第2章系统工程基本理论
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第二章 系统工程基础概述
产品 研究 规划
生产 工程 规划
制造 规划
分配和 仓库储 存规划
已核准 的产品 设想
包装 设计 规划
销售 规划
广告 与推销 规划
广告 实施 规划
产品 的商 品化
市场 调查 规划划
图2-4 按过程描述的新产品规划网络
总经理
总经理助理
人
事
营
销
工
程
生
产
（一）典型定义
• 日本工业标准JIS的定义：“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、信息流动和控制机制等 进行分析与设计的技术。”
（一）典型定义
• 系统分析是研究相互影响的因素的组成和 运用情况。 • 综上所述，系统工程是以研究大型复杂的 人造系统和复合系统为对象的一门交叉科 学，它既是一个技术过程又是一个管理过 程。
（三）功能分析的思路
• • • • • • • 1、系统功能的制约因素 （1）外界输入与环境因素的制约 （2）系统结构的制约 2、功能分析的步骤 （1）对系统的输入输出关系进行准确描述； （2）进行输入输出关系的整体评价和分析； （3）对某一特定功能进行流程分析及流程再设计。
客户电话咨询
接线员理 解问题？
二、系统工程发展历程及趋势
• （一）发展简史 • 在第二次世界大战前夕，经济、生产等领域的系 统问题已促使人们努力揭示系统的一般运行规律 和创造组织管理系统的技术。 • 在第二次世界大战期间，系统分析的方法和技术 得到突飞猛进的发展。二次世界大战期间还培养 了一批系统工程人才，促进了系统工程学科的形 成与发展。 • 第二次世界大战结束，各种社会经济系统和工程 管理系统的规模日益扩大和复杂化，导致一些新 的问题的出现，人们又一次寻求通过科学的系统 方法作为解决复杂经济社会系统问题的技术 。
系统工程导论 第二章系统工程的基础理论与方法论 第一节系统最优化理论
n 。最后，也要考虑到xij
的产品数量属性，即 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n ，因此，该运
输方案可由以下模型求解得到：
2.1 系统最优化理论
mn
min
cij xij
i 1 j 1
（2-3）
n
s.t. xij ai ,i 1, 2, m j 1 m xij bj , j 1, 2, n i 1 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n
2.1 系统最优化理论
mn
解
首先，在假设运输量为
xij
的条件下其总的运费为 i 1
j 1
cij
xij
。
其次，要考虑到从任意产地运出的量要等于该产地的产量，即
n
xij ai ,i 1, 2,
j 1
m 。第三，还要考虑到运到任意销地的量要等
m
于该销地能销出的量，即 xij bi , j 1, 2, i 1
不同的方案、设计、措施以达到最优目的。（2）目标函数，如例
2-1
中的 max
, 10x1 18x2
例
2-2
中的min
mn
cij xij
。目标函数通常是决策变
i 1 j 1
量的函数，表达了“何为最优”的准则和目标，规定了优化问题
的实际意义。
2.1 系统最优化理论
（3）约束条件，如例 2-1 和例 2-2 中由“s.t”规定的部分。 约束条件指决策变量取值时受到的各种资源和条件的限制，表 达了一种“有条件优化”的概念，通常为决策变量的等式或不 等式方程。如果决策变量的取值是连续的，且目标函数和约束 条件都是决策变量的线性函数，则称为线性规划问题。如果决 策变量的取值为整数点，则称为整数规划问题；如果部分决策 变量取值连续而其余取值为整数，则称为混合整数规划问题； 如果目标函数和约束条件中存在任何的非线性因子，则称为非 线性规划问题。
第2章 系统工程理论
2.1 系统科学的学科体系
第6页 2020年1月22日
系统工程(Systems Engineering)
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其 它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质 对象，而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它的研究对象， 而且还不只限于物质系统(Any physical systems can be their object of study,
第二章 系统工程理论
第2页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技术的体系结构， 认为从应用实践到基础理论，现代科学技术可以分为四个层次：
首先是工程技术这一层次(Engineering Technology)
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马克 思主 义哲 学
（系统观） 系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
信息论
控制论
系
各门系
统
统工程
科
学
自动化 技术
的 体
系
通信 技术
技术科学
工程技术
2.1 系统科学的学科体系
第4页 2020年1月22日
术 数学
科 社会科学
学
科
程
学
技
技
术
体
术
系
2.1 系统科学的学科体系
