系统工程概述(系统工程-西安交大袁治平)
1 第一章 系统与系统工程(1)
系统工程的发展
军事方面： 公元前500年的春秋时期，孙武”孙子兵 法“13篇，指出战争中的战略和策略问 题，并依次来筹划战争的对策，取得胜 利．”以我之长,攻敌之短” 孙膑：齐王与田忌赛马
整体:统一体,总体. 要素:部分,元素,局部 一台计算机； 一个所学校； 一个企业;一个研究项目(三峡工程)； 一张中药方；一套制度
一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定 义为“相互作用的诸要素的综合体”。 美国著名学者阿柯夫认为“系统是由两 个或两个以上相互作用的任何种类的要 素所构成的集合”。 系统的核心和实质 联系思想和整体思想
在长期实践教学过程中，我校的运筹学 得到了长足发展。1983年，运筹学从数学系 独立出来，成立了运筹学研究所，标志着我校 的运筹学研究进入一个新的阶段。之后，在运 筹学研究所的基础上，新上了三个本科专业， 组建了运筹与管理学院。我校运筹学是山东省 “六五”、“七五”重点专业，运筹学与控制 论是山东省“八五”、“九五”、“十五”重 点学科。
直到15世纪下半叶，近代科学开始兴起， 近代科学发展了研究自然界的分析方法， 包括实验和观察方法，把自然界的细节 从自然界中抽出来，分门别类进行研究.
系统概念的产生和发展
19世纪上半叶，自然科学取得了巨大的成就， 特别是能量转换和细胞的发展和进化论的建立， 使人类对自然过程的相互联系的认识有了很大 的提高，系统概念得到了进一步的发展 马克思，恩格斯的辩证唯物主义认为，物质世 界是由相互联系、相互依赖、相互制约、相互 作用的事物和过程形成的统一整体。这也是系 统概念的实质。
五六十年代，将运筹学应用于公社农业 生产，编辑《公社数学》教材，受到毛 泽东主席的关注；七十年代，开展了在 水利系统的应用研究，科研成果被推广 实施到滕县岩马及淄博太和等多个水库 ，效果显著，中科院教授越民义、顾基 发、桂湘云等在日本国际学术会议上把 成果进行介绍，产生了较大的影响；
系统工程概述
系统工程概述一、系统与系统工程理论系统是由两个以上有机联系，相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。
它具有整体性，关联性，和环境适应性等基本属性，除此以外，很多系统还具有目的性，层次性等特征。
系统有自然系统与人造系统，实体系统与概念系统，动态系统和静态系统，封闭系统与开放系统之分。
用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工程实践，统称为系统工程。
系统工程是从整体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。
系统工程的研究对象是大规模复杂系统。
其复杂性主要表现在：1、系统的功能和属性多样，由此而带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系；2、系统通常由多维且不同质的要素构成；3、一般为人机系统，而人及其组织或群体表现出固有的复杂性；四、由要素间相互作用关系所形成的系统结构日益复杂化和动态化。
大规模复杂系统还具有规模庞大及经济性突出等特点。
系统工程的应用领域十分广阔，已广泛应用于社会、经济、区域规划、环境生态、能源、资源、交通运输、农业、教育、人口、军事等诸多领域。
系统工程有三大理论基础和工具，即系统论，信息论和控制论，简称“三论”。
控制论是由美国人维纳创立的一门研究系统控制的学科。
其观念是通过一系列有目的的行为及反馈是系统受到控制。
控制论研究的重点是带有反馈回路的闭环控制系统，并不是任意的控制系统。
反馈有两类：正反馈和负反馈。
如果输出反馈回来放大了输入变化导致的偏差，这就是正反馈；如果输出反馈回来弱化了输入变化导致的偏差，这就是负反馈。
系统的结构是指要素在系统范围内的秩序，亦即要素之间的相互联系，相互作用的内在方式。
任何系统都具有一定的结构，系统结构的特点是：1、层次性是系统结构较为普遍的形式；2、结构具有相对性；3、各层次都有其自身的最佳规模；四、结构具有稳定性；五、结构具有动态性和开放性。
西安交大系统工程课件1
阶段
年代（份） 1930
重大工程实践或事 重要理论与方法贡献 件 美国发展与研究广 正式提出系统方法（Systems 播电视 approach）的概念 美国实施彩电开发 采用系统方法，并取得巨大成 计划 功 美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 开发微波通讯系统 Engineering）一词 英、美等国的反空 产生军事运筹学（Military 袭等军事行动 Operations Research）,也即 军事系统工程
I 1940
II
第二次世界 大战期间
本世纪40年 代 II 1945 40年代后期 到50年代初 期
美国研制原子弹的 运用SE，并推动了其发展（1万 “曼哈顿计划” 5千人，运用系统工程的方法） 美国空军建立兰德 曾经提出系统分析（Systems （RAND）公司 analysis）概念，强调了其重 要性 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SE奠定了重要的学科基础
美国H.切斯纳
系统工程则是按照各个目标进行权衡， 全面求得最优解（或满意解）的方法，并 使各个组成部分能够最大限度地互相适应。
日本学者三浦武雄
