论阶段—— 大系统理论的主要研究对象是众多因素复杂的控制系统（ 如宏观经济系统、资源分配系统、生态系统等等）。
教
汪应洛主编： 《系统工程》（第4版） 机械工业出版社出版社 2008年8月
第一章 系统工程概述
— 从信息论严格的科学观点来看，并非任何的消息都是信息， 而那些事先不知道其结果的消息才是信息。
第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
二、系统理论的形成与发展
q （4）信息论
§ 信息量
第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
二、系统理论的形成与发展
q （4）信息论
§ 信息量
第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
中国古代朴素的系统思想及应用
q （4）中医理论： § 我国中医理论也充分体现了系统科学的思想。
§ 古代中医理论强调了人体各器官之间的联系、生理现象与心 理现象的联系、身体状况与自然环境的联系，把人的身体结 构看作是自然界的一个组成部分，认为人体的各个器官是一 个有机的整体。
第一章 系统工程概述 本章目录
一、系统思想的产生与发展
q 什么是系统？ § 系统思想源于人类长期的社会实践。 § 我国著名科学家钱学森认为“系统即由相互作用和相 互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机 整体，而且这个‘系统’本身又是它所从属的一个更 大系
一、系统思想的产生与发展
q 1. 朴素的系统思想及其初步实践 § 在哲学上，把世界作为统一的整体 § 古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特 “宇宙大系统” 最早使用“系统”一词 § 辩证法奠基人之一 赫拉克利特 “世界是包括一切的整 体” § 亚里士多德 “整体大于部分的总和”
第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
q 所谓卦，其实是古代劳动人民通过测量太阳位置，从而知 季节、记录劳作规律的手段。
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中国古代朴素的系统思想及应用
q （2）阴阳五行说：
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二、系统理论的形成与发展
q （4）信息论
§ 信息量
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二、系统理论的形成与发展
q （4）信息论
§ 信息量
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第一章 系统工程概述 本节目录 本章目录
中国古代朴素的系统思想及应用
q （4）中医理论： § 我国中医理论也充分体现了系统科学的思想。
§ 古代中医理论强调了人体各器官之间的联系、生理现象与心 理现象的联系、身体状况与自然环境的联系，把人的身体结 构看作是自然界的一个组成部分，认为人体的各个器官是一 个有机的整体。
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一、系统思想的产生与发展
q 什么是系统？ § 系统思想源于人类长期的社会实践。 § 我国著名科学家钱学森认为“系统即由相互作用和相 互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机 整体，而且这个‘系统’本身又是它所从属的一个更 大系
一、系统思想的产生与发展
q 1. 朴素的系统思想及其初步实践 § 在哲学上，把世界作为统一的整体 § 古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特 “宇宙大系统” 最早使用“系统”一词 § 辩证法奠基人之一 赫拉克利特 “世界是包括一切的整 体” § 亚里士多德 “整体大于部分的总和”
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q 所谓卦，其实是古代劳动人民通过测量太阳位置，从而知 季节、记录劳作规律的手段。
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中国古代朴素的系统思想及应用
q （2）阴阳五行说：
第一章系统工程概述
一般为人-机系统、经济性突出等。
第一章 系统工程概述
1.2.3系统工程的研究对象及内容
(二)SE的研究内容 系统辨识技术 系统模型化技术 系统最优化技术 系统评价技术 系统预测技术 系统决策技术
第一章 系统工程概述
1.3系统工程的产生、发展及应用
（一）系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即： “不见树木，只见森林”（朴素的系统思 想）阶段—“只见树木，不见森林”阶段— “既见树木，又见森林”（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。
□ 将可靠性、维修性、安全性、生存性、人素工 程和其它有关因素综合到整个工程工作之中，以 满足费用、进度、保障性和技术性能指标。”
22
装备系统工程
及时第地一部章署、系使统工用程和概保述障一个有 效的系统，并在可承受的费用条 件下满足用户的需求。
需求 约束条件
系统工程过程
综合 权衡
武器装备 系统
效进费保 能度用障
孙子 军事管理
30
第一章 系统工程概述
战国时期川西太守李冰父子主持 修建。目标：利用岷江水资源灌溉川 西平原、防洪与航运。包括三大工程 及120多项配套工程。其总体构思是 系统思想的杰出运用。两千多年来， 都江堰一直发挥着巨大的效益，是我 国最成功的水利工程。
都江堰水利工程示意 图
31
第一章 系统工程概述
1.2.1系统工程的概念
第一章 系统工程概述
（3）美国军用标准MIL - STD - 499A 定义：
