第1章系统与系统工程
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。
3
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。
系统工程学
第四章 网络计划技术：网络计划技术是系
统管理的重要工具之一，是系统工程常 用的管理技术。它是利用网络图对计划 任务的进度、费用及其组成部分之间的 相互关系进行计划、检查和控制，以使 系统协调运转的科学方法。通过本章学 习，同学们能够了解了解网络计划技术知识
及其应用领域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工 程实际应用。
资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保 障、应急管理等） 管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观 社会信息化变革 重大投资和大型项目管理 思维科学和生命科学
二、系统工程研究对象
（一）SE的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目
标多样、一般为人机系统、经济性突出等。 （二）系统的概念
（三）系统的分类
自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统与静态系统 封闭系统与开放系统
主要明确SE研究什么样的系统 问题？
三、SE的内容与特点 所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大
规模复杂系统所需思想、程序、方法的综合 （或总称）。
SE强调以下基本观点： 1）整体性和系统化观点（前提） 2）总体最优或平衡协调观点（目的） 3）多种方法综合运用的观点（手段） 4）问题导向及反馈控制观点（保障）
《系统工程学》是工业工程专业以及管 理工程专业的基础课程之一。它的任务 是通过对本课程的学习，使学生熟悉系 统及系统工程的概念和内涵，了解国内 外系统工程的发展现状和趋势，掌握系 统工程的预测技术、分析方法、设计理 论、模型与仿真、决策分析，并引导学 生将系统工程的观点、思想、方法和原 理具体应用到工程机械的制造、规划和 管理以及路桥机械化施工等工程实践中。
逻辑 步骤 工作 活动 时间 项目
系统安全工程(第1章)
第三，事故 也是诞生新的 科学技术的催 化剂。事故的 强大负面效应 对人类产生巨 大的冲击作用， 从而激发人类 以更大的决心 和更大的力量 研究事故。
1.4.2
系统安全工程的研究内容及特点
① 事故致因理论 ② 系统安全分析
（1）系 ） 统安全 工程的 研究内 容
③ 安全评价 ④ 安全措施 ⑤ 安全价值(安全成本)分析 安全价值(安全成本)
它是以生产过程中的人机环境系统为研究对象以消除和控制系统中的危险因素为目的把要研究的安全问题经分析推理判断建立某种安全系统模型进而用系统工程的方法和理论进行分析预测评价并采取防范措施消除或控制系统中的不安全因素杜绝系统事故的发生或使事故发生减少到最低限度使系统达到最佳的安全状态
1 绪 论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
安全价值(安全成本) 安全价值(安全成本)分析
总安全成本
安全成本
直接安全成本
间接安全成本
安全度
安全价值(安全成本) 安全价值(安全成本)分析结果
a. 当直接安全成本投入较少时，间接安全成本将会很高。 b. 随着安全成本的投入，安全度提高很快。
c. 总安全成本曲线是直接安全成本和间接安全成本的合成，由曲
☆ 应根据人、机的 各自特点，合理 分配人机功能， 尽量减轻操作的 复杂程度，为人 的有效工作创造 有利条件; ☆ 加强对操作人员 的选拔、训练和 责任心教育，并 加强适应能力和 反应能力的锻炼； ☆ 为了防止人为差 错，机器设备的 设计也要采取防 错措施； ☆ 创造有利的工作 环境，防止人的 操作失误。
综合上面所述，系统安全工程具有系统性、预测性、 综合上面所述，系统安全工程具有系统性、预测性、层次 择优性和技术与管理的融合性等特点。 性、择优性和技术与管理的融合性等特点。
系统工程第一章
5
2.1 系统的特征
（1）系统的整体性 反映要素之间的关系 （2）相关性 反映系统的功能，确 （3）系统的目的性 定系统和环境的边界 （4）有序性 反映了系统的结构形态 （5）环境适应性 明确了系统与环境之间的关系 （6）动态性
系统特性之间的关系？ 反映了系统的变化趋势
6
确定系统的组成要素
（1）整体性
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正因果关系
若满足下列条件之一： （1）A加到B 中； （2）A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B±ΔB，即A、B的变化方向 相同 则，A到B具有正因果关系，简称正关系，用
“＋”号标在因果链上。