跨学科，因为系统工程的目的是研究 系统，而系统不仅涉及到工程学的领域， 还涉及到社会、经济和政治等领域，为了 圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要 某些纵向的专门技术以外，还要由一种技 术从横向把他们组织起来，这种横向技术 就是系统工程。
(5) 交通运输系统工程 研究铁路、公路、航运、航空综合运 输规划及其发展战略，铁路运输规划， 铁路调度系统，公路运输规划，公路运 输调度系统，航运规划，航运调度系统， 空运规划，空运调度系统，综合运输规 划，综合运输优化模型，综合运输效益 分析。
第1章系统工程概述
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。
系统工程概括
x3+y3+ax+by+cxy
x3-xy2+ax+by+cx2+cy2
抛物型
2
4
x2y+y4+ax+by+cx2+dy2
1.4 系统工程理论基础★
• 运筹学、一般系统论、控制论、信息论、耗 散结构理论、协同学及突变论等是系统理论 的重要内容和SE的理论基础。 • 一般系统论、控制论、信息论称为老三论。 • 耗散结构理论、协同学及突变论称为新三论。 • 后期出现的还有分形理论、混沌学和超循环 理论等。 • 目前最前沿的理论是超弦理论和日本IHM研究 所的江本胜博士的水结晶实验的波动理论。
一般系统论
1.存在着适合于一般系统或子系统的模式、原则 和规律，而不论其具体种类、组成部分的性质 和它们之间的关系或“力”的情况如何。 2.一般系统论的基本观点 (1)系统观点 (2)动态观点 (3)等级观点
二.控制论
1.控制论:为实现系统自身的稳定和功能,系 统需要取得、使用、保持和传递能量、 材料和信息，也需要对系统的各个构成 部分进行组织。 2.控制论具体内容 (1)最优控制论
E 涨落 在所有的宏观运动中都存在一定的与宏观轨迹 的偏离，比如，火车运行中的颠簸；室内温度在 任何瞬间都存在不停的跳动；人的大脑中总是不 停的出现各种偏离正常思维的想象等等。在耗散 结构理论中，这种微小的偏差就叫做涨落。
F 耦合 耦合是指复杂系统中在开放条件下，很多复 杂因素共同加强或削弱某一因素的行为就叫 “耦合”。如：“墙倒众人推”，“成功一 勃焉，失败一忽焉”就是一种耦合现象。复 杂系统的结构更迭就是因为开放系统具有 “耦合”功能，它可以共同加强微小涨落， 最后使之成长为“巨涨落”，从而“改朝换 代”形成新的结构。
系统工程研究与应用
系统工程研究与应用一、系统工程概述系统工程是一种综合性的工程学科，其目的是设计、建造和维护复杂的工程系统。
它涉及多个学科领域如物理学、数学、计算机科学、管理学等，综合运用工程学原理和技术，在整体上进行系统设计、建模、管理和优化，以满足用户的需求。
常见的系统有航天飞机系统、汽车行驶控制系统、工厂生产线系统等。
二、系统工程的基本原理1.整体思维：系统工程强调整体思维，要以整个系统为一个整体来进行设计和管理，关注系统的相互关系、交互作用、影响和反馈。
这样才能提高系统的可靠性、可操作性和可维护性。
2.阶段性原则：系统工程按照一定的阶段顺序来完成设计和开发工作。
具体来说，包括系统需求分析、系统设计、模型构建、系统测试、运行维护等阶段。
3.综合性原则：系统工程是一种综合性的工程学科，要求系统工程师掌握多个学科领域的知识技能。
不仅要精通自己所属领域，还要了解其他领域的知识，才能做好系统的设计和管理。
三、系统工程的实践应用1.航空航天领域：航空航天系统是一个复杂的系统工程，需要应用系统工程的理论和方法进行设计和开发。
例如，宇航员的空间服系统、卫星的轨道控制和姿态控制系统、飞机的飞行控制系统等都是系统工程的典型应用。
2.自动化制造领域：自动化制造系统也是一个重要的系统工程领域，涉及到生产线的自动化控制和管理、机器人的自动化操作和控制、物料输送输送系统的设计等。
应用系统工程的方法可以提高生产效率、降低成本和提高产品质量。
3.能源与环保领域：也是一个系统工程应用的领域。
例如，核电站、风力发电站、太阳能电站等的系统化设计和管理都需要使用系统工程的方法。
此外，还有环境监测与控制系统、废气处理系统、垃圾处理系统等。
四、系统工程发展趋势1.智能化：随着人工智能技术的发展，系统工程也将向着智能化方向发展。
未来的系统工程将应用更多的人工智能技术，例如，机器学习、深度学习、数据挖掘等，来提高系统的智能化程度。
2.网络化：未来的系统工程将更加注重网络化设计和管理。
西安交大系统工程课件2
系统工程（Systems Engineering, SE）—现代管理的系统思维与系统分析方法西安交通大学管理学院袁治平第二章系统工程理论第一节：系统科学的学科体系第二节：系统工程的理论基础第三节：系统工程理论的新发展第四节：系统工程模型技术的新进展第二章系统工程理论第一节系统科学的学科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。
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。
马克思主义哲学自然科学数学社会科学工程技术技术科学图2-1现代科学技术体系马克思主义哲学社会科学数学科学数学突变论自然科学基础科学物理学生物学其它技术科学系统学运筹学巨系统理论控制论信息论各门系统工程自动化技术通信技术（系统观）系统科学人体科学思维科学哲学基础科学技术科学工程技术图2-2 系统科学的体系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，它是一门交叉学科。
系统工程是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的综合最优化。
