工業(yè)工程概論課件第5章IE與系統(tǒng)工程學(xué).ppt

2019/11/22,工業(yè)工程,工業(yè)工程概論,第1章工業(yè)工程的概念與意識(shí)2第2章工業(yè)工程的發(fā)展與應(yīng)用2第3章工業(yè)工程的學(xué)科構(gòu)成2第4章IE與運(yùn)籌學(xué)OS2第5章IE與系統(tǒng)工程學(xué)SE2,2019/11/22,工業(yè)工程,第5章IE與系統(tǒng)工程,5.1系統(tǒng)的概念5.2系統(tǒng)科學(xué)的體系5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵5.4系統(tǒng)工程的方法5.6系統(tǒng)工程的應(yīng)用,2019/11/22,工業(yè)工程,5.1系統(tǒng)的概念,5.1.1古代系統(tǒng)思想5.1.3系統(tǒng)的定義5.1.2系統(tǒng)的分類(lèi),2019/11/22,工業(yè)工程,5.1.1古代系統(tǒng)思想圖1伏羲古太極圖,伏羲古太極圖蘊(yùn)涵了古代中國(guó)人的系統(tǒng)思想（見(jiàn)圖1-1）。易經(jīng)試圖用陰陽(yáng)五行八卦論來(lái)說(shuō)明統(tǒng)一的世界，或把五行（金木水火土）作為構(gòu)成萬(wàn)物的基本要素，或把八卦（從自然界中找出的8種事物：天地雷風(fēng)水火山澤）看作萬(wàn)物之源。戰(zhàn)國(guó)時(shí)的子思、孟子提出了“天人合一”的思想。這些學(xué)說(shuō)都把宇宙看作一個(gè)整體。古希臘思想家亞里士多德提出了著名論點(diǎn)“整體大于它的各部分的總和”。,圖1伏羲古太極圖,2019/11/22,工業(yè)工程,5.1.2系統(tǒng)的定義,1994年我國(guó)系統(tǒng)科學(xué)大辭典的系統(tǒng)（System）定義：系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的，具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體。1986至1998年汪應(yīng)洛院士給出的系統(tǒng)定義是：系統(tǒng)是具有特定功能的、相互間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個(gè)整體。構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)必須具備三個(gè)條件：系統(tǒng)由兩個(gè)以上的要素組成；要素之間存在著相互聯(lián)系、相互作用（interaction）；系統(tǒng)具有不同于各個(gè)組成要素的整體功能。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.1.2系統(tǒng)的定義,系統(tǒng)包含了以下6個(gè)基本概念：圖4（1）要素。又稱(chēng)元素。是系統(tǒng)的組成部分，又稱(chēng)為子系統(tǒng)。（2）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)各個(gè)要素相對(duì)穩(wěn)定的相互聯(lián)系、相互作用的方式（3）功能。系統(tǒng)整體在內(nèi)部與外部的聯(lián)系中表現(xiàn)的作用和能力（4）邊界。系統(tǒng)所包含的要素的界限，結(jié)構(gòu)表明須有確定邊界（5）環(huán)境。存在于系統(tǒng)外與系統(tǒng)發(fā)生作用的各種因素的總體。功能表明系統(tǒng)需要與環(huán)境發(fā)生關(guān)系。（6）輸入。通過(guò)邊界進(jìn)入到系統(tǒng)的事物。輸出。通過(guò)邊界進(jìn)入到環(huán)境的事物。,2019/11/22,工業(yè)工程,圖4系統(tǒng)的概念,（1）ElementsComponentsSubsystem（2）Structure（3）Function（4）Boundary（5）environment（6）Input/Output,2019/11/22,工業(yè)工程,5.1.3系統(tǒng)的分類(lèi),系統(tǒng)形態(tài)的分類(lèi)如表1所示。復(fù)合系統(tǒng)（Compoundsystems）是指幾種類(lèi)型的系統(tǒng)互相重合和嵌套所組成的系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)與人工系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。在多數(shù)情況下物質(zhì)系統(tǒng)和概念系統(tǒng)是結(jié)合的。生產(chǎn)系統(tǒng)既有物質(zhì)系統(tǒng)（設(shè)備），也有概念系統(tǒng)（知識(shí)）。,2019/11/22,工業(yè)工程,表1系統(tǒng)的分類(lèi),2019/11/22,工業(yè)工程,1.1系統(tǒng)的基本概念,1.1.1系統(tǒng)的定義與分類(lèi)1.1.2系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程1.1.3人工系統(tǒng)的分類(lèi),2019/11/22,工業(yè)工程,5.2系統(tǒng)科學(xué)的體系,系統(tǒng)科學(xué)（Systemscience）它是以系統(tǒng)為研究和應(yīng)用對(duì)象的一個(gè)科學(xué)技術(shù)的門(mén)類(lèi)。