《系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述》PPT演示課件

1、1,系統(tǒng)工程及其發(fā)展歷程,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,系統(tǒng)工程研究方法,物流系統(tǒng)工程的基本方法及技術(shù),第二章 系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述,2,系統(tǒng)工程及其發(fā)展歷程,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,系統(tǒng)工程研究方法,物流系統(tǒng)工程的基本方法及技術(shù),第二章 系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述,3,系統(tǒng)工程的概念,4,（一）典型定義,5,系統(tǒng)工程,中國著名科學(xué)家錢學(xué)森教授給出的定義：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、試驗和使用的科學(xué)方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法?！薄跋到y(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)?！?6,系統(tǒng)工程,美國著名學(xué)者H切斯納(HChestnut)認為：“雖然每個系統(tǒng)都是由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些

2、功能部分之間又存在著相互關(guān)系，但是每一個系統(tǒng)都是完整的整體，每一個系統(tǒng)都要求有一個或若干個目標。 系統(tǒng)工程就是按照各個目標進行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解(或滿意解)的方法，并使各組成部分能夠最大限度地互相適應(yīng)?！?7,日本工業(yè)標準JIS的定義：“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機制等進行分析與設(shè)計的技術(shù)?！?系統(tǒng)工程,8,系統(tǒng)工程(Systems Engineering)是系統(tǒng)科學(xué)的一個分支，實際是系統(tǒng)科學(xué)的實際應(yīng)用。,系統(tǒng)工程,9,丁渭修復(fù)皇宮,宮殿大火后，北宋大臣丁渭負責(zé)修復(fù)皇宮的工程。在工程實施階段，他構(gòu)思了一整套施工方案：首先是挖溝，把施工工地與

3、一自然河道聯(lián)通，構(gòu)成一條暫時的人工運河，而挖出的泥土燒制成磚，用作工程所需的建材，人工運河用以運輸所需的其他建材，最后用工程的建筑廢料填去人工運河。,10,11,系統(tǒng)工程(Systems Engineering)是系統(tǒng)科學(xué)的一個分支，實際是系統(tǒng)科學(xué)的實際應(yīng)用。 系統(tǒng)工程是以大型復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法以及計算機等技術(shù)工具，對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換、反饋控制等功能進行分析、設(shè)計、制造和服務(wù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體目標的最優(yōu)化。它既是一個技術(shù)過程又是一個管理過程。,系統(tǒng)工程,12,（二）系統(tǒng)工程與其他工程的區(qū)別,任何一種物質(zhì)系統(tǒng)都能成為系統(tǒng)工程它的研究對象，而且

4、還不只限于物質(zhì)系統(tǒng)，還可以包括自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等等。,13,社會系統(tǒng)工程; 宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)工程； 區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程； 環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程； 交通運輸系統(tǒng)工程； 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程 軍事系統(tǒng)工程 工業(yè)及企業(yè)系統(tǒng)工程 。,系統(tǒng)工程通常包括,14,現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè),Ex1：,當今的生態(tài)農(nóng)業(yè)中,如水稻種植產(chǎn)生的稻稈用于飼養(yǎng)奶牛、肉牛；牛糞用來制沼氣；沼氣渣用來養(yǎng)魚；魚塘的塘泥再用作植物肥料。 又如，種植業(yè)生產(chǎn)的大豆制作成豆制品，沼氣用于制作豆制品的燃料，豆渣用于養(yǎng)豬、養(yǎng)牛等，牛糞、豬糞再用于制沼氣，沼氣渣又用于肥田。,15,16,二、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程及趨勢,17,19世紀下半葉起

5、，人們開始考慮生產(chǎn)系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)與綜合，關(guān)注關(guān)于系統(tǒng)的技術(shù)； 二戰(zhàn)期間，英國成立了一個跨學(xué)科的OR (0perational Research)小組，導(dǎo)致了一種新的研究、分析系統(tǒng)問題的技術(shù)慢慢誕生； 戰(zhàn)爭結(jié)束后，各種社會經(jīng)濟系統(tǒng)和工程管理系統(tǒng)的規(guī)模日益擴大和復(fù)雜化，導(dǎo)致一些新的問題的出現(xiàn)，人們又一次尋求通過科學(xué)的系統(tǒng)方法作為解決復(fù)雜經(jīng)濟社會系統(tǒng)問題的技術(shù) 。,系統(tǒng)工程溯源,18,40年代是現(xiàn)代系統(tǒng)工程的起點； 50年代，系統(tǒng)工程方法全面形成； 60年代之后，系統(tǒng)工程方法取得突破； 70年代之后，系統(tǒng)工程應(yīng)用范圍不斷擴大，由工程系統(tǒng)工程發(fā)展到復(fù)雜系統(tǒng)工程，特別是復(fù)雜巨系統(tǒng)工程； 70年代中后期，軟

