系統(tǒng)工程課件

系統(tǒng)工程

1概述系統(tǒng)工程是一門新興交叉學(xué)科系統(tǒng)工程是一門實用性很強的工程技術(shù)研究對象：大型複雜的人工系統(tǒng)和複合系統(tǒng)內(nèi)容：組織協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各要素的活動，使各要素為實現(xiàn)整體目標(biāo)發(fā)揮適當(dāng)作用目的：實現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)最優(yōu)化1概述1.1關(guān)於系統(tǒng)(系統(tǒng)的概念)1.2系統(tǒng)工程1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域1.1關(guān)於系統(tǒng)1.1.1什麼是系統(tǒng)小規(guī)模系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)……大規(guī)模系統(tǒng)：經(jīng)濟系統(tǒng)，環(huán)境系統(tǒng)，城市系統(tǒng)……

1.1關(guān)於系統(tǒng)現(xiàn)實世界中的一切事物都可以被看作系統(tǒng)，即系統(tǒng)是一切事物的存在方式之一，因而可以用系統(tǒng)思想來考察、描述和分析事物。在自然界和人類社會中普遍存在著各種各樣的系統(tǒng)。對系統(tǒng)的定義有不同的描述.尚無一般定義，大概有40多種.1.1關(guān)於系統(tǒng)錢學(xué)森院士對系統(tǒng)的描述性定義：系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分（元素）結(jié)合成的具有特定功能的有機整體。記為

S=<E，R>

其中（Elements）為系統(tǒng)（Systems）中所有元素構(gòu)成的集合，（Relationship）為系統(tǒng)中所有關(guān)係的集合。1.1關(guān)於系統(tǒng)此定義指出了系統(tǒng)的三個基本特徵:系統(tǒng)是有若干元素（要素）組成的；這些元素之間存在著相互影響、相互作用、相互依賴的有機關(guān)係；由於元素間的相互作用，使系統(tǒng)作為一個整體，具有特定的功能。例:一枚導(dǎo)彈基本上由四個部分組成:戰(zhàn)鬥部,發(fā)動機,控制系統(tǒng),殼體;(不止一個組成部分)各個組成部分之間存在著種種聯(lián)繫或作用,如電氣方面的或機械方面的,等等;導(dǎo)彈總體也會對各個組成部分提出相應(yīng)的要求.作為一個整體,導(dǎo)彈可以打擊一定距離範(fàn)圍內(nèi)的目標(biāo);導(dǎo)彈的射程、精度等指標(biāo)是作為一個整體才具有的。1.1關(guān)於系統(tǒng)美國的《韋氏（Webster）大辭典》：“有組織的或被組織化的整體；結(jié)合著的整體所形成的各種概念和原理的結(jié)合；由有規(guī)則的相互作用、相互依賴的形式組成的諸要素集合?！比毡镜腏IS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）中：“許多組成要素保持有機的秩序向同一目的的行動的集合體?！?.1關(guān)於系統(tǒng)前蘇聯(lián)大百科全書中：“一些在相互關(guān)聯(lián)與聯(lián)繫之下的要素組成的集合，形成了一定的整體性、統(tǒng)一性。”《中國大百科全書·自動控制與系統(tǒng)工程》：“由相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體?！?.1關(guān)於系統(tǒng)一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人貝塔朗菲（奧地利）把系統(tǒng)定義為：相互作用的諸要素的綜合體。概括起來，可以把系統(tǒng)定義為：系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互作用的若干部分（元素）組成的，具有特定功能的有機整體。1.1關(guān)於系統(tǒng)系統(tǒng)的本質(zhì)：形成系統(tǒng)的諸要素的集合永遠(yuǎn)具有一定的特性，或者表現(xiàn)一定的行為；這些特性或行為是它的任何一個部分都不具備的；由許多要素所構(gòu)成的整體，但從系統(tǒng)功能來看，它又是一個不可分割的整體；如果硬要把一個系統(tǒng)分割開來，那麼它將失去其原來的性質(zhì)；在物質(zhì)世界中，一個系統(tǒng)中的任何部分可以被看為一個子系統(tǒng)，而每一個系統(tǒng)又可成為一個更大規(guī)模系統(tǒng)中的一個部分.系統(tǒng)的構(gòu)成:要素、結(jié)構(gòu)、功能、行為、環(huán)境要素：構(gòu)成系統(tǒng)的基本單元或部分。結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分或要素之間在時間、空間等方面的有機聯(lián)繫、相互作用的組織機構(gòu)、方式和秩序。功能：指系統(tǒng)諸要素在一定結(jié)構(gòu)下形成的效應(yīng)。功能由結(jié)構(gòu)所規(guī)定，並通過系統(tǒng)整體的運動表現(xiàn)出來。行為：指實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)所進行的活動，也是系統(tǒng)功能的外部表現(xiàn)。環(huán)境：系統(tǒng)以外的其他與之有關(guān)的事物的集合就構(gòu)成了系統(tǒng)的環(huán)境。系統(tǒng)的環(huán)境一個系統(tǒng)之外的一切與它相關(guān)聯(lián)的事物構(gòu)成的集合系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)係是系統(tǒng)的外部規(guī)定性環(huán)境也是決定系統(tǒng)整體湧現(xiàn)性的重要因素環(huán)境意識是系統(tǒng)思想的另一個基本點系統(tǒng)的邊界把系統(tǒng)與環(huán)境分開來的東西邊界的存在是客觀的邊界存在的相對性系統(tǒng)的行為系統(tǒng)相對於環(huán)境所表現(xiàn)出來的任何變化行為屬於系統(tǒng)自身的變化，是系統(tǒng)特性的表現(xiàn)，但又同環(huán)境有關(guān)，反映了環(huán)境對系統(tǒng)的作用或影響不同的系統(tǒng)有不同的行為，同一系統(tǒng)在不同情況下也有不同行為系統(tǒng)行為包括：維生，學(xué)習(xí)，適應(yīng)，演化，自組織、平衡、非平衡、穩(wěn)定、動態(tài)等系統(tǒng)的功能系統(tǒng)行為所引起的、有利於環(huán)境中某些事物乃至整個環(huán)境存續(xù)與發(fā)展的作用凡系統(tǒng)都有功能，功能具有整體特性系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體子系統(tǒng)的功能是指子系統(tǒng)對整系統(tǒng)存續(xù)發(fā)展所負(fù)責(zé)任、所作貢獻把功能子系統(tǒng)的劃分及其相互關(guān)聯(lián)方式稱為系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)1.1關(guān)於系統(tǒng)系統(tǒng)的六個基本特性:

□整體性

□集合性□層次性□相關(guān)性□目的性□適應(yīng)性1.1關(guān)於系統(tǒng)1.整體性系統(tǒng)是由兩個或兩個以上的可以相互區(qū)別的要素，按照作為系統(tǒng)所應(yīng)具有的綜合整體性而構(gòu)成的。系統(tǒng)整體性說明，具有獨立功能的系統(tǒng)要素以及要素間的相互關(guān)係根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求，協(xié)商存在於系統(tǒng)整體之中。1.1關(guān)於系統(tǒng)整體性又稱總體性。系統(tǒng)的特性，必須從系統(tǒng)的總體來加以理解。這種總體的觀念是系統(tǒng)概念的精髓。系統(tǒng)的若干部分按照系統(tǒng)所應(yīng)具有的整體性整合成為一個系統(tǒng)，就會產(chǎn)生整體具有而部分沒有的東西，如整體的形態(tài)、整體的特性、整體的行為、整體的狀態(tài)、整體的功能。1.1關(guān)於系統(tǒng)任何一個要素不能離開整體去研究，要素之間的聯(lián)繫和作用也不能脫離整體去考慮。系統(tǒng)不是各個要素的簡單集合，否則它就不會具有作為整體的特定功能。而脫離了整體性，要素的機能和要素之間的作用便失去了原有的意義，研究任何事物的單獨部分不能得出有關(guān)整體性的結(jié)論。系統(tǒng)的構(gòu)成要素和要素之間的機能、要素間的相互聯(lián)繫要服從系統(tǒng)整體的功能和目的，在整體功能的基礎(chǔ)上展開各要素及相互之間的活動，這種活動的總和形成了系統(tǒng)整體的有機行為。在一個系統(tǒng)整體中，即使每個要素並不都很完善，但它們也可以協(xié)商、綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)。相反，即使每個要素都是良好的，但作為整體卻可能不具備某種良好的功能，也就不能稱之為完善的系統(tǒng)。1.1關(guān)於系統(tǒng)2.集合性