第3页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
第2章 系统工程基本理论
2020/2/23
北京物资学院信息学院
15
2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 3. 系统的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现 出来的性质、能力和功效。功能是刻画系统行为，特别是系 统与环境关系的重要概念。
结构是功能的基础，功能依赖于结构；结构决定功能， 功能对结构具有一定的反作用。
2020/2/23
北京物资学院信息学院
22
2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
2. 定性描述与定量描述相结合
对任何事物都可以从定性与定量两个方面加以描述。
定性特性多数情况下表现了事物的本质属性，是定量描述 的基础；在定性描述的同时，我们也必须借助于定量描述， 给出定性描述的具体特性，使定性描述更加客观和精确。定 性描述与定量描述相互结合，正是系统论研究问题的基本方 法之一。
21
2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
1. 还原论与整体论相结合
整体论强调的是整体地把握对象，还原论则主张把整体 分解为部分来研究。
系统论正是通过综合整体论的思想、改进还原论的局限 性而发展起来的。它在了解事物各部分精细结构的基础之上 ，再从整体上来认识和处理问题。这样，一方面克服了还原 论零碎地认识事物的片面性，另一方面也更正了古代整体论 的直观性和笼统性，真正地达到了科学地把握全局。
第二次世界大战在客观上大大促进了科学的进步、技术 的发展，特别是与作战有关的科学技术。
2. 理论渊源
（1）数学和物理学为控制论的产生提供了数量计算和演 化机制分析的基础。
（2）生命科学为控制论的产生提供了可供类比的对象。 （3）计算机科学和逻辑学的发展与控制论的产生和发展 互为因果、相互促进。
软件工程第2章-系统工程
软件工程第2章-系统工程软件工程第2章-系统工程2.1 系统工程概述系统工程是一种系统性和综合性的工程方法，旨在设计、开发和维护复杂的软件系统。
系统工程的主要目标是满足用户需求，并确保系统的有效性、可靠性和可维护性。
2.1.1 系统工程定义系统工程是一个跨学科的领域，涉及到多个专业领域的知识和技术。
它集成了工程学、计算机科学、信息技术等多个学科的理论与实践，以解决大规模软件系统开发和维护过程中的各种问题。
2.1.2 系统工程过程系统工程的过程涵盖了软件系统的整个生命周期，包括需求分析、设计、开发、测试、部署和维护等阶段。
每个阶段都有特定的任务和活动，并且需要进行严格的管理和控制。
2.1.2.1 需求分析阶段需求分析阶段是系统工程的起点，通过与用户沟通和交流，收集和整理用户需求，并将其转化为系统的功能和性能要求。
2.1.2.2 设计阶段在设计阶段，系统工程师会根据需求分析阶段的成果，设计整个系统的结构和组件之间的关系。
这包括系统架构设计、模块设计和接口设计等。
2.1.2.3 开发阶段开发阶段是系统工程中最为关键的阶段，主要是根据设计阶段的成果，进行软件编码、集成和测试。
开发人员需要按照设计规范和编码标准进行开发工作，并保证代码的质量和可维护性。
2.1.2.4 测试阶段测试阶段是为了验证系统是否满足用户需求，并发现和修复潜在的缺陷和问题。
测试人员会执行各种测试活动，包括单元测试、集成测试和系统测试等。
2.1.2.5 部署阶段在部署阶段，系统工程师会将已经通过测试的系统部署到目标环境中，并进行安装、配置和调优等工作，确保系统能够正常运行。
2.1.2.6 维护阶段维护阶段是系统工程的最后一个阶段，主要是为了确保系统能够持续地运行和满足用户的需求。
维护人员会定期检查系统的性能和可靠性，并进行必要的修复和优化等工作。
2.2 系统工程的关键技术2.2.1 需求工程需求工程是系统工程中非常重要的一环，它主要涉及到需求获取、需求分析、需求验证和需求管理等方面的内容。
第二章系统工程的基本概念
造原有的老系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。
2、从系统工程与一般工程的区别上理解系统工程
从系统工程与一般工程的区别上看,系统工程具有高度的综合性,这主要体现在以下三个 方面: 1) 研究对象的综合性 系统工程不把研究局限在某一特定范畴。它可以把工程作为对象,但各种自然现象、生 态群体、社会现象,人类的、社会的等等也都是它的研究对象. 2〉应用学科知识的综合性 系统工程应用学科知识的综合性与研究对象的综合性是分不开的。它不仅如同一般工程 学那样,应用数学、物理、化学等基础自然科学,而且对控制论、信息论、管理科学、工程技 术学科、社会学、经济学、法学以至一些边缘科学也要加以综合运用。
交通运输系统工程
第二章 系统工程的基本概念
第一节 系统工程的基本概念及其定义
1、从字义上理解系统工程
系统工程包括系统与工程两个方面,既要从系统看工程,又要从工程看系统,前者指
的是用系统的观点和方法去解决工程问题。而后者是指用工程的方法去建造系统。形象 地说,工程通常指硬件建设和措施,系统方法常比作软件.这两方面的结合,就使传统的工 程增加了内容。
6、方案决策
有时,最优方案可能有儿个,或者除了定量目标外,还要考虑一些定性目
标。这时必须根据全面的要求,最后决策一个或几个方案试行。
7 、实施计划
