第1章系统与系统工程

§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。
§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）
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
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。
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
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
§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
从辩证唯物主义取得了哲学表达形式，从运筹学、控制论、 各种工程学以及社会科学获得定性与定量相结合的科学方法， 通过系统工程丰富了实践内容。
二、 系统的定义
系统是由相互联系、相互作用的诸多要素组 成的具有一定功能的有机整体。 1、对系统的理解： （1）系统是由两个以上的要素组成的整体。 （2）系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及 整体与环境之间存在有机联系。 （3）系统要素间的联系与作用必产生新的功能。

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


Baidu Nhomakorabea
系统思想是进行分析和综合的辨证思维工具。
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。
(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
七.策略程序是系统工程开发应遵循的基本规律
例：皇宫修复工程 宋真宗时，皇城失火，宫殿烧毁。皇帝命 大臣丁渭主持皇宫的修复工作。丁渭提出了一 套巧妙的施工方案： 挖土烧砖——>取土成渠——>引水通航——> 运输建材——>退水填渠——>重修大道 这项工程将烧砖、运送建材，及工程收尾、 处理废物等三个环节巧妙地联系起来，节约了 大量的人力、物力和时间，体现出了典型的系 统工程策略程序的思想。
2、系统与要素的关系
（1）系统通过整体作用支配和控制要素。 例：综合运输系统对各子系统的支配和控制 （2）要素通过相互作用决定系统的特性和功能。 例：金刚石和石墨都是由碳元素组成 （3）系统与要素的概念是相对的。 例：综合运输系统的构成
§1.1.2 系统的一般属性
1.整体性 例：三个臭裨将胜过诸葛亮 2.关联性 例：世界上任何两个人通过若干次联系都能认 识 3.环境适应性 例：达尔文的“进化论”
§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。
质量 控制
物 、 财 、 人 、 信 息
产品 销售
劳动 对象
成本 控制
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
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。
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
三. 综合是系统工程的最基本概念
综合包括两方面：
1．技术上的综合 2．目标与环境的综合
1．技术上的综合 例：美国阿拉斯加原油运输
(1)系统开发对象： ——原油运输系统分析 (2)系统开发目标： ——每天由阿拉斯加油田向美国本土输 送200万桶原油 (3)系统开发环境： ——北极圈，冰封状态，最低温度-50℃
系 统 工 程
第1章 系统与系统工程
主讲：张文晰\郭寒英
课程性质与地位

《系统工程》是交通运输、交通工程的专业基础课之一。 本课程重点讲述系统工程的基本原理和方法，在此基础 上认识和分析交通运输体系、交通运输系统分析的基本 理论和方法。

本课程培养学生掌握系统和系统分析的基本概念与方法， 并着重培养学生了解和掌握交通运输系统分析的基本理 论、基本方法和专业创新思维，使学生基本具备以系统 思想和系统分析方法处理交通运输问题的能力。
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。
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”。
2.中国：

西周时代，出现了世界
构成的“五行说”(金、
木、水、火、土)。 春秋战国时代的军事家 孙武，在他的《孙子兵法》中，阐明了打仗 要把道(义)、天(时)、地(利)、将(才)、法 (治)等五个要素结合起来考虑。
3.四川：

都江堰于公 元前256年 由蜀郡太守 李冰父子组 织建造，至 今仍发挥着 重要作用。

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
（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。
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
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。