第一章 系统科学与系统的一般理论

§2 系统的一般理论
2.1 系统、元素、非系统 系统是由相互制约的各部分组成的具有一定功能 的整体。 系统的集合描述：d.f.1如果对象集S满足下列两个 条件：1）S中至少包含两个不同对象；2）S中 的对象按一定方式相互联系在一起， 则称S为 一个系统，S中的对象为系统的元素。 元素的基元性、不可分性和对于系统的相对性。 系统的特征：1）多元性 2）整体性 3）相关性(鲶 鱼效应、木桶原理） 系统必为一个整体，但整体不一定是系统！

系统的边界 系统和环境分开来的某种界限。 系统和环境相互作用、相互联系是通 过交换物质、能量、信息实现的。开放性 与封闭性 2.6系统的性质和功能 系统在内部联系和外部联系中表现出 来的特性和能力，称之为系统的性质。系 统行为所引起的环境中某些事物的有益变 化，称为系统的功能。 系统的功能：①普遍性，②多样性，③环境 性(环境适应性-春捂秋冻) 元素、结构、环境三者共同决定系统的功能。
系统科学与应用举例


对于我们今天生活中所关心的各种社会经济问题， 如经济改革、价格问题、体制改革及各种政策的出 台都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统科 学有关。例如： 粮食价格的调整：影响肉、菜、生活用品等等，从 而影响整个社会的物价。 燃料能源价格：影响原材料、产品及整个物价 银行利率：影响消费与积累，反应了国家的经济政 策 外汇牌价：主要用于调节进出口政策，同时反应了 一个国家的经济实力
1.1系统科学的对象和特点
系统科学不是简单的交叉科学 或边缘科学，是研究所有科学其 共性的学问。
（研究对象是具有系统意义的现象或问题） （横看成岭侧成峰，远近高低各不同）
1.2
系统科学的体系结构
哲学 桥梁 基础科学
技术科学
哲学 自然辩证法
物理学、化学、生物学等
建筑学、水力学
水利工程、土木工程
系统科学的应用举例

公元前古希腊对宇宙大系统的认识 我国西周时期的“阴阳二气”及金、木、水、 火、土“五行” 东汉时期形成的“二十四节气” 周秦到西汉时期的“皇帝内经”。


将来在我们的实际工作中，我们会遇到许许多 多的系统问题，比如： 企业的长远规划：综合考虑企业发展、实力、 原材料、能源、技术、市场、国家政策等。 新产品开发：考虑市场、企业开发技术与实力、 销售网络、经济条件等 区域规划：考虑区域特征、交通、历史、地理 等 大项目管理：经过立项、论证、实施、…
1.4 系统科学的背景和产生
70年代前后是系统科学发展迅速时 间，重大进展由以下三个： ①以理论自然科学和数学的最新研究成 果为依托，出现了一系列基础科学层次 的系统理论；②社会系统工程问题；③ 系统科学体系的建立。 代表贡献者：①贝塔朗菲，一般系统理论 ②哈肯，协同学 ③钱学森体系
结论：40`s产生了系统科学体系的一批 “构件”， 但尚未组织成一个有机整体； 70`s，构件进一步齐全完善， 而且形成 初步的结构框架， 作为一种知识系统的 系统科学在整体上算是形成了！ 1.5系统科学的中国学派 钱学森先生对系统科学的贡献：①他是我 国系统科学论研究的发动者和带头人， 提供了持续的推动；②他是这一研究中 主要思想、观点的提出者；③他提出了 系统科学论的研究方法。
系统量 非加和原理W≠Σpi W代表整体，p代表部分 ① W > Σp i ② W < Σp i 2.3 系统的结构 系统之间一切联系方式的总和，称为系统的结 构。 空间结构和时间结构，时空混合结构（如，树 的年轮） 对称结构与非对称结构 深层结构与表层结构 硬结构与软结构
d.f.3 Si为S的一个子系统，若它同时满足条件： 1）Si S, 2） Si本身是一个系统。

