第1章系統(tǒng)工程概述-學(xué)生-XX1118

27五月2023第1章系統(tǒng)工程概述-學(xué)生-XX1118內(nèi)容簡(jiǎn)介系統(tǒng)工程(SE)：探討系統(tǒng)對(duì)象共性問(wèn)題的通用理論及技術(shù)、20世紀(jì)中興起定性定量方法相結(jié)合建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并優(yōu)化求解運(yùn)用系統(tǒng)思想和方法解決大型復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)和決策，為決策者提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)方案適用領(lǐng)域廣泛：各類(lèi)工程領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)及軍事領(lǐng)域等2學(xué)習(xí)要求1.2

2.3.4.握本課程的原理與方法，初步建立系統(tǒng)工程的思想，熟悉若干常用的基本概念和計(jì)算方法。對(duì)系統(tǒng)工程方面的復(fù)雜問(wèn)題應(yīng)具有一定的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。個(gè)人研究與小組討論相結(jié)合方式對(duì)案例進(jìn)行分析，提高實(shí)際應(yīng)用的能力。對(duì)布置的思考題、習(xí)題和案例討論題要認(rèn)真準(zhǔn)備，按時(shí)完成作業(yè)和書(shū)面報(bào)告（或小論文）。4

參考資料1.

吳祈宗.

系統(tǒng)工程.

北京：北京理工大學(xué)出版社，2011年2.

梁迪(主編).

統(tǒng)工程.

北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20053

3.

汪應(yīng)洛(主編)

).

系統(tǒng)工程.

北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20034.

《運(yùn)籌學(xué)》教材編寫(xiě)組編，運(yùn)籌學(xué)[M]

（修訂版），北京：

清華大學(xué)出版社，19965

5.

楊家本(主編)

).

系統(tǒng)工程概論.

武漢：武漢理工大學(xué)出版社，

20036.

Alexis

Jacguemin.

Industrial

Engineering.

Oxford

University

Press,19862013‐11‐215

課時(shí)安排與考核?

(1)

授課安排：講課30學(xué)時(shí)，復(fù)習(xí)2學(xué)時(shí)?

(2)

考試方式：開(kāi)卷?

(3)

成績(jī)：平時(shí)30%(到課和作業(yè))、考試

70%?

(4)

自我簡(jiǎn)介:研究興趣、聯(lián)系方式2013‐11‐216第一章

系統(tǒng)工程概述

?

1.1

系統(tǒng)工程的典型實(shí)例

?

1.2

系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展

?

1.3

系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的定義

?

1.4

系統(tǒng)工程的地位和作用

?

1.5

系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域2013‐11‐2172013‐11‐218

1

1.1

1

系統(tǒng)工程的典型實(shí)例戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，齊王與一名大將田忌賽馬，雙方約定各出3匹馬，分別為3個(gè)等級(jí)（上等馬、中等馬和下等馬），問(wèn)田忌戰(zhàn)勝齊王的對(duì)策是什么？

上等馬用1表示，中等馬用2表示，下等馬用3表示。齊王與田忌各有6個(gè)策略：

1，2，3

1，3，2

2，1，3

2，3，1

3，2，1

3，1，2古人云：人無(wú)遠(yuǎn)慮，必有近憂(yōu)。

夫運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外。

《史記

記·高祖本記》2013‐11‐2192013‐11‐2110三峽水利系統(tǒng)2013‐11‐21112013‐11‐2112

三峽水利系統(tǒng)的功能

演示….(三峽0

--

三峽3)三峽水利系統(tǒng)的功能：1、發(fā)電：32臺(tái)×70萬(wàn)kW，~10個(gè)大亞灣核電站、2個(gè)深圳用電

/s2006/sxfadian/2、防洪：防洪總庫(kù)容221.5億m3

,防汛標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇3、航運(yùn)：昔日險(xiǎn)灘密布的峽江航道已成高峽平湖

