系統(tǒng)工程 第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

1、1系 統(tǒng) 工 程Systems Engineering 2 第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程 第二章 系統(tǒng)分析 第三章 系統(tǒng)評價 第四章 系統(tǒng)決策3第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論4一、 系統(tǒng)工程的應用舉例是我國建國以來最大的工程項目，它的論證、組織、實施與管理可以說就是一個龐大的系統(tǒng)工程問題，這項工程涉及到了國家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個省的上百個縣市，同時實施過程要由眾多單位共同努力，時間橫跨將近20年。三峽水利工程5糧食價格的調整燃料能源價格銀行利率外匯牌價一、 系統(tǒng)工程的應用舉例對于我們今天生活中所關心

2、的各種社會經(jīng)濟問題，如經(jīng)濟改革、價格問題、體制改革及各種政策的出臺都是要經(jīng)過充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關。例如：6企業(yè)的長遠規(guī)劃新產(chǎn)品開發(fā)區(qū)域規(guī)劃大項目管理一、 系統(tǒng)工程的應用舉例將來在我們的實際工作中，我們會遇到許許多多的系統(tǒng)工程問題，比如：7第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論8公元前古希臘對“宇宙大系統(tǒng)”的認識；我國西周時期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”；東漢時期形成的“二十四節(jié)氣”；周秦到西漢時期的“皇帝內經(jīng)”。二、 系統(tǒng)系統(tǒng)概念的形成只見森林1.系統(tǒng)的概念9系統(tǒng)概念的形成15世紀下半葉以后：19世紀：辨證唯物主義：“

3、只見樹木”具體化“先見森林，后見樹木”世界是由無數(shù)相互關聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體?？茖W系統(tǒng)思想的實質10系統(tǒng)的概念一臺機器、一個部門、一項計劃、一個研究項目、一種組織、一套制度都可以看成一個系統(tǒng);系統(tǒng)的存在具有普遍性;系統(tǒng)的概念是相對的而不是絕對的，它沒有絕對規(guī)模的界限。系統(tǒng)是由兩個以上有機聯(lián)系、相互作用的要素所組成，具有特定功能、結構和環(huán)境的整體。111）集合性。系統(tǒng)是由兩個以上的可以相互區(qū)別的要素所組成。 2）相關性。組成系統(tǒng)的各要素之間具有相互聯(lián)系、相互作用 、相互依賴的特定關系。某要素若發(fā)生變化則會影響其他 要素的狀態(tài)變化。 3）層次性。一個系統(tǒng)可分解為若

4、干子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)還可以 分解為亞子系統(tǒng)等等，以致最終可分解為要素，這樣就可構 成具有特定的空間層次結構。例如一個公司就是由子公司或二 級廠(礦)、車間、工段、班組，以及相應的職能部門構成。各 層次的子系統(tǒng)相互聯(lián)系，相互作用，以其特有的功能為統(tǒng)一的 目標而相互協(xié)調運行。 4）整體性。系統(tǒng)不是各個要素的簡單拼湊，而是根據(jù)特定的統(tǒng)一 性要求協(xié)調存在于系統(tǒng)整體之中。是具有整體的特定功能和特性 。整體性強調要素間的協(xié)調與綜合，這樣才能獲得具有良好功能 的系統(tǒng)。 2.系統(tǒng)的特性125. 功能性。功能性是系統(tǒng)的基本特性之一：它表明系統(tǒng)具有的作用和效能，系統(tǒng)的功能以系統(tǒng)的結構為基礎。系統(tǒng)的特定結構決定系統(tǒng)的

5、特定功能，系統(tǒng)不同，其功能也不同、這正是區(qū)別一個系統(tǒng)和另一個系統(tǒng)的主要標志。人造系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)目的來設定功能，而自然系統(tǒng)雖無目的但卻有功能。 6環(huán)境適應性。任何一個系統(tǒng)都存在于一定的物質環(huán)境之中，它必然與環(huán)境不斷地進行物質、能量、信息的交換。外界環(huán)境的變化對系統(tǒng)內部要素產(chǎn)生干擾，使要素和要素關系發(fā)生變化，從而可能引起系統(tǒng)功能的波動。所以系統(tǒng)必須適應外部環(huán)境的變化，這樣的系統(tǒng)才更有生命力。 系統(tǒng)的特性13 開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)3.系統(tǒng)的分類 實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng) 自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng) 動態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)14第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論15(2)美國