6、系統(tǒng)思想出現(xiàn)，并創(chuàng)造出一些面向更復(fù)雜系統(tǒng)的方法。,20世紀中總體發(fā)展情況,19,阿波羅登月計劃,20世紀60年代 美國 投資300億美元 42萬多人 2萬多廠家 歷時11年,20,阿波羅飛船和土星5型運載火箭有700多萬個零部件 在總系統(tǒng)下面，有眾多的子系統(tǒng)，如飛船系統(tǒng)，火箭推進系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)，飛行制導(dǎo)系統(tǒng)，軌道控制系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)和測試系統(tǒng)等等 每個子系統(tǒng)下面又包含相當多的小系統(tǒng) 子系統(tǒng)或小系統(tǒng)間相互聯(lián)系、相互作用,21,航天英雄-楊立偉,航天事業(yè)-龐大的系統(tǒng)工程 需要幾代人、多少年的努力 千千萬萬的幕后英雄,22,系統(tǒng)工程作為一門交叉學(xué)科，日益向多種學(xué)科滲透和交叉發(fā)展。 系統(tǒng)工程作為一門軟科

7、學(xué)，日益受到人們的重視。 系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，推動了系統(tǒng)工程理論和方法不斷深化發(fā)展。,發(fā)展趨勢,23,系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu)由美國貝爾研究所工程師系統(tǒng)工程學(xué)者霍爾(ADHall)在1969年提出的。,三維結(jié)構(gòu)方法論,24,霍爾系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu),25,邏 輯 維,明確問題,確定目標,系統(tǒng)方案綜合,系統(tǒng)分析,系統(tǒng)評價,決策,方案實施,26,1.,通過系統(tǒng)調(diào)查盡量全面地收集和提供有關(guān)要解決的問題的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的資料和數(shù)據(jù)，主要是研究系統(tǒng)的環(huán)境對系統(tǒng)的要求。,明確問題,27,電熨斗，,Ex2：,28,新產(chǎn)品開發(fā),在新產(chǎn)品開發(fā)活動中，“明確問題階段”也稱之為概念探索階段。 產(chǎn)品的開發(fā)，需要通過

8、對使用者的調(diào)查，來明確問題所在。 概念對行動的指向是直接的，有了概念就有行動。,29,2.,在問題搞清后，應(yīng)該選擇具體的評價系統(tǒng)功能的指標(目標)，以利于衡量所有供選擇的系統(tǒng)方案。,確定目標,30, 指標設(shè)計指確定具體的目標。 目標對行動具有導(dǎo)向意義。 目標是在一系列特殊的信息分析與處理中形成。 需要建立目標評價體系。,31,二戰(zhàn)時的英國,商船 高射炮,Ex3：,32,手表,計時功能,Ex4：,裝飾效果,*,33,可口可樂與百事可樂的競爭,Ex5：,1886,34,可口可樂行業(yè)龍頭老大,35,行業(yè)老二百事可樂,36,百事可樂 想打翻身仗,試驗：允許350個家庭以折扣優(yōu)惠價每周訂購任何所需數(shù)量的

9、百事可樂。 發(fā)現(xiàn)：“買多少，喝多少 ” 看到了銷售的空間,20世紀70年代之前，行業(yè)老大與老二，懸殊很大,37,目標的定位依據(jù),競爭制勝的關(guān)鍵,38,3.,按照問題的性質(zhì)及總的目標要求，形成一組可供選擇的系統(tǒng)方案(即方針、活動程序等)，方案中要明確所選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)參數(shù)(優(yōu)缺點、成本等)。,系統(tǒng)方案綜合,39,提出方案 1、其他事物中的原理借鑒過來，在類比中引伸。 2、把一個整體功能分解成小的功能子塊，小功能再分解，形成功能樹，直到最小層的功能可用已有零件來實現(xiàn)，然后把零件再組裝回去形成結(jié)構(gòu)樹。（如圖所示） 3、對一個簡單的方案進行改造，也稱爬山法。,40,功能圖,功能樹,41,結(jié)構(gòu)樹,裝配