/s2006/sxchuanzha/4、旅游：/s2006/dabashiyitu/5、生態(tài)：作為清潔能源，相當(dāng)每年節(jié)約6000萬(wàn)噸燃煤、

每年減少排放二氧化碳約1

1.2

2億噸人簡(jiǎn)單程序高成功率Humans

(individually,

on

teams,

and

in

organizations)

can

follow

simpleprocesses

to

increase

their

probability

of

success.Many

authors,

both

technical

and

nontechnical,

have

described

processesfor

doing

various

things

like

designingasystem

,

attainingbusinessexcellence,

and

solvingpersonalandprofessionalproblems

.The

amazing

similarities

in

these

diverse

processes

suggest

that

there

is

ageneral

process

that

might

be

closely

related

to

human

thinking.Ideaof

systems

engineeringThis

general

process

of

“Idea

of

systems

engineering”

was

abstracted

intothe

SIMILAR

Process.2013‐11‐2113行為共同點(diǎn)系統(tǒng)工程SIMILAR

Process:

Figure

1.

The

Systems

Engineering

Process2013‐11‐2114

系統(tǒng)Definition

of

a

systemA

system

is

a

construct

or

collection

of

different

elements

thattogether

produce

results

not

obtainable

by

the

elementsalone.

The

elements,

or

parts,

can

include

people,

hardware,software,

facilities,

policies,

and

documents;

that

is,

all

thingsrequired

to

produce

systems‐level

results.

The

results

includesystem

level

qualities,

properties,

characteristics,

functions,behavior

and

performance.

The

value

added

by

the

system

asa

whole,

beyond

that

contributed

independently

by

the

parts,is

primarily

created

by

the

relationship

among

the

parts;

thatis,

how

they

are

interconnected.2013‐11‐21152013‐11‐2116

系統(tǒng)工程Systems

Engineering

(Approach—改造客觀世界的角度)Systems

Engineering

is

an

interdisciplinary

approach

and

means

toenable

the

realization

of

successful

systems.

It

focuses

on

definingcustomer

needs

and

required

functionality

early

in

thedevelopment

cycle,

documenting

requirements,

then

proceedingwith

design

synthesis

and

system

validation

while

considering

thecomplete

problem.Systems

Engineering

integrates

all

the

disciplines

and

specialtygroups

into

a

team

effort

forming

a

structured

developmentprocess

that

proceeds

from

concept

to

production

to

operation.Systems

Engineering

considers

both

the

business

and

the

technicalneeds

of

all

customers

with

the

goal

of

providing

a

quality

productthat

meets

the

user

needs.2013‐11‐2117

系統(tǒng)工程

Systems

Engineering

(Discipline

—認(rèn)識(shí)客觀世界的角度)Systems

Engineering

is

an

engineering

discipline

whose

responsibility

is

creating

and

executing

an

interdisciplinary

process

to

ensure

that

the

customer

and

stakeholder's

needs

are

satisfied

in

a

high

quality,

trustworthy,

cost

efficient

and

schedule

compliant

manner

throughout

a

system's

entire

life

cycle.

This

process

is

usually

comprised

of

the

following

seven

tasks:

State

the

problem,

Investigate

alternatives,

Model

the

system,

Integrate,

Launch

the

system,

Assess

performance,

and

Re‐evaluate.

These

functions

can

be

summarized

with

the

acronym

SIMILAR:

State,

Investigate,

Model,

I

ntegrate,

Launch,

Assess

and

Re‐evaluate.

This

Systems

Engineering

Process

is

shown

in

Figure

1.

It

is

important

to

note

that

the

Systems

Engineering

Process

is

not

sequential.

The

functions

are

performed

in

a

parallel

and

iterative

manner.

