第一章系统与系统工程
第一章系统与系统理论概述
多值响应特性 循环特性 间断（跳跃） 特性 失灵特性 折叠特性 .
3.系统的特征 .
3.1 3.2 3.3 3.4
整体性 . 相关性 . 目的性 . 环境适应性 .
3.1 整体性 .
系统的整体性主要表现为系统的整体功能， 这种整体功能不是各组成要素功能的简 单叠加，而是呈现出各组成要素所没有 的新功能。 “整体不等于部分和” Fs >、=、< F1+F2+F3+……+Fi Fs:系统的整体功能 Fi:各要素的功能(i=1,2,3…n)
边界
把系统和环境分开来的某种界限，叫做 系统的边界。从空间结构看，边界是把 系统与环境分开来的所有点的集合。从 逻辑上看，边界是系统构成关系从起作 用到不起作用的界限，系统质从存在到 消失的界限。
系统与环境的关系
系统与环境相互作用、相互联系是通过 交换物质、能量、信息实现的。系统能 够与环境进行交换的特性，称为开放性。 系统自身抵制与环境交换的特性，称为 封闭性。系统性是封闭型与开放性的对 立统一。 按照系统与环境的关系，可划分出开放 系统和封闭系统。
1.结构决定功能 .
结构使系统形成了不同于诸要素的新物 质。 要素的行为在一定约束条件和协同作用 下决定着系统的功能，“约束”和“协 同”是系统结构所赋予的。
2.功能具有反作用 .
功能具有相对独立性，对结构有巨 大的反作用。 它们相互作用而有相互转化。
3.结构功能分析 .
同功同构 同功异构 异构同功 异构异功
系统环境互塑共生原理
环境对系统有两种相反的作用或输入，给系统 提供生存发展所需要的空间、资源、激励或其 它条件，是积极的作用、有利的输入，统称为 资源。给系统施加约束、扰动、压力甚至危害 系统的生存发展，是消极的作用、不利的输入， 统称为压力。 这两种作用都会在系统的形态、特性、行为等 方面打上环境的烙印。
01系统工程-吴祈宗第1章
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。
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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。
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。
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(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。
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。
系统工程
学院：经济与管理学院班级：工业工程091601 姓名：****** 学号：2009160201**System Engineering系统工程太原科技大学经济与管理学院工业工程系统工程期中“第一次”作业第一章系统与系统工程第7题：阐明系统工程与传统工程技术的主要区别。
答：系统工程与传统工程技术主要区别如下：（1）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，设计和产出诸如机床、电机、仪表、建筑物等有形产品的技术过程，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”，诸如规划、计划、方案、程序等过程，所以这样就扩展了传统“工程”的含义，给系统工程的“工程”富裕了新的研究内容。
（2）对象不同。
传统工程技术都是把各自特定领域内的工程物质对象作为研究对象，是具体的、确定的对象；而系统工程则是以“系统”为研究对象，不仅把各种工程技术的物质对象包括在内，而且把社会系统、经济系统、管理系统等非物质对象也包括在内。
这样，系统工程的研究对象是一个表现为普遍联系、相互影响、规模和层次都极其复杂的综合系统。
（3）任务不同。
传统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，而系统工程的任务是解决系统的全盘统筹问题，这就是通过系统工程的活动，妥善解决系统内部各分系统、各元素之间的总体协调问题，同时涉及到系统的自然环境、社会环境、经济环境等相互联系的问题。
（4）方法不同。
传统工程技术所用的方法是在明确目标后，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。
而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（如整体观念、价值观念、综合观念、优化观念和评价观念等）按照完整的解决问题的程序（即明确问题、设置系统目标、系统方案综合、模型化、决策和实施）运用电子计算机（增强了逻辑判断能力和人工模拟能力）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。