1.4 系统科学的背景和产生
运筹学和系统工程的渊源19 世纪末出现 的垄断性大企业对经营管理技术的需要。 泰勒制、爱尔朗排队问题；20世纪30年 代出现的投入、产出模型，康的工业生 产组织与计划，即线性规划问题。 最强大的动力来自于战争的需要，第二 次世界大战是定量化理论和工程技术发 展的里程碑。
动态系统和静态系统

动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变 化的，即系统的状态变量是时间的函数。例如， 学校就是一个动态系统，它不仅有建筑物，还 有教师和学生。企业也是动态系统的一个典型 例子 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而 变化，它是动态系统的一种极限状态，即处于 稳定的系统。例如大桥、公路、房屋等。

非系统 d.f.2 对象集合N如果满足以下两个 条件之一： 1）N中只有一个不可再分的对象； 2）N中不同对象之间没有按一定方式联成 一体， 则称N 为一个非系统。 2.2 整体突现原则 系统质或整体质若干事物按某种方式互相 联系而形成一个系统，就会产生出它的 组分的总和所没有的新性质，叫做系统 质或整体质。即，整体多于部分之和。
哲学
系统科学 （桥梁）
系统论（观） 系统科学辩证法 系统科学方法论 系统科学认识论 系统科学史…… 简单巨系统 开放的复杂巨系统 信息学 控制学，运筹学， 事理学 系统工程， 控制工程，信息工程
基础科学 技术科学
工程技术
（社会实践）
1.3系统科学与其他系统的关系 系统科学既不属于自然科学又不属于社会 科学，是一门独立的学科门类。而且是横断科 学，任务是为一切研究领域提供用系统观点考 察对象的一般原理和方法。 系统科学与非线性科学 系统科学与复杂性科学 1.4 系统科学的背景和产生 信息学的渊源可以追溯到19世纪发明电话和电 报 控制学的渊源可以追溯到瓦特蒸汽机调速器对 自动调节技术的应用 20 世纪30年代伺服系统理论，维纳控制论
系统科学理论
Systems Science
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 “要学一点 社会进入合作竞争新时代 系统科学” 可持续发展引起普遍关注
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 在纷繁中找到平衡 T型人才

d.f.4 系统的划分 设系统S`被划分成n 个子系 统S1,S2,…,Sn,则如果有 ①完备性 ②独立性 S ` S1 S2 ... Sn , i j 则S1,S2,…,SS S` i S j 的划分 n称为
2.4 等级层次原理 2.5系统的环境 一个系统之外的一切事物或系统的总和， 称为该系统的环境。 S`=U – S, U表示宇宙全系统 但不可能也无必要列举S与S`中一切事物 的联系，一般定义S`的环境： E为U中一切与S有不可忽略的联系的事物 ES {x x S `且与S有不可忽略的联系} 之总和
系统的各种形态
自然界所面临的系统是各种各样的， 它们以各种各样的形态存在于这个五彩 缤纷的世界。因此，我们就可以按照系 统在自然界存在的形态及性质，将系统 分为各种各样的类型。
自然系统与人工系统
自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这类 系统的组成部分是自然物（山、海、河流、矿物、 植物及动物等）所自然形成的系统。像海洋系统、 矿藏系统、生态系统、太阳系、宇宙系等，都属于 自然系统。 人工系统是人们将有关元素，按其属性和相互关系 组合而成的系统，亦即用人工方法建立起来的系统。 例如，人类对自然物质通过加工，用人工方法制造 出来的工具和机械装置等构成的各种工程系统；人 类通过人为地规定的组织、制度、步骤、手续等建 立起来的各种管理系统和社会系统；人类通过对自 然现象和社会现象的科学认识，wk.baidu.com人工方法研究出 来的科学体系和技术体系等都属于人工系统。
案例2：丁渭主持皇宫修复