根据最后选定的方案,具体实施整个计划。如果实施中比较顺利或者遇 到困难不大,略加修改即可实施,那么整个步骤即告一段落。 有时则会遇到较多的问题,就有必要回到前面所述逻辑步骤中认为需要的节 运输系统工程含义及内容
一、含义 1 对象：运输活动 2 方法： 系统工程 3行为： 规划计划，协调与控制 4目的： 获得最佳效益 含义：以交通运输系统中的整个运输活动为对象，运用系统工程的原则和方 法，为运输活动提供最优规划和计划，进行有效的协调与控制，并使之获得 最佳经济效益和社会效益的组织管理方法。 二、内容 包括了：运输系统分析，运输系统预测，运输系统的优化，运输系统的 综合评价与决策，运输系统的模拟。 1 运输系统分析：运输系统目的，结构，性能以及环境分析 2 运输系统预测：运输系统预测意义，运输系统常用的预测方法 3 运输系统优化：网络计划评审技术 4 运输系统综合评价：讨论意义，运输系统单项指标的评价，综合评价指标体 系的制定，常用的综合评价方法
系统工程理论与实践
系统工程理论与实践第一章系统工程的概念系统工程是研究大规模复杂系统需求、设计、构建、维护和管理的学科。
系统工程同时考虑技术、经济、环境、社会等复杂因素，旨在解决实际问题。
一个完整的系统工程包括需求分析、架构设计、系统实现、部署运行和维护管理等阶段。
系统工程的核心思想是以系统为中心，注重整体性、系统性、综合性和优化性。
第二章系统工程的基本原则1、整体性原则：系统工程必须注重整个系统的设计和实现，整个系统的性能不是单个元素的总和，而是所有元素之间相互关联和协作的结果。
2、系统性原则：系统工程的设计和实现需要从系统的角度出发，将各个单元组织起来，形成合理的系统框架。
3、综合性原则：系统工程的设计需要从多个方面考虑，包括技术、经济、环境、社会等因素，综合分析决策。
4、优化性原则：系统工程需要持续优化，不断改进系统设计和实现过程，提高整个系统的性能。
第三章系统工程的设计方法系统工程的设计方法包括需求分析、架构设计、模型建立、算法选择和实现等步骤。
其中，需求分析是系统工程最关键的一步，需要深入了解用户的需求，明确系统的目标和功能，为后续设计工作提供依据。
架构设计是系统工程中另一个重要步骤，需要考虑系统的各个组件之间的结构和关系，以及整个系统的性能和稳定性。
模型建立是系统工程中另一个关键步骤，需要使用数学和计算机模拟方法建立系统的数学模型，为算法选择和实现提供支持。
第四章系统工程的实践系统工程的实践包括项目管理、系统测试、部署运行和维护管理等方面。
项目管理是系统工程实践中关键的一步，需要制定详细的项目计划，明确项目目标和时间节点，保证项目的顺利进行。
系统测试是系统工程实践中必不可少的一步，需要完成各个组件的单元测试、集成测试和系统测试，确保整个系统的性能和正确性。
部署运行是系统工程实践中非常关键的一步，需要将系统部署到实际环境中，进行实际运行和调试。
维护管理是系统工程实践中必要的一步，需要对系统进行日常维护，及时处理各种故障和问题，保证系统的稳定性和可靠性。
系统工程：第2章 系统与系统理论概述
2.3 社会经济系统的特点
反馈环，具有多重反馈环
反馈是社会经济系统一个重要的特点，它由正反馈和负反馈组 成。正反馈是指系统的A要素的增长会引起B要素的增长，而B 要素的增长又使得A要素增长，周而复始形成一个环路，不断 推动系统发展；负反馈指系统A要素的增长会引起B要素的增 长，而B要素的增长又使得A要素减弱，使系统A要素回归到较 低的水平。如总人口的增长，在一定出生率的前提下，出生人 口数增加，出生人口数增加使得总人口增加；反之，总人口增 长，在一定死亡率的前提下，死亡人口数增加，而死亡人口数 增加又使得总人口减少
着英特网技术发展，管理系统层次在向扁平化发 展，当网络化程度很高时，系统层次性会下降）
2.1.2 系统的特性
目的性
任何一个系统都具有特定的目的，为了总的目的， 各子系统直至要素都具有各自的中小目的。在分 析系统的目的性时往往采用目的—手段法，即认
为目的是上一层的手段，手段是下一层的目的。
只有了解不同层次的目的，才能更好的对系统进 行管理
2.3 社会经济系统的特点
反馈环，具有多重反馈环
社会经济系统不但具有正负反馈环，还具有多重反馈环特点， 多重反馈环是指系统的某一要素A增加或减少，引起要素B的 增加或减少，而要素B的增加或减少又引起要素C的增加或减 少，……最终使A要素增加或减少，这一循环过程形成了一个 多重反馈环。如人口总数的增加，使之劳动人口数增加，相应 的GDP增加，GDP的增加可使科学教育费用增加，导致人们受 教育水平增加，从而提高人们对计划生育的认识，减少计划外 生育，使人口总数增加量降低。
系统才能在竞争中取胜。因此，在分析系统问题
时，要充分考虑环境对系统的作用。
2.1.3 系统工程研究系统的特点
可控性
第2章-系统工程
年 将来值 （1+ i)n 现在值（元） 累计的现在值（元） 1 2500 1.12 2232.14 2232.14
2 3
4 5
2500 2500
2500 2500
1.25 1.4
1.57 1.76
1992.98 1779.45
1588.8 1418.57
4225.12 6004.57
7593.37 9011.94
• 投资回收期：累计的经济效益正好等于投 资数（成本）所需的时间
• 纯收入：累计经济效益 – 投资数
当纯收入大于零时，该工程值得投资开发 当纯收入小于零时，该工程不值得投资（除非 它有明显的社会效益） 当纯收入等于零时，通常也不值得投资
显然，纯收入越大越好
8
