系統(tǒng)工程原理

1、1234系統(tǒng)工程原理系統(tǒng)工程原理5錢(qián)學(xué)森對(duì)系統(tǒng)的描述性定義：錢(qián)學(xué)森對(duì)系統(tǒng)的描述性定義：系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴(lài)的若干組成部分系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴(lài)的若干組成部分（元素）結(jié)合成的具有特定功能的有機(jī)整體，記為（元素）結(jié)合成的具有特定功能的有機(jī)整體，記為 其中其中 為系為系統(tǒng)統(tǒng) 中所有中所有元素構(gòu)成的集合，元素構(gòu)成的集合， 為系統(tǒng)為系統(tǒng) 中所有關(guān)系的集合。中所有關(guān)系的集合。ESR6系統(tǒng)定義的三個(gè)基本特征系統(tǒng)定義的三個(gè)基本特征: : (1) (1) 系統(tǒng)是由若干元素組成的；系統(tǒng)是由若干元素組成的； (2) (2) 這些元素相互作用、相互依賴(lài)；這些元素相互作用、相互依賴(lài)； (3) (3) 由于元素

2、間的相互作用，使系統(tǒng)作為由于元素間的相互作用，使系統(tǒng)作為 一個(gè)整體具有特定的功能。一個(gè)整體具有特定的功能。7系統(tǒng)的五個(gè)基本特性系統(tǒng)的五個(gè)基本特性: : 整體性整體性層次性層次性 相關(guān)性相關(guān)性 目的性目的性 適應(yīng)性適應(yīng)性8關(guān)于系統(tǒng)的整體性關(guān)于系統(tǒng)的整體性9關(guān)于系統(tǒng)的層次性關(guān)于系統(tǒng)的層次性iSSSiSSSiSiSiSiSiSSS10關(guān)于系統(tǒng)的層次性關(guān)于系統(tǒng)的層次性11樹(shù)狀結(jié)構(gòu)示意圖樹(shù)狀結(jié)構(gòu)示意圖關(guān)于系統(tǒng)的層次性關(guān)于系統(tǒng)的層次性12網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖關(guān)于系統(tǒng)的層次性關(guān)于系統(tǒng)的層次性13扁平化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖扁平化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖關(guān)于系統(tǒng)的層次性關(guān)于系統(tǒng)的層次性14網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及層次性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及

3、層次性15 系統(tǒng)的分類(lèi)系統(tǒng)的分類(lèi)16系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：17系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：18系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：19系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：20系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：21系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：22系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)： 小系統(tǒng)：大體上說(shuō)，由幾個(gè)、十幾個(gè)元素或子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)； 大系統(tǒng)：由上百個(gè)、上千個(gè)元素或子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)； 巨系統(tǒng)：元素或子系統(tǒng)數(shù)量極大，成萬(wàn)上億，上百億，萬(wàn)億。 23系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)： 巨系統(tǒng)巨系統(tǒng) 24系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)： 簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)簡(jiǎn)單巨系統(tǒng) 復(fù)雜巨系統(tǒng)復(fù)雜巨系統(tǒng)25系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)： 開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)26系統(tǒng)的分類(lèi)：系統(tǒng)的分類(lèi)：

4、 27錢(qián)學(xué)森對(duì)系統(tǒng)工程的定義：錢(qián)學(xué)森對(duì)系統(tǒng)工程的定義： 系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法。簡(jiǎn)言之和使用的科學(xué)方法。簡(jiǎn)言之“系系統(tǒng)工程是一門(mén)組織管理的技術(shù)統(tǒng)工程是一門(mén)組織管理的技術(shù)”。28 美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL - STD - 499A 定義：定義：“系統(tǒng)系統(tǒng)工程是將科學(xué)和工程技術(shù)的成就應(yīng)用于：工程是將科學(xué)和工程技術(shù)的成就應(yīng)用于： 通過(guò)運(yùn)用定義、綜合、分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)通過(guò)運(yùn)用定義、綜合、分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)的反復(fù)迭代過(guò)程，將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性能的反復(fù)迭代過(guò)程，將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性

5、能參數(shù)和系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的描述；參數(shù)和系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的描述； 綜合有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確保所有物理、功能和程綜合有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確保所有物理、功能和程序接口的兼容性，以便優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的定義和設(shè)計(jì)；序接口的兼容性，以便優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的定義和設(shè)計(jì)； 將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程和其它有關(guān)因素綜合到整個(gè)工程工作之中，以滿(mǎn)足和其它有關(guān)因素綜合到整個(gè)工程工作之中，以滿(mǎn)足費(fèi)用、進(jìn)度、保障性和技術(shù)性能指標(biāo)。費(fèi)用、進(jìn)度、保障性和技術(shù)性能指標(biāo)?！?29需求需求約束條件約束條件武器裝備武器裝備系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)工程過(guò)程系統(tǒng)工程過(guò)程綜合綜合權(quán)衡權(quán)衡效效能能進(jìn)進(jìn)度度費(fèi)費(fèi)用用保保障