北宋年间，汴都（今河南开封）的宫室在遭到火灾以 后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木 材等建筑材料都需从郊外由旱道运到建筑现场，另外， 完工后的建筑废弃物又要从旱道运出城外。这在当时 是需要花费大量的人力、物力和材力的，丁渭根据工 程实际，设计出了一套方案，就是在工地前面的大街 上挖取泥土使用，几天以后，大街被挖成了巨沟，并 通过护城河与汴河相通，河水流入沟中，船只可直接 由汴河驶入工地，于是便可从四面八方运来建筑材料， 再也不需经过郊区码头起卸，然后用陆运搬到工地的 繁重手续了，在工程将要结束时，再把废弃的瓦砾、 灰土等投入巨河，平土以后，重新成为大街。这一设 计方案由于系统解决了取土、运输、清除废料和修复 街道等多项任务，因此节省了大量的人力、物力和财 力，并使工程提前完工。
第一章 系统科学与系统的一般理论
基本内容
§1 系统科学论 1.1 系统科学的对象和特点 1.2 系统科学的体系结构 1.3 系统科学与其他学科的关系 1.4 系统科学的背景和产生 1.5 系统科学的中国学派
§2. 系统的一般理论 2.1 系统、元素、非系统 2.2 整体突现原理 2.3 系统的结构 2.4 等级层次原理 2.5 系统的环境 2.6 系统的行为和功能 2.7 系统的环境互塑共生原理 2.8 系统的秩序 2.9 系统的演化
工程技术 (社会实践)
(社会实践)
图1.1
自然科学的三个层次结构（三层次一桥梁结构模式）
1.2 系统科学的体系结构
目前，系统学尚未成熟，系统科学 作为一大科学门类已建成，但体系尚不 完善。 钱学森先生对于系统学的论述： ①系统学是关于巨系统的理论，包括简单 巨系统学和开放的复杂巨系统学等。 ②技术科学层次的系统科学分支一律称为 “学”， 而不称“论”，包括信息学、 控制学、运筹学和事理学等。 引入系统科学哲学后，系统科学的 结构如下图1.2所示：

引言: Who/Where

Who/Where?
Who Where
—— 学生为主体，教师为主导。 —— 将课堂内外的学习结合起来！
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
主要参考书



梁军, 赵勇. 系统工程导论. 化学工业出版 社. 2005.3 陈宏民. 系统工程导论. 高等教育出版社. 2006.4月 汪应洛. 系统工程. 机械工业出版社. 2008. 第四版 梁迪, 董海. 系统工程. 机械工业出版社. 2005.6
§1 系统科学论

1.1系统科学的对象和特点
系统科学——从系统的角度观察客观世界 所建立起来的科学知识体系，就是系统 科学，是以系统问题、系统现象为研究 对象的学科。
系统科学的思想来源于古代人类社会实践。我国 古代就有许多运用朴素的系统思想解决实际问 题的例子。
案例1：都江堰水利工程
战国时期秦国李冰父子设计修建的都江堰水利 工程，它包括“鱼嘴”岷江分水工程，“飞沙堰” 分洪排沙工程，“宝瓶口”引水工程三大主体工程 和120个附属渠堰工程，工程之间的联系处理得恰到 好处，形成一个有机整体，兼有防洪、排沙、灌溉、 漂木、行舟等多种功能，渠道上设置了水尺，根据 测得的水位，多级分水，合理控制分水流量，使汹 涌急流的岷江化害为利，灌溉了成都平原上 14 个县 的几百万亩粮田。工程完工后，又建立了一套岁修 养护制度，每年按规定淘沙修堤，因此，虽然该工 程经历二千多年，至今仍发挥着效益，该工程堪称 我国古代运用系统思想解决实际问题的典范。
引言: What/When

What /When?
SS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。
主要内容
第一章 系统科学与系统的一般理论 第二章 系统工程方法论 第三章 系统建模与系统分析 第四章 社会调查统计方法 第五章 系统预测与决策 第六章 系统评价方法

实体系统与概念系统

所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组成要 素的系统，这些实体占有一定空间，如自然界的矿物、 生物，生产部门的机械设备、原始材料等。由于自然 物都为实实在在的存在物，因此，实体系统亦称为硬 件系统 与实体系统相对应的是概念系统，它是由概念、原理、 假说、方法、计划、制度、程序等非物质实体构成的 系统，如管理系统、科学技术体系、教育系统、文化 系统等。由于概念系统，对应着的多是人们对自然界 的认识和假设，因此概念系统亦称为软件系统。