系統(tǒng)工程概述

第一章系統(tǒng)工程概述第一節(jié)：系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用第二節(jié)：系統(tǒng)工程的研究對(duì)象第三節(jié)：系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)第一章系統(tǒng)工程概述一、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(gè)階段，即：“只見(jiàn)森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段—“只見(jiàn)樹(shù)木”階段—“先見(jiàn)森林，后見(jiàn)樹(shù)木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國(guó)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(xiàn)。

第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用系統(tǒng)思想的回顧整體思想和聯(lián)系思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實(shí)質(zhì)。二、系統(tǒng)工程的理論的形成與發(fā)展系統(tǒng)理論包括：1、老三論（形成于二十世紀(jì)四十年代）：

一般系統(tǒng)論、控制論和信息論。2、新三論（形成于二十世紀(jì)七十年代）：

耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論和突變論。

2、一般系統(tǒng)論的基本觀點(diǎn)系統(tǒng)的整體性系統(tǒng)的開(kāi)放性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相關(guān)性系統(tǒng)的多級(jí)遞階性系統(tǒng)的有序性一）控制論（Cybernatics）控制論是用數(shù)學(xué)工具研究控制機(jī)構(gòu)或控制系統(tǒng)運(yùn)行一般規(guī)律的科學(xué)．

1、控制論的產(chǎn)生與發(fā)展1947年由美國(guó)人維納（NorbertWiener）創(chuàng)立的控制論（Cybernetics）是一門研究系統(tǒng)的控制的學(xué)科。維納于1948年出版了《控制論》一書，他對(duì)控制論的定義是：“關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)?！?/p>

控制論的發(fā)展已大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期。從20世紀(jì)40年代末到50年代是第一個(gè)時(shí)期，即經(jīng)典控制理論時(shí)期。在這一時(shí)期，主要的研究對(duì)象是單因素控制系統(tǒng)，即單輸入單輸出的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點(diǎn)是反饋控制，借以實(shí)現(xiàn)的工具是各種各樣的自動(dòng)調(diào)節(jié)器、伺服機(jī)構(gòu)及其有關(guān)的電子設(shè)備，著重解決單機(jī)自動(dòng)化和局部自動(dòng)化問(wèn)題?？刂普摪l(fā)展的第二個(gè)時(shí)期為60年代，即現(xiàn)代控制理論時(shí)期。這一時(shí)期，控制論的主要研究對(duì)象就成了多因素控制系統(tǒng)，研究重點(diǎn)是“最優(yōu)控制”，研究借助的工具是電子計(jì)算機(jī)。以火箭運(yùn)載的衛(wèi)星、飛船、導(dǎo)彈等的飛行為例:火箭的質(zhì)量特性要用變質(zhì)量力學(xué)來(lái)描述；控制是在遠(yuǎn)距離上實(shí)現(xiàn)的；火箭的距離、速度、加速度、飛行姿態(tài)、多級(jí)工作程序等參數(shù)都需要控制,因而是一種多輸入多輸出的多路控制；控制要求高度精確；地面系統(tǒng)復(fù)雜而龐大,控制問(wèn)題復(fù)雜。一般認(rèn)為,現(xiàn)代控制理論的奠基者是匈牙利出生的美國(guó)人卡爾曼。

進(jìn)入70年代以后，是大系統(tǒng)控制理論時(shí)期。在這一時(shí)期，主要研究對(duì)象是因素眾多的大系統(tǒng)，重點(diǎn)是大系統(tǒng)多級(jí)遞階控制，借助的工具是電子計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)和智能機(jī)器，應(yīng)用領(lǐng)域主要為社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等。

2、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由施控器、受控器和控制作用的傳遞者三者組成，形成一個(gè)整體的控制功能和行為，但這又是相對(duì)于某種環(huán)境而言。因而可以把施控器、受控器和控制作用的傳遞者三個(gè)部分所組成的、相對(duì)于某種環(huán)境而具有控制功能與行為的系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。3、控制論對(duì)系統(tǒng)工程方法論的啟示