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负因果关系
若满足下列条件之一： （1）A从B 中减去； （2）1/A是B的乘积因子； （3）A变到A±ΔA，有B变到B-+ΔB，即A、B的变化方向 相反 则，A到B具有负因果关系，简称负关系，用
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（3）系统边界划分注意的几个问题
系统的目的性 现有的技术、理论水平 问题解决的时效性
系统的表现程度
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3、系统结构概念
系统结构是指系统的构成要素在时空连
续区上的排列组合方式和相互作用方式。 系统结构的普遍形式决定了系统的基本 特征。
目的性——作为构造系统结构的出发点 集合性 相关性 阶层性 整体性 环境适应性
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2012-11-5
（2）相关性
系统中相互关联的部分或部件形成“部件 集”，“集”中各部分的特性和行为相互联系、 相互依赖、相互制约和相互作用,牵一发而动 全身。 故要求 S内各要素应根据整体目标，尽量避 免 “内耗 ”，设法提高 S整体运行效果。。
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（3）目的性
系统工程教学大纲
教学大纲第一章系统工程概述为本课程的导论部分，主要介绍系统思想的发展、系统工程的产生及发展、系统工程的研究对象——系统的特性、系统工程的定义及其基本观点等内容。
通过本章的教学，使学生掌握系统与系统工程的概念以及它们的特点，了解系统的分类、系统工程的发展过程与趋势、了解系统科学体系。
1.系统工程背景介绍、系统工程导论重点介绍系统工程的产生背景，系统工程的基本概念和基本思想2.系统及系统工程简介重点介绍系统的定义、系统工程的基本概念3.系统的概念及特性重点介绍系统的基本概念以及系统的特点4.系统工程的定义、研究对象及基本思想重点介绍系统工程的基本概念，研究对象，以及系统工程在分析、解决问题时的基本思想。
5.系统工程的全体最优观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的全体最优思想6.系统工程的综合性观点通过实例重点介绍系统工程基本思想中的综合性观点7.定性定量相结合的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的定性定量相结合的观点8.问题导向与反馈机制的系统工程思想通过实例重点介绍系统工程基本思想中的问题导向与反馈机制的观点9.系统工程的发展史及系统工程的应用重点介绍系统工程的发展历程以及系统工程在社会实际问题中的具体应用第二章系统工程方法论方法论是整个系统工程课程的核心，本部分重点讲述两种针对不同系统的重要方法论：霍尔三维结构和切克兰德模型，在此基础上对系统工程方法论新探索进行简要的介绍。
通过本章的教学，使学生了解系统工程方法论的基本概念，掌握霍尔系统工程方法论，切克兰德系统方法论；掌握系统分析的基本原理。
系统工程方法论事系统工程思考问题和处理问题的一般方法与总体框架1.系统工程的基本过程系统工程解决实际问题的基本步骤与程序2.“阐明问题”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“阐明问题”阶段，及应注意的问题3.“谋划备选方案”重点介绍系统工程基本步骤中的“谋划备选”阶段，及方案的选择方法4.“建模与预计后果”阶段重点介绍系统工程基本步骤中的“建模与预计后果”阶段，及建模的过程与评估的方法5.系统工程分析原理中的“评比备选方案”及“系统工程报告的形成”通过实例，重点介绍系统工程基本步骤中的“屏蔽备选方案”及“系统工程报告的形成”阶段，及屏蔽方案的方法及报告形成过程6.精益思想产生的背景介绍通过精益生产的实例，介绍精益思想的产生背景7.精益思想的本质与特点重点介绍精益思想的实质与基本特点8.精益生产的应用及国内外煤矿推行精益管理的意义与现状重点介绍精益生产在国内外企业中的应用情况，以及国内外煤矿业推行精益管理的意义与存在的问题9.精益化理论与方法的具体应用过程以及如何在我国煤矿业推行精益化重点介绍精益化相关理论及方法在煤矿行业的具体应用过程第三章系统模型与模型化—解释结构模型在系统初步分析的基础上，将对象系统抽象为模型，进而进行优化或仿真，这是系统工程的特色。
第1章系统工程概述-学生-XXXX1118
人 简单程序 高成功率
Humans (individually, on teams, and in organizations) can follow simple processes to increase their probability of success.
This general process of “Idea of systems engineering” was abstracted in the SIMILAR Process.