• 两年后可以节省4225.12元，比最初投资 （5000元)少774.88元，第三年又节省 1779.45元。774.88/1779.45=0.44 • 因此，投资回收期是2.44年
n F P(1 i ) n P F /(1 i )
计算时，累计经济效益应折合成当前金额
例如，一个基于计算机的系统使用后，每年产生的 经济效益为10万，如果年利率为5%，那么，五年 内该系统的累计经济效益是43．2948万，而不是 50万
6
《修改库存清单系统》将来的收入折算成现在值
（假设投资5000元)
2
• 成本估算及进度安排 对将开发的基于计算机的系统进行成本估 算，并作出进度安排 • 可行性分析 从经济、技术、法律等方面分析所给出的 解决方案是否可行，通常只有当解决方案 可行并有一定的经济效益和/或社会效益时 才开始真正的基于计算机的系统的开发 • 生成系统规格说明
3
可行性分析
《系统工程》课后习题第二章答案.
第二章1．举例说明什么是系统工程。
系统工程是从系统的观点出发，跨学科地考虑问题，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。
举例：三峡水利工程、企业的长远规划、新产品的开发、大型项目管理。
2．简述系统工程的理论基础。
一般系统论、大系统理论、经济控制论、运筹学、哲学和社会科学、计算机科学、各门专业科学和工程技术。
3．系统工程与传统方法有哪些区别？（1）系统工程的思维方式是三维结构分析，即时间维、逻辑维和知识维度。
（2）系统工程的软科学性4．什么是系统分析？系统分析的组成要素有哪些？广义的解释认为系统分析就是系统工程，狭义的解释认为系统分析是系统工程的一项优化技术，或者是系统工程技术在非结构化问题决策中的具体应用。
系统分析是进行系统研究帮助进行有效决策的一种方法。
在若干选定的目标和准则下，分析构成系统的各个要素的功能及其相互之间的关系。
利用数量化方法分析制定可行方案，并推断可能产生的效果，以期寻求对系统整体效益最大的策略。
组成要素：目标、方案、指标、模型、标准、决策5．在系统工程中进行方案的提出和筛选时，备选方案一般应具有哪些特性？（1）强状性（2）适应性（3）可靠性（4）现实性6．试述系统工程的应用范围。
（1）自然对象的系统：宇宙、气象、灾害、国土、资源、农林渔业（2）人体对象的系统：生理、病理、脑、神经、心理、医疗（3）产业系统：技术发展、工业设备、网络系统、服务系统、交通控制、经营管理（4）社会系统：国际系统、国家行政、地区社会、文化、教育7．结合一个具体实例，说明系统工程方法论的思路、程序和方法。
以技术引进项目为例：（1）阐明问题①问题的性质和范围：提出者是生产经理；决策者是总经理；引起问题的原因是当前企业的经济效益下降，产品的市场占有率下滑；涉及的相关部门有市场部和人力资源部②问题的目标：用企业3%-5%的流动资金引进技术，达到企业经济效益提升8%-10%的目标③环境和条件：即技术引进的各种约束条件，包括该企业现有的人力、物力、财力、技术基础、资源和市场等。
第2章 系统工程理论基础概要
第二章 系统工程理论
(1)运筹学 (2)控制论 (3)信息论 (4)一般系统论 (5)耗散结构理论、协同学、 突变论 (6)大系统与大系统理论
一、运筹学 1、起源与发展
起源于二次大战的一门新兴交叉学科 与作战问题相关
如雷达的设置、运输船队的护航、反潜作战中深水炸弹
的深度、飞行员的编组、军事物资的存储等 英国称为 Operational Research 美国称为 Operations Research
整数规划、动态规划、目标规划等 图论与网路理论 随机服务理论：排队论 存储理论 对策论（囚徒困境） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ决策论 等
5、运筹学的发展趋势
运筹学的危机 脱离实际应用，陷入数学陷阱 运筹学与行为科学结合 群决策和谈判 对策理论 多层规划 合理性分析
5、运筹学的发展趋势 软计算 智能算法：模拟退火、遗传算法、人工神经 网络、戒律算法等 系统仿真 后勤(Logistics) 全球供应链管理 电子商务 随机和模糊 OR 问题本身的不确定性 人类知识的局限性
战后在经济、管理和机关学校及科研单位继续研究
1952年，Morse 和 Kimball出版《运筹学方法》 1948年英国首先成立运筹学会 1952年美国成立运筹学会 1959年成立国际运筹学联合会(IFORS) 我国于1982年加入IFORS，并于1999年8月组织了第15
届大会
进入70年代以后，是大系统控制理论 时期。在这一时期，主要研究对象是因 素众多的大系统，重点是大系统多级递 阶控制，借助的工具是电子计算机联机 和智能机器，应用领域主要为社会系统、 经济系统、生态系统、管理系统、环境 系统等。
基本控制方式
反馈控制
(1)运筹学 (2)控制论 (3)信息论 (4)一般系统论 (5)耗散结构理论、协同学、 突变论 (6)大系统与大系统理论
一、运筹学 1、起源与发展
起源于二次大战的一门新兴交叉学科 与作战问题相关
如雷达的设置、运输船队的护航、反潜作战中深水炸弹
的深度、飞行员的编组、军事物资的存储等 英国称为 Operational Research 美国称为 Operations Research
整数规划、动态规划、目标规划等 图论与网路理论 随机服务理论：排队论 存储理论 对策论（囚徒困境） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ决策论 等
5、运筹学的发展趋势