黑箱—灰箱—白箱法功能模擬法（如：蠅眼照相機(jī)）

形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法

舉例：恒溫箱下圖是恒溫箱的人工控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。要求恒溫箱中的溫度保持恒定。為了測(cè)量恒溫箱中的溫度，安裝一個(gè)溫度計(jì)來(lái)指示恒溫箱中的溫度，這個(gè)溫度就是系統(tǒng)的輸出量，或稱被控制量。操作者始終觀察溫度計(jì)的溫度，當(dāng)小于恒溫箱給定時(shí)，就增大加熱裝置的電流；相反當(dāng)大于恒溫箱給定時(shí)，就減小電流。這樣恒溫箱就能保持給定的溫度。人在這個(gè)系統(tǒng)中有以下的作用： 1．觀察恒溫箱中溫度。

2．比較恒溫箱中溫度與給定溫度的差值。

3．調(diào)節(jié)加熱電流的大小。人工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖了解了人工控制系統(tǒng)的原理，我們只要用一些設(shè)備模仿和代替人的智能，就可以把它變成自動(dòng)控制系統(tǒng)。首先用熱電偶來(lái)代替溫度計(jì)來(lái)測(cè)量溫度的值，然后用比較放大電路代替人對(duì)溫度的比較，用電機(jī)代替人手來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)恒溫箱的電流調(diào)節(jié)裝置。只要放大電路的極性和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向合理選擇，就可以完成自動(dòng)控制恒溫箱溫度的工作。自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖下圖所示。自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖二）信息論（informatics）1、信息論的基本思想信息論是一門研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學(xué)科。信息論起源于通訊理論，是美國(guó)科學(xué)家申農(nóng)（Shannon）在1948年創(chuàng)立的。信息論的基本思想和方法完全撇開(kāi)了物質(zhì)、能量等各種具體客觀形態(tài)，而把任何通訊和控制系統(tǒng)都看作是一個(gè)信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)，把系統(tǒng)有目的運(yùn)動(dòng)抽象為信息變換過(guò)程，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運(yùn)動(dòng)。所有系統(tǒng)，在信息論的框架中，是一個(gè)進(jìn)行信息變換和信息處理的機(jī)構(gòu)。人們根據(jù)不同的研究?jī)?nèi)容，把信息論分成三種不同的類型。

狹義信息論：即申農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問(wèn)題。

一般信息論：主要研究通訊問(wèn)題，但還包括噪聲理論、信號(hào)濾波與預(yù)測(cè)、調(diào)制、信息處理等問(wèn)題。

廣義信息論：不僅包括前兩項(xiàng)的研究?jī)?nèi)容，而且包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。四）耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論原理等新的系統(tǒng)理論及其啟示耗散結(jié)構(gòu)理論(dissipativestructuretheory)1969；比利時(shí)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)家I.普利高津

研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)從無(wú)序到有序的演化規(guī)律的一種理論協(xié)同學(xué)(synergetics)70年代初，聯(lián)邦德國(guó)理論物理學(xué)家H.哈肯

研究協(xié)同系統(tǒng)從無(wú)序到有序的演化規(guī)律的新興綜合性學(xué)科突變論(catastrophetheory)60年代末，法國(guó)數(shù)學(xué)家R.托姆

研究不連續(xù)現(xiàn)象的一個(gè)新興數(shù)學(xué)分支，也是一般形態(tài)學(xué)的一種理論，能為自然界中形態(tài)的發(fā)生和演化提供數(shù)學(xué)模型.五）運(yùn)籌學(xué)

運(yùn)籌學(xué)是用數(shù)學(xué)方法研究系統(tǒng)最優(yōu)化問(wèn)題的學(xué)科，運(yùn)籌學(xué)著重于發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的效能，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，求出合理運(yùn)用人力、物力和財(cái)力的最優(yōu)方案。

