ch1-系统工程概述

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3、现代科学的系统思想
一般系统论 运筹学 控制论 信息论 系统工程 自组织理论 系统学 混沌理论 ……
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3、现代科学的系统思想
特别是19世纪能量转化、细胞学说、进 化论这三大发现，使人类对自然过程的 相互联系的认识有了质的飞跃， 为科学 系统观提供了物质基础 特点：“先见森林、后见树木”
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系统工程
（Systems Engineering, SE）
南京工业大学管理科学与工程学院 主讲：陈红艳 hongyanc3@
什么是系统工程？
系统 系统工程 系统工程的开放性、系统性 （SE，交叉学科）
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教学目标
掌握系统工程的基本概念 掌握系统工程的重要理论与方法 学会用系统工程的思想与方法思考问题与 解决问题（综合案例分析）
系统无处不在
实物：汽车、飞机、计算机、网络 组织：学校、政府、医院 工程：三峡工程、“阿波罗”登月计划 、 “神六”上天、08奥运、素质教育 自然界：银河系、太阳系、森林、海洋 生命体：人、动物
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系统的共同点：
第一，系统是由两个以上的要素组成的整体。
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。 第三，系统要素之间的联系与作用必产生一定 的功能。
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（一）系统的定义
综上所述： 系统（system）是由两个以上相互联系 （relationship）的 要素（element）组成， 且具有特定功能（function）、结构 （structure）和环境（environment）的整 体（integer）。 —— 钱学森
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（二）系统的特性
系统的特性主要表现为系统的整体性、 相关性和环境适应性。
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1972
国际应用系统分析研究所(IIASA) 在维也纳成立
70年代 Ⅵ 80年代
系统工程的广泛应用在国际上达到高潮 系统工程在国际上稳定发展，在中国的研究与应用达到高潮 20
三、系统工程在中国的发展及应用
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、应用上的尝试和技术方法上的 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《0年 代末、80年代初开始的。
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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；
(2)我国春秋末期的思想家老子也强调 自然界的统一性。
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中国古代系统思想案例
大禹治水
田忌赛马
丁渭工程
古代朴素的系统思想的特点：
只见森林、不见树木
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2、近代西方的系统思想
15世纪下半叶，力学、天文学、物理学、化学、 生物等相继从哲学的统一体中分离出来，形成 了自然科学。
特点：只见树木、不见森林 过于具体和机械化，使得人们看问题的眼光过 于局部，从而形成了形而上学的思维方法。
第一节
系统工程的产生、发展及应用
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一、系统思想及系统理论的产生和发展
系统思想的发展经历了三个阶段， 1、“只见森林”阶段（古代朴素的系统 思想） 2、“只见树木”阶段（近代西方的系统 思想） 3、“先见森林，后见树木”阶段（现代 科学的系统思想）。 。
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1、古代朴素的系统思想
在哲学上，这种朴素的系统思想表现在把自然 界当作一个统一的整体。 如: (1)古希腊辩证法的奠基人之一赫拉克 利特（约公元前460—370年）就说过：“世界 是包括一切的整体”。亚里士多德还提出了 “整体大于它的各部分总和”的论点。
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二、系统工程的发展概况：
阶 段 Ⅰ 1930 1940 美国发展与研究广播电视系 统 美国实施彩电开发计划 美国Bell电话公司开发微波 通讯系统 Ⅱ 第二次世界大 战期间 20世纪40年代 1945 英、美等国的反空袭等军事 行动 美国研制原子弹的“曼哈顿 计划” 美国空军建立研究与开发 (RAND)机构，此即兰德 (RAND)公司的前身 正式提出系统方法(systems approach)的概念 采用系统方法，并取得巨大成 功 正式使用系统工程(Systems Engineering)一词 产生军事运筹学(Military Operational Research)， 也即军事系统工程 运用系统工程，并推动了其发 展 提出系统分析(Systems Analysis)概念，强调了其 重要性。
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第二节 系统工程的研究对象
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。
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二、 系统的概念及特点
系统的定义？
人体就是一个系统，人体系统是由神经、呼吸、消
化、循环、运动、生殖这些子系统构成的；
地球也是一个系统，地球系统是由植物、动物、微生
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（二）系统的特性
整体性（integrative）：要素的不可分割性 相关性（relative）：要素之间存在联系 适应性（adaptable）：适应环境的变化
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⒈ 整体性