“系统工程是将科学和工程技术的成就应用于：
□ 通过运用定义、综合、分析、设计、试验和评 价的反复迭代过程，将作战需求转变为一组系统 性能参数和系统技术状态的描述；
第一章 系统工程概述
1.2.3系统工程的研究对象及内容
(二)SE的研究内容 系统辨识技术 系统模型化技术 系统最优化技术 系统评价技术 系统预测技术 系统决策技术
第一章 系统工程概述
1.3系统工程的产生、发展及应用
（一）系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即： “不见树木，只见森林”（朴素的系统思 想）阶段—“只见树木，不见森林”阶段— “既见树木，又见森林”（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。
□ 将可靠性、维修性、安全性、生存性、人素工 程和其它有关因素综合到整个工程工作之中，以 满足费用、进度、保障性和技术性能指标。”
22
装备系统工程
及时第地一部章署、系使统工用程和概保述障一个有 效的系统，并在可承受的费用条 件下满足用户的需求。
需求 约束条件
系统工程过程
综合 权衡
武器装备 系统
效进费保 能度用障
孙子 军事管理
30
第一章 系统工程概述
战国时期川西太守李冰父子主持 修建。目标：利用岷江水资源灌溉川 西平原、防洪与航运。包括三大工程 及120多项配套工程。其总体构思是 系统思想的杰出运用。两千多年来， 都江堰一直发挥着巨大的效益，是我 国最成功的水利工程。
都江堰水利工程示意 图
31
第一章 系统工程概述
1.2.1系统工程的概念
第一章 系统工程概述
（3）美国军用标准MIL - STD - 499A 定义：
“系统工程是将科学和工程技术的成就应用于：
□ 通过运用定义、综合、分析、设计、试验和评 价的反复迭代过程，将作战需求转变为一组系统 性能参数和系统技术状态的描述；
第一章系统工程概述
2019/2/4
2· 外部关联
• 指系统整体及其组成部分与环境之间以一定 的数量和方式输入输出物质、能量和信息。 • • 为使系统与环境相适应，可以调节系统 内部结构，使其适应变化了的环境， 也可以创造条件改变环境，使其满足系统 发展的要求。
2019/2/4
(3)层次性
• 系统向上可逐层综合，组成一层比一层 更庞大更复杂的系统，直至整个宇宙，系统
2019/2/4
(3)、动态系统与静态系统
• 动态系统与静态系统 这是按系统与时间 的关系来划分的。动态系统的状态随时间 而变化，静态系统的状态不随时间而变化。
•
客观系统总是处于发展变化之中，没有 绝对静止的系统。静态系统是动态系统在 其一时刻或某一时段的描述。反映某个时 刻系统所处的状态、所具有的结构和功能。
• 螺丝钉与汽车。
2019/2/4
(1)整体性
子系统 系统元素
• 构成系统的相对独立的部分称为子系统， 系统不可再分的最小单元称为系统元素。 • 系统可由若干个从属于它的子系统构成， • 而它本身又是一个更大系统的子系统。
2019/2/4
(2)关联性
• 1· 内部关联
• 指系统组成部分与系统整体之间的关系和系统 各组成部分之间的相互关系。 • 系统各组成部分以一定形式相互联系，并满足 一定的数量关系，形成一定的内部结构，从而 使系统呈现出相应的特性。金刚石和石墨. • 总之，系统组成元素的数量匹配协调，联 系形式合理，排列组合有序，系统内部结构就 好，系统整体功能就强；反之，系统内部结构 就不好，系统整体功能就差。
• • 白色系统、灰色系统和黑色系统 这是按人类对所研究系统的信息量的掌 握程度来划分的。 • 信息完全确知的系统，称白色系统； • 系统的信息为未知的系统成为黑色系统； • 介于两者之间称灰色系统。
第一章 系统工程概论
第二，系统中的各元素相互间具有联系，彼 此独立的各元素不能称其为系统；
第三，系统是一个有机整体； 第四，系统具有某种特定的功能。
2020/2/3
1155
第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念 系统的数学模型表示如下：
S (E,R)
（1-1）
式中： S ——代表系统； E ——代表系统中各元素的集合； R ——代表系统中各元素之间的关系集。
3.系统的结构
（1）框架结构与运行结构
当系统处于尚未运行或停止运行的状态时 各元素之间的基本联接方式，称为系统的框架 结构。
系统处于运行过程中相互依存、相互支持、 相互制约的方式，称为系统的运行结构。
（2）空间结构与时间结构
2020/2/3
2211
第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
3.系统的结构 （2）空间结构与时间结构
3.系统的结构
系统的结构是指构成系统的元素及元素间关联方 式的总和。在系统元素不变的情况下，往往把元素间 的关联方式就称为结构。
系统的结构方式无穷无尽，目前尚无完备的结构分 类方法。一般情况下，应注意从以下两方面对系统作 结构分类。
2020/2/3
2200
第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
2020/2/3
3300
第二节 系统工程概述
二、系统工程的概念和特点
1. 系统工程定义
（1）1975年美国科学技术辞典注释 系统工程是 研究许多密切联系的元素所组成的复杂系统设计的科 学。
（2）1977年日本学者三浦武雄指出 系统工程 与其它工程学的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。
第三，系统是一个有机整体； 第四，系统具有某种特定的功能。
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1155
第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念 系统的数学模型表示如下：
S (E,R)
（1-1）
式中： S ——代表系统； E ——代表系统中各元素的集合； R ——代表系统中各元素之间的关系集。
3.系统的结构
（1）框架结构与运行结构