應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)處理問(wèn)題的一般步驟：

運(yùn)籌學(xué)與系統(tǒng)工程運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程可以看作是屬于一個(gè)領(lǐng)域中的兩個(gè)姐妹學(xué)科，都是系統(tǒng)思想方法定量化的實(shí)際應(yīng)用研究。運(yùn)籌學(xué)發(fā)展成為一個(gè)專門的數(shù)學(xué)分支，由數(shù)學(xué)家進(jìn)行專門研究，并為系統(tǒng)工程提供最重要的方法和理論基礎(chǔ)。運(yùn)籌學(xué)的目的：增加現(xiàn)有系統(tǒng)效率的分析工作，通常涉及現(xiàn)已存在系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)情況，如工廠、市場(chǎng)等系統(tǒng)；以專業(yè)技術(shù)為導(dǎo)向，分析程序由下而上（戰(zhàn)術(shù)）系統(tǒng)工程：對(duì)若干可供選擇的執(zhí)行特定任務(wù)的系統(tǒng)方案進(jìn)行選擇比較；以問(wèn)題狀況為導(dǎo)向，分析程序由上而下（戰(zhàn)略）三、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國(guó)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(guó)實(shí)施彩電開(kāi)發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國(guó)Bell電話公司開(kāi)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(guó)的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用SE，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國(guó)空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)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(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)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(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)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(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位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(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)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(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)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(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位V1972國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開(kāi)始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國(guó)際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國(guó)際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國(guó)的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮四、系統(tǒng)工程在中國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用

上世紀(jì)50至60年代，我國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的償試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。其主要標(biāo)志和集中代表是錢學(xué)森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國(guó)志的《運(yùn)籌學(xué)》。我國(guó)大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開(kāi)始的。

1978年9月27日，錢學(xué)森、許國(guó)志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長(zhǎng)篇文章；從1978年起，西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名大學(xué)開(kāi)始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；1980年11月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立；1980年10月至1981年1月，中國(guó)科協(xié)、中央電視臺(tái)會(huì)同中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)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(huì)效果。

70年代末以來(lái)，應(yīng)用SE理論和方法來(lái)研究與解決我國(guó)的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果，如：人口問(wèn)題的定量研究及應(yīng)用（始于1978年）、2000年中國(guó)的研究(1983至1985年）、全國(guó)和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）、全國(guó)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(yīng)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(kāi)發(fā)利用（始于1978年）等。90年代以來(lái)，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(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學(xué)結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭。第一章:系統(tǒng)工程概述第二節(jié)系統(tǒng)工程的研究對(duì)象一.系統(tǒng)的概念

1.系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由兩個(gè)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。

S1

S2

S4

S3

系統(tǒng)輸入

系統(tǒng)輸出

S1，S2，S3，S4——系統(tǒng)部件

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)周界

系統(tǒng)環(huán)境

系統(tǒng)的基本概念圖

原材料

生產(chǎn)車間

辦公室

成品庫(kù)

商品銷售系統(tǒng)

社會(huì)供應(yīng)系統(tǒng)

物質(zhì)流

信息流

指令流

工廠生產(chǎn)系統(tǒng)

成品輸出

原材料等輸入

外界社會(huì)系統(tǒng)環(huán)境

2.系統(tǒng)的屬性：整體性–如：拿破侖的系統(tǒng)思想–三個(gè)和尚沒(méi)水吃(1+1＜2)–三個(gè)臭皮匠，勝過(guò)諸葛亮(1+1＞2)–

田忌賽馬關(guān)聯(lián)性–要素之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系，要素之間的聯(lián)系不是簡(jiǎn)單的疊加，而是以一定的組織形式結(jié)合。–系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)工程環(huán)境適應(yīng)性–系統(tǒng)不能脫離環(huán)境而存在；–系統(tǒng)要適應(yīng)環(huán)境，并可以對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。集合性–系統(tǒng)是由若干可以相互區(qū)別的要素組成，這些要素可以是實(shí)體也可以是非實(shí)體。–制造系統(tǒng)={工作機(jī)，操作者，工具，圖紙...};–工廠={設(shè)備，原材料，經(jīng)營(yíng)，人員...}.目的性–目的性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，它決定了系統(tǒng)的基本功能；–系統(tǒng)的目的是通過(guò)實(shí)現(xiàn)一系列的目標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些目標(biāo)有時(shí)可能是矛盾的，但要在整體上達(dá)到協(xié)調(diào)；–系統(tǒng)的目標(biāo)是通過(guò)一系列功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而功能是通過(guò)同時(shí)或順次完成一系列任務(wù)來(lái)達(dá)到的。–如：建造房屋層次性–系統(tǒng)要素作為一個(gè)整體有一定的層次結(jié)構(gòu)；–人類社會(huì)系統(tǒng)：階級(jí)，管理的層次等。–如：教育系統(tǒng)下面，我們來(lái)看一個(gè)實(shí)例：城市交通綜合系統(tǒng)

