第一章 系统工程概论

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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
系统思想从经验到哲学到科学, 系统思想从经验到哲学到科学 , 从思维到定性到 定量的发过程,大致可分为四个阶段, 定量的发过程,大致可分为四个阶段,即: 第一阶段:古代农事,工程,医药, 第一阶段:古代农事,工程,医药,天文方面的实 践成就, 践成就 , 以及建立在这些成就之上的古代中国和古希 腊朴素的唯物主义自然观( 腊朴素的唯物主义自然观 ( 以抽象的思辨原则来代替 自然现象的客观联系) 自然现象的客观联系); 第二阶段:近代自然科学的兴起, 第二阶段:近代自然科学的兴起,以及由此产生的 形而上学自然观( 形而上学自然观 ( 把自然界看作彼此不相依赖的各个 事物或各个现象的偶然堆积) 事物或各个现象的偶然堆积);
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案例2: 案例 :丁渭主持皇宫修复
北宋年间,汴都(今河南开封)的宫室在遭到火灾以后, 北宋年间 , 汴都 ( 今河南开封 ) 的宫室在遭到火灾以后 , 大臣丁渭奉命修建,修建工程的泥土,石料, 大臣丁渭奉命修建 , 修建工程的泥土 , 石料 , 木材等建筑材料 都需从郊外由旱道运到建筑现场,另外, 都需从郊外由旱道运到建筑现场 , 另外 , 完工后的建筑废弃物 又要从旱道运出城外.这在当时是需要花费大量的人力, 又要从旱道运出城外 . 这在当时是需要花费大量的人力 , 物力 和材力的,丁渭根据工程实际,设计出了一套方案, 和材力的 , 丁渭根据工程实际 , 设计出了一套方案 , 就是在工 地前面的大街上挖取泥土使用,几天以后,大街被挖成了巨沟, 地前面的大街上挖取泥土使用 , 几天以后 , 大街被挖成了巨沟 , 并通过护城河与汴河相通, 河水流入沟中, 并通过护城河与汴河相通 , 河水流入沟中 , 船只可直接由汴河 驶入工地,于是便可从四面八方运来建筑材料, 驶入工地 , 于是便可从四面八方运来建筑材料 , 再也不需经过 郊区码头起卸,然后用陆运搬到工地的繁重手续了, 郊区码头起卸 , 然后用陆运搬到工地的繁重手续了 , 在工程将 要结束时,再把废弃的瓦砾,灰土等投入巨河,平土以后, 要结束时 , 再把废弃的瓦砾 , 灰土等投入巨河 , 平土以后 , 重 新成为大街.这一设计方案由于系统解决了取土,运输, 新成为大街 . 这一设计方案由于系统解决了取土 , 运输 , 清除 废料和修复街道等多项任务,因此节省了大量的人力, 废料和修复街道等多项任务 , 因此节省了大量的人力 , 物力和 财力,并使工程提前完工. 财力,并使工程提前完工.
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念 (2)奥地利生物学家,一般系统论的创始人贝塔 奥地利生物学家, 朗菲把系统定义为:相互作用的诸要素的综合体. 朗菲把系统定义为:相互作用的诸要素的综合体. (3)日本工业标准"运筹学术语"中对系统的定 日本工业标准"运筹学术语" 义是: 义是 : 许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动 的体系. 的体系.
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
2.系统的环境及其相互关系
系统的环境就是系统外部整体, 系统的环境就是系统外部整体,或者说包围 系统的整个空间. 系统的整个空间.
环境
系统
M I
E
系统的边界
M IE
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念 系统的数学模型表示如下: 系统的数学模型表示如下:
S = (E,R)
( 1-1)
式中: S ——代表系统; 代表系统; 式中: ——代表系统 E ——代表系统中各元素的集合; ——代表系统中各元素的集合 代表系统中各元素的集合; R ——代表系统中各元素之间的关系集. ——代表系统中各元素之间的关系集 代表系统中各元素之间的关系集.
