01系统工程-吴祈宗第1章

24
(3). 系统工程的特点 研究思路的整体化：系统工程强调研 究思路的整体化，就是既把所要研究 的对象看成是一个系统整体，又把研 究对象的过程看成是一个整体。 应用方法的综合化：系统工程强调综 合运用各个学科和各个技术领域内所 获得的成就和方法，使得各种方法相 互配合，达到系统整体最优化。
25
组织管理上的科学化、现代化：系统工程 研究思路的整体化要求管理上的科学化， 其应用方法综合化要求管理上的现代化。 管理科学化是要按科学规律办事，包 括对管理、组织结构、体制和人员配备分 析，工作环境布局、程序步骤组织，以及 工程进度计划与控制等问题的研究。 管理现代化是指符合事物发展的客观 规律，符合自己国家需要，使用有效的最 新管理理论、思想、组织和方法手段，促 进生产力的发展和生产关系的改善。
5
(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形成 最早是八卦与周易 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 《黄帝内经》“天人相应” 《孙子兵法》 李冰父子建造都江堰
6
1.1.2 系统的定义
现实世界中的一切事物都可以被看 作系统，即系统是一切事物的存在 方式之一，因而可以用系统思想来 考察、描述和分析事物。在自然界 和人类社会中普遍存在着各种各样 的系统。 对系统的定义有不同的描述：
29
在我国，1956年中科院数学所成立运 筹学研究室；1965年华罗庚推广统筹法、 优选法等系统工程方法；1978年钱学森发 表《一门组织管理的技术——系统工程》； 1979年在北京召开了“全国第一次系统工 程学术会议”；1980年10月成立中科院系 统科学研究所；1980年11月中国系统工程 学会成立；创办了一系列系统工程刊物； 设立系统工程系、专业、课程，招收本科 生、硕士生和博士生。
33
(2)．系统的基础科学——系统学 在一般系统论、耗散结构、协同 学等广泛学科成就之上，研究一般系 统的基本概念、基本性质以及系统进 化的一般规律，其中包括研究一般系 统的基本概念和性质的系统概念论； 研究适用于各种具体系统的一般演化 模式和规律的系统进化论；运用数学 语言和严格演绎方法所建立的系统数 学。
13
(2)．集合性 指由两个或两个以上的可以互相区别的 对象（元素）所组成的系统，类似一个 集合。 (3)．相关性 组成系统集合的元素是相互联系、相互 作用的； 元素的特性、数量及相关方式不同，将 构成不同的系统特性和效应； 相关性说明元素之间的特定关系，以及 它们之间的演变规律。
14
(4). 层次性 根据系统所含元素的数量及元素相互 作用的结构关系，可以将系统分解为 一系列的子系统并形成一定的层次结 构； 复杂系统必需按层次方式由高到低逐 级进行分解或由低到高逐级进行整合； 在系统层次结构中表述不同层次子系 统之间的从属关系或相互作用的关系。
系统周界 S1，S2，S3，S4——系统部件
系统结构
10
（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 表示：S＝（C，S，F，E） 其中 C: 组成要素；S: 结构； F: 功能；E: 环境.
31Hale Waihona Puke Baidu
1.2.3 系统科学的体系
现代科学技术的体系结构（钱学森） 四个层次：工程技术层次、技 术科学层次、基础科学层次、哲学。 系统科学的体系结构（钱学森）： 系统工程这类工程技术、系统工 程的理论方法、系统工程的理论基础、 哲学。
32
系统科学划分四个层次
(1)．系统哲学——系统观 系统观主要涉及：系统本体论、系统认 识论以及人和世界的关系。
19
系统工程是一门工程技术，但它与 机械工程、电子工程、水利工程等 工程学的某些性质不尽相同； 系统工程为自然科学研究提供了定 性分析方法和辩证思维方法以及深 入剖析人与环境相互关系的方法， 也在自然科学与社会科学之间架设 了一座沟通的桥梁。
20
(2).系统工程与传统工程技术的主要区别
系统工程与其他各门工程技术一样， 以改造客观世界、使其符合人类需要 为目的;都要从实际条件出发，运用 基础科学和技术科学的基本原理;都 要考虑经济因素和经济效益。 系统工程的对象、任务、方法以及从 事系统工程活动所需要的知识结构， 与传统工程技术相比，有明显区别：
7
韦氏大辞典的解释：有组织的和被组织 化了的整体；结合着的整体所形成的各 种概念和原理的综合；由有规则、相互 作用、相互依赖的诸要素形成的集合等 等。 一般系统论的创始人贝塔朗菲（奥地利） 把系统定义为：相互作用的诸要素的综 合体。 日本JIS标准的定义：许多组成要素保持 有机的秩序，向同一目的行动的体系。
8
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。 概括起来，可以把系统定义为：系 统是由相互关联、相互制约、相互 作用的若干部分（元素）组成的， 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
9
1.1.3 系统的构成及要素
系统环境 S1 S2 系统输入 S3 S4 系统输入
《系统工程》
参考教材： 吴祈宗主编. 系统工程.
北京理工大学出版社.
1
第一章 系统与系统工程
系统的概念 系统工程与系统科学
系统工程方法论 系统工程的应用
2
1.1 系统的概念
系统工程是一门新兴交叉学科 系统工程是一门实用性很强的工程技术 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
11
系统的要素 系统的功能 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.
