工業(yè)工程概論第5章IE與系統(tǒng)工程學課件

工業(yè)工程概論第1章工業(yè)工程的概念與意識2第2章工業(yè)工程的發(fā)展與應(yīng)用2第3章工業(yè)工程的學科構(gòu)成2第4章IE與運籌學OS2第5章IE與系統(tǒng)工程學SE22/6/20231課件第5章IE與系統(tǒng)工程5.1系統(tǒng)的概念5.2系統(tǒng)科學的體系5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵5.4系統(tǒng)工程的方法5.6系統(tǒng)工程的應(yīng)用2/6/20232課件5.1系統(tǒng)的概念5.1.1古代系統(tǒng)思想5.1.3系統(tǒng)的定義5.1.2系統(tǒng)的分類2/6/20233課件5.1.2系統(tǒng)的定義1994年我國《系統(tǒng)科學大辭典》的系統(tǒng)（System）定義：

系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的，具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機整體。1986至1998年汪應(yīng)洛院士給出的系統(tǒng)定義是：系統(tǒng)是具有特定功能的、相互間具有有機聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體。構(gòu)成一個系統(tǒng)必須具備三個條件：①系統(tǒng)由兩個以上的要素組成；②要素之間存在著相互聯(lián)系、相互作用（interaction）；③系統(tǒng)具有不同于各個組成要素的整體功能。2/6/20235課件5.1.2系統(tǒng)的定義系統(tǒng)包含了以下6個基本概念：圖4（1）要素。又稱元素。是系統(tǒng)的組成部分，又稱為子系統(tǒng)。（2）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)各個要素相對穩(wěn)定的相互聯(lián)系、相互作用的方式（3）功能。系統(tǒng)整體在內(nèi)部與外部的聯(lián)系中表現(xiàn)的作用和能力（4）邊界。系統(tǒng)所包含的要素的界限，結(jié)構(gòu)表明須有確定邊界（5）環(huán)境。存在于系統(tǒng)外與系統(tǒng)發(fā)生作用的各種因素的總體。功能表明系統(tǒng)需要與環(huán)境發(fā)生關(guān)系。（6）輸入。通過邊界進入到系統(tǒng)的事物。輸出。通過邊界進入到環(huán)境的事物。2/6/20236課件圖4系統(tǒng)的概念

（1）ElementsComponentsSubsystem（2）Structure（3）Function（4）Boundary（5）environment（6）Input/Output邊界要素聯(lián)系系統(tǒng)環(huán)境輸出輸入圖4系統(tǒng)的概念功能：轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2/6/20237課件表1系統(tǒng)的分類