运筹学的危机 脱离实际应用，陷入数学陷阱 运筹学与行为科学结合 群决策和谈判 对策理论 多层规划 合理性分析
5、运筹学的发展趋势 软计算 智能算法：模拟退火、遗传算法、人工神经 网络、戒律算法等 系统仿真 后勤(Logistics) 全球供应链管理 电子商务 随机和模糊 OR 问题本身的不确定性 人类知识的局限性
战后在经济、管理和机关学校及科研单位继续研究
1952年，Morse 和 Kimball出版《运筹学方法》 1948年英国首先成立运筹学会 1952年美国成立运筹学会 1959年成立国际运筹学联合会(IFORS) 我国于1982年加入IFORS，并于1999年8月组织了第15
届大会
进入70年代以后，是大系统控制理论 时期。在这一时期，主要研究对象是因 素众多的大系统，重点是大系统多级递 阶控制，借助的工具是电子计算机联机 和智能机器，应用领域主要为社会系统、 经济系统、生态系统、管理系统、环境 系统等。
基本控制方式
反馈控制
系统工程学课件
时 间 维
2.3.3软系统方法论
问题情景的识 别与表达 根底定义 建立概念模型 （对象系统概念化) 比较
寻找改善途径
方案选择
设计
实施
评估
图 2-2 切克兰德的“调查学习”方法论
切克兰德方法论的核心是“比较”
和“探寻”，它强调从“理想”模式( 概念模型)与现实状况的比较中，探寻
改善现状的途径，使决策者满意。
定量模型
概念模型，定性与定量相结合的 方法
2.3.5从定性到定量的综合集成法
1. 充分听取各方面有经验专家的意见与建议。 2. 在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立 模型。 3. 将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进 行运算。 4. 将运算结果与结论请专家们进行评审，充分听取专家意见， 让专家们评论，并在此基础上进行修改。 5. 根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算。 6. 将运算结果再次请专家们研究，通过与实际的情况对比分析， 修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合 理可靠，最后确定模型，给出结论。
第2章 系统工程理论——2.1 系统工程的概念及特点
2.1.1系统工程的概念
用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大 规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还 是系统的组织、经系统工程 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 。是一种对所有系统具有
表2-3 霍尔方法论的管理矩阵
摆明问题 逻辑维(步骤) 时间维(阶段) 1 2 3 4 5 6 目标确定 提出方案 建立模型 评价决策 实施管理
规划阶段 1 设计阶段 2 研制阶段 3 生产阶段 4 运行阶段 5 更新阶段 6
2.3.3软系统方法论
问题情景的识 别与表达 根底定义 建立概念模型 （对象系统概念化) 比较
寻找改善途径
方案选择
设计
实施
评估
图 2-2 切克兰德的“调查学习”方法论
切克兰德方法论的核心是“比较”
和“探寻”，它强调从“理想”模式( 概念模型)与现实状况的比较中，探寻
改善现状的途径，使决策者满意。
定量模型
概念模型，定性与定量相结合的 方法
2.3.5从定性到定量的综合集成法
1. 充分听取各方面有经验专家的意见与建议。 2. 在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立 模型。 3. 将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进 行运算。 4. 将运算结果与结论请专家们进行评审，充分听取专家意见， 让专家们评论，并在此基础上进行修改。 5. 根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算。 6. 将运算结果再次请专家们研究，通过与实际的情况对比分析， 修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合 理可靠，最后确定模型，给出结论。
第2章 系统工程理论——2.1 系统工程的概念及特点
2.1.1系统工程的概念
用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大 规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还 是系统的组织、经系统工程 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 。是一种对所有系统具有
表2-3 霍尔方法论的管理矩阵
摆明问题 逻辑维(步骤) 时间维(阶段) 1 2 3 4 5 6 目标确定 提出方案 建立模型 评价决策 实施管理
规划阶段 1 设计阶段 2 研制阶段 3 生产阶段 4 运行阶段 5 更新阶段 6
第二章 系统工程基础概述
第二章 系统工程基础概述
第一节 系统工程及其发展历程 第二节 系统工程的基础理论 第三节 系统工程研究方法 第四节 物流系统工程的基本方法及技术
第一节 系统工程及其发展历程
一、系统工程的概念
“系统工程”这个词来源于英文“System
