第2讲、系统工程概念与原理
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。
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(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。
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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。
系统工程第2讲过程系统工程
Aspen Plus 大型通用流程模拟系统: MIT,第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
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1.6.2 历史沿革、现状与前景 ● 1958年,Flexible Flowsheeting（Kellogg,合成氨，第一个化工模拟程序） ● 60年代，化工过程模拟的初始发展期。PACER（Purdue university) CHESS→Micro-CHESS (Houstn university)待 （第一代） ● 70年代，化工过程模拟的成长壮大期。模拟软件的开发，研制走向专业化，商业化。从过去的分散在大学和各个炼油、石化公向转向由专门的化工软件公司进行。模拟计算的准确性、可靠性大大加强，应用范围不断拓宽，功能愈益丰富，使用越来越方便，并且涌现了一批著名的、影响广泛的商业化软件。如：Monsanto的Flowtran（第二代） ● 80年代开始，化工模拟的深入发展期。是化工模拟的深入发展期；最主要的特点是从“离线”走向“在线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯的稳态计算发展到和工业装置紧密相连。国外不少公司已将著名的软件等定为企业标淮。如美国的Aspen PLUS, 加拿大HYSIM,PROCESS → PRO／Ⅱ （第三代） ● 80年代末，AspenTech公司率先推出了动态模拟软件Speed Up。
Байду номын сангаас
1.7 过程系统工程的应用领域
安全系统工程讲义
第一章概论重点内容：了解安全系统工程的概念；了解安全与生产的关系；掌握传统安全工作方法存在的主要问题及局限性；掌握系统的概念及其特点；了解安全系统工程的发展过程；掌握安全系统工程的内容。
第一节概述1、安全系统工程是用系统工程的方法研究、解决生产过程中的安全问题,预防伤亡事故和损失发生的一个新技术学科。
2、安全与生产的关系安全工作随生产而产生,也随生产的发展而发展。
生产离不开安全，安全促进生产。
现代工业的几大特点四新：新工艺，新技术，新能源和新材料；三化：生产过程的大规模化,复杂化和高度自动化。
于此相适应,安全管理工作也面临着新的课题:1、新工艺,新技术,新能源和新材料的出现,必然产生新危害。
2、需要处理的各种危害物质的种类和数量不断增多。
3、由于生产过程大规模化,复杂化,造成危害程度的范围日益扩大。
4、安全保障的要求及技术难度也相应增长。
3、人们对付事故的两种方法1）传统安全工作方法就是事故发生后吸取经验,进行预防的方法,有人也叫做“问题出发型”方法。
2）安全系统工程工作方法有人也叫做“问题发现型”方法。
这种方法是从系统内部出发，研究各构成部分存在的安全联系，检查可能发生事故的危害性及其发生途径，通过重新设计或变更操作来减少或消除危害性,把发生事故的可能性降低到最低。
4、传统安全工作方法存在的主要问题安全工作总是跟在生产后面跑。
原因：安全的属性问题；人的认识问题；安全效益问题；5、传统安全工作方法的局限性1）凭经验和直感处理生产中的安全问题，由表及里的深入分析，发现潜在的事故危险性少，难以彻底改善安全面貌。
2）定性的即“安全”或“不安全”的概念多，而定量的概念少。
3）没有系统性。
4）没有肯定的目标值。
6、系统安全的基本观点没有绝对安全安全工作贯穿于系统的整个寿命期间危险源及其危险性危险的概念是指系统中存在导致发生不期望后果的可能性超过了人们的承受程度。
第二节安全系统工程的概念1. 安全系统工程的概念采用系统工程的方法，识别、分析、评价系统中的危险性，根据其结果调整工艺、设备、操作、管理、生产周期和投资等因素，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统安全性达到最好的状态。
系统工程