6、著名學者H切斯納指出：“系統(tǒng)工程認為雖然每個系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關系，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)工程則是按照各個目標進行權衡，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”。 1.系統(tǒng)工程的定義(1)中國科學家錢學森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法”，“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術”。 至今還沒有統(tǒng)一定義16(3)日本學者三浦武雄指出：“系統(tǒng)工程與其它工程學不同之處在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的邊緣科學。因為

7、系統(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學的領域，還涉及到社會、經(jīng)濟和政治等領域，為了圓滿解決這些交叉領域的問題，除了需要某些縱向的專門技術以外，還要有一種技術從橫向把它們組織起來，這種橫向技術就是系統(tǒng)工程，也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術和理論等體系化的總稱?！?系統(tǒng)工程的定義(4)中國大百科全書自動控制與系統(tǒng)工程卷指出：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術。它是系統(tǒng)科學直接改造世界的工程技術?！?17(5)日本工業(yè)標準(JIS)規(guī)定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息流動和控制機構等進行分析與設計的技術”。 系統(tǒng)工程的定義

8、系統(tǒng)工程是一門研究大規(guī)模復雜系統(tǒng)的交叉學科，它是根據(jù)整體協(xié)調的需要，綜合運用各種現(xiàn)代科學思想、理論、技術、方法、工具，對系統(tǒng)進行研究分析、設計制造和服務，使系統(tǒng)整體盡量達到最佳協(xié)調和最滿意的優(yōu)化。錢學森提出的現(xiàn)代科學技術體系四個層次一座橋梁19系統(tǒng)工程研究對象研究對象：不限于物質系統(tǒng)，還包括自然系統(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。系統(tǒng)工程在自然科學與社會科學之間架設了一座溝通的橋梁。202.系統(tǒng)工程的理論基礎從系統(tǒng)工程的定義可以看出，系統(tǒng)工程是一門跨學科的邊緣性交叉學科，它包括自然、社會及工程設計分析等方面的知識，它是由一般系統(tǒng)論、經(jīng)濟控制論、運籌學等學科相互滲透、交叉發(fā)展而形

9、成的。213.系統(tǒng)工程與一般工程比較的特點傳統(tǒng)工程系統(tǒng)工程研究對象特定的工程物質不局限于特定工程物質，也不局限于物質系統(tǒng)研究方法專業(yè)知識各種現(xiàn)代科學知識和專業(yè)知識著眼點局部最優(yōu)整體最優(yōu)224.系統(tǒng)工程與運籌學區(qū)別系統(tǒng)工程：側重于評價和改進現(xiàn)有系統(tǒng)、設計新系統(tǒng)。運籌學：通常涉及現(xiàn)有系統(tǒng)運營情況，側重于資源的最優(yōu)配置。235.系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展系統(tǒng)工程作為一門交叉學科，日益向多種學科滲透和交叉發(fā)展。系統(tǒng)工程作為一門軟科學，日益受到人們的重視。245.系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展復雜適應系統(tǒng)理論（CAS理論）系統(tǒng)工程朝著“巨系統(tǒng)”的方向發(fā)展綜合集成研討廳體系構想25第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應用

10、舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論26四、系統(tǒng)工程方法論 它是系統(tǒng)工程思考問題和處理問題的一般方法，把分析對象作為整體系統(tǒng)來考慮，進行分析、設計、制造和使用時的基本思想方法和工作方法。系統(tǒng)工程方法論就是解決系統(tǒng)工程實踐中的問題所應遵循的步驟、程序和方法。1.系統(tǒng)工程方法論272.系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)方法的區(qū)別從前面對系統(tǒng)工程的介紹可以看出，系統(tǒng)工程的目標是通過什么樣的方法可使系統(tǒng)達到最優(yōu)，而方法論是把設想付諸實現(xiàn)的過程。對于傳統(tǒng)方法，它解決問題的目標往往是單一的，比如設計一個產(chǎn)品或只強調成本低或只強調性能高，而系統(tǒng)工程對目標的考慮需要從系統(tǒng)運行的全過程即時間方面以及在每個階段中處理問題的特殊

11、思維過程即邏輯方面，并綜合運用各種專業(yè)知識即知識方面來綜合考慮。283.系統(tǒng)工程的三維結構分析霍爾的“三維結構”模式 29時間維a)規(guī)劃階段：主要是按照設計要求提出系統(tǒng)目標，制定規(guī)劃和政策。b)擬定階段：完成的任務是提出具體的方案，進行系統(tǒng)的初步設計。c)分析階段： 對所設計的方案進行分析、比較。d)運籌階段：方案的綜合選優(yōu)，確定最優(yōu)實施方案。e) 實施階段：系統(tǒng)的設計、安裝及調試等。f) 運行階段：按照系統(tǒng)預定的用途工作。g)更新階段：按系統(tǒng)要求實施，取消舊系統(tǒng)，代之以新系統(tǒng)，對系統(tǒng)改進。30邏輯維a) 明確問題：了解問題所處的環(huán)境，收集有關的數(shù)據(jù)和資料，主要目的是弄清問題。b)系統(tǒng)指標設計