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、
信
息
资金 回收
图 1—1 工业企业生产经营活动过程示意图
第三节 系统工程
一、系统工程研究对象 二、系统工程定义 三、系统工程基本思想
全局观点 总体最优观点 实践性观点 综合性观点 定量定性相结合观点 问题导向与反馈控制
四、系统工程与传统工程的区别
系统工程采用先决定整体框架，后进入详细内部设 计 的程序；
（杀手），需给予足够的重视；
四、课程骨架及特点
三大块：
基本概念与思想 基本方法与模型（典型方法与模型） 评价与决策；
系统工程不系统； 系统工程之我见；
五、参考书目
参考书目：
汪应洛，系统工程 机械工业出版社，第三 版， 2003 ；
安德鲁， P 塞奇，胡保生等译，系统工程导论 ，西安交通大学出版社， 2006 ；
二、学习内容的安排
系统工程概论 系统工程方法论 结构模型和解释结构模型
状态空间模型 仿真模型及系统动力学方法
系统评价 管理决策及冲突分析
三、如何学好系统工程
注意培养系统思想（尤其独特的思想）； 注意综合应用所学的知识，综合就是创造
，发明创造很有限； 实践性较强，注意主动联系实际； 计算机与系统工程； SE 与 OR 被公认为管理学院最硬的两门课
系统工程试图通过将构成事物的要素的秩序加以适当 的配置来提高整体的功能，主张可采用不太可靠的元 素构成高可靠性的系统。其核心思想是综合就是创造。 传统工程则坚持发明创造。
系统工程是软科学。
软科学特征：人（决策者，分析者）的重要作用 多次反馈，反复协商 信息的作用
五、系统工程发展史（教材 P3 ） 六、系统工程的应用（教材 P6 ） 七、系统工程理论基础（教材 P2-3 ）
系统工程基础概述
一般系统论
1969年，比利时著名学者I.普利高津提出了“耗散结构（Dissipative Structure）理论”，认为一个开放的系统在远离平衡态的情况下，通过不断地与外界交换能量、物质和信息，当发生某些特殊事物耦合，达到一定的阈值时，就会突然出现以新的方式组织起来，产生新的质变，从原来混沌无序的混乱状态，转变为在时空上或功能上的稳定的有序状态。
系统工程
系统工程(Systems Engineering)是系统科学的一个分支，实际是系统科学的实际应用。 系统工程是以大型复杂系统为研究对象，应用定量分析和定性分析相结合的方法以及计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换、反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而实现系统整体目标的最优化。它既是一个技术过程又是一个管理过程。
航天英雄---杨立伟 航天事业----庞大的系统工程 需要几代人、多少年的努力 千千万万的幕后英雄
发展趋势
STEP 03
STEP 01
STEPห้องสมุดไป่ตู้02
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。
系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。
系统工程的应用领域日益广泛，推动了系统工程理论和方法不断深化发展。
20世纪中总体发展情况
40年代是现代系统工程的起点； 50年代，系统工程方法全面形成； 60年代之后，系统工程方法取得突破； 70年代之后，系统工程应用范围不断扩大，由工程系统工程发展到复杂系统工程，特别是复杂巨系统工程； 70年代中后期，软系统思想出现，并创造出一些面向更复杂系统的方法。
阿波罗登月计划
农业系统工程
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系统工程(Systems Engineering, SE) —现代管理的系统思维与系统分析方法
系统工程（Systems Engineering, SE）—现代管理的系统思维与系统分析方法西安交通大学管理学院袁治平第七章决策分析方法第一节：管理决策概述第二节：风险型决策分析第三节：冲突分析第七章决策分析方法第一节管理决策概述一、基本概念决策是管理的重要职能，它是决策者对系统方案所做决定的过程和结果，决策是决策者的行为和职责。
按照H.A.西蒙(H.A.Simon)的观点，“管理就是决策”。
因此，决策分析的一般过程也即管理系统分析的过程。
二、决策问题的基本模式和常见类型W ij=f(Ai，θj) i= 1,m，j=1,n其中：Ai——决策者的第i种策略或第i种方案。
属于决策变量，是决策者的可控因素。
θj——决策者和决策对象(决策问题)所处的第j种环境条件或第j种自然状态。
属于状态变量，是决策者不可控制的因素。
Wij——决策者在第j种状态下选择第i种方案的结果，是决策问题的价值函数值，一般叫益损值、效用值。
根据决策问题的基本模式，可划分决策问题的类型，其结果如图7—1所示。
其中依照θj的不同所得到的四种类型是最基本和最常见的划分。
决策问题的要素决策问题的类型完全把握确定性决策.θ不完全把握风险性决策完全不把握对自然不确定不确定性决策对人的不确定对抗性决策（对策）.A政治、经济、军事、能源、人口、教育等决策战略、战术等决策.W定性、定量、模糊决策单目标、多目标决策隐式、显式决策.决策者个人、群体决策图7—1决策问题类型划分示意图三、几类基本决策问题的分析1.确定型决策条件：(1)存在决策者希望达到的明确目标(收益大或损失小等)；(2)存在确定的自然状态；(3)存在着可供选择的两个以上的行动方案；(4)不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来。