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念 (4)我国著名科学家,系统工程的倡导者钱学森 我国著名科学家, 认为: 系统是由相互作用, 认为 : 系统是由相互作用 , 相互依赖的若干组成部分 结合成的具有特定功能的有机体, 结合成的具有特定功能的有机体 , 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. 又是它所从属的一个更大系统的组成部分.
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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
系统概念来源于古代人类社会实践. 系统概念来源于古代人类社会实践 . 人类自有生 产活动以来,无不在同自然系统打交道. 产活动以来,无不在同自然系统打交道. 我国古代就有许多运用系统思想解决实际问题的 例子, 例子,如: 1. 都江堰水利工程 2. 丁渭主持皇宫修复
系统概念中包含有如下几个要点: 系统概念中包含有如下几个要点:
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念
第一, 第一 , 系统是由两个或两个以上可以相互 区别的元素组成的,单个元素构不成系统; 区别的元素组成的,单个元素构不成系统; 第二,系统中的各元素相互间具有联系, 第二,系统中的各元素相互间具有联系,彼 此独立的各元素不能称其为系统; 此独立的各元素不能称其为系统; 第三,系统是一个有机整体; 第三,系统是一个有机整体; 第四,系统具有某种特定的功能. 第四,系统具有某种特定的功能.
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念 综合各种定义,我们认为: 综合各种定义,我们认为:
系统是由若干个( 两个或两个以上) 系统是由若干个 ( 两个或两个以上 ) 相互 联系, 相互依赖, 相互制约, 联系 , 相互依赖 , 相互制约 , 相互作用的元素 组成的具有某种特定功能的有机整体. 组成的具有某种特定功能的有机整体.
第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
2.系统的环境及其相互关系
系统与环境的关系: 系统与环境的关系: 区别:二者的定义.联系: 区别:二者的定义.联系:系统与环境是相互
作用的, 环境对系统而言, 一方面提供条件( 如资源, 作用的 , 环境对系统而言 , 一方面提供条件 ( 如资源 , 市场等) 以维持系统功能的正常发挥 ; 市场等 ) , 以维持系统功能的正常发挥; 另一方面又 作为约束, 制约系统的发展; 系统对环境而言, 作为约束 , 制约系统的发展 ; 系统对环境而言 , 一方 面输出环境所需要的产品, 面输出环境所需要的产品 , 同时还输出破坏环境的污 染物. 当系统与环境相适应时, 系统则能很好地发展, 染物 . 当系统与环境相适应时 , 系统则能很好地发展 , 当系统与环境不相适应时, 当系统与环境不相适应时 , 则系统的发展就会受到制 约,系统的功能就不能够充分发挥. 系统的功能就不能够充分发挥.
普通高等教育"十一五" 普通高等教育"十一五"国家级规划教 材 全国高等农林院校"十一五" 全国高等农林院校"十一五"规划教材
农业系统工程
王福林 主编
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第一章 系统工程概论
第一节 系统概述 第二节 系统工程概述 第三节 系统科学的学科体系 第四节 农业系统 第五节 农业系统工程
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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
系统思想形成过程是人类认识客观世界的一个否 定之否定的发展过程. 迄今为止, 定之否定的发展过程 . 迄今为止 , 这个过程可以大致 地概括为: 古代朴素的唯物主义自然观→ 地概括为 : 古代朴素的唯物主义自然观 → 近代形而上 19世纪的辩证唯物主义自然观 学自然观 → 19 世纪的辩证唯物主义自然观 → 二十世 纪中期形成的系统观→现代系统理论五个阶段. 纪中期形成的系统观→现代系统理论五个阶段.