10、圖,42,結(jié)構(gòu)樹和功能樹,功能圖,裝配圖,43,提出方案往往不是一個人的事，通常可能是在一個小組或組織的討論中完成的。因此提出方案的有關(guān)人員之間要互相啟發(fā)，以形成一種便于發(fā)揮創(chuàng)造性思維的寬松環(huán)境。,44,1、發(fā)表意見時應(yīng)注意： 集中一個題目，用易懂的語言 簡潔地敘述； 絕不允許批判別人的想法； 歡迎各抒己見； 想法越多越好； 鼓勵以別人的想法為啟示加以 修改或構(gòu)成自己的新想法。 2、作用： 能在短時間內(nèi)得到許多意見， 能夠有效地發(fā)揮集體的長處。,頭腦風(fēng)暴法,45,4.,對已提出方案的特征進行研究，對方案被采用時可能會出現(xiàn)的情況進行分析、預(yù)測。,系統(tǒng)分析,46, 主要內(nèi)容： 允許性分析,可行性分

11、析 1、負作用的分析； 2、潛在問題的分析； 3、敏感性分析； 4、費用效果分析。, 采用模型化方法，建立模型， 進行系統(tǒng)分析。,47,5.,在一定的限制條件下，對各入選方案進行系統(tǒng)選擇，選出最優(yōu)方案。,系統(tǒng)評價,最優(yōu)化,48, 系統(tǒng)評價是方案選優(yōu)與決策的基礎(chǔ)。 一般可以從單項評價入手， 再到綜合評價， 從而得到方案的優(yōu)先順序。,49,6.,由決策者根據(jù)更全面的要求，最后選定一個或少數(shù)方案。,決策-方案決定,最優(yōu)方案不是單純經(jīng)濟意義上的，而是綜合的。,50,7.,根據(jù)最后選定的方案，具體實施。,方案實施,51,邏 輯 維,明確問題,確定目標,系統(tǒng)方案綜合,系統(tǒng)分析,系統(tǒng)評價,決策,方案實施,5

12、2,時 間 維,規(guī)劃階段,擬定方案階段,系統(tǒng)研制階段,生產(chǎn)階段,安裝階段,運行階段,更新階段,分析階段,實驗階段,調(diào)試階段,53,知 識 維,社會科學(xué),工程,醫(yī)藥,建筑,商業(yè),法律,管理,藝術(shù),為完成上述各階段、各步驟，知識維為其提供所需要的知識和各種專業(yè)技術(shù)，霍爾把這些知識分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會科學(xué)和藝術(shù)等。,54,系統(tǒng)工程及其發(fā)展歷程,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,系統(tǒng)工程研究方法,物流系統(tǒng)工程的基本方法及技術(shù),第二章 系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述,55,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,一般系統(tǒng)論,大系統(tǒng)理論,運籌學(xué),經(jīng)濟控制論,56,一般系統(tǒng)論(general systems theory)是通過對

13、各種不同系統(tǒng)進行科學(xué)理論研究而形成的關(guān)于適用于一切種類系統(tǒng)的學(xué)說。 其主要創(chuàng)始人是生物學(xué)家L.V貝塔朗菲。,一般系統(tǒng)論,57,1969年，比利時著名學(xué)者I.普利高津提出了“耗散結(jié)構(gòu)（Dissipative Structure）理論”，認為一個開放的系統(tǒng)在遠離平衡態(tài)的情況下，通過不斷地與外界交換能量、物質(zhì)和信息，當發(fā)生某些特殊事物耦合，達到一定的閾值時，就會突然出現(xiàn)以新的方式組織起來，產(chǎn)生新的質(zhì)變，從原來混沌無序的混亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)樵跁r空上或功能上的穩(wěn)定的有序狀態(tài)。,一般系統(tǒng)論,58,1973年，聯(lián)邦德國的赫爾曼哈肯提出了協(xié)同學(xué)理論（synergetics），認為不同系統(tǒng)之間存在著各要素的協(xié)同行為