集合的概念就是把具有某種屬性的一些對象看成一個整體，從而形成一個集合。集合裏的各個對象叫做集合的要素（子集）。系統(tǒng)的集合性表明，系統(tǒng)是由兩個或兩個以上的可以互相區(qū)別的要素所組成的。這些要素可以是具體的物質(zhì)，也可以是抽象的或非物質(zhì)的軟體、組織等。例如，一個電腦系統(tǒng)，一般都是由CPU、記憶體、輸入輸出設(shè)備等硬體組成，同時還包含有操作系統(tǒng)、程式開發(fā)工具、資料庫等軟體，它們形成一個完整的集合。1.1關(guān)於系統(tǒng)3．層次性系統(tǒng)作為一個相互作用的諸要素的總體來看，它可以分解為一系列的子系統(tǒng)，並存在一定的層次結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)的一種形式。在系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中表述了在不同層次子系統(tǒng)之間的從屬關(guān)係或相互作用的關(guān)係。在不同的層次結(jié)構(gòu)中的子系統(tǒng)存在著動態(tài)的資訊流與物質(zhì)流，它們一起構(gòu)成了系統(tǒng)的整體運動特性，為深入研究複雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和有效地進行控制與調(diào)節(jié)提供了條件。

1.1關(guān)於系統(tǒng)4.相關(guān)性組成系統(tǒng)的要素是相互聯(lián)繫、相互作用的，相關(guān)性說明這些聯(lián)繫之間的特定關(guān)係和演變規(guī)律。例如，城市是一個大系統(tǒng)，它由資源系統(tǒng)、市政系統(tǒng)、文化教育系統(tǒng)、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、郵電通訊系統(tǒng)等相互聯(lián)繫的部分組成，通過系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的運轉(zhuǎn)去完成城市生活和發(fā)展的特定目標(biāo)。各子系統(tǒng)之間具有密切的關(guān)係，相互影響、相互制約、相互作用，牽一發(fā)而動全身。要求系統(tǒng)內(nèi)的各個子系統(tǒng)根據(jù)整體目標(biāo)，儘量避免系統(tǒng)的“內(nèi)耗”，提高系統(tǒng)整體運行的效果。1.1關(guān)於系統(tǒng)5.目的性通常系統(tǒng)都具有某種目的。為達(dá)到既定的目的，系統(tǒng)都具有一定的功能，而這正是區(qū)別這一系統(tǒng)和那一系統(tǒng)的標(biāo)誌。系統(tǒng)的目的一般用更具體的目標(biāo)來體現(xiàn)。比較複雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)都具有不止一個目標(biāo)。因此，需要用一個指標(biāo)體系來描述系統(tǒng)的目標(biāo)。比如，衡量一個工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營業(yè)績，不僅要考核它的產(chǎn)量、產(chǎn)值指標(biāo)，而且要考核它的成本、利潤和品質(zhì)指標(biāo)。在指標(biāo)體系中的各個指標(biāo)之間有時是相互矛盾的，有時是互為消長的。為此，要從整體出發(fā)，力求獲得全局最優(yōu)的經(jīng)營效果，這就要求在矛盾的目標(biāo)之間做好協(xié)調(diào)工作，尋求平衡或折衷方案。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的目的，系統(tǒng)必須具有控制、調(diào)節(jié)和管理的功能，管理的過程也就是系統(tǒng)的有序化過程，使它進入與系統(tǒng)目的相適應(yīng)的狀態(tài)1.1關(guān)於系統(tǒng)6.適應(yīng)性