系统工程第一章概述
复杂巨系统是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们 之间的关系又极其复杂的系统，如生物体系统、人脑系统、社会 系统等。这些系统又都是开放的，所以也称为开放的复杂巨系统。 目前，研究、处理开放复杂巨系统的方法尚在探讨中。
第1.2节 系统工程
什么是系统工程？
系统工程是一门正处于发展阶段的新兴学科，并与其 他学科相互渗透、相互影响，但不同专业领域的人对 其理解不尽相同，因此，要给出一个统一的定义比较 困难。 一般认为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，都可以统称为系统工程。
“一些在相互关联与联系之下的要素组成的集合， 形成了一定的整体性、统一性。” 《中国大百科全书· 自动控制与系统工程》：
“由相互制约、相互作用的一些部分组成的具有 某种功能的有机整体。”
第1.1节 关于系统
系统的本质：
形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的
行为；
这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的； 由许多要素所构成的整体，但从系统功能来看，它又是一个不可
第1.1节 关于系统
3.动态系统和静态系统 动态系统就是系统的状态变量随时间变化的系统，即系统的状态 变量是时间的函数。
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。
例如一个化工生产系统是一种连续生产过程，系统中的参数是随着时间变化而变化的 动态系统。大多数系统都是动态系统。但是，由于动态系统中各种参数之间的相互 关系是非常复杂的，要找出其中的规律性非常困难。有时为了简化起见而假设系统
系统工程学
第四章 网络计划技术：网络计划技术是系
统管理的重要工具之一，是系统工程常 用的管理技术。它是利用网络图对计划 任务的进度、费用及其组成部分之间的 相互关系进行计划、检查和控制，以使 系统协调运转的科学方法。通过本章学 习，同学们能够了解了解网络计划技术知识
及其应用领域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工 程实际应用。
资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保 障、应急管理等） 管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观 社会信息化变革 重大投资和大型项目管理 思维科学和生命科学
二、系统工程研究对象
（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、经济性突出等。 （二）系统的概念
（三）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 封闭系统与开放系统
主要明确SE研究什么样的系统 问题？
三、SE的内容与特点 所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大
规模复杂系统所需思想、程序、方法的综合 （或总称）。
SE强调以下基本观点： 1）整体性和系统化观点（前提） 2）总体最优或平衡协调观点（目的） 3）多种方法综合运用的观点（手段） 4）问题导向及反馈控制观点（保障）
《系统工程学》是工业工程专业以及管 理工程专业的基础课程之一。它的任务 是通过对本课程的学习，使学生熟悉系 统及系统工程的概念和内涵，了解国内 外系统工程的发展现状和趋势，掌握系 统工程的预测技术、分析方法、设计理 论、模型与仿真、决策分析，并引导学 生将系统工程的观点、思想、方法和原 理具体应用到工程机械的制造、规划和 管理以及路桥机械化施工等工程实践中。
逻辑 步骤 工作 活动 时间 项目
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。
《系统工程》课程(48)教案
《系统工程》课程(48)教案第 1 次课3 学时授课老师章节名称第一章系统科学（SS）、系统（S）与系统工程（SE）1．系统科学与系统工程（SS&SE）教学目的1．初步了解并清楚系统科学所解决的“系统性问题”；2．初步了解系统科学与系统工程的关系；3．能够对社会经济系统的“系统性问题”进行分析；4．正确认识系统工程研究的问题是“系统性问题”；5．正确认识系统工程研究的对象是系统。
教学方法课堂授课（√）课堂讨论（）实验（）上机（）教学手段多媒体教学（√）普通教学（）双语教学（）重点难点重点：系统科学解决的问题----- “系统性问题”1.系统科学与传统科学的关系2.系统得概念难点：“系统性问题”的分析1.系统的构成三要素分析主要教学内容1. 系统科学研究的问题---“系统性问题”2. 系统科学研究的内容3. 系统科学与系统工程的关系4. 系统工程的概念5. 系统的概念课后要求课后作业和预（复）习内容：1.各小组给出一个“系统性问题”。
