系统工程基础知识

第一章系统工程概述第一节系统工程的产生，发展及应用1、科学系统思想的形成：古代朴素的系统思想用自发的系统概念考察自然现象，其理论是想象的，有时是凭灵感产生出来。

这种普遍的联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。

2、系统理论的形成与发展：从系统思想发展到系统论，控制论、信息论等系统理论。

a)系统论（一般系统论）是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。

代表人物为奥地利理论生物学家贝塔朗菲。

b)控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，信息与控制等是其核心，他是继承一般系统论之后，有数学家维纳在20实际40年代创立的。

c)信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论。

20世纪60年代中国科学家学森对系统理论和系统科学的发展有独到的贡献。

第二节系统工程的研究对象1、系统的概念及特点：系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。

系统作为系统原理论、系统工程和整个系统科学的基本研究对象。

2、系统的定义：系统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。

3、系统的四要素包括：简称要、环、结、功a)系统及其要素b)系统和环境c)系统的结构d)系统的功能4、系统的一般属性简称：整、关、环、目、层a)整体性：是系统最基本、最核心的特性、是系统性最集中的体现。

b)关联性：构成系统的要素是相互联系、相互作用，所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系，c)环境适应性：环境的变化必然会引起系统功能及结构的变化，系统必须首先适应环境的变化，并在基础上使环境得到持续改善。

除了三个基本的属性之外，系统还具有目的性、层次性等特征。

5、大规模复杂系统的特点：表现在a)系统的功能和属性多样，b)系统通常由多维且不同性质的要素所构成c)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d)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。

6、系统的类型简称：自然和人造、实体和概念、动态和静态、封闭和开发a)自然系统和人造系统：自然系统是由自然物所自然形成的系统，人造系统是根据特定目标，通过人的主观努力所建成的系统。

b)实体系统和概念系统：实体系统由矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统。

概念系统：是由概念、原理、原则、法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统。

实体系统是概念系统的物质基础，概念系统往往是实体系统中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。

c)动态系统和静态系统：动态系统是系统的状态随时间而变化的系统，静态系统则是表征系统运行规律的模型中不含有时间因素d)封闭系统和开放系统：封闭系统是指该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统。

开发系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。

开发系统一般具有自适应和自调节的功能，系统工程研究有特定的输入、输出的相对孤立系统。

7、系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、法论、法与技术的总称。

8、系统工程的法的特点：系统工程既具有广泛而厚实的理论和法论基础，又具有明显的适用性特征。

9、在运用系统工程法来分析与解决实现复杂系统问题时，简称：确定观点、平衡协调、法和技术、导向和控制a)需要确立系统的观点（系统工程工作的前提）b)总体最优及平衡协调的观点（系统工程的目的）c)综合运用法与技术的观点（系统工程解决问题的手段）d)问题导向和反馈控制的观点（系统工程解决问题的保障）10、系统工程的特性有：a)系统工程一般采用先决整体框架，b)系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能，其核心思想是综合即创造c)系统工程属于软科学：i.人和信息的作用、ii.多次反馈和反复协商、iii.科学性与艺术性的二重性及其有机结合11、系统工程法具有比较明显的特点及相应的要求：a)科学性与艺术性兼容、b)多领域、多学科的理论、法与技术的集成，c)定性分析与定量分析有机结合d)需要各有关面的协作。

12、系统工程的应用领域：a)社会系统工程b)经济系统工程c)区域规划系统工程d)环境生态系统工程e)能源系统工程f)水资源系统工程g)交通运输系统工程h)农业系统工程i)企业系统工程j)工程项目管理系统工程k)科技管理系统工程l)教育系统工程m)军事系统工程n)信息系统工程o)物流系统工程第二章系统工程法论第一节系统工程的基本工作过程1、霍尔三维结构：是有美国学者霍尔等人在大量工程实践的基础上提出来的于1969年。

集中体现了系统工程法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化特点，是系统工程法论的重要基础容。

2、时间维：表示系统工程的工作阶段或进程，从规划到更新的整个过程或寿命期可以分为七个阶段a)规划阶段：根据总体针和发展战略制定规划b)设计阶段：根据规划提出具体计划案c)分析或研制阶段：实现系统的研制案，分析、制定出较为详细而具体的生产计划。

d)运筹或生产阶段：运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而具体的实施和“安装”计划。

e)系统实施或安装阶段：把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。

f)运行阶段：系统投入运行，为预期用途服务。

g)更新阶段：改进或取消旧系统，建立新系统。

3、逻辑维：是指系统工程每个阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤：分为7步a)摆明问题b)系统设计c)系统综合d)模型化e)最优化f)决策g)实施计划4、知识维或专业维：是指容表征从事系统工程所需要的知识（运筹学、控制论、管理科学），也可以反映系统工程的专门应用领域（企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程）。