它是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中的一大門(mén)類(lèi)。中國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森于20世紀(jì)70年代末提出了系統(tǒng)科學(xué)體系的三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，如圖5所示。工程技術(shù)層次是直接優(yōu)化客觀(guān)世界的知識(shí)。技術(shù)科學(xué)層次是指導(dǎo)工程技術(shù)的理論?；A(chǔ)科學(xué)層次是研究系統(tǒng)的基本屬性與一般規(guī)律的學(xué)科。系統(tǒng)科學(xué)通向哲學(xué)的橋梁是系統(tǒng)論。,2019/11/22,工業(yè)工程,圖5系統(tǒng)科學(xué)的體系,2019/11/22,工業(yè)工程,5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵,現(xiàn)代IE與系統(tǒng)工程功能十分相似，國(guó)外有的大學(xué)把IE系改名為I&SE(工業(yè)與系統(tǒng)工程)，但兩者也是有區(qū)別的。系統(tǒng)工程（Systemengineering）中的系統(tǒng)與工程均有其特殊的含義。系統(tǒng)是只包括屬于人工系統(tǒng)及復(fù)合系統(tǒng)這類(lèi)性質(zhì)的系統(tǒng)，不包括自然系統(tǒng)。工程是指造物的學(xué)問(wèn)，是“工程學(xué)”的簡(jiǎn)稱(chēng)。不是指造物的工作過(guò)程。1971年日本寺野壽郎認(rèn)為系統(tǒng)工程學(xué)就是使從無(wú)到有的創(chuàng)造過(guò)程合理化的科學(xué)。1975年美國(guó)科學(xué)技術(shù)辭典的定義是：系統(tǒng)工程是研究彼此密切聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的科學(xué)。1994年我國(guó)系統(tǒng)科學(xué)大辭典的定義是：系統(tǒng)工程是門(mén)統(tǒng)籌全局綜合協(xié)調(diào)研究系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)，是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用的工程技術(shù)。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵,錢(qián)學(xué)森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法?！毕到y(tǒng)工程根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，綜合應(yīng)用自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中有關(guān)的思想、理論和方法，利用電子計(jì)算機(jī)作為工具，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要素、信息和反饋等進(jìn)行分析、綜合、模擬、最優(yōu)化，以達(dá)到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)管理和最優(yōu)控制的目的。系統(tǒng)工程的原理和方法，適用于一切系統(tǒng)(包括物質(zhì)的和非物質(zhì)的)，如自然系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)，而不限于某種特定的工程物質(zhì)對(duì)象。系統(tǒng)工程作為最通用的工程技術(shù)，為現(xiàn)代工業(yè)工程及管理工程、制造工程等提供了重要的方法論和基本方法。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵,系統(tǒng)工程的研究對(duì)象主要是復(fù)雜的人工系統(tǒng)。系統(tǒng)工程作為一種科學(xué)方法，最初是在20世紀(jì)40年代由美國(guó)貝爾電話(huà)公司在設(shè)計(jì)電話(huà)通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)提出的。系統(tǒng)工程作為一種工程技術(shù)，主要包括兩大技術(shù):系統(tǒng)分析是對(duì)已有的系統(tǒng)用系統(tǒng)方法進(jìn)行定量分析以幫助進(jìn)行有效決策。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足預(yù)定目標(biāo)要求的新的系統(tǒng)。,2019/11/22,工業(yè)工程,例“阿波羅”載人登月,系統(tǒng)工程的典型運(yùn)用是美國(guó)阿波羅工程（Apolloproject）。工程開(kāi)始于1961年5月，至1972年12月第6次成功登月結(jié)束，歷時(shí)11年，耗資255億美元，僅科研課題就有5萬(wàn)多項(xiàng)。在項(xiàng)目高峰期，參加研制的有2萬(wàn)多家企業(yè)、200多所大學(xué)和80多個(gè)科研機(jī)構(gòu)，總?cè)藬?shù)超過(guò)30萬(wàn)人，使用大型計(jì)算機(jī)600臺(tái)。共發(fā)射了17枚飛船。阿波羅飛船全部構(gòu)件達(dá)300多萬(wàn)個(gè)。