《城市規(guī)劃系統(tǒng)工程》2系統(tǒng)工程學概論

2系統(tǒng)工程學概論主要內(nèi)容1、系統(tǒng)與系統(tǒng)工程學2、系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論3、建立模型基本要求理解系統(tǒng)的定義、屬性，系統(tǒng)工程學的定義，并基本掌握系統(tǒng)工程學的理論基礎(chǔ)和方法論，以及系統(tǒng)模型建立的基本過程。重點正確理解系統(tǒng)的定義及其四大屬性，系統(tǒng)工程學的狹義和廣義定義，并基本掌握系統(tǒng)建立的6個步驟。難點掌握系統(tǒng)工程的兩種方法論：三維結(jié)構(gòu)方法論和軟系統(tǒng)方法論，并對其聯(lián)系和區(qū)別正確掌握。2系統(tǒng)工程學概論2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.1.1系統(tǒng)的定義按一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系組合而成的整體。由兩個以上相互聯(lián)系的要素所構(gòu)成，且具有特定功能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境的整體。

系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的組成部分結(jié)合而成，具有特定功能的有機整體。（系統(tǒng)工程學定義）2.1.2系統(tǒng)的屬性

集合性（整體性）－－由兩個以上的要素組成的有機整體

關(guān)聯(lián)性（相關(guān)性）－－組成要素是相互聯(lián)系、相互作用的

目的性－－系統(tǒng)具有某種功能

環(huán)境適應性－－具有從屬關(guān)系、依靠反饋系統(tǒng)實現(xiàn)管理系統(tǒng)問題舉例國家政策市場研究技術(shù)經(jīng)濟預測競爭狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財、人、信息生產(chǎn)控制庫存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務調(diào)查經(jīng)營目標產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)營計劃生產(chǎn)技術(shù)準備技術(shù)文件勞動力勞動手段勞動對象環(huán)境分析經(jīng)營決策與計劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖1—1工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動過程示意圖2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.1.3系統(tǒng)的分類（類型）自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)（自然屬性）實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)（物質(zhì)屬性）動態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)（運動屬性）封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)（規(guī)模與復雜程度）

系統(tǒng)工程學研究什么樣的系統(tǒng)問題？系統(tǒng)工程學主要研究對象是人造的大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一般是動態(tài)的、閉環(huán)的控制系統(tǒng)。2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.2.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應用系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展

系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，即：“只見森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段—“只見樹木”階段—“先見森林，后見樹木”（科學的系統(tǒng)思想）階段。古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展

整體思想和聯(lián)系思想是科學系統(tǒng)思想的核心與實質(zhì)。

一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和系統(tǒng)工程學的理論基礎(chǔ)。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實踐或事件重要理論與方法貢獻I1930美國發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國實施彩電開發(fā)計劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國的反空襲等軍事行動產(chǎn)生軍事運籌學（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀40年代美國研制原子彈的“曼哈頓計劃”運用SE，并推動了其發(fā)展1945美國空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強調(diào)了其重要性2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學III40年代后期到50年代初期運籌學的廣泛運用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應用、電子計算機的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學科基礎(chǔ)IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學科形成的標志1958美國研制北極星導彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊》表明系統(tǒng)工程的實用化和規(guī)范化美國自動控制學家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學基礎(chǔ)1961-1972美國實施“阿波羅”登月計劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學V1972國際應用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應用開始從工程領(lǐng)域進入到社會經(jīng)濟領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個重要的新階段。70年代SE的廣泛應用在國際上達到高潮VI80年代SE在國際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國的研究與應用達到高潮2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學上世紀50至60年代，我國的一些研究機構(gòu)和著名學者為SE的研究與應用作了理論上的探討、應用上的嘗試和技術(shù)方法上的準備。其主要標志和集中代表是錢學森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國志的《運籌學》。我國大規(guī)模地研究與應用SE是從70年代末、80年代初開始的。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學

1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長篇文章；從1978年起，西安交大、天津大學、清華大學、華中理工大學、大連理工大學等國內(nèi)著名大學開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；1980年11月，中國系統(tǒng)工程學會在北京成立；1980年10月至1981年1月，中國科協(xié)、中央電視臺會同中國系統(tǒng)工程學會、中國自動化學會聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會效果。1970s末以來，應用SE理論和方法來研究與解決我國的重大現(xiàn)實問題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果人口問題的定量研究及應用（始于1978年）2000年中國的研究(1983至1985年）全國和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）全國人才和教育規(guī)劃（始于1983年）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年）區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年）投入產(chǎn)出表的應用（始于60年代和1976年）軍事系統(tǒng)工程（始于1978年）水資源的開發(fā)利用（始于1978年）等2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學