城市交通綜合系統(tǒng)是一個(gè)龐大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它本身的狀態(tài)是隨時(shí)間變化而變化的。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

城市交通綜合系統(tǒng)

交通環(huán)境條件

道路交通條件路段交通系統(tǒng)路口交通系統(tǒng)交通設(shè)施系統(tǒng)行人交通系統(tǒng)公共交通系統(tǒng)交通管理系統(tǒng)公共場(chǎng)所分布居民住宅分布公交站點(diǎn)分布停車場(chǎng)分布企事業(yè)單位分布第三產(chǎn)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)分布二.SE的研究對(duì)象是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)

該類系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屬性及目標(biāo)多樣、一般為人-機(jī)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)性突出等。

三.系統(tǒng)的類型自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)封閉系統(tǒng)與開(kāi)放系統(tǒng)主要明確SE研究什么樣的系統(tǒng)問(wèn)題管理系統(tǒng)問(wèn)題舉例國(guó)家政策市場(chǎng)研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)競(jìng)爭(zhēng)狀況企業(yè)能力資金來(lái)源資源條件社會(huì)需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財(cái)、人、信息生產(chǎn)控制庫(kù)存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務(wù)調(diào)查經(jīng)營(yíng)目標(biāo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備技術(shù)文件勞動(dòng)力勞動(dòng)手段勞動(dòng)對(duì)象環(huán)境分析經(jīng)營(yíng)決策與計(jì)劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖1—1工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)過(guò)程示意圖

人、財(cái)、物、信息構(gòu)成的整體系統(tǒng)投入—產(chǎn)出系統(tǒng)開(kāi)放系統(tǒng)具有自適應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)1978年我國(guó)著名學(xué)者錢學(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、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法”。系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)。錢學(xué)森第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)一.系統(tǒng)工程的概念1977年日本學(xué)者三浦武雄指出:"系統(tǒng)工程與其他工程學(xué)不同之點(diǎn)在于它是跨越許多學(xué)科的科學(xué)，而且是填補(bǔ)這些學(xué)科邊界空白的一種邊緣學(xué)科。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研制一個(gè)系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，所以為了適當(dāng)?shù)亟鉀Q這些領(lǐng)域的問(wèn)題，除了需要某些縱向技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫的方向把它們組織起來(lái)，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程"。三浦武雄一.系統(tǒng)工程的概念

1975年美國(guó)科學(xué)技術(shù)辭典的論述為:"系統(tǒng)工程是研究復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)，該系統(tǒng)由許多密切聯(lián)系的元素所組成。設(shè)計(jì)該復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)有明確的預(yù)定功能及目標(biāo)，并協(xié)調(diào)各個(gè)元素之間及元素和整體之間的有機(jī)聯(lián)系，以使系統(tǒng)能從總體上達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要同時(shí)考慮到參與系統(tǒng)活動(dòng)的人的因素及其作用。"美國(guó)科學(xué)技術(shù)詞典一.系統(tǒng)工程的概念第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)一.系統(tǒng)工程的概念