如此龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，如果有一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障或延時(shí)完成，都會(huì)使登月飛船無(wú)法按期發(fā)射。正是由于采用了系統(tǒng)工程的方法，才順利完成了計(jì)劃。它是復(fù)雜系統(tǒng)工程的光輝典范。,2019/11/22,工業(yè)工程,圖6人類(lèi)首次登上月球,阿波羅在進(jìn)行了6次不載人試驗(yàn)和4次載人試驗(yàn)之后，1969年7月20日，“阿波羅11號(hào)”宇宙飛船把兩名美國(guó)宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上了遙遠(yuǎn)的月球，使“嫦娥奔月”的神話(huà)成為現(xiàn)實(shí)。人類(lèi)第一次在另外的星球上留下了足跡。兩名宇航員在月球上漫游了2小時(shí)31分鐘，拍攝了月球景色、裝置了科學(xué)儀器、采集了月球的巖石和土壤標(biāo)本，安全返回地面。,圖6人類(lèi)首次登上月球阿波羅11號(hào)飛船的航天員(1969.7.21),2019/11/22,工業(yè)工程,5.4系統(tǒng)工程的方法,5.4.1霍爾三維結(jié)構(gòu)5.4.2工業(yè)工程方法論的體系5.4.3系統(tǒng)方法的特點(diǎn)5.4.4系統(tǒng)方法的類(lèi)型系統(tǒng)分解系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì),2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.1霍爾三維結(jié)構(gòu)圖7,美國(guó)通信工程師、系統(tǒng)工程專(zhuān)家霍爾（A.D.Hall）1969年提出了“霍爾三維結(jié)構(gòu)”。已成為廣泛采用的方法論。時(shí)間維。系統(tǒng)工程活動(dòng)從開(kāi)始到結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過(guò)程，7個(gè)階段。邏輯維。時(shí)間維的每一個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序，7個(gè)步驟。知識(shí)維。為完成這些階段和步驟所需要的各種專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能。,圖7霍爾三維結(jié)構(gòu)圖,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.2工業(yè)工程方法論的體系,IE專(zhuān)門(mén)技術(shù)與系統(tǒng)工程方法相結(jié)合現(xiàn)代IE的標(biāo)志之一。在IE的研究與應(yīng)用中，要充分認(rèn)識(shí)其方法論的意義和系統(tǒng)工程在整個(gè)IE方法與技術(shù)體系中的支配地位。參照系統(tǒng)工程中的霍爾三維結(jié)構(gòu)，可將IE方法論的形式體系歸結(jié)為圖8。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.3系統(tǒng)方法的特點(diǎn),系統(tǒng)方法(systemmethod)，就是按照事物本身的系統(tǒng)性，把研究對(duì)象放在系統(tǒng)的形式中加以考察、認(rèn)識(shí)和處理的一種方法。即從系統(tǒng)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，著眼于系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互聯(lián)系和相互作用的關(guān)系中，綜合地、精確地考察系統(tǒng)，以掌握系統(tǒng)的本質(zhì)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律和達(dá)到滿(mǎn)意地處理問(wèn)題的一種方法。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.3系統(tǒng)方法的特點(diǎn),與傳統(tǒng)方法相比，系統(tǒng)方法有如下的特點(diǎn)：(1)整體性。系統(tǒng)方法特別強(qiáng)調(diào)對(duì)事物整體性的研究。(2)綜合與分析的辯證統(tǒng)一。系統(tǒng)方法采用綜合分析綜合的模式，把綜合與分析通過(guò)反饋耦合成雙向性思維。(3)優(yōu)化。確定系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)外協(xié)調(diào)，達(dá)到整體優(yōu)化的目的。(4)定性研究與定量研究的有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)方法不僅可以定性地揭示系統(tǒng)的屬性和機(jī)制，而且可以借助現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)定量地描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)律。