要求：善于发现你身边的关于教育、经济、大学城管理等社会热点问题；学校在建设发展过程中存在的问题；与学生密切相关的诸如如何提高学生的德智体综合素质教育问题、如何提高学生的道德诚信教育、如何提高学生的学习能力等，能够将纷杂的“问题”进行提炼，形成“系统性问题”。
主要参考文献1. 谭跃进. 系统工程原理[M]. 国防科学技术大学出版社, 2003.2. 周德群. 系统工程概论[M]. 科学出版社, 2005.3. 孙东川. 系统工程引论[M]. 清华大学出版社, 2004.4. 许国志. 系统科学[M]. 上海科技教育出版社, 2004.5. 许国志. 系统科学与工程研究[M]. 上海科技教育出版社, 2001.6. 系统工程学报备注《系统工程》课程(48)教案第2 次课3 学时授课老师：唐幼纯章节名称第一章 系统科学、系统与系统工程2．系统与系统工程（S&SE ）教学目的1．掌握系统工程的概念；2．认识系统工程的研究对象是系统；3．掌握系统的功能与特性；4．掌握系统的描述方法特别是集合描述法；5．掌握系统的解释结构模型(ISM) 方法构造系统。
系统工程教学大纲
教学大纲第一章系统工程概述为本课程的导论部分，主要介绍系统思想的发展、系统工程的产生及发展、系统工程的研究对象——系统的特性、系统工程的定义及其基本观点等内容。
通过本章的教学，使学生掌握系统与系统工程的概念以及它们的特点，了解系统的分类、系统工程的发展过程与趋势、了解系统科学体系。
1.系统工程背景介绍、系统工程导论重点介绍系统工程的产生背景，系统工程的基本概念和基本思想2.系统及系统工程简介重点介绍系统的定义、系统工程的基本概念3.系统的概念及特性重点介绍系统的基本概念以及系统的特点4.系统工程的定义、研究对象及基本思想重点介绍系统工程的基本概念，研究对象，以及系统工程在分析、解决问题时的基本思想。
5.系统工程的全体最优观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的全体最优思想6.系统工程的综合性观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的综合性观点7.定性定量相结合的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的定性定量相结合的观点8.问题导向与反馈机制的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的问题导向与反馈机制的观点9.系统工程的发展史及系统工程的应用重点介绍系统工程的发展历程以及系统工程在社会实际问题中的具体应用第二章系统工程方法论方法论是整个系统工程课程的核心，本部分重点讲述两种针对不同系统的重要方法论：霍尔三维结构和切克兰德模型，在此基础上对系统工程方法论新探索进行简要的介绍。
通过本章的教学，使学生了解系统工程方法论的基本概念，掌握霍尔系统工程方法论，切克兰德系统方法论；掌握系统分析的基本原理。
系统工程方法论事系统工程思考问题和处理问题的一般方法与总体框架1.系统工程的基本过程系统工程解决实际问题的基本步骤与程序2.“阐明问题”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“阐明问题”阶段，及应注意的问题3.“谋划备选方案”重点介绍系统工程基本步骤中的“谋划备选”阶段，及方案的选择方法4.“建模与预计后果”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“建模与预计后果”阶段，及建模的过程与评估的方法5.系统工程分析原理中的“评比备选方案”及“系统工程报告的形成”通过实例，重点介绍系统工程基本步骤中的“屏蔽备选方案”及“系统工程报告的形成”阶段，及屏蔽方案的方法及报告形成过程6.精益思想产生的背景介绍通过精益生产的实例，介绍精益思想的产生背景7.精益思想的本质与特点重点介绍精益思想的实质与基本特点8.精益生产的应用及国内外煤矿推行精益管理的意义与现状重点介绍精益生产在国内外企业中的应用情况，以及国内外煤矿业推行精益管理的意义与存在的问题9.精益化理论与方法的具体应用过程以及如何在我国煤矿业推行精益化重点介绍精益化相关理论及方法在煤矿行业的具体应用过程第三章系统模型与模型化—解释结构模型在系统初步分析的基础上，将对象系统抽象为模型，进而进行优化或仿真，这是系统工程的特色。
系统工程(完整版)
② 逻辑维
e) 系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的 优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选 择。
f) 决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者 的偏好等基础上，选择最优方案。 g) 实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。