用公式表示即：
F ＞ ∑Fi （亚里士多德）
式中：F是系统的整体功能； Fi是系统第i个要素的功能（ i = 1，2，3， …， n ）。
---- 三个臭皮匠，抵第一个诸葛亮： ---- “一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。


因此，为了提高系统的整体功能，增强系统的整体效应，必 须做到： 1、一切从整体出发。 2、各要素的结合要保持合理，注意从提高整体功能的角度 去提高和协调要素的功能。
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⒉ 相关性
相关性：各要素是相互联系、相互作用、相互依 存、又相互制约的。系统中每个要素的存在都依赖于 其它要素的存在，系统中任一要素的变化都将引起其 它要素的变化乃至整个系统的变化。 例：交通管制系统，交通网、运输工具、信号控 制等要素在这个系统中是相互关联的，通过它们之间 的协调关系，使交通网上的运输工具有条不紊地运行。 如果各个要素各自为政，那么它们就不能组成相互协 调的系统，势必会造成交通的紊乱。 因此，必须努力建立起系统各要素之间的合理关系， 以消除相互间的盲目联系和无效行动。
物、非微生物这些子系统构成的；
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；
一部机器是一个机器系统；
一个国家、整个社会也都构成了一个系统。
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例：汽车系统
发动机系统： 汽缸-活塞、曲轴-飞轮、配气机构(二→四冲程、二 →四气门)；燃油供给系统：化油器→电喷装置、油 箱、油泵、过滤器； 润滑系统、冷却系统。 电气系统：电源系统(蓄电池、发电机-调节器)、启 动装置、点火系、空调系(制冷、暖气)、灯光-仪表信号。 底盘系统：传动系(离合器-变速器、前-后-四驱)、转 向系、行驶系(车轮-悬架)、制动系。 安全系统：ABS、安全气囊、安全带、防盗器、车门 27 -电源锁。
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年代（份）
重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
Ⅲ
40年代后斯到50 年代初期 1957
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现， 为系统工程奠定了重要的学科基础。 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
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。
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系统整体功能大于其组成要素功能的 总和，这不仅是在量的方面，更着重于 质的方面。
例如：一些零部件只有组装成一台机 器，组成一个机器系统，才能充分发挥 其功能，而单独的一个零件、一个螺丝 钉是没有机器的属性，是不具备机器的 功能的。
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是否多个要素凑在一起，其功能都一定大于部分功能之和呢？
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90年代以来，系统工程在与一下几方面的结合已具 有初步结果和强劲势头： 企业发展结合 转型时期我国改革发展的重大现实问题
（综合配套改革、和谐社会建设、自主创新、资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保 障、应急问题等）
管理科学、经济科学、工程科学等各种前沿问题的 落实科学发展 社会信息化变革。 重大投资与大型项目管理 思维科学与生命科学

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3 .环境适应性
环境的变化对系统的变化有很大的影响，同时，系统 的作用也会引起环境的变化。两者相互影响作用的结 果，就有可能使系统改变或失去原有的功能。 --------必须不断地与外部环境产生物质的、能量的和 信息的交换，才能适应外部环境的变化。 例如：一个港口，如果能够经常了解同类港口和 有关行业的动向，了解国家、用户和外贸的客货运要 求，了解港口所处地区的工农业的发展状况、生产力 的布局、产品的结构等等外部环境信息，并且能够根 据这些外部信息及时调整港口的战略决策，那么，这 个港口系统就有很好的环境适应性，就是一个理想的 系统。否则，就是一个没有生命力的系统，就不能很 好地完成系统的目的。
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。