第二章：系统工程理论概述

在此基础上他又进一步提出了一个系统科学 的体系结构。认为系统科学是由系统工程这类工 程技术，系统工程的理论方法（像运筹学、大系 统理论等）这一类技术科学（统称为系统学）， 以及它们的理论基础和哲学层面的科学所组成的 一类新兴科学。如图2-2所示。
马
技
工
克
自然科学
思
术
程
主
义
数学
科
技
哲
学
学
术
社会科学
图2-1现代科学技术体系
一般地讲，若某事件出现概率为p，则这一事 件所具有的信息量为
h log2 p
整个信源的各状态 (x1, x2 ,所, x具n )有的平均不定
性数量就是 的h数x学i 期望，即 n
平均信息量：H pi log 2 pi i 1
2.信息方法
信息方法，就是运用信息的观点，把系统看作 是借助于信息的获取、传送、加工、处理而实 现其有目的性的运动的一种研究方法。如效用 曲线的获取及应用。
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马
克
思
主
义 哲
（系统观）
学
系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
控制论
信息论
各门 系统 工程
自动 化技 术
通信 技术
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
技术科学
工程技术
图2-2 系统科学的体系
系统学主要研究 • 系统的普遍属性和运动规律， • 系统演化、转化、协同和控制的一般规律， • 系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的
第一节 系统科学的学科体系
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，然后是直接为工程技 术提供理论基础的技术科学这一层次，再就是 基础科学这一层次，最后通过进一步综合、提 炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1所 示。
控制论的发展已大致经历了三个时期。 •从20世纪40年代末到50年代是第一个时期，即 经典控制理论时期。
在这一时期，主要的研究对象是单因素控制系 统，重点是反馈控制，借以实现的工具是各种各 样的自动调节器、伺服机构及其有关的电子设备， 着重解决单机自动化和局部自动化问题。 •控制论Leabharlann Baidu展的第二个时期为60年代，即现代控 制理论时期。
2 、控制系统
控制系统由施控器、受控器和控制作用的传 递者三者组成，形成一个整体的控制功能和行 为，但这又是相对于某种环境而言。因而可以 把施控器、受控器和控制作用的传递者三个部 分所组成的、相对于某种环境而具有控制功能 与行为的系统，称为控制系统。
环 境 输入
比较器 偏差
施控器
控制 受控器
输出
反馈
二、信息论
信息论于本世纪40年代末产生，其主要创立者 是美国的数学家申农（C.E.Shannon）和维纳。
人们根据不同的研究内容，把信息论分成三 种不同的类型。 • 狭义信息论：即申农信息论。主要研究消息的 信息量、信道（传输消息的通道）容量以及消息 的编码问题。 • 一般信息论：主要研究通讯问题，但还包括噪 声理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等问 题。 • 广义信息论：不仅包括前两项的研究内容，而 且包括所有与信息有关的领域。
关系、有序、无序状态的形成规律以及系统 仿真的基本原理等， 随着科学的发展，它的内容也不断在丰富。 由于其尚属于起步阶段，还不够成熟，因而 学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较 大差异。 系统工程是从实践中产生的，它用系统的思想与 定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂 系统的问题，它是一门交叉学科。
启示： 1.信息论研究运用了类比方法和统计方法
① 信息论运用了科学抽象和类比方法，将消 息、信号、情报等不同领域中的具体概念，进 行类比，抽象出了信息概念和信息论模型。
② 针对信息的随机性特点，运用统计数学（ 概率论与随机过程），解决了信息量问题，并 扩展了信息概念，充实了语义信息、有效信息 、主观信息、相对信息、模糊信息等方面的内 容。
信 息
信息输入
信息存储
信息处理
信
息
信息输出
信息反馈
三、一般系统论 1 、一般系统论产生过程 ➢实验科学时代的还原论（没有整体大于部分之和的系统思想） ➢生物学中机械论与活力论之争 ➢一般系统论的产生 2 、一般系统论的基本观点 ➢系统的整体性 ➢系统的开放性 ➢系统的动态相关性
第二章:系统工程理论
第二节 系统工程的理论基础
一、控制论 1、控制论的产生与发展
1947年由美国人维纳（Norbert Wiener） 创立的控制论（Cybernetics）是一门研究系统 的控制的学科。维纳于1948年出版了《控制论》 一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机 器中控制和通信的科学。”
系统工程 （Systems Engineering, SE） —管理系统工程方法论及其应用
西南财经大学工商管理学院 田俊峰 教授 博导
第二章 系统工程理论
第一节：系统科学的学科体系 第二节：系统工程的理论基础 第三节：系统工程理论的新发展 第四节：系统工程模型技术的新进展
第二章 系统工程理论
检测器
3 、控制论对系统工程方法论的启示
黑箱—灰箱—白箱法
黑箱是指人们一时无需或无法直接观测其内部结构，只 能从外部的输入和输出去认识的现实系统。比如中医看 病，通过“望、闻、问、切”等外部观测作出诊断，开 出处方。
功能模拟法
以功能和行为的相似性为基础，用模型模仿原型的功能 和行为的一种方法。电子计算机的创造就是功能模拟法 应用成功的一个例子，早期的计算机就是从模拟人的计 算功能开始的，但这种模型在外形和结构上与原型已很
不一样。
形式化、数量化、最优化方法
控制论的提出促使人们对系统采用形式化加以抽象，进
行数量化加以定量描述，并寻求系统的最优化。
4 、控制理论分支与系统研究各方面的对应关系
表2－1 控制论分支与系统工程研究的分类表
结构方面
行为方面
反馈性能 能控性、能观性 可靠性 大系统理论
稳定性 最优化 滤波、随机控制 鲁棒性 自适应、自组织、自学习 人工智能和模式识别
这一时期，控制论的主要研究对象就成了多因 素控制系统，研究重点是“最优控制”，研究借 助的工具是电子计算机。
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。