14、，這種協(xié)同作用超越各要素自身的單獨作用，從而形成整個系統(tǒng)的統(tǒng)一作用和聯(lián)合作用。協(xié)同作用是形成系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的內(nèi)部作用力，通過這種作用，系統(tǒng)能夠自動產(chǎn)生時間上、空間上或功能上的有序結(jié)構(gòu)。,一般系統(tǒng)論,59,大系統(tǒng)一般是規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)多或?qū)哟屋^多、目標多樣、影響因素眾多、關(guān)系錯綜復(fù)雜、并常帶有隨機性質(zhì)的系統(tǒng)。 大系統(tǒng)理論就是研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、大系統(tǒng)優(yōu)化、以及大系統(tǒng)的模型簡化等問題的理論或方法。,大系統(tǒng)理論,60,經(jīng)濟控制論是應(yīng)用現(xiàn)代控制論的科學(xué)方法分析經(jīng)濟過程的學(xué)科。 1966年美國哈佛大學(xué)經(jīng)濟系的L泰勒(L. Taylor)和D肯德里克(DKendrick)教授應(yīng)用控制理論中

15、的共軛梯度法制訂了當時的韓國經(jīng)濟最優(yōu)計劃模型。,經(jīng)濟控制論,61,運籌學(xué)主要是運用模型化的方法，將一個已確定研究范圍的現(xiàn)實問題，按提出的預(yù)期目標，將現(xiàn)實問題中的主要因素及各種限制條件之間的因果關(guān)系、邏輯關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，通過模型求解來尋求最優(yōu)方案。 運籌學(xué)的分支主要有：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊論、對策論、庫存論等。,運籌學(xué),62,系統(tǒng)工程綜合了一般系統(tǒng)論、大系統(tǒng)論、經(jīng)濟控制論、運籌學(xué)、計算機科學(xué)、計算技術(shù)等專業(yè)學(xué)科的內(nèi)容。,63,系統(tǒng)工程及其發(fā)展歷程,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,系統(tǒng)工程研究方法,物流系統(tǒng)工程的基本方法及技術(shù),第二章 系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述,64,1、基本功能 基本功能是指能實現(xiàn)

16、人們預(yù)期目的的功能。 一是從能力的角度來理解，主要是系統(tǒng)“能干什么”之類的問題。 二是從功效的層面來理解，也就是考慮系統(tǒng)輸入、輸出的綜合特征，衡量系統(tǒng)具有的效益或性能。,一、系統(tǒng)功能分析,2、剩余功能 剩余功能是相對于系統(tǒng)的基本功能而言的。 系統(tǒng)功能中，除去基本功能的其他功能都可以稱為剩余功能。 我們有時會用副產(chǎn)品或副作用來描述系統(tǒng)的剩余功能。,（一）功能分類,65,（二）功能的層次性,系統(tǒng)總功能可理解成各項子功能的集成，也就是說，系統(tǒng)總功能可分解成不同層次的子功能。,66,（三）功能分析的思路,1、系統(tǒng)功能的制約因素 （1）外界輸入與環(huán)境因素的制約 （2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制約 2、功能分析的步驟

17、（1）對系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系進行準確描述； （2）進行輸入輸出關(guān)系的整體評價和分析； （3）對某一特定功能進行流程分析及流程再設(shè)計。,67,68,二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析,對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析首先就需要確定系統(tǒng)中的要素集，然后再對要素之間的關(guān)聯(lián)進行分析，以此達到認識系統(tǒng)的目的。 （一）系統(tǒng)要素的描述 系統(tǒng)中的要素具有一定的功能，能將來自其他要素的輸入轉(zhuǎn)換成輸出。,69,圖2-3 用“黑箱”描述的要素,70,（二）要素之間的關(guān)聯(lián)及描述,要素之間的關(guān)聯(lián)是指要素之間的相互聯(lián)系或作用，按照不同的分類標準可劃分出不同的關(guān)聯(lián)類型。例如，按照要素之間關(guān)系明確與否可劃分為下面三種： (1)確定性關(guān)聯(lián)，即要素之間的關(guān)聯(lián)是受

