ch2系统工程理论

主要思想观点：
整体性
要素和系统不可分割 系统的总体功能不等于系统各组成部分功能之和 系统整体具有不同于各组成部分的新功能
开放性
系统与环境的相互作用，进行物质、能量和信息的交换， 才是一切有机体处于其活动状态并保持其活的生命运动
从数学上证明了开放系统的稳态
动态相关性
✓ 系统处于不断发展变化之中，是时间的函数 ✓ 动态性取决于系统的相关性
控制论的基本含义是：现代的自动机器和人都是 由感觉装置(器官)、动作装置(器官)、传递信息 的系统(神经系统)所组成的一种系统。自动机器 和人都是在接收、处理、传递和存贮信息，并利
用信息去完成动作，实现与外界的联系。在系统 工作中，反馈控制给定控制信号使动作装置(器官) 动作。动作结果由感觉装置(器官)检测出来，并 反馈回去与给定信号相比较。如果比较有偏差， 偏差信号会继续控制动作装置(器官)动作，直到 偏差信号消失为止。
产生过程：
早在1924年至1927年贝塔朗菲就多次发表文章，主张把有 机体当作系统来考察，认为生物学的主要任务就是发现生 物系统中不同层次的组织原则。
1932年和1934年，他先后发表了《理论生物学》和《现代 发展理论》两部著作，阐明了系统的整体性原则，主张用 数学和模型方法研究生物现象，提出了机体系统论的思想。
控制论的发展
经典控制理论：单因素，重点是反馈控制 现代控制理论：多因素，重点是最优控制 大系统控制理论：大系统，重点是多级递阶控制
控制论的基本概念
控制论对系统工程方法论的启示
• 黑箱-灰箱-白箱法
黑箱 一无所知 灰箱 略知一二
1937年，贝塔朗菲在美国芝加哥大学哲学讨论会上，首次 提出了一般系统概念。
1945年，他在《德国哲学周刊》上发表了《关于一般系统 论》。但遗憾的是，这篇重要论文几乎不被人所知。
1948年在美国再次讲授“一般系统论”时，才得到学术界的 重视。
1968年贝塔朗菲发表的专著《一般系统理论基础、发展和 应用》，确立了该学科的学术地位 。
层次等级性
有序性
✓ 结构有序性 ✓ 发展有序性
贝塔朗菲对系统论的贡献：
划分了开放系统和封闭系统，明确提出了 开放系统必须不断与外界进行物质与能量 的交换，并同时调整其内部结构以达到动 态平衡。
创立了一般系统论，并指出一般系统论是 研究“整体”的科学。
指出:“系统思想即使不能用数学表述， 也仍然保持其价值。”
马
技
工
克
百度文库自然科学
思
术
程
主 义
数学
科
技
哲
学
社会科学
学
术
图2-1现代科学技术体系
系统工程的科学体系
在此基础上他又进一步提出了一个系统科 学的体系结构。认为系统科学是由系统工 程这类工程技术，系统工程的理论方法 （像运筹学、大系统理论等）这一类技术 科学（统称为系统学），以及它们的理论 基础和哲学层面的科学所组成的一类新兴 科学。如图2-2所示。
第二章 系统工程理论
宗宪亮 天津科大工业工程
内容
系统工程的科学体系 “旧三论”+运筹学 “新三论” 系统工程理论的新发展
系统工程的科学体系
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，然后 是直接为工程技术提供理论基础的技术科 学这一层次，再就是基础科学这一层次， 最后通过进一步综合、提炼达到最高概括 的马克思主义哲学。如图2-1所示。
系统工程的理论基础
“旧三论”
✓ 一般系统论 ✓ 控制论 ✓ 信息论
贝塔朗菲 L.Von.Bertalanffy 维纳 Norbert Wiener 香农 Claude Elwood Shannon (01)
一般系统论
贝塔朗菲认为，在各种不同 的系统中，会存在某种相似 性或同构性。一般系统论的 任务是要找到不同系统，不 同学科之间的共同语言和术 语。一般系统论可以理解为 关于任意系统研究的一种一 般的理论与方法论。
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
基础科学 物理学
其它技术科学
生物学
马
克
思
系
主 义
（系统观）
统
哲
系统科学
学
学
各
运筹学
门
系
巨系统 控 制 统
理论
论
工
信息论
程
哲学
人体科学
思维科学
基础科学
技术科学
图2-2 系统科学的体系
工程技术
系统学主要研究系统的普遍属性和运动规律，研 究系统演化、转化、协同和控制的一般规律，研 究系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的关 系、有序、无序状态的形成规律以及系统仿真的 基本原理等，随着科学的发展，它的内容也不断 在丰富。由于其尚属于起步阶段，还不够成熟， 因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较 大差异。系统工程是从实践中产生的，它用系统 的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，是一门交叉学科。系统工程是 系统科学的应用部分，是系统科学中与社会经济 决策和工程管理关系最密切的一部分。
对系统方法论及系统方法的启示
以系统的观点看整个世界，不能片面、孤立地看问题 以思辨原则代替实验原则，不能机械地看问题，尤其是在
处理复杂、有机程度高的系统时 以整体论代替还原论 启示我们以目的论代替因果轮
控制论
1947年由美国人维纳（Norbert Wiener）创立的控制论 （Cybernetics）是一门研究系统的控制的学科。维纳于 1948年出版了《控制论》一书，他对控制论的定义是： “关于动物和机器中控制和通信的科学。” （1964年在 瑞典斯德哥尔摩因心脏病发作去世 ）
“工程”系统工程
工程的观念是在人们处理自然、改造自然的社会 生产过程中所形成的工程方法论，传统的工程观 念是指生产技术的实践而言，而且以硬件为目标 与对象，如机械工程、电气工程、铁路工程、水 利工程等。系统工程将这一观念和方法应用于社 会系统中，其所处理的对象不仅包含传统工程观 念中的自然对象（即硬件），而是在传统的工程 观念的基础上增添了新的内容，也即以软件为目 标与对象。实际上，系统工程所讨论的工程是泛 指一切有人参与的、以改变系统某一特征为目标 的，从命题到出成果的工作过程。系统工程使得 人们能够以工程的观念和系统理论研究和解决各 种复杂系统问题。