Engineering”。
系统工程属于技术类，是一门新兴横向交叉学
二、系统结构分析
（一）系统要素的描述 （二）要素之间的关联及描述
要素之间的关联是指要素之间的相互联系或作 用，按照不同的分类标准可划分出不同的关联类 型。 （1）确定性关联
（2）不确定性关联
（3）确定性与随机性关联的混合
对要素之间关联的描述，本质上就是建立模型。
（三）系统结构矩阵
用符号Cij表示要素Si与Sj的这种联结状态，称为 联结系数。 输入＝联结系数*输出 系统诸要素在之间的关联方式可分为串联、并联 和反馈联结。
20 世纪 70 年代，系统工程得到了迅速的普及和发展，
引起世界各国普遍重视。
我国系统工程的开展情况
1956年，中科院力学所建立了运筹学研究组。 1960年，成立了运筹学研究室。 60年代初，华罗庚教授推广“统筹学”、“优
ห้องสมุดไป่ตู้
选法”；钱学森教授在军事系统中积极尝试系 统工程应用。
20世纪80年代，系统工程发展迅速，并取得了
我国的定义：系统工程就是用科学的方 法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、 试验和使用，规划和组织人力、物力、财力， 通过最优途径的选择，使工作在一定期限内 收到最合理、最经济、最有效的成果。该定 义有三层含义：
组织和管理的技术 解决工程活动全过程的技术
这种技术具有普遍性
第一节 系统工程及其发展历程 第二节 系统工程的基础理论 第三节 系统工程研究方法 第四节 物流系统工程的基本方法及技术
第一节 系统工程及其发展历程
一、系统工程的概念
“系统工程”这个词来源于英文“System
Engineering”。
系统工程属于技术类，是一门新兴横向交叉学
二、系统结构分析
（一）系统要素的描述 （二）要素之间的关联及描述
要素之间的关联是指要素之间的相互联系或作 用，按照不同的分类标准可划分出不同的关联类 型。 （1）确定性关联
（2）不确定性关联
（3）确定性与随机性关联的混合
对要素之间关联的描述，本质上就是建立模型。
（三）系统结构矩阵
用符号Cij表示要素Si与Sj的这种联结状态，称为 联结系数。 输入＝联结系数*输出 系统诸要素在之间的关联方式可分为串联、并联 和反馈联结。
20 世纪 70 年代，系统工程得到了迅速的普及和发展，
引起世界各国普遍重视。
我国系统工程的开展情况
1956年，中科院力学所建立了运筹学研究组。 1960年，成立了运筹学研究室。 60年代初，华罗庚教授推广“统筹学”、“优
ห้องสมุดไป่ตู้
选法”；钱学森教授在军事系统中积极尝试系 统工程应用。
20世纪80年代，系统工程发展迅速，并取得了
我国的定义：系统工程就是用科学的方 法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、 试验和使用，规划和组织人力、物力、财力， 通过最优途径的选择，使工作在一定期限内 收到最合理、最经济、最有效的成果。该定 义有三层含义：
组织和管理的技术 解决工程活动全过程的技术
这种技术具有普遍性
系统工程导论第二章
第二章 系统学基础[1] ——.基本概念 1、系统与环境. 从热力学角度，按照系统与环境的关系，可划分为孤立系统、封闭系统和 开放系统。 ①孤立系统：是指系统与其环境之间既没有物质的交换，也没有能量的交换。在孤立系 统中， 系统与环境之间是相互隔绝的， 系统内部的能量和物质不能传至系统外， 系统环境的能量和物质也不能传至系统内。 当然， 从严格意义上讲也就没有信 息的传递。显然，客观世界是不存在这种孤立系统的。 ②封闭系统：是指系统与环境可以交换能量但不可以交换物质。一个密闭的容器，可以 与外界交换能量，但不能交换物质，可看作为封闭系统。 ③开放系统：如果系统与环境之间既有能量交换，又有物质交换，就成其为开放系统。 2、系统的状态与涨落 ①动力学状态. 动力学系统的状态是描述系统所必需的最小一组变量， 只要知道了在 t=to时的这组变量和t≥to时的输入，那么就能完全确定系统在任何t≥to时间的行 为。这组变量叫做状态变量。 故动力学系统 t 时刻的状态 x(t) 在已知 x(to), u(t), t≥to, 时 唯一确定。 例：理论运动质点. 等 ②热力学状态. 对于热力学系统， 由于大量分子的持续无规则运动， 其力学状态无穷 多， 但可以采用宏观平均统计量来描述热力学系统。 如描述一定容积气体的状 态，用压力 p 和温度 T 这两个热力学状态变量就可以了。 （pv=nRT）封闭 ③热力学平衡态与非平衡态. 如果系统的热力学状态变量不再随时间而变化， 称系统 达到定态； 在定态系统中， 如果不存在物理量的宏观流动 （如热流， 粒子流等） ， 则称该系统处于热力学平衡态。 不具备上述任何一个条件的系统， 称其处于非 平衡态。相应的系统可称为平衡态系统和非平衡态系统。 孤立系统的定态就是平衡态。 封闭系统和开放系统的演化强烈地依赖于系统的环境条件。 由于组成热力学系统的粒子非常的多，人们不可能完全控制到粒子的运动过 程，而描述系统的宏观物理量是数量很少的，如温度、压力等。因此，在任一 时刻， 系统的实际物理量不能够精确的等于现实统计平均量， 多少有些偏离于 平均量，这种偏离就叫做“涨落” 。 涨落是杂乱无章的，随机的。是系统在演化过程中，由于微观运动和环境干扰产生 的对原来系统结构或运动轨道的微小偏离。 常常，涨落都是很小的，对需要的稳定性和可靠性影响极小。 ☆当系统处于临界点附近时，涨落可能被放大，导致系统的宏观变化，促成系统达到新 的平衡状态。 ④涨落.