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4系統(tǒng)方法的類(lèi)型,根據(jù)系統(tǒng)工程的原理，就系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程而言，系統(tǒng)方法包括：系統(tǒng)分解系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)評(píng)價(jià)如圖9所示下面介紹這4種方法,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.1系統(tǒng)分解,（1）系統(tǒng)分解(Systemsdecompose)的定義系統(tǒng)分解是把系統(tǒng)整體分成多個(gè)部分的過(guò)程。即，把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個(gè)相互聯(lián)系的、相對(duì)比較簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，依次逐級(jí)分解，直至能進(jìn)行適宜的分析和設(shè)計(jì)為止。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要方法。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.3系統(tǒng)分析,系統(tǒng)分析(Systemsanalysis)(1)系統(tǒng)分析的定義。系統(tǒng)分析是從系統(tǒng)的整體效益出發(fā)，采用建模、優(yōu)化、仿真和評(píng)價(jià)等方法，對(duì)系統(tǒng)的特定問(wèn)題進(jìn)行定性和定量分析，為選擇最優(yōu)或滿(mǎn)意的系統(tǒng)方案提供決策根據(jù)的一種決策方法。系統(tǒng)分析的目的是幫助決策。它不同于一般的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，它不僅要分析系統(tǒng)本身技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的有關(guān)問(wèn)題，還要分析內(nèi)、外系統(tǒng)之間及系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系因素。由于系統(tǒng)中存在著許多矛盾和不確定的因素，所以沒(méi)有一個(gè)通用的系統(tǒng)分析方法。分析對(duì)象和目的的不同，所用分析方法也不同。廣義上把系統(tǒng)分析等同于系統(tǒng)工程。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.3系統(tǒng)分析,（2）系統(tǒng)分析的一般步驟：明確系統(tǒng)的目的、要求和目標(biāo)。收集資料，擬定方案。建立系統(tǒng)模型。進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算或仿真實(shí)驗(yàn)。把計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、分析的結(jié)果同預(yù)定的目標(biāo)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。給出推薦方案。把少數(shù)較好的可行方案整理成完整的綜合資料，作為決策者選擇最優(yōu)或滿(mǎn)意的系統(tǒng)方案的主要依據(jù)。（3）系統(tǒng)分析的基本要素：?jiǎn)栴}，目的或目標(biāo)，方案，模型，評(píng)價(jià)和決策者。（4）系統(tǒng)分析的特點(diǎn)：?jiǎn)栴}導(dǎo)向，以整體為目標(biāo)，多方案模型分析和選優(yōu)，定量分析與定性分析相結(jié)合，需多次反復(fù)進(jìn)行。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.3系統(tǒng)綜合,系統(tǒng)綜合(Systemssyntheses)系統(tǒng)綜合是不斷將分解的各個(gè)要素和它們的相互關(guān)系加以綜合，形成一個(gè)相應(yīng)的小系統(tǒng)，再將各個(gè)小系統(tǒng)逐階綜合成為個(gè)大系統(tǒng)的過(guò)程。系統(tǒng)綜合不是將已經(jīng)分解了的要素按原來(lái)的聯(lián)系機(jī)械地重新拼接起來(lái)，使之復(fù)原成原來(lái)的整體系統(tǒng)，而是根據(jù)系統(tǒng)分解得到的各要素之間、要素與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與環(huán)境之間的聯(lián)系特性，在總目標(biāo)的支配下，尋求各要素之間新的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，重新把各種要素組織起來(lái)，創(chuàng)演出更適應(yīng)于目的要求的新的系統(tǒng)整體。所以說(shuō)系統(tǒng)綜合是一個(gè)復(fù)雜的創(chuàng)新過(guò)程。系統(tǒng)綜合常是系統(tǒng)分析的逆過(guò)程，兩者互為因果，對(duì)立統(tǒng)一。,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.4系統(tǒng)評(píng)價(jià),系統(tǒng)評(píng)價(jià)(Systemsevaluation)對(duì)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)或改進(jìn)的系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)要求，用系統(tǒng)分析的方法，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種方案進(jìn)行評(píng)審和選擇，以確定最優(yōu)或次優(yōu)或滿(mǎn)意的系統(tǒng)方案。