系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程(Systems

engineering，SE)，是20世紀(jì)中期興起的一種多學(xué)科交叉方法、一門(mén)多學(xué)科交叉工程學(xué)科是實(shí)現(xiàn)“從概念到產(chǎn)品”研發(fā)的共性方法(通用方法)它針對(duì)系統(tǒng)整體全壽命周期的問(wèn)題，旨在運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法，對(duì)系統(tǒng)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)、建模、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、決策和評(píng)價(jià)等，為復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題提供技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的解決方案。

(如最優(yōu)控制)2013‐11‐21182013‐11‐2119

1

1.2

2

系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展系統(tǒng)工程來(lái)源于千百年來(lái)人們的生產(chǎn)實(shí)踐，是由點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)形成的。在中國(guó)，早在2600多年前就有了《周易》，其后，孔子所作的《易傳》，老子創(chuàng)始的道家，莊子的《天運(yùn)》，還有《孫子兵法》、《黃帝內(nèi)經(jīng)》、《易經(jīng)》等都試圖對(duì)自然的演化、社會(huì)的發(fā)展作出統(tǒng)一解釋(即提練共性方法)，他們把世界看成是一個(gè)由基本要素組成的、動(dòng)態(tài)演化的、多層次的系統(tǒng)整體，主張從整體角度把握大世界。在西方，大體也同樣的久遠(yuǎn)，古希臘泰勒斯（Thales）、赫拉克利特（Herakleitos）探索組成萬(wàn)物的要素，德謨克利特（Demokritos）提出構(gòu)成宇宙系統(tǒng)要素的原子論，以及亞里士多德（Aristoteles）的“整體大于各部分之和”更是現(xiàn)代系統(tǒng)論的最基本思想。2013‐11‐2120進(jìn)入18世紀(jì)，工業(yè)革命有力地推動(dòng)著社會(huì)化大生產(chǎn)，同時(shí)也極大地推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。在這種背景下，馬克思主義的誕生，標(biāo)志著人類(lèi)認(rèn)識(shí)史上的一次偉大飛躍，把系統(tǒng)觀作為對(duì)世界的總的看法包括在唯物辯證法中?，F(xiàn)代系統(tǒng)思想——以系統(tǒng)科學(xué)為標(biāo)志，其誕生應(yīng)該說(shuō)是進(jìn)入20世紀(jì)之后的事。系統(tǒng)科學(xué)的早期工作多出于電子科學(xué)家和自動(dòng)控制理論專(zhuān)家之手。此外，一般系統(tǒng)理論是由理論生物學(xué)家貝塔朗菲提出的。系統(tǒng)工程的前身，即運(yùn)行分析（Operations

Analysis）與運(yùn)籌學(xué)（

Operations

Research）到20世紀(jì)40年代才出現(xiàn)。20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了“系統(tǒng)工程”一詞，這個(gè)詞是當(dāng)時(shí)對(duì)一些工程實(shí)踐中卓有成效的新觀點(diǎn)新方法的命名。

國(guó)外系統(tǒng)工程發(fā)展大體分為三個(gè)時(shí)期?

1.

萌芽時(shí)期（1900—1956）????‐11‐2121美國(guó)貝爾電話公司的Eigi

Molina和丹麥哥本哈根電話公司的Aiki

Erlang在研究自動(dòng)交換機(jī)時(shí)運(yùn)用了排隊(duì)論的原理，提出了埃爾朗公式，到麻省理工學(xué)院的ViBush教授研制出機(jī)械式微分器，再到J.P.Eckert博士成功研制出電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，這時(shí)“系統(tǒng)工程”才真正成為一種分析工具。其次，在第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)了運(yùn)籌學(xué)，開(kāi)始應(yīng)用大規(guī)模系統(tǒng)。首先是英國(guó)將系統(tǒng)工程應(yīng)用于制訂作戰(zhàn)計(jì)劃，如解決護(hù)航艦隊(duì)的編制，防空雷達(dá)的配置，提高反潛艇的作戰(zhàn)效果以及民防等問(wèn)題，廣泛應(yīng)用了數(shù)學(xué)規(guī)劃、排隊(duì)論、博弈論等方法。再其次，是1940年美國(guó)組織了2.5萬(wàn)名科技人員，12萬(wàn)名生產(chǎn)人員，由加州理工大學(xué)理論物理學(xué)教授