任何一個系統(tǒng)都存在於一定的物質(zhì)環(huán)境之中，因此，它必然要與外界產(chǎn)生物質(zhì)、能量和資訊交換，外界環(huán)境的變化必然會引起系統(tǒng)內(nèi)部各要素的變化。不能適應(yīng)環(huán)境變化的系統(tǒng)是沒有生命力的，只有能夠經(jīng)常與外界環(huán)境保持最優(yōu)適應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)，才是具有不斷發(fā)展勢頭的理想系統(tǒng)。例如，一個企業(yè)必須經(jīng)常瞭解市場動態(tài)、同類企業(yè)的經(jīng)營動向、有關(guān)行業(yè)的發(fā)展動態(tài)和國內(nèi)外市場的需求等環(huán)境的變化，在此基礎(chǔ)上研究企業(yè)的經(jīng)營策略，調(diào)整企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。例：隨著研製技術(shù)的發(fā)展、競爭的加劇，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)需要不斷地提高性能，更新?lián)Q代。如精度指標(biāo)，可靠性指標(biāo)，機動性能，突防性能，等等。又如電腦，其性能越來越高。1.1關(guān)於系統(tǒng)系統(tǒng)的分類（1）自然系統(tǒng)、人造（工）系統(tǒng)：按照系統(tǒng)的起源（自然屬性）分自然系統(tǒng)：依據(jù)自然規(guī)律，不以人們意志為轉(zhuǎn)移而形成的系統(tǒng)（由自然過程產(chǎn)生的系統(tǒng)）。如：天體系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)。有功能、無目的

人造系統(tǒng)：按人們意志設(shè)計與實現(xiàn)的系統(tǒng)（為滿足人類的某種需要，人為建立起來的系統(tǒng)）。如：通信系統(tǒng)、工程系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)。有功能、有目的複合系統(tǒng)：自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)相結(jié)合而形成的系統(tǒng)。如：環(huán)境保護系統(tǒng)、礦藏開發(fā)系統(tǒng)。1.1關(guān)於系統(tǒng)（2）實體系統(tǒng)、概念系統(tǒng)：按物質(zhì)屬性分實體系統(tǒng)：由物質(zhì)實體（礦物、生物、機械、人群等）組成的系統(tǒng)。如機械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、人-機控制系統(tǒng)等概念系統(tǒng)：由概念、原理、原則、方法、制度、程式等概念性的非物質(zhì)實體所構(gòu)成的系統(tǒng)。如管理系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、計畫系統(tǒng)等（3）動態(tài)系統(tǒng)、靜態(tài)系統(tǒng)：按運動屬性分動態(tài)系統(tǒng)：狀態(tài)隨時間的推移不斷發(fā)生變化的系統(tǒng)。如：化工生產(chǎn)系統(tǒng)。靜態(tài)系統(tǒng)：狀態(tài)不隨時間的推移不斷發(fā)生變化的系統(tǒng)，它是動態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀態(tài)（處於穩(wěn)定的系統(tǒng)）。如車間平面佈置，封存的儀器和設(shè)備。1.1關(guān)於系統(tǒng)（4）開放系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)：按系統(tǒng)與環(huán)境間的關(guān)係分開放系統(tǒng)：與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量和資訊交換的系統(tǒng)。如：生態(tài)系統(tǒng)、城市系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)等。封閉系統(tǒng)：與環(huán)境有能量交換，但沒有物質(zhì)和資訊交換的系統(tǒng)。如：密封的容器。孤立系統(tǒng)：不與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量交換的系統(tǒng)。如：保溫的密封的容器（開水瓶）。

1.1關(guān)於系統(tǒng)（5）簡單系統(tǒng)、簡單巨系統(tǒng)、複雜巨系統(tǒng)：按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)複雜程度分簡單系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)量比較少，且子系統(tǒng)之間的關(guān)係比較簡單的系統(tǒng)。如一個工廠、一臺設(shè)備等。簡單巨系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)量非常多、種類也比較多，但子系統(tǒng)之間的關(guān)係比較簡單的系統(tǒng)。如鐳射系統(tǒng)等。複雜巨系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)量很多，具有層次結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)係極為複雜的系統(tǒng)。如生物體系統(tǒng)、星系系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等。什麼的複雜？什麼是複雜性？，沒有統(tǒng)一的概念。1.1關(guān)於系統(tǒng)還有其他的分類方法：按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類：集中系統(tǒng)、多級遞階系統(tǒng)、分散系統(tǒng)按系統(tǒng)是否具有不定性進行分類：確定性系統(tǒng)、不確定性系統(tǒng)1.2系統(tǒng)工程1.2.1什麼的系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程在系統(tǒng)科學(xué)的學(xué)科體系中屬於工程技術(shù)層次，對系統(tǒng)工程至今沒有統(tǒng)一的定義。錢學(xué)森院士（1978）指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、製造、試驗和使用的科學(xué)方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法?！?，“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)”。系統(tǒng)工程是尋求“總體最優(yōu)”的理論和方法。(裝備)系統(tǒng)工程定義美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-499A定義：“系統(tǒng)工程是將科學(xué)和工程技術(shù)的成就應(yīng)用於：