12
1.1.4 系统的特性
(1). 整体性 系统不是元素的简单之和，而是按照 某种方式的整合，产生出整体具有而 元素或元素总和所没有的东西； 研究任何事物的单独部分不能得出有 关整体性的结论； 系统的构成元素和元素的机能，元素 的相互联系都要服从系统整体的目的 和功能。
28
(3)．系统工程的初步成熟阶段
理论和方法基本完善，得到世界性公认
1965年美国出版了《系统工程手册》； 1972年美国“阿波罗”登月计划成功，该计 划采用了计划评审技术(PERT)、图解评审技 术(GERT)等一系列系统工程方法；世界各国 广泛研究、应用系统工程；前苏联、日本、 北欧、墨西哥、韩国等在系统工程方面取得 成效。1972年“国际应用系统分析研究所” 在维也纳成立。
27
(2)．系统工程的发展阶段：系统工程被 自觉运用，开始成为一门独立的学科
1957年，美国密执安大学的古德(H.Gonde) 和麦克霍尔(R．Machol)的专著《系统工程》 问世；1958年计划评审技术(PERT)产生； 1962年美国国防部长麦克纳马拉提出规划、 计划、预算系统(PPBs)，大力推行系统工程； 1963年美国亚利桑那大学设立系统工程系， 另一些大学也开设了有关专业或课程。同时， 还举行系统工程年会，出版系统工程刊物。
34
(3)．系统的方法科学——技术科学
系统的方法科学是根据系 统科学的基本概念和基本原理
研究系统方法的理论。其大致
包括信息论、控制论、大系统
理论、运筹理论、经济系统理 论等。
35
(4)．系统的应用科学——系统工程 系统的应用科学是把系统基础科 学的概念理论和系统方法科学中的理 论方法具体应用到人们的实践活动之 中，它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，这就是系统工程，它 构成了本学科的主要内容。
17
1.1.5 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；
可控系统与不可控系统； 开放系统与封闭系统；
简单系统、简单巨系统和复杂巨系 统。
18
1.2 系统工程与系统科学
1.2.1 系统工程的定义和特点 (1). 系统工程的定义 系统工程是一门新兴的交叉学科， 尚没有统一的定义。 共识：系统工程是以大规模复杂系统为 研究对象的一门交叉学科——它是从系 统的整体出发，按既定的目标合理规划、 设计、试验、建造实施、管理和控制系 统，使其达到最优的工程技术。
4
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。 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。
21
概念不同：传统工程技术的“工程”概念 是指把自然科学的原理和方法应用于实践， 可将它看成是制造“硬件”的工程；系统 工程的“工程”概念，是指不仅包含“硬 件”的设计与制造，而且还包含与设计和 制造“硬件”紧密相关的“软件” 。 对象不同：传统工程技术都是把各自特定 领域内工程物质对象作为研制对象；系统 工程则是以“系统”为研究的对象。 任务不同：传统的工程技术是用来解决某 个特定专业领域中的具体技术问题；系统 工程的任务是解决系统的全盘统筹问题。
15
(5)．目的性 系统工程研究的对象系统都具有一定 的目的性，要达到既定的目的，系统 必须具有一定的功能； 系统的目的一般用更具体的目标来体 现。比较复杂的社会经济系统一般都 具有多个目标，需要用一个指标体系 来描述系统的目的。 为了实现系统的目的，系统必须具有 控制、调节和管理的功能。
16
(6)．环境适应性 任何系统都是在一定的环境中产生， 又在一定的环境中发展； 系统与外界环境产生物质、能量和 信息交换，外界环境的变化必然会 引起系统内部的变化； 系统必须适应外部环境的变化，理 想系统必须能够经常与外界环境保 持最优适应状态。
30
(4). 系统工程发展的展望
信息化时代将推动系统工程飞跃发展。 信息系统工程将得到飞速发展； 系统工程日益向多种学科渗透、交叉发 展； 在决策过程中有许多不确定的因素要综 合考虑； 系统工程作为一门软科学日益受到人们 的重视； 许多全球性问题摆在了系统工程面前， 需要系统工程对其进行深入研究；
22
方法不同：传统工程技术所用的方法是 根据条件采用可能实现目标的方法，提 出不同方案进行设计，试制出原型，经 试验后最终达到生产和建设的目的；系 统工程在解决各种问题的过程中，采用 一整套系统方法：以系统工程观念，按 照完整的解决问题的程序，运用电子计 算机对系统进行定量分析和计算，从而 为解决复杂系统问题提供有效手段和工 具。所以，系统工程的目标是实现系统 的整体优化。
23
从事系统工程应用，不仅要有专业技 术人员，而且还应吸收社会科学工作 者和其他行业的人员参加。 系统工作人员应具备的能力：能够坚 持用系统观点和方法研究和处理问题； 知识面宽广，且有较深的专业知识； 具有丰富的想像力和创造力；善于发 现问题；；善于沟通，取得各方面的 有关人员配合与协作；掌握环境动向， 了解部门之间的信息。
3
1.1.1 系统概述 (1) 西方传统系统思想演化 公元前五、六百年，古希腊的哲学家和 科学家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。 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。
26
1.2.2 系统工程的形成和发展
(1)．系统工程的初创阶段：个别研究和简 单应用
1940年，在美国等国家的电讯工业部门中， 为完成巨大规模的复杂工程和科学研究任务， 开始使用系统观点和方法处理问题；第二次 世界大战期间，产生了运筹学，以后成为系 统工程的重要理论基础；1940年至1945年， 美国制造原子弹的“曼哈顿”计划，采用了 系统工程方法，取得成功；1948年美国兰德 公司成立，发展了系统分析方法，成为系统 工程的重要方法。