当系统处于尚未运行或停止运行的状态时 各元素之间的基本联接方式，称为系统的框架 结构。
系统处于运行过程中相互依存、相互支持、 相互制约的方式，称为系统的运行结构。
（2）空间结构与时间结构
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2211
第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
3.系统的结构 （2）空间结构与时间结构
3.系统的结构
系统的结构是指构成系统的元素及元素间关联方 式的总和。在系统元素不变的情况下，往往把元素间 的关联方式就称为结构。
系统的结构方式无穷无尽，目前尚无完备的结构分 类方法。一般情况下，应注意从以下两方面对系统作 结构分类。
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第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
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第二节 系统工程概述
二、系统工程的概念和特点
1. 系统工程定义
（1）1975年美国科学技术辞典注释 系统工程是 研究许多密切联系的元素所组成的复杂系统设计的科 学。
（2）1977年日本学者三浦武雄指出 系统工程 与其它工程学的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。
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4
参考资料
1. 吴祈宗. 系统工程. 北京：北京理工大学出版社，2011年
2. 梁迪(主编). 统工程. 北京：机械工业出版社，2005
3 3. 汪应洛(主编) ). 系统工程. 北京：机械工业出版社，2003 4. 《运筹学》教材编写组编，运筹学[M] （修订版），北京： 清华大学出版社，1996 5 5. 杨家本(主编) ). 系统工程概论. 武汉：武汉理工大学出版社，
系统工程概论
Basics of Systems Engineering
2013‐11‐21
1
内容简介
系统工程(SE)： 探讨系统对象共性问题的通用理论及技术、20世纪中兴起 定性定量方法相结合建立系统的数学模型，并优化求解 运用系统思想和方法解决大型复杂系统问题，实现总体最优 对系统进行科学预测和决策，为决策者提供技术经济最优方案 适用领域广泛：各类工程领域、经济和社会及军事领域等
2013‐11‐21 16
系统工程
Systems Engineering (Discipline —认识客观世界的角度) Systems Engineering is an engineering discipline whose responsibility is creating and executing an interdisciplinary process to ensure that the customer and stakeholder's needs are satisfied in a high quality, trustworthy, cost efficient and schedule compliant manner throughout a system's entire life cycle. This process is usually comprised of the following seven tasks: State the problem, Investigate alternatives, Model the system, Integrate, Launch the system, Assess performance, and Re‐evaluate. These functions can be summarized with the acronym SIMILAR: State, Investigate, Model, I ntegrate, Launch, Assess and Re‐evaluate. This Systems Engineering Process is shown in Figure 1. It is important to note that the Systems Engineering Process is not sequential. The functions are performed in a parallel and iterative manner.20Fra bibliotek3‐11‐21
14
系统
Definition of a system
A system is a construct or collection of different elements that together produce results not obtainable by the elements alone. The elements, or parts, can include people, hardware, software, facilities, policies, and documents; that is, all things required to produce systems‐level results. The results include system level qualities, properties, characteristics, functions, behavior and performance. The value added by the system as a whole, beyond that contributed independently by the parts, is primarily created by the relationship among the parts; that is, how they are interconnected.