□系統(tǒng)工程是從總體出發(fā)，合理開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需思想、理論、方法論、方法與技術(shù)的總稱，屬于一門綜合性的工程技術(shù)?！跛前凑諉?wèn)題導(dǎo)向的原則，根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，把自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)、管理學(xué)、工程技術(shù)等領(lǐng)域的相關(guān)思想、理論和方法等有機(jī)綜合起來(lái)，應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的基本方法，采用現(xiàn)代信息技術(shù)等手段，對(duì)系統(tǒng)的功能配置、構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、環(huán)境影響、信息交換、反饋控制、行為特點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)分析，最終達(dá)到使系統(tǒng)合理開(kāi)發(fā)、科學(xué)管理、持續(xù)改進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

(1)以大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究對(duì)象廣泛。(2)系統(tǒng)工程常采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法。(3)系統(tǒng)工程是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科，屬于工程技術(shù)。三特點(diǎn)第三節(jié)系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)

第三節(jié)SE的內(nèi)容與特點(diǎn)

SE，是用來(lái)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的總和（或總稱）。

SE強(qiáng)調(diào)以下基本觀點(diǎn)：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點(diǎn)（前提）(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點(diǎn)（目的）(3)多種方法綜合運(yùn)用的觀點(diǎn)（手段）(4)問(wèn)題導(dǎo)向及反饋控制觀點(diǎn)（保障）系統(tǒng)工程案例丁渭修宮都江堰水利工程阿斯旺(Aswan)大壩阿波羅登月計(jì)劃?北宋末年皇城失火，一夜之間皇城變成斷壁殘?jiān)?皇帝詔令大臣丁渭組織民工限期修復(fù)燒毀的宮殿。?背景資料：–北宋：公元960～1127年；–皇宮位于河南開(kāi)封，近汴河。丁渭修宮當(dāng)時(shí)，使丁渭頭痛的三個(gè)主要問(wèn)題是：1.京城內(nèi)燒磚無(wú)土，2.大量建筑材料很難運(yùn)進(jìn)城內(nèi)，3.清墟時(shí)無(wú)處堆放大量的建筑垃圾。如何在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按圣旨完成皇宮修復(fù)任務(wù)，做到又快又好呢？丁渭經(jīng)過(guò)反復(fù)思考，終于想出了一個(gè)巧妙的施工方案，不但提前完成了這項(xiàng)修筑工程，而且“省費(fèi)以億萬(wàn)計(jì)”——節(jié)省了大量金銀。