系統(tǒng)評(píng)價(jià)分為：事前評(píng)價(jià)、中間評(píng)價(jià)、事后評(píng)價(jià)和跟蹤評(píng)價(jià)。對(duì)于不同的系統(tǒng)，其評(píng)價(jià)項(xiàng)目、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法也不盡相同。評(píng)價(jià)對(duì)象的價(jià)值與評(píng)價(jià)人員的主觀(guān)因素(經(jīng)驗(yàn)及其評(píng)價(jià)的角度)有關(guān)，因此系統(tǒng)不存在絕對(duì)的價(jià)值。使用計(jì)算機(jī)評(píng)價(jià)程序，使系統(tǒng)評(píng)價(jià)速度加快，結(jié)果更加全面、正確、可靠。,最優(yōu)滿(mǎn)意,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.4系統(tǒng)評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)是IE的基本功能之一。IE活動(dòng)中充滿(mǎn)著對(duì)方案的選擇，隨時(shí)隨地都需要系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的支持。系統(tǒng)評(píng)價(jià)：是對(duì)新開(kāi)發(fā)的或改建的系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)目標(biāo)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多方面對(duì)各種非劣的系統(tǒng)方案進(jìn)行評(píng)審和選擇，以確定滿(mǎn)意的行動(dòng)方案的過(guò)程。系統(tǒng)評(píng)價(jià)應(yīng)考慮的基本問(wèn)題：評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)目的、評(píng)價(jià)時(shí)間、評(píng)價(jià)地點(diǎn)。有代表性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法：費(fèi)用效益分析法數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法模糊綜合評(píng)定法層次分析法關(guān)聯(lián)矩陣法評(píng)分法,2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.5系統(tǒng)設(shè)計(jì),（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念與類(lèi)型系統(tǒng)設(shè)計(jì)：是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)思想和優(yōu)化要求，綜合運(yùn)用各有關(guān)學(xué)科的知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)總體研究和詳細(xì)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，落實(shí)到具體工作或項(xiàng)目上，以創(chuàng)造出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目的的人造系統(tǒng)。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程或整個(gè)系統(tǒng)生命周期中，系統(tǒng)分析著重回答“干什么”的問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決“怎么干”的問(wèn)題。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在IE實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，一般分為：工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如生產(chǎn)系統(tǒng)、組織系統(tǒng))信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如MIS、DSS)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如機(jī)器、建筑物),2019/11/22,工業(yè)工程,5.4.4.5系統(tǒng)設(shè)計(jì),（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要素系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般應(yīng)考慮的基本問(wèn)題，或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要素有：1)系統(tǒng)的功能：主要指設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的和對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)各方面結(jié)果的期望及要求。2)系