第1章 系统工程概述-20150921

18
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的分类
(1) 按系统对象分类 控制系统、工业系统、经济系统、教育系统、军事系统、社会系统 (2) 按系统形成过程分类 自然系统、人造系统、复合系统（自然+人造、如梯级水电） (3) 按系统结构分类 集中系统、分散系统、多级递阶系统、环形系统。 (4) 按系统随时间的变化特性分类 静态系统(用代数方程描述)、动态系统(用微分方程描述)
17
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的功能
不同系统的功能千差万别。一般意义上，系统的功能如下图所示：
输入 输出
处理与转换
物质、能量和信息 物质、能量和信息
狭义上：系统的功能就是处理与转换系统的物质、能量和信息 广义上：系统的功能就是输入、输出、反馈、处理与转换系统的物质、 能量和信息(将输入、输出和反馈也视为系统的功能)
6
1.1 系统工程的典型实例
实例1：“个体失优换得整体最优”的博弈策略 战国时期，齐王与一名大将田忌赛马，双方约定各出 3 匹 马，分别为3个等级（上等马、中等马和下等马），问田忌战 胜齐王的对策是什么？ 上等马用 1 表示，中等马用 2 表示，下等马用 3 表示。齐王 与田忌各有6个策略： 1，2，3(齐王) 田忌战胜齐王的对策：用下等马应对齐王上等马 1， 3， 2 输1局、再赢2局 2， 1， wenku.baidu.com 夫运筹帷幄之中，决胜千里之外。 《史记·高祖本记》 2， 3， 1 (跨空间系统工程) 3， 2， 1 3，1，2(田忌) 古人云：人无远虑，必有近忧。
(跨时间系统工程) 7
1.1 系统工程的典型实例
实例2： 个体协调才能实现复杂系统整体功能
测量+分析+控制+指挥…协调 =》成功 ！
8
1.1 系统工程的典型实例
实例3： 一个工程系统兼顾着相互牵制的多个目标
坝后电站装机26台*70万kW, 94年12月至06年5月全部投产 右岸地下电站6台*70万kW, 02年2月尾水渠施工至12年5月全部投产
三峡水利工程系统
9
1.1 系统工程的典型实例
实例3： 一个工程系统兼顾着相互牵制的多个目标 三峡水利系统的功能： 1、发电：32台×70万kW，~10个大亚湾核电站、2个深市用电 http://news.sohu.com/s2006/sxfadian/ 2、防洪：防洪总库容221.5亿m3 ,防汛标准为千年一遇 3、航运：昔日险滩密布的峡江航道已成高峡平湖、但需船闸 http://news.sohu.com/s2006/sxchuanzha/ 4、旅游：http://news.sohu.com/s2006/dabashiyitu/ 5、环境：作为清洁能源，相当每年节约6000万吨燃煤、 每年减少排放二氧化碳约1.2亿吨 6、生态：鱼群生活习惯和范围受到影响 多个目标可能相互冲突 !
19
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的分类
(5) 按系统的复杂性分类 简单系统、复杂系统 (6) 按系统是否具有不确定性分类 确定性系统、不确定性系统 (7) 按热力学的观点分类 孤立系统(与环境无信息、物质、能量交换)、封闭系统(只与环境交换信息)、 开放系统(与环境交换信息、物质、能量) (8) 按系统的数量、种类及关联复杂程度分类 简单系统、简单巨系统、巨系统、复杂巨系统、开放的复杂巨系统 (9) 按哲学观点分类 实体系统、概念系统
20
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。
13
1.1 系统工程的典型实例
实例总结： 行为 共同点(普通工作程序) 系统工程
共同点 (普通工作程序) ：SIMILAR Process:
Figure 1. The Systems Engineering Process
14
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的定义 Definition of System: A system is a construct or collection of different elements that together produce results not obtainable by the elements alone. The elements, or parts, can include people, hardware, software, facilities, policies, and documents; that is, all things required to produce systems‐level results. The results include system level qualities, properties, characteristics, functions, behavior and performance. The value added by the system as a whole, beyond that contributed independently by the parts, is primarily created by the relationship among the parts; that is, how they are interconnected. 系统的定义：“系统”是结构上相互联系、状态变化上相 互依赖的若干成员，构成的具有特定功能的整体。 系统的主要属性：整体性、关联性、环境适应性。 15