丁渭修宮丁渭修宮一舉三得背景：岷江是長(zhǎng)江上游的一條較大的支流，發(fā)源于四川北部高山地區(qū)。每年春夏季節(jié)山洪暴發(fā)，江水奔騰而下，從灌縣進(jìn)入成都平原，由于河道狹窄，古時(shí)常常引起洪災(zāi)。洪水一退，又是沙石千里。灌縣岷江東岸的玉壘山又阻礙江水東流，造成東旱西澇，東部地區(qū)土地干裂，民不聊生。秦昭襄王五十一年(公元前256年)，李冰任蜀郡太守(太守相當(dāng)于現(xiàn)在的專員或大于專員，小于省長(zhǎng))，他為民造福，主持修建了著名的都江堰水利工程，排除洪災(zāi)之患。都江堰工程岷江內(nèi)江外江都江堰市都江堰工程世界上的諸多水利工程水利工程作為一項(xiàng)重大的系統(tǒng)工程，并非只是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的主體工程建設(shè)的問(wèn)題，要考慮到周邊的生態(tài)環(huán)境、地形等眾多因素，因此，人們對(duì)此都抱著非常謹(jǐn)慎的態(tài)度。 興建一個(gè)良好的水利工程將是一項(xiàng)功在當(dāng)代、利在千秋的大事情，以都江堰為例，兩千多年來(lái)，它促進(jìn)了整個(gè)成都平原生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。與此相反，世界上不乏有很多工程完工之后卻帶來(lái)了很多意想不到的災(zāi)難。20世紀(jì)30年代，美國(guó)人建造了巨大的胡佛水壩和米德湖水庫(kù)，然而水庫(kù)建成后三年間，這個(gè)歷史上從沒(méi)有地震記錄的地區(qū)發(fā)生了數(shù)百次小地震。20世紀(jì)60年代初，印度人為向孟買及其周邊地區(qū)提供充足的水源，修建了弋伊納水庫(kù)，但建成一年后，水庫(kù)儲(chǔ)水的重量導(dǎo)致下面的巖層內(nèi)應(yīng)力升高，地震便開(kāi)始在這個(gè)歷史上無(wú)地震的區(qū)域頻繁發(fā)生，并于1967年12月10日，造成177人死亡、2300余人受傷的慘劇。20世紀(jì)70年代初，埃及的阿斯旺水壩竣工，雖然這座水壩給埃及人帶來(lái)了廉價(jià)的電力，控制了水旱災(zāi)害，灌溉了農(nóng)田，但是也帶來(lái)諸多環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。1997年，美國(guó)緬因州的Edwards壩在工作了162年后被反對(duì)者說(shuō)服當(dāng)局拆除，原因是大壩破壞了大西洋鮭魚、條紋石酯和鱘魚的生存環(huán)境。阿斯旺(Aswan)大壩?背景:大壩興建于20世紀(jì)50年代，埃及人口增長(zhǎng)很快，年增長(zhǎng)率達(dá)到百分之三，可利用的自然資源卻非常有限。?埃及政府希望通過(guò)修建尼羅河高壩，開(kāi)發(fā)新的資源以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。?當(dāng)時(shí)的埃及政府和水利專家們認(rèn)為，修建尼羅河高壩是一箭數(shù)雕的高明之舉：–即可控制河水泛濫，又能儲(chǔ)水、以便在枯水季節(jié)灌溉；–可以大幅度擴(kuò)大可灌溉的耕地面積，以適應(yīng)增長(zhǎng)的人口；–產(chǎn)生巨大的發(fā)電能力，為工業(yè)化提供充裕而廉價(jià)的能源；–修造大壩所形成的巨大水庫(kù)及對(duì)下游水位的調(diào)節(jié)，可以發(fā)展淡水養(yǎng)殖及內(nèi)河航運(yùn)。大壩建設(shè)過(guò)程?1960年破土動(dòng)工，五年后大壩合龍，1967年大壩工程正式完工。?阿斯旺大壩是當(dāng)時(shí)世界上最大的高壩工程。它高112米、長(zhǎng)5公里，將尼羅河攔腰切斷，在高壩內(nèi)形成了一個(gè)長(zhǎng)650公里、寬25公里的巨大水庫(kù)—納賽爾湖。?1970年，大壩內(nèi)安裝的十二部水利發(fā)電機(jī)組全部投入運(yùn)轉(zhuǎn)。大壩建成后的效益?調(diào)節(jié)了下游流量，防止了洪水泛濫；?利用蓄積的水量擴(kuò)大了灌溉面積，近100萬(wàn)公頃的沙漠得以被開(kāi)墾成可耕地；?大壩電站每年發(fā)電80億千瓦時(shí)，解決了埃及的能源短缺問(wèn)題；?可以說(shuō)，當(dāng)時(shí)埃及政府修建阿斯旺大壩的預(yù)期目標(biāo)，全部實(shí)現(xiàn)了。大壩對(duì)生態(tài)和環(huán)境的破壞?大壩工程造成了沿河流域可耕地的土質(zhì)肥力持續(xù)下降,沿尼羅河兩岸出現(xiàn)了土壤鹽堿化。–由于河水不再泛濫，不再有雨季的大量河水帶走土壤中的鹽分，而不斷的灌溉又使地下水位上升，把深層土壤內(nèi)的鹽分帶到地表，再加上灌溉水中的鹽分和各種化學(xué)殘留物的高含量，導(dǎo)致了土壤鹽堿化。?