1990s以來，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結(jié)合、與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合、與實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強勁勢頭。系統(tǒng)思想經(jīng)歷了從經(jīng)驗到科學、從思辨到定量的發(fā)展過程，最終形成了獨立的學科，這就是系統(tǒng)工程學。2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學2.2.2系統(tǒng)工程學定義（教材p10）所謂系統(tǒng)工程（SE），是用來開發(fā)、運行、革新一個大規(guī)模復雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的總和（或總稱）2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學2.2.3系統(tǒng)工程學的內(nèi)容與特點系統(tǒng)工程的研究對象是大規(guī)模復雜系統(tǒng)

該類系統(tǒng)的主要特點有：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜、屬性及目標多樣、一般為人-機系統(tǒng)、經(jīng)濟性突出等。

SE強調(diào)以下基本觀點：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點（前提）(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點（目的）

(3)多種方法綜合運用的觀點（手段）

(4)問題導向及反饋控制觀點（保障）思考討論題1、選擇一個你所熟悉的系統(tǒng)問題說明：(1)系統(tǒng)的功能及其要素；(2)系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出；(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(最好用框圖表達)；(4)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、環(huán)境的關(guān)系。2、說明系統(tǒng)一般屬性的含義，并據(jù)此歸納出若干系統(tǒng)思想或觀點；3、請總結(jié)系統(tǒng)工程(學)的特點。4、結(jié)合系統(tǒng)工程應用領(lǐng)域，說明系統(tǒng)工程在你所學專業(yè)領(lǐng)域的可能應用及其前景。2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論2.3.1系統(tǒng)工程學的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：運籌學和控制論定義“運籌學是在實行管理的領(lǐng)域，運用數(shù)學方法，對需要進行管理的問題統(tǒng)籌規(guī)劃，作出決策的一門應用科學?！保≒.M.Morse

&G.E.Kimball）運籌學方法規(guī)劃論（包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃）、圖論、決策論、對策論、排隊論、存儲論、可靠性理論等。運籌學的特點1.運籌學已被廣泛應用于工商企業(yè)、軍事部門、民政事業(yè)等研究組織內(nèi)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)問題，故其應用不受行業(yè)、部門之限制；2.運籌學既對各種經(jīng)營進行創(chuàng)造性的科學研究，又涉及到組織的實際管理問題，它具有很強的實踐性，最終應能向決策者提供建設(shè)性意見，并應收到實效；3.它以整體最優(yōu)為目標，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，力圖以整個系統(tǒng)最佳的方式來解決該系統(tǒng)各部門之間的利害沖突。對所研究的問題求出最優(yōu)解，尋求最佳的行動方案，所以它也可看成是一門優(yōu)化技術(shù)，提供的是解決各類問題的優(yōu)化方法。2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論運籌學的研究方法1.從現(xiàn)實生活場合抽出本質(zhì)的要素來構(gòu)造數(shù)學模型，因而可尋求一個跟決策者的目標有關(guān)的解；2.探索求解的結(jié)構(gòu)并導出系統(tǒng)的求解過程；3.從可行方案中尋求系統(tǒng)的最優(yōu)解法。即：運用各種數(shù)學方法、計算機技術(shù)、模擬仿真技術(shù)和控制理論來實現(xiàn)系統(tǒng)的模型化和最優(yōu)化，進行系統(tǒng)的分析和設(shè)計2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論控制論（Cybernetics）是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學。它是自動控制、通訊技術(shù)、計算機科學、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學、統(tǒng)計力學、行為科學等多種科學技術(shù)相互滲透形成的一門橫斷性學科?？刂普撌嵌嚅T科學綜合的產(chǎn)物也是許多科學家共同合作的結(jié)晶。主要方法：信息方法、反饋方法、功能模擬方法和黑箱方法等。2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論系統(tǒng)工程學的基本思路：思想方法上的整體化把研究對象作為一個整體，根據(jù)系統(tǒng)的整體目的，將其包括的眾多要素按照關(guān)系疏密程度逐級分解為低一級的子系統(tǒng)，直到最簡單的一堆相互聯(lián)系的要素，研究他們之間的關(guān)系，建立模型，進行模擬、實驗和計算，求得他們之間的數(shù)量關(guān)系，進行定量分析；進而在根據(jù)系統(tǒng)的總目標逐級向上進行聯(lián)結(jié)（協(xié)調(diào)）和綜合，形成最終優(yōu)化的系統(tǒng)。工程學：“由下而上”、“由細至總”系統(tǒng)工程學：“由上而下”、“由總至細”2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論2.3.2系統(tǒng)工程學的方法論特征：綜合性－－根本所在系統(tǒng)工程學致力于綜合運用各種學科和技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所獲得的成就并加以綜合運用。工作步驟2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論1、界定問題明確問題的性質(zhì)、劃定問題的范圍方法：“逐層分解”，由頂向下逐級分解，列出關(guān)聯(lián)圖2、確定目標確定系統(tǒng)的功能評價指標（指標應能準確地體現(xiàn)系統(tǒng)研究的目的）目標確定原則：長遠觀、總體觀、明確性、層次性、可行性2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論3、系統(tǒng)設(shè)計按照系統(tǒng)的性質(zhì)、目的、功能、形成一組備選方案，以便進行系統(tǒng)分析和比較4、系統(tǒng)分析系統(tǒng)工程學往往要求通過建立一定的模型，把以上方案和系統(tǒng)的評價目標聯(lián)系起來，對系統(tǒng)的品質(zhì)特征進行實驗分析，為決策者提供更多依據(jù)2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論1）系統(tǒng)分析概念系統(tǒng)分析（systemanalysis，SA）是在對系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標充分挖掘的基礎(chǔ)上，運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等方法，對系統(tǒng)的有關(guān)方面進行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。