劃分依據(jù)系統(tǒng)類型實例系統(tǒng)起源自然系統(tǒng)Naturalsystems海洋系統(tǒng)，天體系統(tǒng)，生物系統(tǒng)人工系統(tǒng)Artificialsystems工程系統(tǒng)，社會系統(tǒng)，管理系統(tǒng)要素性質(zhì)物質(zhì)系統(tǒng)Physicalsystems礦藏系統(tǒng)，生物系統(tǒng)，技術(shù)系統(tǒng)概念系統(tǒng)Conceptualsystems法律系統(tǒng)，文學系統(tǒng)，藝術(shù)系統(tǒng)要素數(shù)量簡單系統(tǒng)Simplesystems原子系統(tǒng)，簡單工具復(fù)雜系統(tǒng)Complexsystems生命系統(tǒng)，生產(chǎn)系統(tǒng)，社會系統(tǒng)與時間關(guān)系動態(tài)系統(tǒng)Dynamicsystems氣象系統(tǒng)，生物系統(tǒng)，生產(chǎn)系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)Staticsystems建筑物，地圖與外界作用孤立系統(tǒng)Islandsystems宇宙飛船的密封倉封閉系統(tǒng)Closedsystems外加磁/電場中的磁/電介質(zhì)系統(tǒng)開放系統(tǒng)Opensystems生命系統(tǒng)，經(jīng)濟系統(tǒng)，社會系統(tǒng)認識論黑色系統(tǒng)Blacksystems銀河系外遙遠星座，待設(shè)計產(chǎn)品白色系統(tǒng)Whiteningsystems可拆卸的機器，已解決的問題灰色系統(tǒng)Greysystems農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，人體系統(tǒng)2/6/20239課件1.1系統(tǒng)的基本概念1.1.1系統(tǒng)的定義與分類1.1.2系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程1.1.3人工系統(tǒng)的分類★2/6/202310課件5.2系統(tǒng)科學的體系系統(tǒng)科學（Systemscience）它是以系統(tǒng)為研究和應(yīng)用對象的一個科學技術(shù)的門類。它是現(xiàn)代科學技術(shù)體系中的一大門類。中國著名科學家錢學森于20世紀70年代末提出了系統(tǒng)科學體系的三個層次結(jié)構(gòu)，如圖5所示。①工程技術(shù)層次是直接優(yōu)化客觀世界的知識。②技術(shù)科學層次是指導(dǎo)工程技術(shù)的理論。③基礎(chǔ)科學層次是研究系統(tǒng)的基本屬性與一般規(guī)律的學科。系統(tǒng)科學通向哲學的橋梁是系統(tǒng)論。2/6/202311課件5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵現(xiàn)代IE與系統(tǒng)工程功能十分相似，國外有的大學把IE系改名為I&SE(工業(yè)與系統(tǒng)工程)，但兩者也是有區(qū)別的。系統(tǒng)工程（Systemengineering）中的系統(tǒng)與工程均有其特殊的含義。

系統(tǒng)是只包括屬于人工系統(tǒng)及復(fù)合系統(tǒng)這類性質(zhì)的系統(tǒng)，不包括自然系統(tǒng)。

工程是指造物的學問，是“工程學”的簡稱。不是指造物的工作過程。1971年日本寺野壽郎認為

系統(tǒng)工程學就是使從無到有的創(chuàng)造過程合理化的科學。1975年美國科學技術(shù)辭典的定義是：

系統(tǒng)工程是研究彼此密切聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計的科學。1994年我國《系統(tǒng)科學大辭典》的定義是：系統(tǒng)工程是—門統(tǒng)籌全局綜合協(xié)調(diào)研究系統(tǒng)的科學技術(shù)，是系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計、實施和運用的工程技術(shù)。2/6/202313課件5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵錢學森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造和使用的科學方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學方法?！?/p>

系統(tǒng)工程根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，綜合應(yīng)用自然科學和社會科學中有關(guān)的思想、理論和方法，利用電子計算機作為工具，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要素、信息和反饋等進行分析、綜合、模擬、最優(yōu)化，以達到最優(yōu)規(guī)劃、最優(yōu)設(shè)計、最優(yōu)管理和最優(yōu)控制的目的。

系統(tǒng)工程的原理和方法，適用于一切系統(tǒng)(包括物質(zhì)的和非物質(zhì)的)，如自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)……，而不限于某種特定的工程物質(zhì)對象。

系統(tǒng)工程作為最通用的工程技術(shù)，為現(xiàn)代工業(yè)工程及管理工程、制造工程等提供了重要的方法論和基本方法。2/6/202314課件5.3系統(tǒng)工程的內(nèi)涵系統(tǒng)工程的研究對象主要是復(fù)雜的人工系統(tǒng)。系統(tǒng)工程作為一種科學方法，最初是在20世紀40年代由美國貝爾電話公司在設(shè)計電話通訊網(wǎng)絡(luò)時提出的。系統(tǒng)工程作為一種工程技術(shù)，主要包括兩大技術(shù):