12、：確定所要解決問題的目標和相應的評價準則。c)系統(tǒng)方案綜合：為實現(xiàn)預期目標，擬定所需采取的策略和應選擇的方案。d)系統(tǒng)分析：深入了解所提出的政策措施和解決方法，分析這些措施方法在實施中的預期效果。31邏輯維e) 系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇：用數(shù)學規(guī)劃等定量的優(yōu)化方法去判別各種方案的優(yōu)劣，以進行方案選擇。f) 決策：以指標體系為評價準則，在考慮決策者的偏好等基礎上，選擇最優(yōu)方案。g) 實施計劃：按決策結果制定實施方案和計劃。32 知識維 知識維是指各工作步驟所需的各門專業(yè)知識，由于系統(tǒng)工程是個綜合性的交叉學科，在上述各階段中，執(zhí)行任何一步都會涉及多種專業(yè)技術，如社會科學、工程技術、法律、商業(yè)、醫(yī)藥、藝

13、術等等。 334、系統(tǒng)分析簡介狹義的解釋認為系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的一項優(yōu)化技術，是系統(tǒng)工程在非結構化問題決策中的具體應用。系統(tǒng)工程方法論的基礎是系統(tǒng)分析技術，系統(tǒng)分析是完成系統(tǒng)工程問題的中心環(huán)節(jié);廣義的解釋認為系統(tǒng)分析就是系統(tǒng)工程，系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的同義詞;345.系統(tǒng)分析的概念及要素系統(tǒng)分析是運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等技術對系統(tǒng)的各有關方面進行定性與定量相結合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。35系統(tǒng)分析的基本概念系統(tǒng)分析的目的是在于分析系統(tǒng)內部與系統(tǒng)環(huán)境之間、系統(tǒng)內部各要素之間的相互依賴、相互制約、相互促進的復雜關系，分析系統(tǒng)要素的層次結構關系及其對系統(tǒng)

14、功能和目標的影響，通過建立系統(tǒng)的分析模型使系統(tǒng)各要素及其與環(huán)境之間的協(xié)調達到最佳狀態(tài)，最終為系統(tǒng)決策提供依據(jù)。36系統(tǒng)分析的要素（1）問題（2）目的及目標（3）方案（4）模型（5）評價（6）決策者系統(tǒng)工程方法論弄清問題|目標選擇 |擬定方案 |建立模型 |系統(tǒng)評價 |系統(tǒng)決策 | 實施系 統(tǒng) 分 析386.系統(tǒng)分析的程序39（1）初步分析初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?問題的目標 目標的層次性 目標的沖突40目標樹 X X1 X2 X341目標沖突和利害沖突 在目標分析過程中，系統(tǒng)分析人員經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，許多關鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標造成的。這有兩種

15、情況：一種是純屬專業(yè)性質的，即目標沖突問題；另一種是社會性質的，即利害沖突問題。42目標沖突例如在進行產(chǎn)品設計時，所可能強調的兩個目標：一是盡可能低的成本二是盡可能高的質量。解決辦法：建立一個沒有矛盾的目標集，把引起矛盾的分目標剔除掉。 采用所有分目標，尋求一個能達到?jīng)_突目標得以并存的方案。 43利害沖突處理的方法 ：目標方之一放棄自己的利益；保持其中一個目標，用其它方式補償或部分補償受損方的利益；通過協(xié)商調整目標系統(tǒng)，使之達到目標相容。例如企業(yè)在減員增效的過程中就至少有如下兩個目標：一是提高企業(yè)的效益二是保證工作崗位不減員。447.系統(tǒng)分析的原則 （1）堅持問題導向；（2）以整體為目標；（3）多方案模型分析和選優(yōu)；（4）定量分析與定性分析相結合；（5）多次反復進行。458.系統(tǒng)分析舉例煙囪例：發(fā)電廠環(huán)境工程系統(tǒng)分析鍋爐除塵器煤目的：模擬煙囪排放的煙塵和SO2，據(jù)此提出最佳治理方案。 煙塵超標4.84倍，SO2超標10.84倍 1 擬定方案： 修建高煙囪120m （目前是45m），投 資估算22萬；不可行(附近是機場）； 該廠采用的是多管旋風加文丘里除塵器，效率為93.8%，若改用電除塵器，除塵效