行为 共同点 系统工程
SIMILAR Process:
Figure 1. The Systems Engineering Process
在西方，大体也同样的久远，古希腊泰勒斯（Thales）、赫拉 克利特（Herakleitos）探索组成万物的要素，德谟克利特 （Demokritos）提出构成宇宙系统要素的原子论，以及亚里 士多德（Aristoteles）的“整体大于各部分之和”更是现代系 统论的最基本思想。
进入18世纪，工业革命有力地推动着社会化大生产，同时也 极大地推动着社会的进步。在这种背景下，马克思主义的诞 生，标志着人类认识史上的一次伟大飞跃，把系统观作为对 世界的总的看法包括在唯物辩证法中。
系统工程
Systems Engineering (Approach—改造客观世界的角度)
Systems Engineering is an interdisciplinary approach and mean enable the realization of successful systems. It focuses on defin customer needs and required functionality early in development cycle, documenting requirements, then procee with design synthesis and system validation while considering t complete problem.
安全系统工程第一章 安全系统工程概论
1.2.3 系统工程的特征
优化的方法使系统达到最佳。
与具体的环境条件、事物本来的性质和特征的密切相关性
着眼于整个系统的状态和过程,不拘泥于局部的、个别的 部分,表现出系统最佳途径不需要所有子系统都具有最佳 的特征。
• 系统分析的步骤 1.3.7
1.3.1 系统分析的概念
）
系统分析就是从系统总体出发,对需要改进的已有系 统或准备创建的新系统使用科学的方法和工具,对系统目 标、功能、环境、费用效益等进行调查研究,并收集、分 析和处理有关资料和数据,据此建立若干备用方案和必要 的模型,进行模拟、仿真试验,把试验、分析、计算的各 种结果进行比较和评价,并对系统的环境和发展做出预测 ,在若干选定的目标和准则下,为选择对系统整体效益最 佳的决策提供理论和试验。
• 系统学原理 1.1.4 1.1.5 • 系统方法的地位和作用
1.1.1 系统的定义
系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合 而成的具有特定功能的有机整体
贝塔朗菲
系统的定义可以确定为处于一定的相互关系中,并与 环境发生关系的各组成部分的总体。
钱学森
把极其复杂的研究对象称为系统,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
包含着深刻的社会性,涉及组织、政策、管理、教育等上 层建筑因素。
它的精华在于它是软技术,即在科学技术领域,由重视有形 产品转向更加重视无形产品带来的效益。
1.2.4 系统工程的基本观点
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”。
系统工程课件：第1章 系统工程概述
15
第四节 系统工程的应用领域
目前，系统工程的应用领域已十分广阔。 主要有以下几个方面：
(1)社会系统工程 (2)经济系统工程 (3)区域规划系统工程 (4)环境生态系统工程 (5)能源系统工程 (6)水资源系统工程 (7)交通运输系统工程 (8)农业系统工程 (9)企业系统工程 (10)工程项目管理系统工程
古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具 有突出地位和贡献。
整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及 自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
5
5
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930
合计
学时数 5 5 5 6 6 7 12 2 48
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第一章 系统工程概述
第一节 系统工程的产生、发展及应用 第二节 系统工程的研究对象 第三节 系统工程的概念与特点 第四节 系统工程的应用领域
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第一节 系统工程的产生、发展及应用
一、系统思想的产生与发展
系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林” （朴素的系统思想）阶段→“只见树木”阶段→“先见森 林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。
美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模糊集 合”概念
美国实施“阿波罗”登月 计划
为现代SE奠定了重要的数学基础
使用了多种SE方法，其成功极大地提高 了SE的地位
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二、系统工程的发展概况
1972 V
国际应用系统 分析研究所 （IIASA）在维也 纳成立
SE的应用开始从 工程领域进入到社会 经济领域，并发展到 了一个重要的新阶段。
【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”。