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③ 知识维
知识维是指各工作步骤所需的各门 专业知识，由于系统工程是个综合 性的交叉学科，在上述各阶段中， 执行任何一步都会涉及多种专业技 术，如社会科学、工程技术、法律、 商业、医药、艺术等等。
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
17
2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
第一章 系统与系统工程
一、系统工程的应用举例 二、系统 三、系统工程 四、系统工程方法论
1
一、 系统工程的应用举例
三峡水利工程
• 是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、 组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统 工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的众 多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、 移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时 实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将 近20年。
（1）问题 （2）目的及目标 （3）方案 （4）模型 （5）评价 （6）决策者
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系统工程方法论
弄清问题
|
目标选择
|
系
拟定方案
|
建立模型
|
系统工程内容整理
第一章系统和系统工程1、系统的定义系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分（要素）结合而成的具有特定功能的有机整体。
2、系统定义中的四个要点（1）系统及其要素：系统是由两个以上的要素构成的。
要素可以是单个事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统。
（2）系统和环境：任意系统又是它所从属的一个更大的系统（环境）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输入输出关系。
（3）系统的结构：构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统内部形成一定的结构和秩序。
（4）系统的功能：任何系统都应有其存在的作用和价值，有其运作的具体目的，也即有其特定的功能。
3、系统的特性整体性、层次性、关联性、环境适应性4、系统工程研究对象系统工程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、经济性突出等。
5、系统工程的内容和特点所谓SE，是用来开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。
系统工程基本特点(1) 整体性和系统化观点（前提）；(2) 总体最优或平衡协调观点（目的）；(3) 多种方法综合运用的观点（手段）；(4) 问题导向及反馈控制观点（保障）。
6、系统工程与其他工程的区别（1）后者以专门的技术领域为对象，前者则是跨学科的，研究各行各业中系统的开发、运用等问题；（2）系统工程不仅涉及工程系统，而且涉及社会经济、环境生态等非工程系统，不仅涉及技术因素，还涉及社会、经济甚至心理因素；（3）系统工程比一般工程更注重事理，注重计划、组织、安排、优化，为完成某项任务提供决策、计划、方案和工序第二章系统工程方法论1、切克兰德软系统方法论的思路和步骤（pdf）2、从定性到定量的综合集成方法论—钱学森主要特点有：（1）根据复杂巨系统的复杂机制和变量众多等特点，把定性与定量研究有机结合起来，从多方面的定性认识上升到定量认识；（2）根据系统综合集成思想，把理论与经验结合起来，把人对客观事物的各种知识集中起来，强调多学科交叉融合；（3）根据复杂巨系统的层次结构，把宏观、中观与微观研究统一起来；（4）根据人-机结合的特点和信息的重要作用，将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来，强调对知识工程及数据挖掘技术等的应用。
系统工程(完整版PPT课件)
至今还没
有统一定
义
13
系统工程的定义