1、系统概念：系统是由处于一定的环境中相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成并为达到整体目的而存在的集合。
2、系统基本特性：整体性、相关性、结构性、动态性、目的性和环境适应性。
3、系统的三要素：系统的诸部件及其属性、系统的环境及其界限、系统的输入和输出。
4、实体系统是指系统的工艺是有特定的工艺组成的；概念系统是用一些思想方法，符号等组成的一个客观上不存在的系统。
5、2003年春天非典疫情是突变的动态环境。
6、系统的层次：第一层，静态结构系统；第二层，简单动态系统，如各行星活动规律；第三层，反馈控制系统；第四层，细胞系统，有自我维持能力，与环境间有明显的物质交流；第五层，原生社会系统，典型例子是植物；第六层，动物系统，具有以脑为中心的神经系统；第七层，人类系统，除有动物系统具有的全部特征以外有自我意识；第八层，人类社会系统；第九层，超越系统。
7、交通系统工程定义：就是采用系统的理论和方法并结合交通系统的具体特点和其他交通学科的知识，对所研究的交通问题在进行包括系统研究、系统设计、系统量化等系统分析的基础上，在进行系统计划，系统实施、系统反馈、协调与控制，系统评价等工作，对系统中各种资源合理最佳利用，实现系统预定目标的过程。
8、系统工程是一门“社会-技术”的综合交叉学科。
9、系统工程的知识体系：10、系统工程的方法有：硬系统方法论和软系统方法论。
硬系统问题又称结构化问题，这类问题的目前状态及期望达到的未来状态是明确的或可以确定的。
系统工程人员所要做的就是选择合适的方案使目前的状态顺利地转化为期望的未来状态。
软系统方法论解决问题的步骤是：（1）问题现状说明，目的是为了改善现状，主要是非结构化问题描述；（2）弄清问题的关联因素，弄清与改善现状有关的各因素及相互关联情况；（3）建立概念模型（4）改善概念模型（5）概念模型与现实系统的比较（6）系统更新11、系统工程内容：一般包括系统分析、系统设计、系统辨识、系统预测、系统的量化与优化、系统控制、系统的模拟与仿真、系统协调、系统评价、系统决策等。
系统工程2系统工程的基本原理
第三节 系统工程理论
STEP1
STEP2
STEP3
以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）
以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，其代表性理论是1994年霍兰提出的CAS（复杂适应系统）理论（美国学派）
以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）
八、复杂系统理论
第三节 系统工程理论
对于一个系统，如果它的某种描述结构能保持所需的一段时间并具有某种简单性，就称该系统的此种结构是有序的，此时的系统也称为有组织的。
框架结构：能够基本确认系统的主要关联方式； 运行结构：系统运行过程中各组分之间相互动态影响的关联方式 空间结构：系统组分在空间的排列配置方式； 时间结构：系统组分关联方式随时间的变化特征。
第二讲 系统工程的基本原理
经济管理学院工业工程系
系统工程
第一节 系统工程的基本概念
一、系统
一个系统是人类在某项实践活动中的一个对象；系统中的要素根据实践的目的组合在一起，形成一个整体，并成为思维的对象。
二、子系统、结构与组织
当把系统的一个部分作为考察对象时，这个部分就称为原系统的一个子系统。 系统的每个最小组成要素和各种子系统都称为系统的一个组分。系统在功能上不能再分的最小组分叫做基本组分，也是一个子系统。
01
类比方法
01
统计方法 信息方法 信息论(informatics)
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第三节 系统工程理论
theory) 1969；比利时统计物理学家I.普利高津 研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论
四、耗散结构理论(dissipative structure
70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯 研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科
系统科学PPT课件
系统科学基础
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系统科学基础
第一讲 系统科学概述 第二讲 系统概念 第三讲 系统理论概述 第四讲 学科分类 第五讲 复杂科学、系统工程与