安全与系统工程课程设计
安全与系统工程课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解安全与系统工程的基本概念，掌握系统安全分析、风险评估和应急预案等理论知识。
2. 学生能了解我国安全生产法律法规，认识到安全生产的重要性。
3. 学生能掌握至少两种系统安全评价方法，并运用到实际案例分析中。
技能目标：1. 学生能够运用系统工程方法对实际工程进行安全分析，提出针对性的安全改进措施。
2. 学生能够根据风险评估结果，制定合理的应急预案，提高应对突发事故的能力。
3. 学生通过小组合作，提高沟通协调能力和团队协作精神。
情感态度价值观目标：1. 学生树立安全生产意识，增强责任感，将安全理念融入日常学习和生活。
2. 学生能够关注安全生产领域的时事新闻，提高对安全问题的敏感性。
3. 学生通过学习，认识到系统工程在保障安全、提高生产效率方面的重要性，激发对相关领域的学习兴趣。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握安全与系统工程的基本知识，提高实际操作能力。
学生特点：高中年级学生，具备一定的物理、数学基础，思维活跃，求知欲强。
教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生主动参与课堂讨论，提高分析问题和解决问题的能力。
同时，注重实践环节，让学生在实际操作中掌握知识，提高技能。
通过小组合作，培养学生的团队协作能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度价值观的培养，使其树立正确的安全意识。
二、教学内容1. 安全与系统工程基本概念：包括系统、系统工程、安全等基本定义，以及系统安全的基本要求和目标。
教材章节：第一章 系统与系统工程概述2. 安全生产法律法规：介绍我国安全生产法律法规体系，重点学习相关法律法规的基本内容。
教材章节：第二章 安全生产法律法规3. 系统安全分析：讲解系统安全分析的基本方法，如故障树分析、事件树分析等。
教材章节：第三章 系统安全分析方法4. 风险评估与控制：学习风险评估的基本原理、方法及控制策略。
教材章节：第四章 风险评估与控制5. 应急预案与事故处理：介绍应急预案的编制、实施及事故处理流程。
系统工程导论第一章
第一章系统与系统工程第1讲基本概念1、系统的定义.系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所组成的一个整体。
（有组织的或被组织化的整体）一个形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的行为，而这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的。
分析与综合的思想方式：在物质世界中，一个系统中的任何部分可以被看成一个子系统，而每一个系统又可以成为一个更大规模系统的一个部分。
2、系统的特性.①集合性. 系统的集合性表明系统是由两个或两个以上的可以互相区别的要素所组成的。
如：计算机系统（包括cpu、存储器、I/O设备等硬件、软件）②相关性. 组成系统的要素是相互联系、相互作用的，相关性说明这些联系之间的特定关系。
③层次性. 系统作为一个相互作用的诸要素的总体，它可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构，这是系统空间结构的特定形式。
在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。
在不同的层次结构中存在着动态的信息流和物质流，构成了系统的运动特性，为深入研究系统层次之间的控制与调节功能提供了条件。
DCS系统为例④整体性. 具有独立功能的系统要素以及要素间的相互关系（相关性，层次性）是根据逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。
即：任何一个要素不能离开整体去研究，要素间的联系和作用也不能脱离整体的协调去考虑。
⑤目的性. 通常系统都具有某种目的，要达到既定的目的，系统都具有一定的功能，而这正是区别这一系统和那一系统的标志。
系统的目的一般用更具体的目标来体现，一般说来，比较复杂的系统都具有不止一个的目标，因此需要一个指标体系来描述系统的目标。
例：衡量一个工业企业的经营实绩，不仅要考核它的产量、产值指标，而且更重要的是要考核它的利润、成本和规定的质量指标完成情况。
在指标体系中，各个指标之间有时是相互矛盾的，有时是互为消长的。
为此，要从整体出发力求获得全局最优的经营效果，要在矛盾的目标之间做好协调工作，寻求平衡或折衷方案。
系统工程课件第一章(1)
v 管理科学的发展与管理人才培养
管理科学发展的“制高点” ——系统化管理
T型人才
系统工程课件第一章(1)
导论：What
v SE是以大规模复杂系统（特 别是管理系统）为研究对象， 在系统理论、管理科学及其运 筹学、专业工程技术等学科基 础上形成的一门交叉学科。通 过学习，主要使学生掌握分析 与解决一般管理系统问题的思 想、程序和方法。
第一章 系统工程概述
系统工程的 产生、 发展 及应用
(二)系统理论的产生与发展
系统工程的研 究对象
一般系统论、控制论、信息论、 耗散结构理论、协同学及自组织理论
等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
。
SE的概念与 特点
系统工程课件第一章(1)
第一章 系统工程概述
系统工程的 产生、 发展 及应用
第三段
（课堂习题2）[2]
v 系统工程应用实例 [2] v （课程总结）[1]
第四段
系统工程课件第一章(1)
导论：Who/Where v Who/Where?