(3)日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其它工程学不同之处在 于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边 缘科学。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 有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程 ，也就是研究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。”
6
系统概念的形成
15世纪下半叶以后： “只见树木” 具体化
19世纪： “先见森林，后见树木”
辨证唯物主义： 世界是由无数相互关联、
相互依赖、相互制约和
科学系统思 想的实质
相互作用的过程所形成 的统一整体。
7
系统的概念
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。
➢ 一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项 目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统;
➢ 系统的存在具有普遍性;
➢ 系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝 对规模的界限。
8
2.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。
4
第一章 系统与系统工程
一、系统工程的应用举例 二、系统 三、系统工程 四、系统工程方法论
5
二、 系统
1.系统的概念
系统概念的形成
只见森林
➢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”；
《系统工程学》
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；
及其应用领域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工 程实际应用。
学习本课程的建议：
1.注重系统思考 2.坚持问题导向 3.采用系统化方法
教学要求：
上课及考核（闭卷考试）
教学参考书：
1. 《系统工程实用教程》姚德民，李汉铃哈尔 滨工业大学出版社1996
2. 《系统工程概论》夏绍伟 杨家本 杨振斌 清 华大学出版社1995
事行动
Operations Research）
Ⅱ
本世纪40年 美国研制原子弹的“曼 运用SE，并推动了其发展
代
哈顿计划”
1945年
美国空军建立兰德 （RAND）公司
曾经提出系统分析 （system analysis）概念， 强调了其重要性
40年代后 运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算
一、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。
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。
Ⅵ 80年 SE在国际上稳定发展、在中国的研 代 究与应用达到高潮
1系统工程与运筹学
2012-2-18
运筹学与系统工程1
4
第一节 系统科学的形成与发展 一、古代系统思想概述
1、古代的系统实践
我国农业实践 中医诊治 李冰父子的都江堰工程 丁谓的皇宫重建工程 埃及的金字塔 巴比伦的空中花园
教材 2012-2-18 P1-2
2012-2-18 运筹学与系统工程1 24
第二节 系统的基本问题
二、系统的特征属性
整体性(wholeness property) 整体性 层次性(level property，或称有序性 层次性 ，或称有序性) 集合性 关联性 目的性 环境适应性
2012-2-18 运筹学与系统工程1 25
第二节 系统的基本问题
第一节 系统科学的形成与发展
二、系统科学的形成与发展
2、20世纪40年代到60年代的发展
40年代初诞生的控制论 40年代初运筹学的产生与发展 1945年贝塔朗菲创建了一般系统论 1948年申农提出了信息论 实践领域的巨大发展：系统工程、系统分 析、管理科学
教材 2012-2-18 P3-4
运筹学与系统工程1 8
2012-2-18
运筹学与系统工程1
27
第二节 系统的基本问题
四、系统的分类
按组成部分的属性
自然系统 人造系统 复合系统
按与环境的关系
封闭系统 开放系统
教材 2012-2-18 P14
运筹学与系统工程1 28
第二节 系统的基本问题
四、系统的分类
按所处的状态
静态系统 动态系统
按形态
实体系统 概念系统
运筹学与系统工程1 19
第二节 系统的基本问题
《系统工程导论》重点内容总结
《系统工程导论》重点内容第一章系统与系统工程1、《黄帝内经》强调人体各器官的有机联系、生理现象与心理现象的联系，以及身体健康与自然环境的联系。