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2）人造系统
人造系统都是存在于自然系统 之中的， 如人造卫星、海运船只、机械设备等。
人造系统和自然系统之间存在着界面，两者 互
相影响和渗透。
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3）人造系统对自然系统的影响
原始人类对自然系统的影响不大
近年来，人造系统对自然系统的不良影响已成为 人们关注的重要问题， 如核军备、化学武器、环 境污染等。
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（二）学生各学习阶段培养什么能 力？
1、本科 2、硕士研究生 3、博士研究生 4、博士后
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（三）这门课讲什么？如何讲？
1、系统科学的学科结构：
一级：系统科学 二级：系统理论、系统分析与集成 “矿业工程”学科结构
一级：矿业工程 二级：采矿工程、安全技术与工程、矿物加工
管理科学与工程学科结构
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3.静态系统和动态系统
系统的静和动都是相对的。
在宏观上没有活动部分的结构系统或相对静止的 结构系统为静态系统，例如大桥、公路、房屋等
动态系统指的是既有静态实体又有活动部分的系 统，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。 在中世纪以前，人们曾认为
宇宙现象是永恒不变的，习惯将事物看成是恒定的，静 止的，这种看法在哲学上是唯心的或机械唯物论的。随 着科学的发展和人类的进步，才逐断 认识到世界不是恒 定事物的集合体，而是动态过程的集合体，运动是永恒 的。宇宙是一个 动态系统，静态是相对的。
系统工程引论第一章系统的基本概念
一般系统论的创始人奥地利生物学家冯· 贝塔朗菲把系统称为“相互 作用的多要素的复合体”。如果一个对象集合中存在两个或两个以上的 不同要素，所有要素按照其特定方式相互联系在一起，就称该集合为一 个系统。其中的要素是指组成系统的不同的最小的(即不需要再细分的) 组成部分。 钱学森院士在回顾我国研制“两弹一星”的工作历程时说：“我们 把极其复杂的研制对象称为‘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统的组成部分。” 在汉语中与System一词相对应的名词还有体系、体制、制度 此外，在管理学原理和企业管理中用得最多的单词之一组织 (organization)，其意义与系统(system)是很相近的，而且常常是等同 的。
在组织管理工作中，系统的层次与管理的跨度是一对矛 盾。从个人的管理能力而言，管理跨度的平均值是一个常数， 被称之为“奇妙的7”，即一个管理者，他能够直接有效管理 的下属是7人左右，不会太多。
如果利用计算机技术，建立性能卓越的管理信息系统 (MIS)，提高管理的跨度，就可以减少管理的层次。当然， 管理岗位的设置要考虑多种因素，并非如此单一。但是可以 确信，在当代的计算机和信息技术条件下，管理组织的结构 可以由金字塔趋向扁平化。 在实际管理工作中，层次性并非是一成不变的。在一般 情况下，上一级指挥下一级，下一级服从上一级，下一级向 上一级反映情况；在特殊情况下，也可以“越级指挥”、 “越级反映情况”(“上访”、“上告”)。我们把前者称为 规范的层次性，把后者称为不规范的层次性。后者并不是可 有可无的，而是对前者的必要补充。例如，中国共产党党章 规定：党员有权“向党的上级组织直至中央提出请求、申诉 和控告，并要求有关组织给以负责的答复”；“党的任何一 级组织直至中央都无权剥夺党员的上述权利”。
第2章系统工程基本理论
全过程 任务
协调模块
第1段控制器
第2段控制器
第n段控制器
被控对象或过程
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2.3 信息论基础
现代信息论是从20世纪20年代奈奎斯特N．Nyquist） 和哈特利（L．v．R．Hartley）的工作开始的，他们最早 研究了通信系统传输信息的能力，并试图度量系统的信道 容量。
控制论（cybernetics）是在20世纪30、40年代自动 控制、电子计算机、通信技术和生物学、数学等学科蓬勃 发展的背景下产生的。1948年，美国数学家维纳将机器与 生物的控制和通信机制进行类比，抽象出共同特征，创立 了控制论。