Who —— 学生为主体，教师为主导。 Where —— 将课堂内外的学习结合起来！
系统工程课件第一章(1)
导论：How
v How?
建议注坚重持系问统题思导1耳2考向、、说不严话许禁点3使迟平0名%用到时一，手及10次两机中%无次及途+(故扣交早期未除头退中到7接+0期扣%末除，考平三试时次）成无9绩平0时% 采用系统化3方、法不无成故绩缺。课作业一次未交及抄袭扣除
系统工程课件第一章(1)
2020/11/30
系统工程课件第一章(1)
1专题一第1章 系统、系统工程基本概念
以及各因素的因果关系或目的与手段关系，列出全部因素； • (2)使用简单而贴切的语言，简明扼要地表达出这些因素； • (3)把因果关系用箭头加以连接； • (4)从图中掌握全貌，审查复核有无遗漏和不确切之处； • (5)进一步归纳出重点因素或项目； • (6)针对重点因素或项目采取对策。
• 层次划分不同于部分划分，高层次包含低层次， 低层次隶属于高层次。
• 无论是系统的形成和保持，还是系统的运行和演 化，等级层次结构都是复杂系统最合理的或最优 的组织方式；或最少的空间占有，或最有效的资 源利用．或最大的可靠性，或最好的发展模式， 等等．这就是等级层次原理。
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系统结构分析方法
• 关联图分析法 • 因果分析法 • ISM方法
Ω ——代表元素的集合；
R ——代表元素之间的各种关系的集合。
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系统的结构 —— 系统结构的概念
–结构：系统内部各组成要素之间在空间或时间方 面的有机联系与相互作用的方式和顺序
–结构不能离开元素而单独存在，只有通过元素间 相互作用才能体现其客观实在性
–各类系统结构差异很大，复杂系统具有复杂结构
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• 什么叫功能？ 系统行为所引起的环境中某些事物的有
益变化，称为系统的功能。被改变了的外 部事物，叫做系统的功能对象．
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系统的功能 ——结构与功能的关系
• 元素、结构、环境三者共同决定系统的功能 • 在元素和环境给定的情况下，结构决定功能 • 设计或组建具有特定功能的系统，须选择具有必
要性能的元素，选择最佳的结构方案，还要选择 或创造适当的环境条件 几种关系： • 结构的改变影响整体功能的发挥 • 同一结构发挥多种功能（一构多功） • 不同结构实现相同功能（异构同功）
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其研究的主要问题是大系统分析及大系统 优化。
3.信息论
信息论于20世纪40年代末由美国的数学家 申农和维纳创立。
信息论是研究信息传输和信息处理系统的 一般规律的学科，其基本思想是完全撇开系统 物质与能量的具体运动形态，而把系统的有目 的的运动抽象为一个信息变换的过程，来探求 信息的一般特征、传进规律和原理。
§1.1.4 系统理论的产生与发展
一．20世纪40年代的“老三论” 1.一般系统论 奥地利生物学家贝塔朗菲于1947年提出， 其主要观点是: (1)系统观点 (2)动态观点 (3)等级观点
各种有机体都按严格的 一切有机体都是一个整 一切有机体都处于运动 体(系统)，这个整体是由 状态，并与环境不断地进 等级组织起来，并通过各 部分结合而成的，其特性 行物质、能量的交换，以 层次逐级的组合 .形成越 和功能不只是各部分特性 使有机体能够保持有活力 来越高级、趁来越庞大的 和功能的简单相加。 的生命运动。 系统。
朝鲜的封闭政策，使其排除在 国际社会之外。
邓小平领导的改革开放使中 国国力日益强盛。
五.综合效益是工程开发的根本评价标准
局部最优 整体最优 前苏联的“米格25”战斗机 前苏联的“AK47” 步枪
