系统工程与系统科学(2011博)

3. 在理论研究方面取得了一系列丰硕成果 钱学森院士等学者不但提出了具有特色的系统工程定 义，还提出了系统科学体系 ：
• 钱学森院士提出了系统分类的新方法： （1）按照系统规模 系统规模，可以分为小系统（little system）、 系统规模 大系统（large scale system）、巨系统(giant system)； （2）按照系统复杂性 系统复杂性，可以分为简单系统(simple system) 系统复杂性 和复杂系统(complex system)； （3）加上开放性 开放性，倡导研究开放的复杂巨系统 开放的复杂巨系统（Open 开放性 开放的复杂巨系统 Giant Complex System）。 实际上，钱学森院士提出了研究系统分类的一个三 维坐标系。 • 全国规模的社会经济系统是开放的复杂巨系统，因特网 （Internet）也是开放的复杂巨系统。
3．1 连续动态系统的数学描述 线性系统: 能够用线性数学模型描述的系统。 其基本特性满足叠加原理（包括齐次性与加和性）
线性动态系统：利用微分方程，刻划系统的动态变量（状态变 量的导数或高阶导数）对状态变量的依存关系 以及状态变量之间的相互影响。 其中又分为常微分方程与偏微分方程（依照状态变量时 间和空间分布的关系而定）
19世纪上半叶的自然科学“三大发现”，<能量转化、细 胞和进化论>和其它进步，“本质上是整理材料的科学，是关 于过程、关于这些事物的发生和发展以及关于联系——把这 些自然过程结合为一个大的整体的科学”（恩格斯）。 20世纪中期现代科学技术的成就，为系统思想提供了定 量方法和计算工具。
概括地说，系统思想是进行分析与综合的辩证思维工 具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运 筹学等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。
20世纪70年代的发展主要是系统自组织理论：比利 时普利高津（Prigogine）提出耗散结构“(dissipative structure)，德国哈肯(Halcen)提出协同学(synergetics)，它 们从宏观、微观以及两者的联系上，回答了系统自己走 向有序结构的基本问题。 80年代以后，非线性科学（nonlinear science）和复 杂性研究(complexity study)的兴起对系统科学发展起了推 动作用。
整体的涌现性：整体才具有，而孤立的部分及其总和不 具有的特性。也称非还原性、非加和性 （系统与组合分或子系统相比有质的提升，新的飞跃） 系统分类：
小系统 简单系统
系统
大系统
简单巨系统 一般复杂巨系统 巨系统
复杂巨系统 特殊复杂巨系统 （社会系统）
系统的分界：把系统与环境分开来的东西。 系统的功能：系统行为所引起的、有利于环境中某些事物乃 至整个环境存续与发展的作用。 系统状态：指系统的那些可以观察和识别的状态、态势、特 征等。 系统的演化：系统的结构、状态、特性、行为、功能等随时 间的推移而发生的变化。
6. 中国的系统工程得到国际学术界高度重视，国际交流 中国的系统工程得到国际学术界高度重视， 与合作积极开展 • 1989年6月，钱学森院士获“世界级科学和工程名人” 称号和“小罗克韦尔奖章”，表彰他的三大杰出贡 献——其中之一就是研究与推广系统工程； • 中国系统工程学会1994年加入国际系统研究联合会 （IFSR）；2002年以来，中国系统工程学会前理事长 顾基发研究员连续担任IFSR的主席、副主席； • 很多人出国考察或参加国际学术会议； • 在中国国内已经多次举办（承办）系统科学和系统工 程领域的国际性学术交流会 …… （2008年10月，南昌大学 ） (2009年8月, 九江学院庐山实习培训基地) 2011年12月10日，江西省系统工程顶天立地综合集成 创新研讨会，卓有成效。
系统工程与系统科学研究的中国特色和标志性成果： 系统工程与系统科学研究的中国特色和标志性成果： 1. 对于系统工程给出了自己的定义，系统思想、系统工 对于系统工程给出了自己的定义，系统思想、 程与中华民族优秀的传统文化相呼应 钱学森院士等给出的两个定义决定了30年来系统 工程在中国的发展主流： “组织管理的技术——系统工程” “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 具有普遍意义的科学方法。”