控制论提炼出的基本概念，诸如目的、行为、通信、 信息、输人、输出、反馈、控制以及在这些概念基础上的 控制论系统模型，即输入一输出反馈控制模型，具有广泛 的普遍意义，并且紧密联系着基础理论和应用技术两头。
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控制与信息
控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用 信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状 态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都 是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工 程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这 些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为基 本的消息概念，而不论这消息是由电的、机械的或神经的 方式传递的。”
从信息掌握程度理解白箱、灰箱和黑箱的涵义
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控制分类
一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们 为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不 同，可将控制系统主要分为以下几Байду номын сангаас类型：
定值控制 程序控制 随动控制 最优控制
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控制方式
【精品】第01章系统与系统工程
第1章系统与系统工程1系统的基本概念1。
1系统的概念系统这一概念来源于人类长期的社会实践,朴素的系统概念，在古代的哲学思想中得到了反映.公元前古希腊的唯物主义哲学家德漠克利特（Democritus）就曾论述了“宇宙大系统”，他认为世界是由原子和真空所组成，原子组成万物，形成不同的系统和有层次的世界。
古希腊的伟大学者亚里士多德（Aristoteles）关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想,可以说是古代朴素的系统概念。
我国古代著名思想家老子就曾阐明自然界的统一性，他用古代朴素的唯物主义哲学思想，描述了对自然界的整体性和统一性的认识.西周时代，已用阴阳二气的矛盾统一来解释自然现象，认为金、木、水、火、土“五行”是构成世界大系统的五种基本要素。
在东汉时期,古代天文学家张衡提出“浑天说”,揭示了天体运行和季节变化的关系，编制出历法和指导农业活动的二十四气节.在北魏时期,著名学者贾思勰在其名著“齐民要术”一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系,都有辩证的叙述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。
周秦至西汉初年古代医学总集的“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。
系统概念来源于人类长期的实践活动，但是由于古代科学技术不发达，往往只能得到分散的认识，不够深化。
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，因而对整体性和统一性的认识也是不完全的。
19世纪以来。
自然科学取得了伟大的成就，特别是能量守恒、细胞和进化论的发现，使人类对自然过程的相互联系的认识有了很大的提高。
马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为，物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一整体。
这也就是系统的实质.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和工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式,在运筹学和其它系统科学那里取得了定量的表述形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容”。
系统工程学概览