SA是SE的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。系統(tǒng)分析揭示了系統(tǒng)的品質(zhì)，尤其是系統(tǒng)模型化實現(xiàn)了對系統(tǒng)的定量分析。

2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論2）系統(tǒng)分析的要素

①問題②目的及目標③方案④模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學、仿真）⑤評價⑥決策者2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論認識問題探尋目標綜合方案模型化優(yōu)化或仿真分析系統(tǒng)評價決策（分析）NY初步SA規(guī)范分析綜合分析3）系統(tǒng)分析的程序2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論SA程序圖是SA的一般過程，也為全過程提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。在對其理解和應用上應注意以下各點：①重視做好初步SA.

5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好這段工作的基本線索。②在規(guī)范分析中一般需（或盡可應）建立結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學模型或仿真模型。2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論③每段結(jié)束后系統(tǒng)方案的變化軌跡是：可行方案→非劣方案→經(jīng)排序的非劣方案（或稱選擇性方案）。④環(huán)境分析貫穿SA全過程，在SA中是十分重要和必不可少的。⑤在管理應用SA過程中，并不一定要（或能）遍歷并完成每一個具體過程。2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論4）系統(tǒng)分析的特點及原則問題導向以整體為目標多方案模型分析和選優(yōu)定量分析與定性分析相結(jié)合多次反復進行2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論5、系統(tǒng)的評價和優(yōu)選運用科學的綜合評價技術(shù)，對各目標進行綜合比較、權(quán)衡6、決策根據(jù)以上提供的決策信息，從全局作系統(tǒng)考慮，決定行動方案7、實施將系統(tǒng)付諸實施發(fā)現(xiàn)問題，修改或調(diào)整系統(tǒng)方案2.3系統(tǒng)工程學理論基礎(chǔ)和方法論2.4.1必要性建立模型是實現(xiàn)對系統(tǒng)定量分析的前提和基礎(chǔ)2.4.2基本概念及意義模型——對現(xiàn)實系統(tǒng)抽象表達的結(jié)果。應能反映（抽象或模仿）出系統(tǒng)某個方面的組成部分（要素,feature）及其相互關(guān)系。2.4建立模型模型化——構(gòu)建系統(tǒng)模型的過程及方法。要注意兼顧到現(xiàn)實性和易處理性。意義及特點：對系統(tǒng)問題進行規(guī)范研究的基礎(chǔ)和標志；經(jīng)濟、方便、快速、可重復，“思想”或“政策”試驗；經(jīng)過了分析人員對客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實中去檢驗。2.4建立模型2.4.3模型的分類與模型化的基本方法模型的分類：A——概念模型A1（思維或意識模型A11字句模型A12描述模型A13）

符號模型A2（圖表模型A21;數(shù)學模型A22）仿真模型A3形象模型A4（物理模型A41;圖像模型A42）類比模型A52.4建立模型B——分析模型B1[通常用數(shù)學關(guān)系式表達]

仿真模型B2[主要基于“計算機導向”]博弈模型B3[主要基于“人的行為導向”]判斷模型B4[基于專家調(diào)查的判斷]C——結(jié)構(gòu)模型C1數(shù)學模型C2

仿真模型C3D——實體模型D1（實物模型D11;模擬模型D12）抽象模型或符號模型D2（數(shù)學模型D21;

結(jié)構(gòu)模型D22；