10
1.1 系统工程的典型实例
实例3： 一个工程系统兼顾着相互牵制的多个目标
三峡大坝布局
发电示意图
11
三峡水利工程系统(多个目标可能相互冲突 ! )
1.1 系统工程的典型实例
实例3： 一个工程系统兼顾着相互牵制的多个目标
三峡大坝船闸示意图
三峡大坝为游客提供的观光景点
12
三峡水利工程系统(多个目标可能相互冲突 ! )
0908‐01End 16
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的特性(区别于其它事物)
(4) 相关性。科学发展的全部成就已经证明“现实世界是普遍联系的”。系统中相互关联 的要素或部件形成了“部件集”，“要素集”。它集中了各部件或要素相互制约和相互影响的关 系，正是这种相关性确定了系统特有的整体形态与功能。 (5) 复杂性。现代系统一般是多输入、多输出、多参数、多层次、多目标、多功能的系统。 系统通常处在一个多变的环境之中，其输入具有多个参数，且表现在时间或空间上的随机性 和不确定性，系统本身往往具有多层次结构，只有进行一系列运算分析和比较，才能权衡出 较优的方案。 (6) 适应性。系统与环境之间通常有物质、能量和信息交换。环境的变化会引起系统特性 变化，即：系统内部各要素或部分的性能变化。因此，一般结构良好的系统都有反馈、自适 应、自学习功能，以保持它对客观环境的适应性。 (7) 动态性。是指系统状态与时间的关系。由于物质与运动密不可分，各种物质的结构、 形态、功能、特性及其规律都是通过运动表现出来的，要认识系统必须研究系统的运动。开 放系统与外界有物质、能量和信息交换，其内部结构随时间变化，系统的发展是一个有方向、 有周期的动态反馈过程。 (8) 开放性。系统对环境开放，与环境之间有物质、能量和信息交换。
4
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
5
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
1.1 系统工程的典型实例
实例总结： 人 遵循普通工作程序 成功率激增
Humans (individually, on teams, and in organizations) can follow simple processes to increase their probability of success. Many authors, both technical and nontechnical, have described processes for doing various things like designing a system, attaining business excellence, and solving personal and professional problems. The amazing similarities in these diverse processes suggest that there is a general process that might be closely related to human thinking. Idea of systems engineering This general process of “Idea of systems engineering” was abstracted into the SIMILAR Process.
1.2 系统工程的概念与特点
1.2.1 系统的概念
系统的特性(区别于其它事物)
(1) 整体性。系统应由两个以上的要素或部分组成，各要素或部分之间存在着联 系，从而构成一个有机的整体，实现其目的和功能。系统科学家贝塔朗菲指出：机 械论的错误观点之一，就是简单地分解或加合。贝塔朗菲认为，应该用整体观点纠 正机械论的错误观点。从而提出了关于系统组成的著名定律：整体恒大于各孤立部 分的简单加和。 (2) 目的性。系统工作者进行系统的构思、设计、分析、运行、控制时，必须事 先弄清其目的，否则将无法得到一个良好有序的现实系统。换句话说，系统工程学 就是研究使系统对象顺利达到某种目的的一门学科。如军事作战系统“就应按最容 易确保自己战胜敌人的目的来配备兵力兵器等资源、进行作战的组织和指挥等军事 活动”；经济管理系统“就应按如何获得最佳经济效益的目的、来优化配置人力和 设备及相关资源等”。 (3) 有序性 。由于系统的结构、功能和层次的动态演变有某种方向性，因而系统 具有有序性。系统的有序性表现为：它既由较低级的子系统组成，又是更高级大系 统的子系统。
2
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。
3
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
系统工程概论
Basics of Systems Engineering
1
内容简介
系统工程(SE)：
对象：系统(如：机器系统、水利系统、交通系统、社会系统等) 问题：共性问题、通用理论和技术 方法：定性与定量方法相结合 内容：建立系统对象的数学模型，运用系统观念(整体看问题的观念)的思维 和方法仿真分析和设计系统、掌握其变化规律，对系统进 行科学预测和评价及决策、提供技术经济整体最优方案 适用：各类工程领域、经济和社会及军事领域等