2. 把系统工程定位于系统科学体系中的工程技术，它是 把系统工程定位于系统科学体系中的工程技术， 一个总类名称， 一个总类名称，它可以分为许多专业 钱学森院士1979年列表：“表中列了十四门系统 工程，其实还很不全，还会有其它的系统工程专业， 因为在现在这样一个高度组织起来的社会里，复杂的 系统几乎是无所不在的，任何一种社会活动都会形成 一个系统，这个系统的组织建立、有效运转就成为一 项系统工程。同类的系统多了，这种系统工程就会成 为一门系统工程专业。所以，我们还可以再加上许多 其它系统工程专业。” 今天，中国系统工程学会有20多个专业委员会， 并在全国大部分省区（直辖市）建立了省级学会。 江西省系统工程学会成立于2000年。
原则上讲，现代数学所提供的一切数学表达形式，包括 几何图形，代数结构、拓扑结构、序结构、分析表达式等， 均可作为一定系统的数学模型。 一类广泛用途的定性模型是下列拓扑结构：链结构、环 结构、树结构、网络结构。
第3章：连续动态系统
讨论以确定性模型描述的连续动态系统（动力学系统）， 描述系统的存在和演化的种种性质，如吸引子、稳定性。
提出量子论的普朗克认为：“科学是内在的整体，它被 分解为单独的部门不是取决于事物的本质，而是取决于人类 认识能力的局限性。实际上存在着由物理到化学、通过生物 学和人类学到社会科学的连续的链条，这是一个任何一处都 不能被打断的链条”。
科学家明确地直接把系统作为研究对象，以贝塔朗 菲（Bertalanffy,1910—1972）提出的“一般系统论”概念 为标志。 40年代出现的系统论、运筹学、控制论、信息论是 早期的系统科学理论，而同期出现的系统工程、系统分 析、管理科学则是系统科学的工程应用。
5.
系统工程在中国受到了党和国家领导人的高度重视
• 两方面的大力倡导和推动： ——以钱学森院士为代表的学术界。 ——改革开放以来历任党和国家领导人，以及各地区各 部门领导人。 • 一个学科，受到如此重视，这在中国、在全世界都 是少有的，恐怕是独一无二的。 系统工程在中国的影响既有深度，又有广度，可以 说是家喻户晓，这在世界上是独一无二的。其他国 家、其他学派，恐怕都难以相提并论。
熟悉的文字和声音： • “建立和完善社会主义市场经济体制，是一个长期 发展的过程，是一项艰巨复杂的社会系统工程。” • “落实科学发展观，是一项系统工程，不仅涉及经 济社会发展的方方面面，而且涉及经济活动、社会 活动和自然界的复杂关系，涉及人与经济社会环境、 自然环境的相互作用。这就需要我们采用系统科学 的方法来分析、解决问题，从多因素、多层次、多 方面入手研究经济社会发展和社会形态、自然形态 的大系统。” • “构建社会主义和谐社会，是一项艰巨复杂的系统 工程，需要全党全社会长期坚持不懈地努力。”
• 钱学森院士提出了开放的复杂巨系统及其方法论 —— 综合集成方法论：从定性到定量综合集成法， 它的实践形式是从定性到定量综合集成研讨厅体系。 • 中国系统工程学会前理事长顾基发研究员等学者提 出了具有东方文化特色的物理-事理-人理（WSR） 系统方法论：一个管理者，应该懂物理，明事理， 通人理。
2008年1月19日，胡锦涛同志看望著名科学家钱 学森院士。胡锦涛说：“上世纪80年代初，我在中央 党校学习时，就读过您的有关报告。您这个理论强调， 在处理复杂问题时一定要注意从整体上加以把握，统 筹考虑各方面因素，这很有创见。现在我们强调科学 发展，就是注重统筹兼顾，注重全面协调可持续发 展。” 党和国家领导人对钱学森院士的爱戴与关心，也 是对于系统科学和系统工程学科、对于系统科学和系 统工程工作者的支持与鼓舞。
系统方法论的哲学基础：唯物辩证法。 其核心是对立统一，用于系统研究，就是强调: 还原论与整体论相结合； 分析与综合相结合； 定性描述与定量描述相结合； 局部描述与整体描述相结合； 确定性描述与不确定性相结合； 理论与经验相结合； 精确与近似相结合； 科学理性与艺术直觉相结合。
给对象实体以必要的简化，用适当的表现形式或规则描 绘其主要特征，所得称为模型，对象实体称为原型。 系统的数学模型，指的是描述元素之间、子系统之间、 层次之间相互作用以及系统与环境相互作用的数学表达式。
若记系数矩阵
a11 ⋯ a1n A= ⋮ a n1 ⋯ a nn
第2章
基本概念与方法
系统是“相互作用的多元素的复合体”; 令A记系统S中全部元素构成的集合。设S中把所有元 素关联在一起的那些特有方式可用数学中的关系概念来 表述，以r记元素之间的关系，R记所有这种关系的集合， A中不存在相对于R的孤立元，则系统S可以形式化地表 示为S=<A,R>.