系统论是关于“整体性”的科学！
思 想
核 心
整体大于 部分之和！
满足约束条件式(1), (2)的解称为可行解，一个可行解使目标函数J 达到极值时，则称为最优解。规划问题就是在一组约束条件下求 目标函数的极值问题。
一个简单例子
某纺织厂用棉、毛、人造纤维作原料，生产甲乙两种 布。甲种布每米产值5元，乙种布每米产值7元，生产 每种布所需原料： 甲种布（米）：棉0.4斤，毛0.3斤，人造纤维0.18斤 乙种布（米）：棉0.1斤，毛0.9斤，人造纤维0.15斤 问题是现有100斤棉，270斤毛，人造纤维660斤，该厂 如何安排生产，产值最大？
系统工程在我国的发展
1955年，计划经济的需要，引进系统工程、运 筹学 1956年中科院力学所建立了我国第一个运筹学 研究组 1960年中科院力学所与数学所成立数学与运筹 学研究所 1962年钱学森开始倡导系统工程思想 1965－1975华罗庚在我国大力推广“统筹法”， “优选法”。 文化大革命期间几乎停顿 1977年正式将系统工程列入国家重点研究项目
系统工程与运筹学诞生的标志
在总结战争期间的研究成果与实践经验的基础上， 1946年美国的Morse和Kimball在内部发表了保密文献， 1950年才公开出版《运筹学方法》(Methods of operations reserach) 1957年H.Goode 与R.E.Machol出版了《系统工程学》 (Systems engineering)
运筹学研究的主要问题
分配问题
对有限的资源、人员、设备、时间等因素构成的系统，为了最有 效地实现某种目标或任务，如何统筹规划，以最优的方式对有关 因素加以安排或分配，使得耗费最小，效益最大而风险最小。相 关的运筹学分支包括线性规划、非线性规划与动态规划，通称规 划论。
第二讲 工程项目系统及系统分析
四、项目各阶段的项目管理工作
工程项目管理是对项目全过程的管理。在不同阶段， 项目管理的重点和工作任务不同。 （1）工程项目的前期策划阶段 项目构思和机会的研究； 对已有的问题、条件与资源调查研究收集数据； 项目目标系统的建立、分析和优化； 提出实施目标的设想、总体实施方案的建议，提出项 目建议书； 进行可行性研究，并提出报告； 项目场地选择及土地价值评价； 项目的风险分析： 项目总进度与财务安排的计划； 项目评价等。
（3）工程项目的施工阶段 施工阶段的项目管理工作包括监督、跟踪、诊断项目 实施过程； 协调设计单位、施工承包商、供应商的工作。具体完 成项目的范围管理、进度控制、成本（投资）控制、质量 控制、风险控制、材料和设备管理、现场和环境管理、信 息管理等工作。 本阶段是项目管理最为活跃的阶段，资源投入量最大， 管理难度也最大、最复杂。
3.系统单元联系（界面）分析，包括界限的划分与定 义、逻辑关系的分析，实施顺序安排。通过界面分析，将 全部项目单元还原成一个有机的整体。 4.项目系统说明。通过设计文件、计划文件、合同文 件和项目分解结构表等对项目各层次的单元进行说明，赋 予项目系统单元具体的实质性内容。
四、项目系统分解方法
系统分解方法是将复杂的管理对象进行分解，以观察 其内部结构和联系，是工程项目系统分析最重要的工作， 也是项目管理最基本的方法之一。常用的项目系统分解方 法有： （一）结构化分解方法 任何项目系统都有它的结构，都可以进行结构分解， 分解的结果通常为树形结构图。例如： 目标系统可分为系统目标、子目标、可执行目标，得 到目标分解结构（OBS） 工程技术系统可分解为子系统、功能区和专业要素。 项目的总成本可以按照一定的规则分解为成本要素， 形成成本分解结构（CBS）
3）招标投标管理 协助业主进行合同策划，提出分标建议和项目管理模 式的建议； 起草招标文件和合同文件； 进行资格预审； 招标中的各种事务性工作，如组织标前会议； 组织开标、评标、作评标报告； 召开澄清会议； 参与选择承包商；分析合同风险并制定排除风险的策 略，安排各种保险和担保等。 4）实施前的准备工作。牵头进行施工准备，包括现 场准备、技术准备、资源准备等，与各方面进行协调；签 发开工令。
系统工程原理
系统工程原理
系统工程原理是一种跨学科的方法论，旨在通过分析、设计和管理复杂系统来实现预期的目标。
它综合了工程学、管理学和计算机科学等多个领域的知识和技术，以提高系统的功能性、可靠性、效率性和可维护性。
系统工程原理的核心思想是整体观念，即将系统视为一系列相互关联的组件或子系统，通过它们之间的协同作用来实现整体功能。
系统工程强调对系统的全面理解和综合设计，以满足用户需求和预期目标。
系统工程原理的主要步骤包括需求分析、系统设计、系统集成、系统验收和系统维护等。
需求分析阶段主要是通过与用户沟通和交流，明确系统的功能、性能和约束条件等需求。