5、切克兰德法论：完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问题或软科学问题，会碰到很过问题，提出的软系统工程的法论的主要容和过程包括，认识、根底、概念、比较、选择、设与实、评与反a)认识问题b)根底定义c)建立概念模型d)比较及探寻e)选择f)设计与实施g)评估与反馈6、霍尔三维和切克兰德的法论的比较a)共同点：法论均为系统工程的法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。

b)不同点：i.霍尔法论主要以工程系统为研究对象，切克兰德法论更适合于社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究。

ii.霍尔法论的核心容是优化分析，切克兰德法核心容是比较学习iii.霍尔法论更多关注定量分析法，切克兰德法比较强调定性或定性与定量有机结合的基本法。

第二节系统分析原理1、系统分析的定义及容：运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统案提供决策依据的分析研究过程。

2、系统分析的6个基本要素：问题、目的及目标、案、模型、评价、决策者a)问题b)目的及目标c)案d)模型e)评价f)决策者3、应用系统分析的原则：分析系统适应实际问题的需要：坚持问题导向、着眼整体、权衡优化、案集成等原则。

a)坚持问题导向：系统分析是一种处理问题的法，有很强的针对性，其目的在于寻求解决特定问题的最优或满意案。

b)以整体为目标：系统分析是把问题作为一个整体来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响，强调以最少的综合投入和最良好的总体效果来完成预定任务。

c)多案模型分析和优化：根据实际问题的需要和系统目标的要求收集各种信息，寻找多个案，并对其进行模型化及优化或仿真计算，尽可能求得定量化的分析结果。

d)定量分析与定性分析相结合：系统分析采用定量分析与定性分析相结合的基本法，e)多次反复进行：对复杂系统问题的分析，往往不是一次可以圆满完成的，是通过反复与决策者对话，适时、不断地修正分析的过程及其结果，这是系统分析成功的重要保障。

4、提问法：是针对需要研究的对象，列出有关的问题，形成检核表，然后一个个来核对讨论，从而发掘出解决问题的重大设想的创造行技术。

a)5W1H：Why、What、When、Where、Who、How、b)产品设计用检核表法。

5、头脑风暴：是针对一定问题，召集有关人员参加的小型会议，在融洽轻松的会议气氛中，与会者敞开思想，各抒己见，自由联想，畅所欲言，互相启发，互相激励，是创造性设想起连送反应，从而获得众多解决问题的法。

a)头脑风暴有两个基本的原则：一是推迟判断、二是数量提供质量6、德尔菲法：是为消除成员间的互相影响，运用匿名的式反复多次征询专家的意见和进行背靠背的交流，以充分发挥专家的智慧、知识和经验、最后汇总得出一个能比较反映群体意志的预测结果。

其特点是：专家匿名表示意见、多次反馈和统计汇总的特点。

7、德尔菲法的一般程序：a)确定调查目的、拟定调查提纲b)选择一批经验丰富而有熟悉该专题的专家（10-20人）c)以通信的式选定各个专家发出调查表，征询意见。

d)经过一轮德尔菲活动后，汇总反馈，在进行汇总分析，然后转入下一轮活动，多次反复意见比较集中后得出结果。

8、群体决策支持系统：能让分散在不同地的决策只在同一时间通过远程电视会议系统，面对面地在一起讨论某些重大的决策。

这种决策模式得以实现的基础被称为群件的工具。

群件是帮助群组协同工作的软件，他帮助人们以三中不同的式，即任务共享、环境共享、以及时间与地点共享来进行决策。

9、帮助进行群体决策的技术较多，其中帮助工作小组实现时间与地点共享的技术主要表现在a)会议技术：会议和电视会议可以帮助克服空间问题，但是必须在同一时间参加交流。

b)布告栏技术：能够解决时间和距离两个面的问题，但是信息是被动，需要用户积极参与，主动获取信息。

c)存储与转发技术：能够解决时间和空间的分离问题，这种系统具有动性，系统能够主动发出各种提示，提醒用户采取行动，控制处理流程。

10、情景分析法：是在专家集体推测的基础上，对可能的未来情景的描述。

情景分析的步骤包括a)建立信息库b)确定主题目标c)分析并构造影响区域d)确定描述影响区域的关键变量e)探寻各种可能的未来发展趋势f)选择并解释环境情景g)引入“突发事件”，检验其对未来情景的影响h)详细阐明主题情景。

11、系统创新思维辅助工具：是由英国托尼.巴赞在20世纪60年代初期所创，它是一种将放射性思维具体化的法。

第三章系统模型与模型化第一节系统及模型化的定义1、模型应反映出系统的主要组成部分，各部分之间的相互作用，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。

模型是实现系统的理想化抽象或简洁表示。

2、模型的三个特征：a)它是实现世界部分的抽象或模仿，b)它是由那些与分析的问题有关的因素构成的，c)它表明了有关因素间的相互关系。

3、模型化是描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定式表达系统实体的法，简言之是构成模型的过程。

4、模型化的本质、作用及地位a)本质：利用模型与原型之间某面的相似关系，在研究过程中可以用模型来代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。