奧本海墨領(lǐng)導(dǎo)，花了3年半時(shí)間，制造出世界第一顆原子彈。1945年美國(guó)空軍建立了蘭德（RAND）公司，創(chuàng)造了許多數(shù)學(xué)方法用來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)，后來(lái)借助電子計(jì)算機(jī)取得了一些顯著成果。1950年麻省理工學(xué)院試驗(yàn)了系統(tǒng)工程學(xué)的教育，1954年開(kāi)出了工程分析課程，直到1956年美國(guó)個(gè)別雜志出現(xiàn)了少數(shù)系統(tǒng)工程的文章。而軍事上早就得到了2013廣泛應(yīng)用。?二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)空軍對(duì)英倫三島狂轟濫炸，為對(duì)付敵人的空襲，英國(guó)人使用了雷達(dá)，但沒(méi)有科學(xué)布局，使防空系統(tǒng)效率低。為解決這個(gè)問(wèn)題，英國(guó)軍方于1939年9月從全國(guó)各地調(diào)來(lái)一批科學(xué)家，共11人，他們中有將軍1人、數(shù)學(xué)家2人、理論物理學(xué)家2人、應(yīng)用物理學(xué)家1人、天體物理學(xué)家1人、測(cè)量學(xué)家1人、生物學(xué)家3人，來(lái)到英國(guó)皇家空軍指揮部，組成了以著名的物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者P.M.S.Blacket為核心的世界上第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)小組，他們的任務(wù)就是應(yīng)用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)、統(tǒng)籌規(guī)劃的方法研究作戰(zhàn)問(wèn)題，這個(gè)運(yùn)籌學(xué)小組在作戰(zhàn)中發(fā)揮了卓越的作用，受到英國(guó)政府極大的重視。于是，英國(guó)政府逐漸在它的海陸空三軍中都成立了運(yùn)籌學(xué)小組，美國(guó)參戰(zhàn)以后，也仿效英國(guó)在軍隊(duì)中成立了運(yùn)籌學(xué)小組。2013‐11‐21222013‐11‐2123在生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用，最早是1939年前蘇聯(lián)的康特洛為奇提出了生產(chǎn)組織與計(jì)劃中的線性規(guī)劃問(wèn)題，并給出解乘數(shù)法的方法，出版了第一部關(guān)于線性規(guī)劃的著作《生產(chǎn)組織與計(jì)劃中的數(shù)學(xué)方法》。但，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起重視，直到1960年康特洛為奇再次出版了《最佳資源利用的經(jīng)濟(jì)計(jì)算》，才受到國(guó)內(nèi)外的一致重視，為此康特洛為奇獲得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)。線性規(guī)劃提出后很快受到經(jīng)濟(jì)學(xué)家的重視，如二戰(zhàn)中，從事運(yùn)輸模型研究的美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家?guī)炱章?T.C.Koopmans)，他很快看到了線性規(guī)劃在經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用的意義，并呼吁年輕的經(jīng)濟(jì)學(xué)家要關(guān)注線性規(guī)劃。其中阿羅、薩謬爾遜、西蒙、多夫曼和胡爾威茨等都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。人們認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)在系統(tǒng)工程中的“金鑰匙”地位。?

2.

發(fā)展時(shí)期（1957—1964）??美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的H.Goode和R.E.Machol兩位教授在1957年所著的System

Engineering一書(shū)中正式定名。1958年美國(guó)在北極星導(dǎo)彈的研究中首先采用了計(jì)劃評(píng)審技術(shù)（PERT），有效地進(jìn)行了計(jì)劃管理，從而將系統(tǒng)工程的應(yīng)用推向新的高潮。其后，1962年A.D.Hall出版了《系統(tǒng)工程方法論》一書(shū)。20世紀(jì)60年代初，美國(guó)、英國(guó)、日本和加拿大等國(guó)家將系統(tǒng)工程用于地下礦

和露天礦的開(kāi)采。這個(gè)時(shí)期開(kāi)始出現(xiàn)大量有關(guān)的雜志和書(shū)籍。?