系统设计阶段则是将需求转化为具体的系统结构和模块设计，并进行系统测试和验证。
系统集成阶段是将各个模块和组件组合在一起，确保系统的相互兼容和协同工作。
系统验收阶段是对整个系统进行终端用户的实际使用测试和评估。
系统维护阶段是对系统进行常规性的维护和更新，确保系统的稳定运行和持续改进。
在系统工程原理的实践中，还有一些重要的原则和方法。
例如，需求的可行性和可行性研究能够帮助评估需求的可实施性和风险。
系统建模和仿真技术可以帮助理清系统的结构和功能，并预测系统的性能。
风险管理和质量保证方法可以帮助发现和解决系统开发过程中的问题和隐患。
总之，系统工程原理是一种重要的工程方法论，用于分析、设
计和管理复杂系统。
它强调整体观念、全面设计和综合优化，以实现预期的系统目标。
系统工程原理
系统工程原理系统工程原理是指在系统工程领域中，系统工程师需要掌握的一系列基本原理和方法论。
系统工程是一门综合性学科，它涉及到多个学科领域的知识和技术，包括工程学、管理学、计算机科学、经济学等。
系统工程原理的学习和应用对于系统工程师的工作至关重要，下面将从系统工程原理的基本概念、核心原理和应用方法进行介绍。
首先，系统工程原理的基本概念是指系统工程所涉及的基本概念和基本理论。
系统工程是一种以系统思维为核心的综合性工程学科，它将各种学科领域的知识和技术进行整合，以解决复杂系统问题为目标。
系统工程原理的基本概念包括系统思维、系统工程方法论、系统工程的基本特征等。
系统思维是系统工程的核心，它强调整体性、综合性和协同性，要求系统工程师能够从整体的角度来看待问题，进行系统化的分析和设计。
系统工程方法论是系统工程师进行系统工程实践的方法和工具，它包括需求分析、系统建模、系统设计、系统集成、系统验证等一系列方法和技术。
系统工程的基本特征包括复杂性、动态性、多学科性、协同性等。
其次，系统工程原理的核心原理是指系统工程所依据的基本原理和规律。
系统工程的核心原理包括系统思维原理、系统分析原理、系统设计原理、系统集成原理、系统验证原理等。
系统思维原理是系统工程的核心，它要求系统工程师能够从整体的角度来看待问题，进行系统化的分析和设计。
系统分析原理是系统工程师进行系统需求分析的基本原理和方法，它包括需求获取、需求分析、需求建模等一系列方法和技术。
系统设计原理是系统工程师进行系统设计的基本原理和方法，它包括系统架构设计、模块化设计、接口设计等一系列方法和技术。
系统集成原理是系统工程师进行系统集成的基本原理和方法，它包括系统组装、系统测试、系统调试等一系列方法和技术。
系统验证原理是系统工程师进行系统验证的基本原理和方法，它包括系统验证计划、系统验证测试、系统验证评审等一系列方法和技术。
最后，系统工程原理的应用方法是指系统工程原理在系统工程实践中的应用方法。
系统工程导论第二章
第二讲：系统工程理论与方法论课件
② 在规范分析中一般需（或尽可能）建立结构模型、数 学模型或仿真模型。
2020/12/5
第二讲：系统工程理论与方法论
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• Whw？
2020/12/5
第二讲：系统工程理论与方法论
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系统分析原理
③ 每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案→ 非劣方案→经排序的非劣方案（或称选择性方案）。 ④ 环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和 必不可少的。 ⑤ 在应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历并 完成每一个具体过程（哪些必不可少？） 。
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（三）、两种方法论的比较
霍尔三维结构与切克兰德方法论均为系统工 程方法论，均以问题为起点，均具有相应的逻 辑过程。
在此基础上，两种方法论主要存在以下不同点： (1)霍尔三维结构主要以工程系统为研究对象 ，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营 管理等“软”系统问题的研究。 (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。
2020/12/5
第二讲：系统工程理论与方法论