18、確定的規(guī)律支配的。 (2)不確定性關(guān)聯(lián)，即要素之間是隨機的關(guān)聯(lián)，如統(tǒng)計學(xué)中所揭示的關(guān)聯(lián)大多屬于這一類。 (3)確定性與隨機性關(guān)聯(lián)的混合。,71,圖2-4 按過程描述的新產(chǎn)品規(guī)劃網(wǎng)絡(luò),72,圖2-5 按職能劃分組織（制造型企業(yè)）,73,物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的主要任務(wù)-分析物流系統(tǒng)的組成要素以及要素之間有什么樣的關(guān)系。,從系統(tǒng)內(nèi)部來考察其組成要素的聯(lián)結(jié)關(guān)系，,要素之間的關(guān)系發(fā)生了變化，就要引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。,（三）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)矩陣,74,要素的聯(lián)結(jié),S1,S2,y12,x12,S1,S2,y21,x21,S1,S2,y12,x12,y21,x21,(a),(b),(c),75,聯(lián)結(jié)系數(shù) Cij,描述要素

19、Si與Sj的聯(lián)結(jié)狀態(tài)， Si直接作用于Sj時，Cij = 1； Si與Sj未聯(lián)結(jié)時，Cij = 0 規(guī)定自我聯(lián)結(jié)系數(shù)都為0。,76,前面三圖中的聯(lián)結(jié)系數(shù)分別為： （a）：C12=1，C21=0；（b）：C12=0，C21=1； （c）：C12=1，C21=1。,77,聯(lián)結(jié)方式 (1),串聯(lián)方式,S1,S2,S3,S4,S5,78,并聯(lián)方式,S1,S2,S3,S4,S5,聯(lián)結(jié)方式 (2),79,反饋聯(lián)結(jié),S1,S2,S3,S4,S5,聯(lián)結(jié)方式 (3),80,串聯(lián)方式中的聯(lián)結(jié)系數(shù),81,對一個由5個要素構(gòu)成的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)矩陣用M表示如下：,至 S1 S2 S3 S4 S5,82,串行結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)矩陣

20、,83,并行結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)矩陣,84,反饋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)矩陣?,85,反饋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)矩陣,86,三、系統(tǒng)環(huán)境分析,（一）系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系 環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響是通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)起作用并在輸入輸出中得以表現(xiàn)的。系統(tǒng)的存在不能離開環(huán)境的支撐，一方面是環(huán)境對系統(tǒng)功能的支撐；另一方面，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其變化也離不開環(huán)境因素的支持。 以功能為目的而建造的系統(tǒng)，往往在特定的環(huán)境中才顯現(xiàn)出這種功能。 環(huán)境變化可能會使一個現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)解體或變成另一結(jié)構(gòu)。 環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在兩個層次： 第一是不影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、但影響系統(tǒng)行為（輸入輸出過程）的環(huán)境因素，稱之為行為層的環(huán)境因素。 第二是影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的環(huán)境因素，稱之為結(jié)構(gòu)層的環(huán)境

21、因素。,87,（二）情景規(guī)劃法,情景規(guī)劃方法是隨著社會經(jīng)濟運行環(huán)境的頻繁變化而開發(fā)出來的有效方法。 1處理環(huán)境變化的方法 基于對未來的預(yù)測，利用可信的預(yù)測結(jié)果，對未來情況進行規(guī)劃與布局。 風(fēng)險分析也是考慮不確定性因素的控制方法。,88,2情景規(guī)劃,情景規(guī)劃是針對不確定性的新結(jié)構(gòu)問題時經(jīng)常采用的重要規(guī)劃方法。 情景規(guī)劃方法首先關(guān)注現(xiàn)實的趨勢是否存在新的結(jié)構(gòu)不確定性。其本質(zhì)是針對所關(guān)注的焦點問題分析現(xiàn)實的變化趨勢。 其次，要抓住主要的不確定因素，并勾畫出未來的幾種情景。 然后，設(shè)計出適合各種未來情景的有效方案。 最后，隨著時間的推移，事物變化的趨勢不斷明確，通過不斷地調(diào)整方案，摒棄某些不可能出現(xiàn)的情景方案。,89,系統(tǒng)工程及其發(fā)展歷程,系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論,系統(tǒng)工程研究方法,物流系統(tǒng)工程的基本方法及技術(shù),第二章 系統(tǒng)工程基礎(chǔ)概述,90,物流系統(tǒng)工程的理論和方法基礎(chǔ),運籌學(xué),經(jīng)濟控制論,大系統(tǒng)論,系統(tǒng)動力學(xué),91,物流系統(tǒng)工程的常用技術(shù),模型化技術(shù),最優(yōu)化技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù),分解協(xié)調(diào)技術(shù),仿真技術(shù),92,由實體系統(tǒng)經(jīng)過變換而得到的一個