庫(kù)區(qū)水質(zhì)惡化，附近居民的健康受到危害。–庫(kù)區(qū)水的大量蒸發(fā)是水質(zhì)變化的一個(gè)重要原因；–土地肥力下降迫使農(nóng)民不得不大量使用化肥，化肥的殘留部分隨灌溉水又回流尼羅河。大壩對(duì)生態(tài)和環(huán)境的破壞(續(xù))?河水性質(zhì)的改變使水生植物及藻類到處蔓延，不僅蒸發(fā)掉大量河水，還堵塞河道灌渠。–每年由于水生雜草的蒸騰損失的水量就達(dá)到可灌溉用水的百分之四十。?尼羅河下游的河床遭受嚴(yán)重侵蝕，尼羅河出?？谔幒０毒€內(nèi)退。–大壩建成后的十二年中，從阿斯旺到開(kāi)羅，河床每年平均被侵蝕掉2厘米；–一位原埃及士兵說(shuō)，他曾站過(guò)崗的燈塔現(xiàn)在已陷入海中，距離目前的海岸竟然有一到二公里之遙。大壩利弊的綜合評(píng)估?阿斯旺大壩建成后陸續(xù)出現(xiàn)的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題–有些是設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)料到、但無(wú)法避免或無(wú)力解決的；–有些是有所預(yù)料、但對(duì)其后果的嚴(yán)重性估計(jì)不足的；–還有些問(wèn)題是完全沒(méi)有預(yù)料到的。?直到今天，人們?nèi)匀徽J(rèn)為，要精確地預(yù)測(cè)大壩對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響還是相當(dāng)困難的。?目前很多國(guó)家的公眾輿論和學(xué)者專家們往往對(duì)超大型水利設(shè)施的建設(shè)持反對(duì)或謹(jǐn)慎的態(tài)度。阿波羅登月計(jì)劃:系統(tǒng)工程發(fā)展的里程碑目標(biāo)：在10年內(nèi)將人送上月球，并使其安全地返回地球經(jīng)費(fèi)：250億美元1969年7月，阿波羅飛船登上月球，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。61“阿波羅”登月計(jì)劃阿波羅計(jì)劃順利實(shí)施，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)研究的成功典范。此項(xiàng)工程組織了2萬(wàn)多個(gè)公司、120多所大學(xué)，動(dòng)用了42萬(wàn)人參加，投入了300億美元的巨資，用了近10年的時(shí)間，終于實(shí)現(xiàn)了人類征服地球引力，遨游太空，登上月球探險(xiǎn)的夢(mèng)想。整體阿波羅登月計(jì)劃之所以能如期完成，關(guān)鍵在于運(yùn)用系統(tǒng)方法進(jìn)行有效的組織管理。阿波羅登月中的創(chuàng)建性工作:方案的開(kāi)發(fā)和選擇詳盡而明確的研制規(guī)劃制定總體性能指標(biāo)的控制解決系統(tǒng)內(nèi)部接口問(wèn)題系統(tǒng)分析與管理的新方法63方案開(kāi)發(fā)和選擇64登月方案幾十個(gè)篩選比較直接登月地球軌道交會(huì)月球軌道交會(huì)月球軌道交會(huì)方案論證計(jì)算詳盡而明確的研制規(guī)劃65系統(tǒng)總目標(biāo)

功能分析工作分解結(jié)構(gòu)月球軌道交會(huì)方案具體化技術(shù)目標(biāo)技術(shù)活動(dòng)詳細(xì)規(guī)劃66

20次飛行試驗(yàn)四大系統(tǒng)運(yùn)載火箭系統(tǒng)載人飛船系統(tǒng)跟蹤和數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)射和飛行指揮系統(tǒng)六項(xiàng)輔助計(jì)劃水星計(jì)劃雙子星座計(jì)劃飛馬座計(jì)劃徘徊者計(jì)劃勘察者計(jì)劃月球軌道環(huán)行器水星號(hào) 阿波羅飛船的登月成功，還證實(shí)了系統(tǒng)科學(xué)一個(gè)重要的命題——“綜合即創(chuàng)造”。負(fù)責(zé)阿波羅計(jì)劃實(shí)施的總指揮韋伯先生說(shuō)過(guò)：“阿波羅計(jì)劃中沒(méi)有一項(xiàng)新發(fā)明的自然科學(xué)理論和技術(shù)，全部工作都是現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)用。關(guān)鍵在于綜合。” 系統(tǒng)工程的一個(gè)重要任務(wù)，就是綜合運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)成果，如