方法：在方案数量较大时，常用运筹学中规划论等方法来分析解决，如线性规划、目标规划。
严格地来讲，确定型问题只是优化计算问题，而不属于真正的管理决策分析问题。
西安交大系统工程课件3
SA要素：
① 问题 ② 目的及目标 ③ 方案 ④ 模型（结构、数学、仿真） ⑤ 评价 ⑥ 决策者
2．SA程序
认识 问题
探寻 目标
综合 方案
模型 化
优化或 仿真 分析
系统 评价
Y
决策 （分析
N
SA程序图是SA的一般过程，也为全课程提供了 基本的逻辑框架，因而十分重要。在对其理解和应 用上应注意以下各点：
(2)前者的核心内容是优化分析，而后者的核 心内容是比较学习。
(3)前者更多关注定量分析方法，而后者比较 强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。
9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21 .7.1121 .7.11Su nday , July 11, 2021 10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。13:36:0713 :36:071 3:367/1 1/2021 1:36:07 PM 11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 7.1113:36:0713 :36Jul- 2111-Ju l-21 12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。13:36:0713:3 6:0713:36Sund ay , July 11, 2021 13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.7.1121.7.1 113:36:0713:36 :07July 11, 2021 14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年7月 11日星 期日下 午1时3 6分7秒 13:36:0 721.7.1 1 15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年7月下 午1时3 6分21. 7.1113:36July 11, 2021 16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年7月11 日星期 日1时3 6分7秒 13:36:0 711 July 2021 17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午1时36 分7秒 下午1时 36分13 :36:072 1.7.11
第一章 系统工程概述
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。
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 （2）阴阳五行说：
第一章系统工程概述
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；
系统工程概述(系统工程-西安交大袁治平)
电子商务是利用信息技术实现商业交易的一种方式，通过 信息系统工程的方法，实现了电子商务系统的规划、建设 和运营。
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切克兰德方法论
定义
切克兰德方法论是由英国工程师切克兰德提出的一种系统 工程技术方法论。
01
核心概念
切克兰德方法论强调系统工程的渐进性 和迭代性，通过不断优化和改进系统来 满足需求。
02
03
应用领域
切克兰德方法论广泛应用于环境工程、 交通工程、城市规划等领域，尤其适 用于处理不确定性和复杂性问题。
兰德公司方法论
核武器研制
核武器研制是核能应用的 极端形式，通过系统工程 的方法，实现了核武器的 设计、制造和部署。
交通系统工程案例
1 2
城市交通规划
城市交通规划是解决城市交通问题的关键，通过 系统工程的方法，实现了城市交通的高效、安全 和可持续发展。
高速铁路建设
高速铁路是一种先进的交通方式，通过系统工程 的方法，实现了高速铁路的建设和运营。
系统可以按照不同的层次进行 划分，每个层次都有其特定的
功能和作用。
环境适应性
系统与外部环境相互作用，能 够适应环境的变化并保持其稳
定性和有效性。
系统分析
问题定义
明确系统所面临的问题，确定 问题的性质、范围和限制条件
。
需求分析
分析系统的功能需求和非功能 需求，确定各项需求的优先级 和权重。
资源分析
评估系统所需的资源，包括人 力、物力、财力等，以及资源 的可用性和约束条件。
不同领域的交流和合作。
提升组织能力
系统工程方法可以帮助组织 更好地管理和协调资源，提
高组织效率和竞争力。
第一章：系统工程概述
3 、控制论对系统工程方法论的启示 黑箱—灰箱—白箱法 功能模拟法 （如：蝇眼照相机） 形式化、数量化、最优化方法
举例：恒温箱
• 下图是恒温箱的人工控制系统的结构图。要求恒温箱中的温度保 持恒定。为了测量恒温箱中的温度，安装一个温度计来指示恒温 箱中的温度，这个温度就是系统的输出量，或称被控制量。操作 者始终观察温度计的温度，当小于恒温箱给定时，就增大加热装 置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱 就能保持给定的温度。人在这个系统中有以下的作用： 1．观察恒温箱中温度。 2．比较恒温箱中温度与给定温度的差值。 3．调节加热电流的大小。