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系统分析原理
3、SA的特点及原则 （1）坚持问题导向 （2）以整体为目标 （3）多方案模型分析和选优 （4）定量分析与定性分析相结合 （5）多次反复进行
2020/12/5
第二讲：系统工程理论与方法论
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4.系统分析原理应用问题
❖应用领域广泛 ❖对系统分析的技术方法具有指导作用
系统工程导论 （Systems Engineering, SE） —系统工程方法论及其应用
高欣 北京邮电大学自动化学院
第二讲：系统工程理论与方法论
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系统工程方法
4) 系统生命周期过程进一步说明
系统需求分析
可行性分析 功初步综合
系统优化
系统综合
设计方案
6. 系统工程对系统设计开发各个阶段的支持
系统工程方法
7. 系统工程过程模型
1）瀑布模型
需求分析
描述
设计
反馈过程
实现
试验
维护
———————————————————————————————————————————— 彭勤科，系统工程研究所，Tel: 82667964，E-mail: qkepng@，Ftp: 202.117.14.75 sem/123456
6) 系统工程是为了合理开发、设计和运用系统而采用的思想、程序、组织和方法的 总称（1971 年日本寺野寿郎“系统工程学”）。
7) 系统工程与其他工程学不同之点在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些 学科边界空白的一种边缘学科。因为系统工程的目的是研制系统，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。为了适应解决这些领域的问题，除了需要 某些纵向技术外，还需要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向技术就是系统 工程。也就是研制系统的思想、技术、方法和理论体系化的总称（1977 年日本三浦武雄“现 代系统工程学概论”）。
第二讲、系统工程概念与原理
1. 系统设计开发面临的主要问题
系统工程方法
1) 系统用户需求定义困难 2) 系统设计开发费用昂贵 3) 系统的设计开发进程往往被延迟 4) 系统的设计开发成本经常超过预算 5) 系统的维护复杂和困难 6) 系统设计开发过程的文档资料不完整和不一致 7) 系统集成困难，遗留问题往往造成返工 8) 系统设计开发过程中往往遇到非期望的风险 9) 系统设计开发人员难以协调沟通 10) 系统设计开发效率低 11) 系统设计开发文档难以为系统的维护和升级提供完整信息 12) 系统设计开发质量难以评估和控制 13) 系统的功能与性能往往比期望的差 14) 系统往往难以使用，人机交互能力差 15) 系统移植困难 16) 系统难以适应环境和用户需求的变化 17) 系统的可靠性、可用性和可维护性很难保障
系统需求分析
系统工程方法
系统初步设计
系统工程方法与技术
系统详细设计 开发/生产/建筑
系统工程管理
运行和维护
更新或报废
6) 基于计算机的系统工程 ● 在现在的许多技术系统中，软件的数量和比重快速增长； ● 软件驱动的通用电子系统正在取代专用的硬件系统； ● 软件被认为是系统工程中的一个麻烦问题，许多工程的延期是由于软 件问题； ● 高效率的软件工程是成功开发大系统的基础； ● 许多系统的要保存或运行多年，并要能适应不断变化的环境； ● 复杂大系统往往是 COTS(commercial off-the-shelf)部件和专用子系统 的混合体，这些部件和子系统通过软件集成。
1) 系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流 动和控制机理等进行分析与设计的技术（1967 年日本工业标准 JIS）。
2) 系统工程是一门把已有学科分支中的知识有效地组合起来用以解决综合性的工程 问题的技术（1974 年大英百科全书）。
3) 系统工程是研究许多密切联系的元件组成的复杂系统的设计科学。设计该复杂系 统时，应有明确的预定目标与功能，并使各元件以及元件与系统整体之间的有机联系，配 合协调，以使系统总体能达到最优目标。但在设计时，要同时考虑到参与系统中的人的因 素与作用（1975 年美国科学技术辞典）。
系统工程方法
2）V 字模型
试验/测试
需求定义
系统验证
分解
系统分解 部件设计
子系统验证 部件验证
验证与集成