6、障及時(shí)地部署、使用和保障一個(gè)有及時(shí)地部署、使用和保障一個(gè)有效的系統(tǒng)，并在可承受的費(fèi)用條效的系統(tǒng)，并在可承受的費(fèi)用條件下滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。件下滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。30 系統(tǒng)工程既是一個(gè)技術(shù)過(guò)程，又是一個(gè)管系統(tǒng)工程既是一個(gè)技術(shù)過(guò)程，又是一個(gè)管理過(guò)程。為了成功地完成系統(tǒng)的研制，在整個(gè)理過(guò)程。為了成功地完成系統(tǒng)的研制，在整個(gè)系統(tǒng)壽命周期內(nèi)，技術(shù)和管理兩方面都很重要。系統(tǒng)壽命周期內(nèi)，技術(shù)和管理兩方面都很重要。因此，美國(guó)防務(wù)系統(tǒng)管理學(xué)院把系統(tǒng)工程定義因此，美國(guó)防務(wù)系統(tǒng)管理學(xué)院把系統(tǒng)工程定義為為 “ 是為了達(dá)到所有系統(tǒng)要素的優(yōu)化平衡，是為了達(dá)到所有系統(tǒng)要素的優(yōu)化平衡，控制整個(gè)系統(tǒng)研制工作的管理功能，把作戰(zhàn)需控制整

7、個(gè)系統(tǒng)研制工作的管理功能，把作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)參數(shù)的描述，并綜合這些參求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)參數(shù)的描述，并綜合這些參數(shù)以?xún)?yōu)化整個(gè)系統(tǒng)效能的過(guò)程。數(shù)以?xún)?yōu)化整個(gè)系統(tǒng)效能的過(guò)程?！?軍方強(qiáng)調(diào)管理過(guò)程軍方強(qiáng)調(diào)管理過(guò)程31整體性整體性(系統(tǒng)性系統(tǒng)性)關(guān)聯(lián)性關(guān)聯(lián)性(協(xié)調(diào)性協(xié)調(diào)性)綜合性綜合性(交叉性交叉性)滿(mǎn)意性滿(mǎn)意性(最優(yōu)化最優(yōu)化)32管子管子農(nóng)事管理農(nóng)事管理李冰父子李冰父子工程管理工程管理孫子孫子軍事管理軍事管理3334孔孔 子子 “不見(jiàn)樹(shù)木，只見(jiàn)森林” 35 十五世紀(jì)下半葉，近代科學(xué)開(kāi)始興起，力學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等逐漸從哲學(xué)中分離出來(lái)。近代自然科學(xué)發(fā)展了研究自然界的獨(dú)特的分析方法，包括實(shí)

8、驗(yàn)、解剖和觀察，把自然界的細(xì)節(jié)從總的自然聯(lián)系中抽出來(lái)，分門(mén)別類(lèi)地加以研究。這種考察自然界的方法移植到哲學(xué)中，就成為形而上學(xué)的思維方式。形而上學(xué)的出現(xiàn)是有歷史根據(jù)的，是時(shí)代的需要，對(duì)科學(xué)、技術(shù)、文化的蓬勃發(fā)展起了不可磨滅的重要作用。但是，形而上學(xué)撇開(kāi)總體的聯(lián)系來(lái)考察事物和過(guò)程，蘊(yùn)含著極大的局限性。 “只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”36 十九世紀(jì)上半葉，自然科學(xué)取得了一系列偉大成就。特別是能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞和進(jìn)化論的發(fā)現(xiàn)，使人類(lèi)對(duì)自然過(guò)程的相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)有了很大提高。十九世紀(jì)的自然科學(xué)“本質(zhì)上是整理材料的科學(xué)，關(guān)于過(guò)程、關(guān)于這些事物的發(fā)生和發(fā)展以及關(guān)于把這些自然過(guò)程結(jié)合為一個(gè)偉大整體的聯(lián)系的科學(xué)” 。馬克思、恩