3.初步成熟期（1965—1980）?????20世紀(jì)60年代以后，對(duì)于復(fù)雜大系統(tǒng)，人們?cè)O(shè)想采用分析與積集兩個(gè)過(guò)程，從而形成了多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)。1965年美國(guó)數(shù)學(xué)家Zadeh提出了“模糊集合”的概念，進(jìn)一步推動(dòng)了復(fù)雜系統(tǒng)控制的發(fā)展。美國(guó)組織了42萬(wàn)人，耗資幾百億美元，用了13年時(shí)間使宇航飛艇登陸月球的阿波羅計(jì)劃成功了。70年代以后，系統(tǒng)工程的應(yīng)用滲透到社會(huì)系統(tǒng)，技術(shù)系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，最優(yōu)管理。80年代以后，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、能源、戰(zhàn)略等部門(mén)對(duì)大型工程項(xiàng)目要求做系統(tǒng)分析、可行性報(bào)告，方案論證才能夠開(kāi)展評(píng)審、立項(xiàng)、建設(shè)。系統(tǒng)工程在80年代是“遍地開(kāi)花”的時(shí)期。2013‐11‐21242013‐11‐21254.成熟時(shí)期（1990—2000）上世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)工程有了更大的發(fā)展，一些以前看來(lái)不好解決的復(fù)雜問(wèn)題得到了滿(mǎn)意的解決。這個(gè)時(shí)期許多系統(tǒng)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)始創(chuàng)建起來(lái)。系統(tǒng)工程學(xué)科的發(fā)展更加面向于解決復(fù)雜系統(tǒng)的建模和優(yōu)化問(wèn)題，它與信息學(xué)科和控制論密不可分、互為補(bǔ)充，它更主要地促進(jìn)了人們對(duì)自然界和人類(lèi)社會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜、相互交織的內(nèi)在聯(lián)系給以新的認(rèn)識(shí)，從而把人類(lèi)帶進(jìn)一個(gè)新的時(shí)代，也就是人類(lèi)開(kāi)始用系統(tǒng)的方法去思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的時(shí)代。本世紀(jì)以來(lái)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)活動(dòng)的規(guī)模有了很大的擴(kuò)展，工程技術(shù)裝置的復(fù)雜程度不斷提高，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力越來(lái)越強(qiáng)大，使得系統(tǒng)工程在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，許多國(guó)家都有不少重大工程研究成果。如，我國(guó)取得的兩個(gè)舉世矚目的偉大成果，即一個(gè)是成功舉辦了兩個(gè)奧運(yùn)會(huì)，再一個(gè)是“神七”重大項(xiàng)目取得了圓滿(mǎn)成功?！皧W運(yùn)舉辦之日，就是中華騰飛之時(shí)!”，一個(gè)世紀(jì)前，著名愛(ài)國(guó)教育家張伯苓曾這樣預(yù)言，現(xiàn)在這個(gè)百年夢(mèng)想已經(jīng)成真?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)工程的貢獻(xiàn)，在于把系統(tǒng)概念具體化，就是說(shuō)不能夠空談系統(tǒng)，要有具體分析一個(gè)系統(tǒng)的方法，要有一套數(shù)學(xué)理論（如，運(yùn)籌學(xué)），要定量地處理系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)系。

我國(guó)系統(tǒng)工程的發(fā)展?

中國(guó)科學(xué)院于1956年在力學(xué)研究所成立“運(yùn)用

（Operation）組”，即后來(lái)“運(yùn)籌組”的前身。到1980

年成立“系統(tǒng)科學(xué)研究所”、成立“中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)”，

同年下半年，中央人民廣播電臺(tái)和中央電視臺(tái)都主辦系統(tǒng)

工程講座。?