2、古代朴素唯物主义哲学思想虽然强调对自然界整体性、统一性的认识，却缺乏对这一整体各个细节的认识能力，因而对整体性和统一性的认识也是不完全的3、马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为，物质是世界由许多相互联系、相互制约、相互依赖、相互作用的事物和过程形成的统一整体，这也就是系统的实质。
4、钱学森在《系统思想和系统工程》一文中指出：“系统思想是进行分析和综合的辩证思维工具，它在唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学和其他系统科学那里取得了定量的表达方式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。
”5、“系统”一般认为是“群”与“集合”的意思。
6、系统的定义：系统可被定义为具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个整体。
7、系统的概念包括以下五个要点：（1）由两个或两个以上的元素组成；（2）各元素之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用；（3）各元素协同运作，使“系统”作为整体具有各组成元素单独存在时所没有的某种特定功能；（4）系统是运动和发展变化的，是动态的过程；（5）“系统”的运动具有明确的目标；由此可见，一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可看成一个系统。
8、在现实世界中，任何一个系统都是可分的。
因此，系统是有层次的，任何一个系统都有它的层次结构、规模、坏境与功能9、从系统的定义可以看出，所有系统都具有以下几个共同特性：（1）层次性：层次性是系统最基本的特性之一。
系统本身又属于另外一个更强大的子系统，这就充分反映了系统所具有的层次性。
（2）整体性：系统整体性说明，具有独立功能的系统要素以及要素间的相互关系（相关性、阶层性）根据逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。
（3）集合性。
集合就是把具有某种属性的一些对象看成一个完整的整体，从而形成一个集合，集合离的各个对象叫做集合的要素（子集），系统的集合性表明，系统是由两个或两个以上可以互相区别的要素组成的。
第一章-系统与系统工程
第一章-系统与系统工程第一章系统与系统工程1. 系统概念最早来源于古代人类的社会实践和科学总结2. 系统可被定义为具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个整体3.系统的特性：层次性（最基本特性之一）、整体性、集合性、相关性、目的性、环境适应性4. 作为系统工程研究的对象，系统还必须具有可控性、动态性、复杂性、自律性5. 管理是社会系统中联系各层子系统的纽带，是整个社会系统的基本组成单元6. 管理系统的特点：是一个具有多重反馈结构的社会系统、是一个非线性的系统、各变量之间存在着长时滞、原因和结果具有一定的分离性、具有明显的组织结构特性7.现代工业企业的系统特征：一个人一机系统、可分系统、具有自适应能力的动态系统、投入产出系统、开放系统8. 企业系统是一个承受扰动作用，具有输入、处理、输出三个环节，并通过反馈措施不断改善自身品质的自适应体系9.系统工程就是从系统的观点出发，跨学科的考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。
系统的观念就是整体最优的观念，也成为全局观念10.工程的观念是人们在处理自然、改造自然的社会生产过程中形成的工程方法论11. A.D.霍尔三维结构：时间维、逻辑维、知识维霍尔三维结构的特点：以工程系统为研究对象，核心内容是优化分析，更关注定量分析的方法12. 系统工程方法论3阶段5步骤a) 阐明问题（阐明问题阶段）i. 问题的性质和范围ii. 问题的目标iii. 环境和条件iv. 评价指标v. 收集和分析资料b) 谋划备选方案（分析研究阶段）i. 方案的提出集体创造法(又称头脑风暴法) 、缺点希望点法、特性穷举法、哥顿法ii. 方案的筛选一般要求所提出的备选方案具备：强壮性、适应性、可靠性、现实性c) 预测未来环境（分析研究阶段）i. 确定预测内容ii. 准备数据资料iii. 预定预测方法、建立数学模型预测的基本类型：定性预测法、时间序列法、因果关系法iv. 计算预测值，分析预测误差d) 建模和预计后果（分析研究阶段）系统分析的主要模型有图形模型、分析模型、仿真模型、博弈模型、判断模型e) 评比备选方案（评价比较阶段）第二章系统分析1. 环境是存在于系统边界外的物资的、经济的、信息的和人际的相关因素的总称。