自动控制系统结构图
二）信息论（informatics）
1、信息论的基本思想
信息论是一门研究信息传输和信息处理一般规律的 学科。 信 息 论 起 源 于 通 讯 理 论 ， 是 美 国 科 学 家 申 农 （Shannon）在1948年创立的。 信息论的基本思想和方法完全撇开了物质、能量等 各种具体客观形态，而把任何通讯和控制系统都看作 是一个信息的传输和加工处理系统，把系统有目的运 动抽象为信息变换过程，通过系统内部的信息交流使 系统维持正常的有目的的运动。 所有系统，在信息论的框架中，是一个进行信息变换和信 息处理的机构。
1.研究的深入导 致了自然科学分 子的发展，自然 科学的整体得到 了专业化细分； 2.取得了人类对 自然系统的组成 、要素关系、运 行规律等方面认 识的突破性成 果； 3.发展和完善了 科学的方法论。
管 理 学 及 管 理 工 程 实 践 的 系 统 思 想
埃及金字塔 修建中的谜 中国长城是 如何修建的 ? 中国都江堰 水利枢纽工 程
近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思 想
第1章 系统工程概述-20150921
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
实体系统与概念系统
凡是由矿物、生物、机械和人群等实体成员构成的系统称之为实 体系统。(实体成员：化学分子、其它可测知的物质) 凡是由概念、原理、方法、原则、制度、程序等概念性的非实体 成员构成的系统称为概念系统。如软件系统、管理系统、军事指挥系 统、社会系统等。
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学习要求
1. 掌握本课程的原理与方法，初步建立系统观念的思维， 熟悉若干常用的基本概念和方法。 2. 对系统工程方面的复杂问题应具有一定的分析和解决 能力。 3. 4. 结合案例进行分析，提高知识的实际应用能力。 对布置的思考题、习题和案例要认真分析，按时完成 作业。
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参考资料
1. 梁军，赵勇. 系统工程导论. 北京：化学工业出版社， 2013.3(是重点参考书) 2. 吴祈宗. 系统工程. 北京：北京理工大学出版社，2011年 3. 梁迪(主编). 统工程. 北京：机械工业出版社，2005 4. 汪应洛(主编). 系统工程. 北京：机械工业出版社，2003 5. 《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 6. 杨家本(主编). 系统工程概论. 武汉：武汉理工大学出版 社，2003 7. Alexis Jacguemin. Industrial Engineering. Oxford University Press,1986
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课时安排与考核
1、授课安排：讲课1-17周、34学时， 最后2学时考试(第17周) 2、考试方式：开卷 3、成绩：平时30%(到课和作业)、期末考试 70% 4、自我简介:研究兴趣、联系方式
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第1章
内容：
系统工程的概念
1.1 系统工程的典型实例 1.2 系统工程的概念与特点 1.3 系统工程的发展简介 1.4 系统工程的应用领域
系统工程知识点总结
系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。
系统的特性：1）集合性。
系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。
2）相关性。
组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用、相互依赖的特定关系。
某—要素若发生变化则会影响其他要素的状态变化。
3）层次性。
一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构成具有特定的空间层次结构。
例如一个公司就是由子公司或二级厂(矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。
各层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的目标而相互协调运行。
4）整体性。
系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一性要求协调存在于系统整体之中。
是具有整体的特定功能和特性。
整体性强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能的系统。
5）功能性。
功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用和效能，系统的功能以系统的结构为基础。
系统的特定结构决定系统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。
人造系统是根据系统目的来设定功能，而自然系统虽无目的但却有功能。
6．环境适应性。