1986年錢(qián)學(xué)森發(fā)表“為什么創(chuàng)立和研究系統(tǒng)學(xué)”，把我國(guó)

系統(tǒng)工程研究提高到基礎(chǔ)理論層面上，放在系統(tǒng)科學(xué)體系

的高度開(kāi)展研究。2013‐11‐2126在中國(guó)，最早的運(yùn)籌學(xué)思想有戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的田忌賽馬，它是對(duì)策論的一個(gè)典型例子，北宋時(shí)期的丁渭造皇宮，它是統(tǒng)籌規(guī)劃的一個(gè)例子。50年代中期，錢(qián)學(xué)森、許國(guó)志等教授在國(guó)內(nèi)全面介紹和推廣運(yùn)籌學(xué)知識(shí)，1954年錢(qián)學(xué)森所著《工程控制論》一書(shū)英文版問(wèn)世，1956年，中國(guó)科學(xué)院成立第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)研究室，1957年運(yùn)籌學(xué)運(yùn)用到建筑和紡織業(yè)中，1958年提出了圖上作業(yè)法，山東大學(xué)的管梅谷教授提出了“中國(guó)郵遞員問(wèn)題”。60年代，在錢(qián)學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)導(dǎo)彈等現(xiàn)代化武器總體設(shè)計(jì)取得了豐富經(jīng)驗(yàn)，國(guó)防尖端科研的“總體設(shè)計(jì)部”成效顯著。他在系統(tǒng)工程方法論方面有深刻的研究，提出了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，提出了系統(tǒng)科學(xué)結(jié)構(gòu)。1970年，華羅庚教授直接指導(dǎo)下，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣統(tǒng)籌方法和優(yōu)選法。

1978年11月，在成都召開(kāi)了全國(guó)數(shù)學(xué)年會(huì)，對(duì)運(yùn)籌學(xué)的理論與應(yīng)用研究進(jìn)行了一次檢閱，1980年4月在山東濟(jì)南正式成立了“中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)運(yùn)籌學(xué)會(huì)”，1984年在上海召開(kāi)了“中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)運(yùn)籌學(xué)會(huì)第二屆代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)”，并將學(xué)會(huì)改名為“中國(guó)運(yùn)籌學(xué)會(huì)”。1979年6月中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)系統(tǒng)工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)成立。1980年成立了中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)。2013‐11‐2127?

系統(tǒng)工程的發(fā)展概況表2013‐11‐21282013‐11‐21292013‐11‐2130?

參考文獻(xiàn)：

1.論系統(tǒng)工程，錢(qián)學(xué)森等著，湖南科學(xué)技術(shù)

出版社，1982年

2.系統(tǒng)工程與系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，中國(guó)系統(tǒng)工

程學(xué)會(huì)，2001年2013‐11‐2131End1‐111

1.3

3

系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的定義???????系統(tǒng)的定義“系統(tǒng)”一詞來(lái)自拉丁語(yǔ)，是“群”與“集合”的意思。1.韋氏大辭典的定義2.奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲的定義3.日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“運(yùn)籌學(xué)術(shù)語(yǔ)”中的定義4

4.中國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森的定義5.原蘇聯(lián)學(xué)者A.N.烏約莫夫的定義：可以把系統(tǒng)定義為客體的集合，在這個(gè)集合上實(shí)現(xiàn)著帶有固定性質(zhì)的關(guān)系。?

簡(jiǎn)潔地說(shuō)：?2013‐11‐2132

“系統(tǒng)”是結(jié)構(gòu)上相互聯(lián)系、狀態(tài)變化上相互依賴(lài)的若干成員，構(gòu)成的具有特定功能的整體。(系統(tǒng)是整體對(duì)象)