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第一章系统与系统工程1. 系统概念最早来源于古代人类的社会实践和科学总结2. 系统可被定义为具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个整体3. 系统的特性：层次性（最基本特性之一）、整体性、集合性、相关性、目的性、环境适应性4. 作为系统工程研究的对象，系统还必须具有可控性、动态性、复杂性、自律性5. 管理是社会系统中联系各层子系统的纽带，是整个社会系统的基本组成单元6. 管理系统的特点：是一个具有多重反馈结构的社会系统、是一个非线性的系统、各变量之间存在着长时滞、原因和结果具有一定的分离性、具有明显的组织结构特性7. 现代工业企业的系统特征：一个人一机系统、可分系统、具有自适应能力的动态系统、投入产出系统、开放系统8. 企业系统是一个承受扰动作用，具有输入、处理、输出三个环节，并通过反馈措施不断改善自身品质的自适应体系9. 系统工程就是从系统的观点出发，跨学科的考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。
系统的观念就是整体最优的观念，也成为全局观念10. 工程的观念是人们在处理自然、改造自然的社会生产过程中形成的工程方法论11. A.D.霍尔三维结构：时间维、逻辑维、知识维霍尔三维结构的特点：以工程系统为研究对象，核心内容是优化分析，更关注定量分析的方法12. 系统工程方法论3阶段5步骤a) 阐明问题（阐明问题阶段）i. 问题的性质和范围ii. 问题的目标iii. 环境和条件iv. 评价指标v. 收集和分析资料b) 谋划备选方案（分析研究阶段）i. 方案的提出集体创造法(又称头脑风暴法) 、缺点希望点法、特性穷举法、哥顿法ii. 方案的筛选一般要求所提出的备选方案具备：强壮性、适应性、可靠性、现实性c) 预测未来环境（分析研究阶段）i. 确定预测内容ii. 准备数据资料iii. 预定预测方法、建立数学模型预测的基本类型：定性预测法、时间序列法、因果关系法iv. 计算预测值，分析预测误差d) 建模和预计后果（分析研究阶段）系统分析的主要模型有图形模型、分析模型、仿真模型、博弈模型、判断模型e) 评比备选方案（评价比较阶段）第二章系统分析1. 环境是存在于系统边界外的物资的、经济的、信息的和人际的相关因素的总称。
按照系统与环境的关系可将系统分为孤立系统、封闭系统和开放系统2. 从系统分析的角度来看，对系统环境的分析的意义：a) 环境是提出系统工程课题的来源b) 系统边界的确定要考虑环境因素c) 系统分析与决策的资料取决于环境d) 系统的外部约束通常来自环境e) 系统分析的好坏最终需要系统环境来检验与评价3. 环境因素分析：a) 物理和技术环境：现存系统、技术标准、科技发展因素估量、自然环境b) 经济和经营管理环境：宏观经济环境、政策、外部组织结构、经营活动、产品系统及其价格结构c) 社会环境：大范围的社会因素、人(个体)的因素4. 系统与环境的边界两种类型边界的划分a) 系统和环境之间必须有一条边界b) 与被考察的系统相关联的相邻系统的各部分或者说环境的范围必须明确规定5. 系统目标指的是系统发展要获得的结果，系统目标决定了系统的发展方向6. 目的是指通过努力系统达到某一水平的标志。
目标是指系统实现目的过程中的努力方向。
属性是对目标的度量。
7. 系统目标分析的目的是要论证系统目标的合理性、可行性和经济性，最终获得系统目标分析的结果--目标集8. 系统目标分析的作用系统目标分析的作用就是经过分析和论证，说明总目标简历的合理性，确定系统建立的社会价值。
这样可防止系统建立时的盲目性，避免可能出现的各种损失和浪费，提高系统开发的效率。
9. 系统目标分析中的要求：a) 制定的目标应该是稳妥的b) 要考虑目标可能起到的各种作用c) 应将各种目标归纳成目标集d) 要正确认识目标间的冲突10. 建立目标集的过程建立目标集是逐级逐项落实总目标的结果，为此要进行总目标的分解，即将总目标分解为各级目标，直到比较具体、直观为止。
这就要求在总目标的分解过程中，要是分解后的各级分目标与总目标保持一致，并且分目标的集合一定要保证总目标的实现11. 目标体系建立时要力求做到以下几点：a) 目标要简洁、明确b) 目标要可评估c) 目标要有相容性d) 目标要有挑战性e) 各种目标要有优先秩序，并形成一个目标体系f) 组织目标体系的建立要求将短期目标和长期目标、局部目标和整体目标、内部目标和外部目标相结合12. 目标冲突：利害冲突--专业性质质量和成本利益冲突--社会性质13. 系统模型化：针对需要解决的系统问题，通过分析明确其外部影响因素和内部的条件变量。
针对论证后的系统目标，用一个逻辑的或数学的表达式，从整体上说明它们之间的结构关系和动态情况，这就是"模型"的概念。
"化"意味着在系统分析中使用模型是一种常用手段14. 模型的主要构成要素:系统目标和系统约束系统目标是指系统组成要素的有机行动（序列化）应达到的系统功能和目的；系统约束是系统在实现给定目标时能充分利用的条件范围。
15. 模型的优化模型的优化通常是针对数学模型而言。
这是为了某些系统参数和变量取得较好值或最优解的一种方法。
16. 模型优化的方法数学模型有确定型和随机型之分，而确定型又有线性和非线性之分。
对于确定型问题，最优化方法可分为直接法和间接法两类。
直接法是指利用函数本身的数值或者它的判断值，不断迭代(调整)以达到最优解的一种方法。