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（3）分解一协调控制——分层分段控制
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
16
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。
9
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
10
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
11
控制方式
（1）开环控制
输 入 量 控 制 装 置
（2）补偿控制
（3）分解一协调控制——分级递阶控制
系统控制器
单元控制器
单元控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
被控对象或过程
14
大系统的控制
（3）分解一协调控制——分层控制
慢扰动
自组织层
较慢扰动
自适应层
较快扰动 优化控制层
快扰动
直接控制层
第四层 第三层 第二层 测量显示 第一层
被控对象或过程
15
大系统的控制
18
信息的特征
现代科学证明信息归根结底是物质的一种属性，信息不 能离开物质而单独存在，客观世界和人的大脑中都不存在与 物质相分离的信息。但信息又是一种非常特殊的物质属性， 一种迄今为止自然科学尚无法全面解释的物质属性。
与物质的其他属性不同，信息的功能是表征物质客体成 分、结构、状态、特性、行为、功能、演化趁势等。一个系 统的信息只能在与其他系统的相互作用以及相互关系中表现 出来。
第2章系统工程基本理论
系统的观点-2
（1）整体与涌现性
系统观点首先是整体观点 整体才具有而孤立的部分及其总和不具有的特性，称为整体涌现 性或突现性（whole emergence）。
（2）结构、子系统、层次
系统组分（元素）及组分之间一切联系方式的总和称为系统的结 构（structure）。
8
控制的含义
广义地说，世间各种事件的因果关系都是控制，包括 领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制 造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化，等等。 狭义地说，控制仅指有控制的系统中施控者选择一定手段 作用于受控者的主动行为过程。
施控者 （控制器）
控制作用
受控者
受控行为
（受控对象）
扰 动 量 补 偿 装 置
输 出 量 被 控 对 象
输 入 量 控 制 装 置
（3）反馈控制
输入量
控制装置
输 出 量 被 控 对 象
干扰
被控对象
输出量
反馈装置 12
大系统的控制
（1）集中控制
控制中心
子系统1
（2）分散控制
控制器1
子系统2 控制器2
子系统n 控制器n
子系统1
子系统2
子系统n
13
大系统的控制
信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性
19
信息的性质
信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质： （1）信息具有整体性。 （2）信息有多种多样的存在或储存方式。 （3）信息具有可复制性。 （4）信息存在变异风险。
20
信息与系统
客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信 息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的 系统科学代表人物都承认，必须也能够撇开对象有关物质、 能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇 开信息来研究系统。
子系统（subsystem）相对于系统整体而言就是系统的部分或组 分，但它本身就是一个系统，具有系统的基本特性。
层次是系统由元素整合为整体过程中的涌现等级，不同性质的涌 现形成不同的层次，不同层次表现出不同的涌现性。
6
系统的观点-3
（1）系统的环境
广义上讲，一个系统之外的一切与它相关联的事物构成的集合，称为该 系统的环境。
1948年，申农发表了具有里程碑性质的论文—— 《通信的数学理论》。这是世界上首次将通信过程建立了 数学模型的论文。这篇论文和1949年发表的另一篇论文奠 定了现代信息论的基础。
17
信息的含义
申农把信息定义为两次不确定性之差，即
信息＝通信前的不确定性—通信后仍有的不确定性
对于信息给予下面的进一步解释： （1）所谓信号，包括光、一般电磁波、声波或任何其他物质流。这些物质 流要称为信号必须是对某个主体而言包含某种信息，否则就仅是一种物质流。 （2）信息是包含在信号中的，并非信号或其一部分的本体，因而是需要主 体从信号中提取的。 （3）与信号和信息关联的另一个概念是“消息”。消息是有语义的，它是 物质系统的属性存在值在信号中的表达的语言形式。但消息能否成为信息，则 在于主体的加工效果及其对主体的意义。 （4）所谓的有意义或有价值是指，在这些信息的指导下，主体作出了某些 行为决定，或改变了某种思想认识，或从中导出了新的知识。信息在主体的行 为或思想变化中起了某种限制或规定性的作用。
（2）孤立系统、封闭系统和开放系统
依据系统与环境所处的关系，可将系统分为孤立系统、封闭系统和开放系 统。
（3）系统的行为
行为是刻画系统与环境相互关系的概念。
（4）系统的功能
功能是刻画系统行为，特别是系统与环境关系的重要概念。
（5）系统的演化
动态，暂态，稳态。演化性是系统的普遍性。
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2.2 控制理论基础
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
10
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