系統(tǒng)的主要屬性：整體性、關(guān)聯(lián)性、環(huán)境適應(yīng)性。2013‐11‐2133

系統(tǒng)特性系統(tǒng)和其他事物一樣，具有本身固有的區(qū)別于其它事物的屬性，一般可歸納為以下幾個(gè)方面：

(考慮：“被控對(duì)象+控制器”構(gòu)成的“自動(dòng)化系統(tǒng)”)（1）整體性。系統(tǒng)應(yīng)由兩個(gè)以上的要素或部分組成，各要素或部分之間存在著聯(lián)系，從而構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，以實(shí)現(xiàn)其目的和功能。系統(tǒng)科學(xué)家貝塔朗菲指出：機(jī)械論的錯(cuò)誤觀點(diǎn)之一，就是簡(jiǎn)單分解和簡(jiǎn)單加合。他認(rèn)為應(yīng)該以整體的觀點(diǎn)來(lái)糾正過(guò)去那種錯(cuò)誤分解的觀點(diǎn)。從而提出了關(guān)于系統(tǒng)組成的著名定律：整體恒大于各孤立部分的簡(jiǎn)單加和。（2）目的性。系統(tǒng)工作者進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、分析與控制、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須事先弄清其目的性，否則將無(wú)法構(gòu)成一個(gè)良好、有序的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。換句話說(shuō)，系統(tǒng)工程學(xué)就是研究使系統(tǒng)對(duì)象順利達(dá)到某種目的的一門(mén)學(xué)科。如軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)就應(yīng)按最容易確保自己戰(zhàn)勝敵人的目的來(lái)配備兵力兵器等各種資源、進(jìn)行作戰(zhàn)的組織指揮等軍事活動(dòng)；經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)就應(yīng)按如何獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的目的，來(lái)優(yōu)化配置人力、設(shè)備和相關(guān)資源等。（3）有序性

。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和層次的動(dòng)態(tài)演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性。系統(tǒng)的有序性表現(xiàn)為它既是由較低級(jí)的子系統(tǒng)組成的，且它自己又是更大系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。2013‐11‐2134（4）相關(guān)性?？茖W(xué)發(fā)展的全部成就證明了現(xiàn)實(shí)世界普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)。系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)的要素或部件形成了"部件集"，"要素集"。它集中了各部件或要素的特性和行為相互制約與相互影響的關(guān)系，正是這種相關(guān)性確定了系統(tǒng)性特有的整體形態(tài)與功能。（5）復(fù)雜性?，F(xiàn)代系統(tǒng)一般是多層次、多目標(biāo)、多功能、多參數(shù)、多輸入、多變化的系統(tǒng)。系統(tǒng)通常處在一個(gè)多變的環(huán)境約束之中，其輸入具有多個(gè)參數(shù)，且表現(xiàn)在時(shí)間空間或數(shù)值上的隨機(jī)性和不確定性，系統(tǒng)本身往往具有多結(jié)構(gòu)層次，只有進(jìn)行一系列運(yùn)算分析和比較，才能權(quán)衡出較優(yōu)的方案。（6）適應(yīng)性。系統(tǒng)與周?chē)h(huán)境之間通常都有物質(zhì)、能量和信息交換。環(huán)境的變化會(huì)引起系統(tǒng)特性的改變。相應(yīng)地引起系統(tǒng)內(nèi)部各要素或部分之間相互關(guān)系與功能的變化。因此，一般結(jié)構(gòu)良好的系統(tǒng)必有反饋功能、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能，以保持它對(duì)客觀環(huán)境的適應(yīng)能力。（7）動(dòng)態(tài)性。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性是指其狀態(tài)量與時(shí)間的關(guān)系。由于物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分離性。各種物質(zhì)的特性、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能及其規(guī)律都是通過(guò)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)的，要認(rèn)識(shí)系統(tǒng)必須要研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。開(kāi)放系統(tǒng)因與外界的物質(zhì)能量和信息交換，而系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可隨時(shí)變化，系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)有方向性、周期性的動(dòng)態(tài)反饋過(guò)程。（8）開(kāi)放性。系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系(與周?chē)h(huán)境之間通常都有物質(zhì)、能量和信息交換)。

系統(tǒng)的功能?

各種系統(tǒng)的特定功能是大不一樣的，從一般意義上講，

系統(tǒng)的功能如圖1.1處理與轉(zhuǎn)換

輸入物質(zhì)、能量和信息

輸出物質(zhì)、能量和信息

圖

1.1?