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第一节 系统概述
二,系统的概念,环境,结构与功能 系统的概念,环境,
1.系统的概念 " 系统 " 一词由来已久 , 可以说目前到处都在使 系统" 一词由来已久, 但是, 在系统理论的形成和发展初期, 用 . 但是 , 在系统理论的形成和发展初期 , 其定义不 尽相同,下面列举出其中几个有代表性的定义: 尽相同,下面列举出其中几个有代表性的定义: 在韦氏大辞典中,系统一词被解释为: (1)在韦氏大辞典中,系统一词被解释为:有组 织的和被组织化了的整体; 织的和被组织化了的整体 ; 结合着的整体所形成的各 种概念和原理的综合; 由有规则, 相互作用, 种概念和原理的综合 ; 由有规则 , 相互作用 , 相互依 赖的诸要素形成的集合等等. 赖的诸要素形成的集合等等.
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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
第三阶段:19世纪自然科学的伟大成就 第三阶段 :19世纪自然科学的伟大成就,以及建立 世纪自然科学的伟大成就, 在这些成就基础之上的辩证唯物主义自然观( 在这些成就基础之上的辩证唯物主义自然观 ( 以实验 材料来说明自然界是有内部联系的统一整体, 材料来说明自然界是有内部联系的统一整体 , 其中各 个事物, 现象是有机地相互联系, 相互依赖, 个事物 , 现象是有机地相互联系 , 相互依赖 , 相互制 约着的) 约着的); 第四阶段:20世纪中期现代科学技术的成就 世纪中期现代科学技术的成就, 第四阶段: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; 统思想提供了定量方法和计算工具;
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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
系统思想的萌芽 近代形而上学自然观 19世纪的辩证唯物主义自然观 19世纪的辩证唯物主义自然观
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第一节 系统概述
一,系统思想的形成过程
现代科学技术对系统思想方法的贡献 现代科学技术对于系统思想方法来说, 现代科学技术对于系统思想方法来说 , 第一个贡 献在于使系统思想定量化, 成为一套具有数学理论, 献在于使系统思想定量化 , 成为一套具有数学理论 , 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法; 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法 ; 第二个贡献在于为定量化系统思想的实际应用提供了 强有力的计算工具—— 电子计算机. ——电子计算机 强有力的计算工具 —— 电子计算机 . 这两大贡献都是 20世纪中期实现的 世纪中期实现的. 在20世纪中期实现的.
实例 实例
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案例1: 案例 :都江堰水利工程
战国时期秦国李冰父子设计修建的都江堰水利工 它包括" 鱼嘴" 岷江分水工程, 飞沙堰" 程 , 它包括 " 鱼嘴 " 岷江分水工程 , " 飞沙堰 " 分洪 排沙工程, 宝瓶口"引水工程三大主体工程和120 排沙工程,"宝瓶口"引水工程三大主体工程和120个 120个 附属渠堰工程, 工程之间的联系处理得恰到好处, 附属渠堰工程 , 工程之间的联系处理得恰到好处 , 形 成一个有机整体, 兼有防洪, 排沙, 灌溉, 漂木, 成一个有机整体 , 兼有防洪 , 排沙 , 灌溉 , 漂木 , 行 舟等多种功能, 渠道上设置了水尺, 根据测得的水位, 舟等多种功能 , 渠道上设置了水尺 , 根据测得的水位 , 多级分水, 合理控制分水流量, 多级分水 , 合理控制分水流量 , 使汹涌急流的岷江化 害为利, 灌溉了成都平原上14 个县的几百万亩粮田. 害为利 , 灌溉了成都平原上 14 个县的几百万亩粮田 . 14个县的几百万亩粮田 工程完工后, 又建立了一套岁修养护制度, 工程完工后 , 又建立了一套岁修养护制度 , 每年按规 定淘沙修堤, 因此, 虽然该工程经历二千多年, 定淘沙修堤 , 因此 , 虽然该工程经历二千多年 , 至今 仍发挥着效益, 仍发挥着效益 , 该工程堪称我国古代运用系统思想解 决实际问题的典范. 决实际问题的典范.