系統(tǒng)分析是對已有的系統(tǒng)用系統(tǒng)方法進行定量分析以幫助進行有效決策。

系統(tǒng)設(shè)計是設(shè)計出能滿足預(yù)定目標要求的新的系統(tǒng)。2/6/202315課件圖6人類首次登上月球

阿波羅在進行了6次不載人試驗和4次載人試驗之后，1969年7月20日，“阿波羅11號”宇宙飛船把兩名美國宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上了遙遠的月球，使“嫦娥奔月”的神話成為現(xiàn)實。人類第一次在另外的星球上留下了足跡。兩名宇航員在月球上漫游了2小時31分鐘，拍攝了月球景色、裝置了科學儀器、采集了月球的巖石和土壤標本，安全返回地面。圖6人類首次登上月球阿波羅11號飛船的航天員(1969.7.21)2/6/202317課件5.4系統(tǒng)工程的方法5.4.1霍爾三維結(jié)構(gòu)5.4.2工業(yè)工程方法論的體系5.4.3系統(tǒng)方法的特點5.4.4系統(tǒng)方法的類型系統(tǒng)分解系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)評價系統(tǒng)設(shè)計2/6/202318課件5.4.1霍爾三維結(jié)構(gòu)

圖7美國通信工程師、系統(tǒng)工程專家霍爾（A.D.Hall）1969年提出了“霍爾三維結(jié)構(gòu)”。已成為廣泛采用的方法論。時間維。系統(tǒng)工程活動從開始到結(jié)束按時間順序排列的全過程，7個階段。邏輯維。時間維的每一個階段內(nèi)所要進行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序，7個步驟。知識維。為完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識和技能。圖7霍爾三維結(jié)構(gòu)圖時間知識邏輯明確問題確定目標系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析優(yōu)化實施規(guī)劃擬定方案更新研制生產(chǎn)安裝階段藝術(shù)社會科學管理法律商業(yè)建筑醫(yī)學工程…決策運行步驟知識和技能2/6/202319課件5.4.3系統(tǒng)方法的特點系統(tǒng)方法(systemmethod)，就是按照事物本身的系統(tǒng)性，把研究對象放在系統(tǒng)的形式中加以考察、認識和處理的一種方法。即從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，著眼于系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互聯(lián)系和相互作用的關(guān)系中，綜合地、精確地考察系統(tǒng)，以掌握系統(tǒng)的本質(zhì)與運動規(guī)律和達到滿意地處理問題的一種方法。2/6/202321課件5.4.3系統(tǒng)方法的特點與傳統(tǒng)方法相比，系統(tǒng)方法有如下的特點：(1)整體性。系統(tǒng)方法特別強調(diào)對事物整體性的研究。(2)綜合與分析的辯證統(tǒng)一。系統(tǒng)方法采用綜合→分析→綜合的模式，把綜合與分析通過反饋耦合成雙向性思維。(3)優(yōu)化。確定系統(tǒng)優(yōu)化目標，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)外協(xié)調(diào)，達到整體優(yōu)化的目的。(4)定性研究與定量研究的有機結(jié)合。系統(tǒng)方法不僅可以定性地揭示系統(tǒng)的屬性和機制，而且可以借助現(xiàn)代數(shù)學和計算機定量地描述系統(tǒng)的運動狀態(tài)和規(guī)律。2/6/202322課件5.4.4系統(tǒng)方法的類型根據(jù)系統(tǒng)工程的原理，就系統(tǒng)設(shè)計的過程而言，系統(tǒng)方法包括：系統(tǒng)分解系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)評價如圖9所示下面介紹這4種方法