任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。
外界环境的变化对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能引起系统功能的波动。
所以系统必须适应外部环境的变化，这样的系统才更有生命力。
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，开放系统与封闭系统系统工程的定义：系统工程是一门研究大规模复杂系统的交叉学科，它是根据整体协调的需要，综合运用各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。
系统工程的研究对象：不限于物质系统，还包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。
系统工程的概念和内容.doc
系统工程的概念和内容一、系统工程的概念系统工程包括系统和工程两个方面，就是用系统的观点和方法去解决工程问题。
系统工程与一般工程相比，它具有高度综合性：①研制对象的综合性。
一般工程学（如机械工程、电气工程、电子工程、土木工程、水力工程等）有它自己特定的物质对象，而系统工程可以把各种事物作为对象，包括自然现象、生态、人类、企业和社会的组织体，以及管理方法和程序等等。
②科学知识的综合性。
它不仅包括数学、物理、化学等基础自然科学，以及控制论、信息论、管理科学等学科，而且还包括医学、心理学、社会学、经济学等学科。
③考核效益的综合性。
一般工程学较多着眼于技术合理性，如性能、结构、效率等等，而系统工程则是从总体的最优化出发，考虑功能、规划、组成、协调等组织管理性质之类的问题。
二、系统工程的内容系统工程的组成包括三个方面：①它的基本思想，即系统分析或系统方法，是将对象作为系统来考虑，从而进行分析、设计、制作及其运用的方法。
②它的程序体系，是从实际经验中总结出来的。
在解决一个具体项目时，它要求把项目或过程分成几大步骤，而每个步骤又按一定的程序展开。
这就保证了系统思想在每个部分、每个环节上体现出来。
③它有一套最优化方法，当一个问题按照程序展开，明确具体环节，建立数学模型后，就可以用数学方法进行优化。
系统工程，是用系统的观点，科学合理地运用控制论、信息论、经济管理科学、现代数学、电子计算机和其它有关工程技术，按照系统工程的程序和方法，去建立优化系统的一门综合性的管理工程技术。
所谓系统的观点，就是把新研究的事物，看作是一个系统；系统的整体性、目的性和系统的最优化，是系统理论的核心。
系统的控制功能的实现，是建立在控制论的反馈理论的基础上的。
这就是说，要从输出中抽取一部分信号，反馈到系统的原端，以达到控制的目的。
系统的重要工作是获取各种信息，进行判断、计算加工、贮存，传递，然后输出必要的信息。
对系统的分析和评价，是以技术经济指标为衡量依据的。
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引言: What/When
第一章：系统工程概述 第二章：系统工程理论 第三章：系统工程方法论 (课堂讨论1) 第四章：系统模型与模型化 第五章：系统仿真及系统动力学方法 （习题课1）
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引言: What/When
第六章：系统评价方法 第七章：决策分析方法 （习题课2） 第八章：系统工程应用案例 （课堂讨论2）
1972 划
地提高了SE的地位
1972 V
国际应用系统分析研究 所（IIASA）在维也纳 成立
SE的应用开始从工程领域 进入到社会经济领域，并 发展到了一个重要的新阶 段。
70年代 VI 80年代
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
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三、系统工程在中国的发展及应用
重大工程实践或 重要理论与方法贡献 事件
美国发展与研究 正式提出系统方法（Systems
广播电视
approach）的概念
美国实施彩电开 采用系统方法，并取得巨大成
发计划
功
美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 开发微波通讯系 Engineering）一词 统
英、美等国的反 空袭等军事行动
1958 美国研制北极星导弹潜艇
提出PERT（网络优化技术）， 这是最早的系统工程技术之一。
IV 1965 R.E.Machol编著《系统工程 表明系统工程的实用化和规范化 手册》
美国自动控制学家L.A.Zedeh 为现代SE奠定了重要的数学基础 提出“模糊集合”概念
1961- 美国实施“阿波罗”登月计 使用了多种SE方法，其成功极大
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பைடு நூலகம்
第一章 系统工程概述
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 系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只
见森林”（朴素的系统思想）阶段—“只见树 木”阶段—“先见森林，后见树木”（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。
统工程手册》
规范化
1961-1972