美国的“下士”导弹 美国的“M16”步枪
六.工程技术过程与质量控制过程是工程实施 的基本保障 例：现在大量出现的豆腐渣工程
学习方法与要求
掌握课堂讲授内容，认真完成课堂作业；
掌握系统分析的基本方法；
注重应用分析：参加课堂讨论、上机实践
主要参考书目
《交通运输系统工程》 王振军 东南大学出版社 《交通运输系统分析》 张国伍 西南交大出版社 《系统分析》 汪应洛 机械工业出版社 《系统工程理论、方法与应用》 汪应洛 高等教育出版社
§1.1.5 系统的分类
1.自然系统与人造系统
2.实体系统与概念系统
3.动态系统和静态系统
4.封闭系统与开放系统
§1.2 系统工程
§1.2.1 系统工程的概念
“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 种对所有系统具有普遍意义的科学方法”。 ——钱学森
§1.2.2 系统工程的本质与特点
协同学理论是20世纪70年代由联邦德国的 物理学家哈肯提出。
与耗散结构理论一样，协同论也是研究远 离平衡态的开放系统的。其主要观点是：
(1)协同导致有序 (2)自组织理论
3.突变论
突变理论是法国数学家托姆于1972年提出 来。
突变论以结构稳定性为基础，通过对系统 稳定性的研究，说明系统的稳态与非稳态、渐 变与突变的特征及其相互关系，揭示系统状态 演变的内部因素与外界条件。
2.控制论 美国数学家维纳在总结前人经验的基础上， 于1948年创立，其主要内容为: (1)最优控制理论 是现代技术的核心。这一理论是通过数学 的方法，科学、有效地解决大系统的设计和控 制问题的，并强调采用动态的控制方式和方法， 以满足多种输入和多种输出系统的控制要求， 实现系统的最优化。
(2)自适应、自学习和自组织系统理论 是能够根 是能够按照自己 是能够按照外界 据环境的变 条件的变化，自动 运行过程中的经验 化和运行经 调整其自身结构或 来改进控制系统的 验来改变自 行为参数，以保持 能力的系统，是自 身结构和行 系统原有的功能的 适应系统的延伸和 为参数的系 系统。 发展。 统。
从经验到哲学到科学、从思辩到定性到定量 大体分为朴素系统思想、科学系统思想
（一）朴素的系统思想及其初步实践阶段 1.世界:
古希腊的哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大 系统”的概念，最早使用“系统”一词。 辨证法奠基人之一的赫拉克利特认为“世界 是包括一切的整体”。
亚里士多德的名言——“整体大于部分的总 和”，是系统论的基本原则之一。
§1.2.4 系统工程的产生和发展
系统工程的发展展望 1、多学科渗透和交叉 2、“软”科学 3、对大系统和复杂巨系统的处理 应用
社会工程、宏观经济工程、区域规划、环境生 态工程、能源、水资源、农业、工业企业、人口、 军事、工程项目等。
§1.2.5 系统工程的方法
系统工程的方法 ——是指运用系统工程研究问题的程序，即为 了达到系统的目标，运系统工程的思想及其技 术内容，解决问题的工作步骤。 一．硬系统方法论 代表： 美国贝尔电话研究中心的霍尔在1962年提 出的系统工程“三维结构方法论”，又称“三 维结构体系”。
1、时间维 规划 拟订方案 研制 生产
2、逻辑维
明确问题 系统指标设计 系统方案综合
系统分析
系统选择 决策
安装
运行 更新
实施
明确问题：
分析环境对系统的要求，收集资料。 1）问题的由来与背景； 2）问题的性质与条件
质量 控制
物 、 财 、 人 、 信 息
产品 销售
劳动 对象成本 控制 Nhomakorabea资金 回收
工业企业生产经营活动过程示意图
§1.1.3 系统思想的产生与发展
一、系统思想的发展 系统观的形成与科学的发展密切相关。 古代哲学思想 近代科学 现代科学发展 15c下半叶 19c三大发现 整体、表象 细节、局部 系统观
课程讲授内容
1、系统与系统工程
2、系统分析
3、系统工程
4、交通运输系统分析案例
交通运输需求与供给分析