系统的结构：组合及组分之间关联方式（系统，把其元 素整合为统一整体的模式）的总和。 子系统：给定母系统S，如果它的元素集合Si满足以下条 件，则称Si为系统S的一个子系统或分系统：（1）Si是S的一 部分（子集合）。（2）Si本身是一个系统。
线性连续动态系统的数学模型，可以使用一元高阶方程， 也可使用多元一阶联立方程组。 由于互换性，一般表为联立方程组（动态方程）
dx ' ' x1 = a11 x11 + … + a1n xn ( x = dt ) ⋮ ' xn = an1 x11 + … + ann xn
2011级博士研究生课程
《系统工程与系统科学》
引
言
• 系统思想，自古有之。当今时代，信息化、全球化使 得系统化更加明显和突出。人类社会当今正处在系统 工程时代 。 • 改革开放以来，系统工程在中国生根、开花、结果， 发扬光大，更不是偶然的。系统工程涉及全人类，是 时代的呼唤，是中国改革开放的需要。 改革开放需要系统工程，因为改革开放事业是人类历 史上空前规模的系统工程。系统工程需要改革开放， 因为系统工程在改革开放中找到了广阔的舞台。 • 标志性文章：钱学森、许国志、王寿云：组织管理的 技术——系统工程，1978年9月27日文汇报 经过30年的努力，系统工程的中国学派已经形成，系 统科学的中国学派即将形成。
为了使管理科学与工程的博士研究生“系统”了解系统工程与系统科学， 特以顾基发主编《系统科学》为参照，提纲契领，共同探讨： (系统工程定位于系统科学体系中的工程技术)
第一章：绪论（概述、发展、地位等）
系统思想就其最基本的涵义来说，是关于事物的整体性 观念、相互联系的观念、演化发展的观念。 古代中国和古希腊的唯物主义思想家，都从承认统一的 物质本原出发，把自然界当作一个统一体。
4.
源自文库
在应用研究方面也取得了丰硕的成果
——人口问题的研究为国家制订人口控制指标和计划生育政 策提供了数量依据； ——“菜篮子工程”有效地解决我国大中城市吃菜难问题； —— ——神舟系列宇宙飞船的成功发射；嫦娥一号成功进入预定 轨道并且有效运作等； ——“非典型肺炎防治工作是一项复杂的社会系统工程”； ——国家启动的大飞机工程，2008年北京奥运会等举世瞩目 的大事，都是作为系统工程项目进行运作； —— 从系统工程角度分析世界金融海啸及其中国的对策； ---- 胡振鹏教授以系统科学思想提出鄱阳湖枯水调节工程 ---- 贾仁安教授团队在生态能源基地建设中实行“顶天立 地综合集成”创新研究
钱学森提出现代科学技术的体系结构： 客观世界从渺观、微观、宏观、宇观到胀观我们所在 的地球，产生生命、生物、人类及社会。 11大科学技术部门： 自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科 学、人体科学、地理科学、军事科学、行为科学、建筑科 学、文艺科学。 （细化：已有1000多种研究领域和4000多个学科） 这个体系是个动态发展和开放的系统。