11
控制方式
（1）开环控制
输 入 量 控 制 装 置
（2）补偿控制
（3）分解一协调控制——分级递阶控制
系统控制器
单元控制器
单元控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
被控对象或过程
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大系统的控制
（3）分解一协调控制——分层控制
慢扰动
自组织层
较慢扰动
自适应层
较快扰动 优化控制层
快扰动
直接控制层
第四层 第三层 第二层 测量显示 第一层
被控对象或过程
15
大系统的控制
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信息的特征
现代科学证明信息归根结底是物质的一种属性，信息不 能离开物质而单独存在，客观世界和人的大脑中都不存在与 物质相分离的信息。但信息又是一种非常特殊的物质属性， 一种迄今为止自然科学尚无法全面解释的物质属性。
与物质的其他属性不同，信息的功能是表征物质客体成 分、结构、状态、特性、行为、功能、演化趁势等。一个系 统的信息只能在与其他系统的相互作用以及相互关系中表现 出来。
第2章系统工程基本理论
系统的观点-2
（1）整体与涌现性
系统观点首先是整体观点 整体才具有而孤立的部分及其总和不具有的特性，称为整体涌现 性或突现性（whole emergence）。
（2）结构、子系统、层次
系统组分（元素）及组分之间一切联系方式的总和称为系统的结 构（structure）。
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控制的含义
广义地说，世间各种事件的因果关系都是控制，包括 领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制 造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化，等等。 狭义地说，控制仅指有控制的系统中施控者选择一定手段 作用于受控者的主动行为过程。
施控者 （控制器）
控制作用
受控者
受控行为
（受控对象）
扰 动 量 补 偿 装 置
输 出 量 被 控 对 象
输 入 量 控 制 装 置
（3）反馈控制
输入量
控制装置
输 出 量 被 控 对 象
干扰
被控对象
输出量
反馈装置 12
大系统的控制
（1）集中控制
控制中心
子系统1
（2）分散控制
控制器1
子系统2 控制器2
子系统n 控制器n
子系统1
子系统2
子系统n
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大系统的控制
信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性
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信息的性质
信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质： （1）信息具有整体性。 （2）信息有多种多样的存在或储存方式。 （3）信息具有可复制性。 （4）信息存在变异风险。
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信息与系统
客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信 息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的 系统科学代表人物都承认，必须也能够撇开对象有关物质、 能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇 开信息来研究系统。
子系统（subsystem）相对于系统整体而言就是系统的部分或组 分，但它本身就是一个系统，具有系统的基本特性。
层次是系统由元素整合为整体过程中的涌现等级，不同性质的涌 现形成不同的层次，不同层次表现出不同的涌现性。
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系统的观点-3
（1）系统的环境
广义上讲，一个系统之外的一切与它相关联的事物构成的集合，称为该 系统的环境。
1948年，申农发表了具有里程碑性质的论文—— 《通信的数学理论》。这是世界上首次将通信过程建立了 数学模型的论文。这篇论文和1949年发表的另一篇论文奠 定了现代信息论的基础。
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信息的含义
申农把信息定义为两次不确定性之差，即
信息＝通信前的不确定性—通信后仍有的不确定性
对于信息给予下面的进一步解释： （1）所谓信号，包括光、一般电磁波、声波或任何其他物质流。这些物质 流要称为信号必须是对某个主体而言包含某种信息，否则就仅是一种物质流。 （2）信息是包含在信号中的，并非信号或其一部分的本体，因而是需要主 体从信号中提取的。 （3）与信号和信息关联的另一个概念是“消息”。消息是有语义的，它是 物质系统的属性存在值在信号中的表达的语言形式。但消息能否成为信息，则 在于主体的加工效果及其对主体的意义。 （4）所谓的有意义或有价值是指，在这些信息的指导下，主体作出了某些 行为决定，或改变了某种思想认识，或从中导出了新的知识。信息在主体的行 为或思想变化中起了某种限制或规定性的作用。
（2）孤立系统、封闭系统和开放系统
依据系统与环境所处的关系，可将系统分为孤立系统、封闭系统和开放系 统。
（3）系统的行为
行为是刻画系统与环境相互关系的概念。
（4）系统的功能
功能是刻画系统行为，特别是系统与环境关系的重要概念。
（5）系统的演化
动态，暂态，稳态。演化性是系统的普遍性。
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2.2 控制理论基础