2013‐11‐21 15
系统工程
Systems Engineering (Approach—改造客观世界的角度)
Systems Engineering is an interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems. It focuses on defining customer needs and required functionality early in the development cycle, documenting requirements, then proceeding with design synthesis and system validation while considering the complete problem. Systems Engineering integrates all the disciplines and specialty groups into a team effort forming a structured development process that proceeds from concept to production to operation. Systems Engineering considers both the business and the technical needs of all customers with the goal of providing a quality product that meets the user needs.
• (4) 自我简介:研究兴趣、联系方式
2013‐11‐21
6
第一章 系统工程概述
• 1.1 系统工程的典型实例 • 1.2 系统工程的产生与发展 • 1.3 系统及系统工程的定义 • 1.4 系统工程的地位和作用 • 1.5 系统工程的应用领域
2013‐11‐21 7
1 1.1 1 系统工程的典型实例
决策和评价等，为复杂系统问题提供技术可行、经济最 优的解决方案。 (如最优控制)
2013‐11‐21
18
1 1.2 2 系统工程的产生与发展
系统工程来源于千百年来人们的生产实践，是由点滴经验的 总结形成的。 在中国，早在2600多年前就有了《周易》，其后，孔子所作 的《易传》，老子创始的道家，庄子的《天运》，还有《孙 子兵法》、《黄帝内经》、《易经》等都试图对自然的演化、 社会的发展作出统一解释(即提练共性方法)，他们把世界看成 是一个由基本要素组成的、动态演化的、多层次的系统整体， 主张从整体角度把握大世界。 在西方，大体也同样的久远，古希腊泰勒斯（Thales）、赫拉 克利特（Herakleitos）探索组成万物的要素，德谟克利特 （Demokritos）提出构成宇宙系统要素的原子论，以及亚里 士多德（Aristoteles）的“整体大于各部分之和”更是现代系 统论的最基本思想。
2013‐11‐21 17
系统工程
系统工程(Systems engineering，SE)，是20世纪中期兴起 的一种多学科交叉方法、一门多学科交叉工程学科 是实现“从概念到产品”研发的共性方法(通用方法) 它针对系统整体全寿命周期的问题，旨在运用系统的思
想和方法，对系统的问题进行预测、建模、设计、优化、
The amazing similarities in these diverse processes suggest that there is a general process that might be closely related to human thinking. Idea
of systems engineering
2003
6. Alexis Jacguemin. Industrial Engineering. Oxford University Press,1986
2013‐11‐21 5
课时安排与考核
• (1) 授课安排：讲课30学时，复习2学时 • (2) 考试方式：开卷
• (3) 成绩：平时30%(到课和作业)、考试 70%
夫运筹帷幄之中，决胜千里之外。
《史记 记·高祖本记》
2013‐11‐21 9
2013‐11‐21
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三峡水利系统
2013‐11‐21
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三峡水利系统的功能
演示….(三峡0 -- 三峡3)
三峡水利系统的功能：
1、发电：32台×70万kW，~10个大亚湾核电站、2个深圳用电 /s2006/sxfadian/ 2、防洪：防洪总库容221.5亿m3 ,防汛标准为千年一遇 3、航运：昔日险滩密布的峡江航道已成高峡平湖 /s2006/sxchuanzha/ 4、旅游：/s2006/dabashiyitu/ 5、生态：作为清洁能源，相当每年节约6000万吨燃煤、 每年减少排放二氧化碳约1 1.2 2亿吨
2013‐11‐21 12
人
简单程序
高成功率
Humans (individually, on teams, and in organizations) can follow simple processes to increase their probability of success.