间接法是利用函数来解析第三章系统模型(重点)1. 模型是对现实世界某些属性的抽象，系统工程最常用的是数学模型，即分析模型2. 系统模型的特征：它是对现实世界部分的抽象或模仿；它由与分析问题有关的因素构成；它表明了因素见的相互关系3. 模型的分类a) 图形与实物模型图画、草图、框图是不严格图；图论图、逻辑图、工程图是严格图b) 分析模型c) 仿真模型"伪实验" 计算机导向d) 博弈模型"伪实验" 人的行为导向e) 判断模型4. 构建模型的一般原则a) 建立方框图b) 考虑信息相关性c) 考虑信息准确性d) 考虑信息结集性5. 信息的分类（按照在模型中所起的作用不同，因素可划分为：）a) 可忽略其影响的因素b) 对模型起作用但不属于模型描述范围的因素c) 模型所需研究的因素6. 建模的基本步骤a) 形成问题b) 确定系统的特征因素c) 确定模型的结构d) 构建模型e) 模型真实性检验7. 结构模型是应用有向连接图描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型8. 结构模型的基本性质a) 是一种图形模型b) 以定性分析为主c) 可以用矩阵形式来描述d) 结构模型作为对系统描述的一种形式，正好处在自然科学领域用的数学模型形式和社会科学领域用的以文字表现的逻辑分析形式之间9. 图的几个基本概念a) 有向连接图：是指由若干节点和有向边链接而成的网络图b) 如果一条链的起点和终点相同，那么这条链就成为闭链或回路c) 邻接矩阵:用来描述图中各节点两两之间的关系d) 可达矩阵10. 邻接矩阵的特性：a) 矩阵A的元素全为零的行对应的节点称作汇点，即只有有向边进入而没有有向边离开该节点b) 矩阵A的元素全为零的列对应的节点称作源点，即只有有向边离开而没有有向边进入该节点c) 对应每一节点的行中，其元素值为1的数量，就是离开该节点的有向边数d) 对应每一节点的列中，其元素值为1的数量，就是进入该节点的有向边数e) 邻接矩阵描述了系统各要素两两之间的直接关系11. 可达矩阵具有推移性特性12. 系统要素可达矩阵的构造注意对比解释结构模型中的前因集a) A(Si)--没有回路的上位集b) B(Si) -- 没有回路的下位集c) C(Si) -- 无关集d) D(Si)-- 下位集13. 解释结构模型法的特点把复杂的系统分解为若干子系统（要素），利用人们的实践经验和知识，以及电子计算机的帮助，最终将系统构建成一个多级递阶的结构模型14. 实施ISM的工作程序a) 组织实施ISM的小组b) 设定问题c) 选择构成系统的要素d) 根据要素明细表构建模型e) 对可达矩阵进行分解后建立结构模型f) 根据结构模型建立解释结构模型15. 结构模型的建立从可达矩阵推导出解释结构模型参照教材P77~81案例16. ISM应用举例a) 成立ISM小组b) 确定关键问题及导致因素，列举各导致因素的相关性c) 建立可达矩阵d) 进行区域划分和级间划分e) 建立结构模型和解释结构模型f) 根据解释结构模型17. 回归分析Y=a+bXb=(ΣXY-n ?x ?Y)/( Σx2-n?x 2)a=?y - b?x18. 具有时间序列关系的回归分析若能使周期序数的平均值为0（?t=0），则求解系数a和b的公式将简化为a=?yb =?tiyi/?t219. 趋势线分析a) 二次趋势曲线预测模型y=a + bx +cx2b) 三次趋势曲线预测模型y = a + bx + cx2 + dx320. 优化模型概念：模型的优化通常是相对数学模型而言。
这是为了某些系统参数和变量取得较好值或最优值的一种方法21. 优化模型的构建：a) 无约束优化b) 约束优化--线性规划模型c) 整数规划22. 系统仿真是设计系统的计算机模型，利用它进行试验以了解系统的行为或评估系统运用的各种策略的过程。
仿真是建筑在模型基础上的23. 系统仿真的主要优点：a) 很多复杂的、带有随机因素的现实世界系统，不可能正确地用解析方法计算的数学模型来描述。
此时，仿真经常是唯一可行的一种研究方式。
b) 仿真允许人们在假设的一组运用条件下估计现有系统的性能c) 提出的可供选择的系统设计可通过仿真进行比较，以便找出最好的满足特定要求的一种设计。
d) 仿真是人们能在较短的时间内研究长时间范围的系统，或在扩展的时间内研究系统的详细运行情况。
24. 系统仿真的主要缺点：a) 仿真模型一般费用较为昂贵，而且开发一个仿真模型要花很长时间b) 随机仿真模型每运行一次，仅对一组特定的输入参数产生模型的真实特性的估计c) 仿真研究产生大量数据，使人们产生一种更信任仿真研究结果的趋向25. 系统仿真的一般步骤：a) 定义问题b) 制定仿真模型c) 证实模型d) 设计仿真实验e) 仿真运行并分析数据26. 蒙特卡罗法是一种适用于对静态离散系统进行仿真试验的方法。
这种方法的基本思路是运用一连串随机数表示一项随机事件的概率分配27. 随机数的生成方法：随机数表法、随机数发生器、利用数学方法产生随机数第四章系统评价（重点）1. 评价是指按照明确目标测定对象的属性，把它变成主观效用的行为，即明确价值的过程。