★圖9系統(tǒng)設(shè)計的過程系統(tǒng)綜合Y設(shè)計結(jié)果系統(tǒng)分析系統(tǒng)的要求系統(tǒng)評價滿意?N系統(tǒng)分解2/6/202323課件5.4.4.3系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析(Systemsanalysis)(1)系統(tǒng)分析的定義。系統(tǒng)分析是從系統(tǒng)的整體效益出發(fā)，采用建模、優(yōu)化、仿真和評價等方法，對系統(tǒng)的特定問題進行定性和定量分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策根據(jù)的一種決策方法。系統(tǒng)分析的目的是幫助決策。它不同于一般的技術(shù)經(jīng)濟分析，它不僅要分析系統(tǒng)本身技術(shù)經(jīng)濟方面的有關(guān)問題，還要分析內(nèi)、外系統(tǒng)之間及系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系因素。由于系統(tǒng)中存在著許多矛盾和不確定的因素，所以沒有一個通用的系統(tǒng)分析方法。分析對象和目的的不同，所用分析方法也不同。廣義上把系統(tǒng)分析等同于系統(tǒng)工程。？√√n螺旋傳動s2/6/202325課件5.4.4.3系統(tǒng)分析

（2）系統(tǒng)分析的一般步驟：①明確系統(tǒng)的目的、要求和目標。②收集資料，擬定方案。③建立系統(tǒng)模型。④進行優(yōu)化計算或仿真實驗。把計算、實驗、分析的結(jié)果同預(yù)定的目標進行比較和評價。⑤給出推薦方案。把少數(shù)較好的可行方案整理成完整的綜合資料，作為決策者選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案的主要依據(jù)。（3）系統(tǒng)分析的基本要素：問題，目的或目標，方案，模型，評價和決策者。（4）系統(tǒng)分析的特點：問題導(dǎo)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，需多次反復(fù)進行。

2/6/202326課件5.4.4.4系統(tǒng)評價評價是IE的基本功能之一。IE活動中充滿著對方案的選擇，隨時隨地都需要系統(tǒng)評價方法的支持。系統(tǒng)評價：是對新開發(fā)的或改建的系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)目標，從技術(shù)、經(jīng)濟、社會等多方面對各種非劣的系統(tǒng)方案進行評審和選擇，以確定滿意的行動方案的過程。系統(tǒng)評價應(yīng)考慮的基本問題：評價主體、評價對象、評價目的、評價時間、評價地點。有代表性的系統(tǒng)評價方法：⒈費用－效益分析法⒉數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法⒊模糊綜合評定法⒋層次分析法⒌關(guān)聯(lián)矩陣法⒍評分法2/6/202329課件5.4.4.5系統(tǒng)設(shè)計（1）系統(tǒng)設(shè)計的概念與類型系統(tǒng)設(shè)計：是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)思想和優(yōu)化要求，綜合運用各有關(guān)學科的知識、技術(shù)和經(jīng)驗，通過總體研究和詳細設(shè)計等環(huán)節(jié)，落實到具體工作或項目上，以創(chuàng)造出滿足設(shè)計目的的人造系統(tǒng)。在系統(tǒng)開發(fā)過程或整個系統(tǒng)生命周期中，系統(tǒng)分析著重回答“干什么”的問題，

系統(tǒng)設(shè)計主要解決“怎么干”的問題。系統(tǒng)設(shè)計在IE實踐中廣泛應(yīng)用，一般分為：工作系統(tǒng)設(shè)計(如生產(chǎn)系統(tǒng)、組織系統(tǒng))信息系統(tǒng)設(shè)計(如MIS、DSS)

工程系統(tǒng)設(shè)計(如機器、建筑物)2/6/202330課件5.4.4.5系統(tǒng)設(shè)計（2）系統(tǒng)設(shè)計的基本要素系統(tǒng)設(shè)計一般應(yīng)考慮的基本問題，或系統(tǒng)設(shè)計的要素有：1)系統(tǒng)的功能：主要指設(shè)計系統(tǒng)的目的和對所設(shè)計系統(tǒng)各方面結(jié)果的期望及要求。2)系統(tǒng)的輸入與輸出：即要明確進入這個系統(tǒng)需要進行處理和轉(zhuǎn)換的東西及輸出結(jié)果的形式、性質(zhì)、數(shù)量等。3)系統(tǒng)的程序和層次：要求明確系統(tǒng)內(nèi)部從輸入到輸出所