9、格斯的辯證唯物主義認(rèn)為，物質(zhì)世界是無(wú)數(shù)相互聯(lián)系、相互依賴(lài)、相互制約、相互作用的事物和過(guò)程所形成的統(tǒng)一整體。 “既見(jiàn)樹(shù)木，又見(jiàn)森林”37 19401940年，英國(guó)研制出了一種對(duì)付德國(guó)飛機(jī)空襲年，英國(guó)研制出了一種對(duì)付德國(guó)飛機(jī)空襲的新型警戒雷達(dá)。為此，成立了一個(gè)研究小組，并的新型警戒雷達(dá)。為此，成立了一個(gè)研究小組，并通過(guò)理論計(jì)算和戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析，找到了雷達(dá)和通過(guò)理論計(jì)算和戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析，找到了雷達(dá)和高射武器合理運(yùn)用和配合的方法，使擊毀敵機(jī)的效高射武器合理運(yùn)用和配合的方法，使擊毀敵機(jī)的效率大大提高。率大大提高。38 19421942年美國(guó)海軍反潛部隊(duì)成立了一個(gè)由莫爾斯領(lǐng)年美國(guó)海軍反潛部隊(duì)成立了一個(gè)

10、由莫爾斯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，為了發(fā)現(xiàn)德國(guó)潛艇，研究了搜索論。導(dǎo)的研究小組，為了發(fā)現(xiàn)德國(guó)潛艇，研究了搜索論。發(fā)現(xiàn)敵潛艇后，又研究了爆炸深度與殺傷范圍的定量發(fā)現(xiàn)敵潛艇后，又研究了爆炸深度與殺傷范圍的定量關(guān)系，提出了反潛深水炸彈的合理爆炸深度為關(guān)系，提出了反潛深水炸彈的合理爆炸深度為3030英尺，英尺，結(jié)果使德國(guó)潛艇被擊沉的數(shù)量增加了結(jié)果使德國(guó)潛艇被擊沉的數(shù)量增加了3 3倍。倍。3919581958年，美國(guó)海軍特種計(jì)劃局在研制年，美國(guó)海軍特種計(jì)劃局在研制“北北極星潛艇計(jì)劃極星潛艇計(jì)劃”的實(shí)踐中，提出并采用了的實(shí)踐中，提出并采用了“計(jì)計(jì)劃評(píng)審技術(shù)劃評(píng)審技術(shù)”(PERT)(PERT)。A3-4-5開(kāi)始開(kāi)始節(jié)

11、點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T1節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T7節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T10節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T5節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T9節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T4結(jié)束結(jié)束節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T8節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T6節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)T11B2-3-4C3-4-5H2-3-4E1-2-4L30-36-45D1-2-3F2-3-5G1-2-3J7-8-12K1-2-3O2-3-5P1-2-4N1-2-4I2-4-8M1-3-5T2-3-4S10-12-16Q6-8-12R3-4-6“計(jì)劃評(píng)審技術(shù)計(jì)劃評(píng)審技術(shù)”( PERT )( PERT )40阿波羅登月中的阿波羅登月中的創(chuàng)建性工作創(chuàng)建性工作: : 方案的開(kāi)發(fā)和選擇方案的開(kāi)發(fā)和選擇 詳盡而明確的研制規(guī)劃制定詳盡而明確的研制規(guī)劃制定 總體性能指標(biāo)的控制總體

12、性能指標(biāo)的控制 解決系統(tǒng)內(nèi)部接口問(wèn)題解決系統(tǒng)內(nèi)部接口問(wèn)題 系統(tǒng)分析與管理的新方法系統(tǒng)分析與管理的新方法41登月方案登月方案幾十個(gè)幾十個(gè)篩選比較篩選比較 直接登月直接登月 地球軌道交會(huì)地球軌道交會(huì) 月球軌道交會(huì)月球軌道交會(huì)月球軌道交會(huì)方案月球軌道交會(huì)方案論證論證計(jì)算計(jì)算42系統(tǒng)總目標(biāo)系統(tǒng)總目標(biāo) 功能分析功能分析 工作分解結(jié)構(gòu)工作分解結(jié)構(gòu)月球月球軌道軌道交會(huì)交會(huì)方案方案具具體體化化技術(shù)目標(biāo)技術(shù)目標(biāo)技術(shù)活動(dòng)技術(shù)活動(dòng)43 20次飛行試驗(yàn)次飛行試驗(yàn)四大系統(tǒng)四大系統(tǒng)運(yùn)載火箭系統(tǒng)運(yùn)載火箭系統(tǒng)載人飛船系統(tǒng)載人飛船系統(tǒng)跟蹤和數(shù)據(jù)系統(tǒng)跟蹤和數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)射和飛行指揮系統(tǒng)發(fā)射和飛行指揮系統(tǒng)六項(xiàng)輔助計(jì)劃六項(xiàng)輔助計(jì)劃水星計(jì)