交通运输通道系统分析 交通运输枢纽系统分析 区域交通运输系统分析
§1.1 系统
§1.1.1 系统的定义
一、系统思想的本质
系统思想是进行分析和综合的辨证思维工具。
（二）科学系统思想的形成 1. 15世纪下半叶以后 力学、天文学、物理学、化学、生物学等相 继从哲学的统一体中分离出来，形成了自然科学。 从此，古代朴素的唯物主义哲学思想就逐步让位 于形而上学的思想。 这时的系统思想具有“只见树木”和具体化 的特点。 2. 19世纪
自然科学取得了巨大成就，尤其是能量转化、 细胞学说、进化论这三大发现，使人类对自然过 程相互联系的认识有了质的飞跃，为辩证唯物主 义的科学系统观奠定了物质基础。 这个阶段的系统思想具有“先见森林、后见 树木”的特点。
§1.2.3 系统工程的基本观点
一．社会需求是工程开发的原动力 例：铁路系统的建设 大秦线——满足晋煤外运； 青藏线——发展西部经济； 京沪高速——连接京沪经济圈。
二. 整体优化是系统工程的基本目标
例：房地产
——红光银丰苑项目的失败
基础设施 ——重庆长江大桥南桥头的巨型广 告牌 （1998.9-2002.5）
四.系统的开放性是系统保持活力和稳定存在 的重要条件
封闭 明朝在郑和七下西洋后实行海 禁政策，使中国失去了发展成 世界性强国的机会。 满清政府的闭关锁国使中国沦 为半封建半殖民地社会。 开放 西班牙王室资助哥伦布航海 发现美洲大陆，使西班牙成 为世界性强国。 日本的“明治维新”，使日 本成为亚洲的中心。
鱼嘴的建成将上游奔流的江水一分为二：西边称为外江，它沿岷江河雨顺流而下；东 边称为内江，它流入宝瓶口。由于内江窄而深，外江宽而浅，这样枯水季节水位较低， 则60%的江水流入河床低的内江，保证了成都平原的生产生活用水；而当洪水来临， 由于水位较高，于是大部分江水从江面较宽的外江排走，这种自动分配内外江水量的 设计就是所谓的“四六分水”。
一．系统工程的本质 系统工程是为了解决工程进入系统发展 时代所产生的系统性问题而发展起来的一门 学科，是以过去发展起来的许多科学技术和 管理技术为基础发展起来的（交叉学科）， 并且把这些科学技术从横的方面联系起来而 形成的一门高度综合的科学。
二．系统工程的特点
1.系统工程研究对象广泛
2.系统工程是一门跨学科的边缘学科（例： 罗斯福政府让欧本海默来主持“曼哈顿计 划”而非爱因斯坦、费米等大物理学家） 3.在处理复杂的大系统时，常采用定性分析 和定量计算相结合的方法
实例分析
环境分析 国家 政策 市场 研究 技术 经济 预测 社 会 需 求
经营决策与计划
投入
转换
产出
技术 文件
生产 控制
服务 调查
竞争 状况
经 营 目 标 生 产 可 能
产 品 开 发
经 营 计 划
生 产 技 术 准 备
劳动 力
企业 能力
资金 来源 资源 条件
劳动 手段
生 产 组 织 与 控 制
库存 控制
①自适应系统 ②自学习系统 ③自组织系统
(3)模糊理论 是在模糊数学的基础上形成的一种理论。 在现实问题中，存在着大量的不够明确的信息 和含糊不清的概念，很难用确定的数学模型来 描述，因此，就必须借助于模糊数学来解释这 一类问题。
(4)大系统理论 是现代控制论的一个新的研究领域。它是 以规模庞大、结构复杂、目标多样、功能综合、 因素繁多的各种大系统作为研究的对象。
二．20世纪70年代的“新三论”
1.耗散结构理论
耗散结构理论是20世纪70年代由比利时物 理学家普利高津提出。 耗散结构是与平衡结构相对的一种远离平 衡态的、稳定的、有序的结构。主要观点是： (1)开放是产生耗散结构的必要前提。
(2)非平衡态是系统有序之源。
(3)系统的涨落导致系统走向有序。
2.协同学理论
(4)提出的问题： ——如何设计此系统，才能达到系统的目标 (5)系统方案设计： 备选方案1：由海路用油船运输； 备选方案2：用加温系统的输油管运输； (6)系统分析，提出竞争方案 竞争方案3： 用10%-20%氯化钠的海水+原油运输； 竞争方案4： 将天然气转换为甲醇+原油运输。
2.目标与环境的综合 例：日本汽车制造工业应对世界石油危机
系 统 工 程