3）螺旋模型
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3. 系统工程特点
（1） 整体性（系统性）
整体性是系统工程最基本的特点，系统工程把研究对象看成一个由若干部分（要素与 子系统）有机整体。对其进行分析或在研制系统时总是从整体性出发，从系统整体与部分 之间相互依赖、相互制约的关系中揭示系统的特性和规律，从整体最优化去实现各组成部 分的有效运转。
（2） 关联性（协调性） 用系统工程方法去分析和处理问题时，不仅考虑部分与部分之间，部分与整体之间的 相互关系，还要认真协调他们之间的关系。因为系统各部分之间，各部分与整体之间的相 互关系和作用直接影响着整体系统的作用，协调他们之间的关系可以提高整体系统的性能。
（4） 满意性（最优化） 系统工程是实现系统最优化的组织管理技术，因此，系统整体性能最优化是系统工程 所追求并要求达到的目的。由于整体性是系统工程最基本的特性，所以，系统工程并不追 求构成系统的个别部分最优，而是通过协调系统各部分的关系，使整体目标达到最优。
4. HALL 三维结构
1) 知识维（知识结构） ● 工程 ● 医学 ● 建筑 ● 商业 ● 法律 ● 管理 ● 社会科学 ● 艺术
1) 系统工程方法的框架
系统管理
系
统
设
计
开 发
系统方法学
小
组
系统工程方法与工具
2) 从管理角度看系统工程
科学
交叉部分为 管理方法
组织
系统工程方法
要 设 计 开 发 的 系 统 环境
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9. 系统性能/能力分析 ● 功能：满足什么需要和要求。 ● 性能：性能指标，多性能指标，关键性能指标，系统性能（综合）评价 可靠性：可靠性工程（可靠性设计，可靠性分析，系统故障诊断 与分析，系统失效模式等），系统平均无故障时间。 可用性：系统运行时间占系统要求运行时间的百分比。 可维修性：反映系统出现故障后可以修复的能力，可靠性工程， 系统平均维修时间。 可操作性：系统人机交互情况。
系统工程方法
8. 系统设计目标的分解
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系统工程方法
3) 系统工程研究的主要步骤
形式化描述
系统工程方法
分析
解说验证
4) 基于系统生命周期和系统工程研究主要步骤的系统工程过程
系 形式化
统
分析
定
解说验证
义
系 形式化
统
分析
设
解说验证
计
系 形式化
统
分析
设
解说验证
计
5) 系统工程方法、技术及管理在系统工程中的作用
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系统工程方法
18) 系统的运行性能往往较差 19) 系统往往不符合规格要求 20) 系统性能测试和评估困难 21) 缺少有效的系统开发成本与效益分析方法 22) 在系统管理者、设计者和用户之间交流往往很差。 23) 系统的规格说明往往不能准确反映用户的需求 24) ••• ••• ••• 2. 系统工程定义
4) 系统工程是一门研究复杂系统的设计、建立、试验和运行科学技术 1976 年苏联大 百科全书）。
5) 统工程是为了研究由多数子系统构成的整体系统所具有的多种不同目标的相互协 调，使系统的功能达到最优化，最大限度地发挥系统组成部分的能力而发展起来的一门科 学（1977 年美国恰斯诺特“系统工程方法”）。
详细设计 原型开发
试验评价
开发/生产/建筑 使用和维护 更新或报废
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（3） 综合性（交叉性） 系统工程以大型复杂的人工系统和复合系统作为研究对象，这些系统涉及的因素很多， 涉及的学科领域也很广泛。包括人类社会、生态环境、自然现象和组织管理等。因此，系 统工程必须综合研究各种因素，综合运用，各门学科和技术领域的成就，从整体目标出发 使各门学科，各种技术有机地配合，综合运用，以达到整体最优化的目的。
8) 系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法， 是一种对所有系统都具有普遍意义的方法（1982 年钱学森《论系统工程》）。
9) 系统分析：研究相互影响的因素的组成和运行情况；是运用数学方法研究系统的 一种方法。
10) 以人类社会的复杂或大规模生产、科学技术和社会经济等活动（即大系统）为对 象，用系统与控制的思想、观点与方法，并借助计算机为工具来分析、揭示和预演各种复
5) 系统工程过程中主要活动之间的关系
系统工程方法
需求
功能分析