13、劃水星計(jì)劃雙子星座計(jì)劃雙子星座計(jì)劃飛馬座計(jì)劃飛馬座計(jì)劃徘徊者計(jì)劃徘徊者計(jì)劃勘察者勘察者計(jì)劃計(jì)劃月球軌道月球軌道環(huán)行器環(huán)行器水星號(hào)水星號(hào)44 計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)（計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)（PERT） 圖解協(xié)調(diào)技術(shù)（圖解協(xié)調(diào)技術(shù)（GERT） 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審技術(shù)（風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審技術(shù)（VERT） 技術(shù)預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)樹(shù)法（技術(shù)預(yù)測(cè)關(guān)聯(lián)樹(shù)法（PATTERN） 工程管理工程管理 系統(tǒng)工程和分析系統(tǒng)工程和分析 系統(tǒng)工程管理指南系統(tǒng)工程管理指南等等45目標(biāo)：目標(biāo)：在在10年內(nèi)將人送上月球，并使其安全地返回地球年內(nèi)將人送上月球，并使其安全地返回地球經(jīng)費(fèi)：經(jīng)費(fèi)：250億美元億美元 1969年年6月，阿波羅飛船登上月球，標(biāo)志著系統(tǒng)工月，阿波羅飛船登上月

14、球，標(biāo)志著系統(tǒng)工程及其在裝備研制中應(yīng)用的日趨成熟程及其在裝備研制中應(yīng)用的日趨成熟 。46 我國(guó)比較系統(tǒng)地、我國(guó)比較系統(tǒng)地、有組織地研究和運(yùn)用系有組織地研究和運(yùn)用系統(tǒng)工程始于統(tǒng)工程始于19601960年代，年代， 在在兩彈一星兩彈一星和和載人飛船載人飛船有成功的探索。有成功的探索。47載人飛船工程（載人飛船工程（7個(gè)系統(tǒng)）：個(gè)系統(tǒng)）： 航天員系統(tǒng)、飛船應(yīng)用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)航天員系統(tǒng)、飛船應(yīng)用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控通信系統(tǒng)、著陸場(chǎng)系統(tǒng)。如著陸場(chǎng)系統(tǒng)。如載人飛船系統(tǒng)載人飛船系統(tǒng)（13個(gè)分系統(tǒng)）：個(gè)分系統(tǒng)）： 結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、制導(dǎo)

15、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)、環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)、推進(jìn)熱控分系統(tǒng)、環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、測(cè)控與通信分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)、分系統(tǒng)、測(cè)控與通信分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、回收著陸分系統(tǒng)、儀表與照明分系電源分系統(tǒng)、回收著陸分系統(tǒng)、儀表與照明分系統(tǒng)、應(yīng)急救生分系統(tǒng)、乘員分系統(tǒng)、有效載荷分統(tǒng)、應(yīng)急救生分系統(tǒng)、乘員分系統(tǒng)、有效載荷分系統(tǒng)。系統(tǒng)。 48495051 52現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)及其學(xué)派 53現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)及其學(xué)派現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)及其學(xué)派 5420世紀(jì)世紀(jì)40年代以后出現(xiàn)的部分系統(tǒng)學(xué)科分支年代以后出現(xiàn)的部分系統(tǒng)學(xué)科分支19441945194

16、81948194919541957195719611962196219651969197019701972197219751977199019941998對(duì)策論對(duì)策論一般系統(tǒng)論一般系統(tǒng)論信息論信息論控制論控制論開(kāi)放系統(tǒng)理論開(kāi)放系統(tǒng)理論工程控制論工程控制論系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程動(dòng)態(tài)規(guī)劃論動(dòng)態(tài)規(guī)劃論一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論自組織系統(tǒng)原理自組織系統(tǒng)原理自復(fù)制自動(dòng)機(jī)自復(fù)制自動(dòng)機(jī)模糊集與系統(tǒng)模糊集與系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論超循環(huán)理論超循環(huán)理論生命系統(tǒng)理論生命系統(tǒng)理論突變理論突變理論建模與仿真理論建模與仿真理論遺傳算法（遺傳算法（GAGA）協(xié)同學(xué)協(xié)同學(xué)綜合集成工程方法綜合集成工程方法復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論（復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論（CASCAS）非標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)非標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)馮馮. .諾依曼諾依曼馮馮. .貝塔朗菲貝塔朗菲C.E.C.E.香農(nóng)香農(nóng)N.N.維納維納馮馮. .貝塔朗菲貝塔朗菲錢(qián)學(xué)森錢(qián)學(xué)森H.H.H.H.哥德哥德R.R.別爾曼別爾曼M.D.M.D.曼薩諾維克曼薩諾維克W.R.W.R.阿什布阿什布R.R.羅森羅森扎德扎德L.L.普里高津普里高津艾根艾根J.G.J.G.米勒米勒湯姆湯姆P.P.齊格勒齊格勒J(rèn). H.J. H.荷蘭德荷蘭德H.H.哈肯哈肯錢(qián)學(xué)森錢(qián)學(xué)森J. H.J. H.荷蘭德荷蘭德巴拉巴斯