狹義上說(shuō)，處理與轉(zhuǎn)換就是系統(tǒng)的功能。?

廣義上說(shuō)，把輸入輸出也看作系統(tǒng)的功能。如果是閉

環(huán)系統(tǒng)，則反饋也是系統(tǒng)的功能。2013‐11‐2135系統(tǒng)的分類(lèi)????????1.

按研究對(duì)象分類(lèi)

控制系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)2.

從系統(tǒng)形成角度分類(lèi)

自然系統(tǒng)、人造系統(tǒng)、復(fù)合系統(tǒng)（自然+人造、如梯級(jí)水電）3.

按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)、多級(jí)遞階系統(tǒng)、環(huán)形系統(tǒng)。4.

依賴(lài)時(shí)間變化分類(lèi)

靜態(tài)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)2013‐11‐2136?

5.

依據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜性分類(lèi)?簡(jiǎn)單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)?

6.

按系統(tǒng)是否具有不定性分類(lèi)?確定性系統(tǒng)、不確定性系統(tǒng)?

7

7.

按熱力學(xué)的觀點(diǎn)分類(lèi)?孤立系統(tǒng)(與周?chē)h(huán)境無(wú)信息和物質(zhì)交換)、封閉系統(tǒng)(只與環(huán)境交換信息)、開(kāi)放系統(tǒng)(與環(huán)境交

換信息和物質(zhì)

)?

8.

按系統(tǒng)的數(shù)量、種類(lèi)及關(guān)聯(lián)復(fù)雜程度分類(lèi)??簡(jiǎn)單系統(tǒng)、巨系統(tǒng)、簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)、復(fù)雜巨系統(tǒng)、開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)（錢(qián)學(xué)森）?

9.

按哲學(xué)的觀點(diǎn)分類(lèi)?實(shí)體系統(tǒng)、概念系統(tǒng)2013‐11‐2137實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)的區(qū)別

凡是由礦物、生物、機(jī)械和人群等實(shí)體成員構(gòu)成的系

統(tǒng)稱(chēng)之為實(shí)體系統(tǒng)。(實(shí)體成員：化學(xué)分子構(gòu)成)

凡是由概念、原理、方法、原則、制度、程序等概念

性的非物質(zhì)實(shí)體成員構(gòu)成的系統(tǒng)稱(chēng)為概念系統(tǒng)。如軟件系

統(tǒng)、管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等(非實(shí)體成員：

非化學(xué)分子構(gòu)成)

在實(shí)際生活中，實(shí)體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)往往互相結(jié)合。實(shí)體系統(tǒng)是

概念系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而概念系統(tǒng)往往是實(shí)體系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，指導(dǎo)

實(shí)體系統(tǒng)的行為。如電腦的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2013‐11‐2138

1.4

系統(tǒng)工程的地位和作用?

工程的定義?

1.

工程就是利用自然規(guī)律創(chuàng)建至少能夠使一部分人受益的系統(tǒng)?的活動(dòng)。三峽水利工程：水+牛頓定律‐>發(fā)電2013‐11‐2139?

2.

工程是人類(lèi)有目的有組織地改造世界的活動(dòng)，注重實(shí)踐效果。?

工程這個(gè)詞十八世紀(jì)在歐洲出現(xiàn)的時(shí)候，本來(lái)專(zhuān)指作戰(zhàn)兵器的制

造和執(zhí)行服務(wù)于軍事目的的工作。這一涵義引伸出一種普遍的看

法：把服務(wù)于特定目的的各項(xiàng)工作的總體稱(chēng)為工程，如水利工程，

機(jī)械工程，電力工程，電子工程，冶金工程，等等。?

關(guān)于系統(tǒng)工程的工程概念有很多，上面給出了兩個(gè)定義。?

工程設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是有效地分配自然資源。?

從定義上說(shuō)，分配資源就是制定決策。設(shè)計(jì)是一個(gè)決策的過(guò)程，

選擇設(shè)