美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模 糊集合”概念
美国实施“阿波罗”
登月计划
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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 13
1957
H.Good和 R.E.Machol发表第 系统工程学科形成的标志 一部名为《系统工程》的著 作
系统工程
（Systems Engineering, SE）
—管理系统工程方法论及其应用
西安交通大学管理学院 袁治平
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引言: Why
Why?
时代特征及社会发展趋势
经济全球化
动态市场带来挑战和机会（变化）
社会加速信息化
创新开始成为时代的最强音
社会进入合作竞争新时代
“要学一点
（COOPETITION；GUANXI）系统工程”
可持续发展引起普遍关注
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2
引言: Why
管理科学的发展与管理人才培养
管理科学发展的“制高点” ——系统化管理 T型人才
交通大学的发展及其管理学院的学科优势
钱学森、许国志、汪应洛……
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引言: What/When
What /When?
SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统） 为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹 学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学 习，主要使学生掌握分析与解决各种管理系统 问题的思想、程序和方法。
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；
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。
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70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决
我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好
的效果，如：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。
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SE奠定了 重要的学科基础
1957
H.Good和
系统工程学科形成的标志
R.E.Machol发表第一
部名为《系统工程》
的著作
1958
美国研制北极星导弹 提出PERT（网络优化技
潜艇
术），这是最早的系统工
程技术之一。
IV 1965
R.E.Machol编著《系 表明系统工程的实用化和
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系统思想及系统理论的产生与发展
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。
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二、系统工程的发展概况
阶段 I II
年代（份）
1930
1940
第二次世界 大战期间 本世纪40年 代 1945
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引言: Who/Where
Who/Where?
Who —— 学生为主体，教师为主导。 Where —— 将课堂内外的学习结合起来！
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引言: How
How? 建议
注重系统思考； 坚持问题导向； 采用系统化方法；
教学要求
上课及考核
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第一章 系统工程概述
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
产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即军 事系统工程
美国研制原子弹 运用SE，并推动了其发展 的“曼哈顿计划”
美国空军建立兰 曾经提出系统分析（Systems
德（RAND）公司 analysis）概念，强调了其重要
性
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III
40年代后期到50 年代初期
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、 应用上的偿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《运筹学》。
我国大规模地研究与应用SE是从70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；