□通過運用定義、綜合、分析、設(shè)計、試驗和評價的反復(fù)迭代過程，將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性能參數(shù)和系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的描述；

□綜合有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確保所有物理、功能和程式介面的相容性，以便優(yōu)化整個系統(tǒng)的定義和設(shè)計；

□將可靠性、維修性、安全性、生存性、人素工程和其他有關(guān)因素綜合到整個工程工作之中，以滿足費用、進度、保障性和技術(shù)性能指標(biāo)。”技術(shù)與管理兩個過程系統(tǒng)工程既是一個技術(shù)過程，又是一個管理過程。為了成功地完成系統(tǒng)的研製，在整個系統(tǒng)壽命週期內(nèi)，技術(shù)和管理兩方面都很重要。因此，美國防務(wù)系統(tǒng)管理學(xué)院把系統(tǒng)工程定義為“是為了達(dá)到所有系統(tǒng)要素的優(yōu)化平衡，控制整個系統(tǒng)研製工作的管理功能，把作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)參數(shù)的描述，並綜合這些參數(shù)以優(yōu)化整個系統(tǒng)效能的過程。”軍方強調(diào)管理過程系統(tǒng)工程內(nèi)涵

以研究大規(guī)模複雜系統(tǒng)為對象的一門交叉學(xué)科。把自然科學(xué)和社會科學(xué)的某些思想、理論、方法、策略和手段等根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，有機地聯(lián)繫起來，把人們的生產(chǎn)、科研或經(jīng)濟活動有效地組織起來應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法和電腦等技術(shù)工具，對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組成結(jié)構(gòu)、資訊交換和回饋控制等功能進行分析、設(shè)計、製造和服務(wù)從而達(dá)到最優(yōu)設(shè)計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目的，以便最充分地發(fā)揮人力、物力的潛力，通過各種組織管理技術(shù)，使局部和整體之間的關(guān)係協(xié)調(diào)配合，以實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合最優(yōu)化。1.2系統(tǒng)工程研究對象：大型複雜的人工系統(tǒng)和複合系統(tǒng)。內(nèi)容：組織協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各要素的活動，使各要素為實現(xiàn)整體目標(biāo)發(fā)揮適當(dāng)作用。目的：實現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)最優(yōu)化。學(xué)科性質(zhì)：是一門現(xiàn)代化的組織管理技術(shù)，是特殊的工程技術(shù)，是跨越許多學(xué)科的邊緣科學(xué)。系統(tǒng)工程特點研究思路的整體化：系統(tǒng)工程強調(diào)研究思路的整體化，就是既把所要研究的對象看成是一個系統(tǒng)整體，又把研究對象的過程看成是一個整體。系統(tǒng)工程特點應(yīng)用方法的綜合化：系統(tǒng)工程強調(diào)綜合運用各個學(xué)科和各個技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所獲得的成就和方法，使得各種方法相互配合，達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)化。系統(tǒng)工程特點組織管理上的科學(xué)化、現(xiàn)代化：系統(tǒng)工程研究思路的整體化要求管理上的科學(xué)化，其應(yīng)用方法綜合化要求管理上的現(xiàn)代化。管理科學(xué)化是要按科學(xué)規(guī)律辦事，包括對管理、組織結(jié)構(gòu)、體制和人員配備分析，工作環(huán)境佈局、程式步驟組織，以及工程進度計畫與控制等問題的研究。管理現(xiàn)代化是指符合事物發(fā)展的客觀規(guī)律，符合自己國家需要，使用有效的最新管理理論、思想、組織和方法手段，促進生產(chǎn)力的發(fā)展和生產(chǎn)關(guān)係的改善。1.2系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程與其他各門工程技術(shù)一樣，以改造客觀世界、使其符合人類需要為目的;都要從實際條件出發(fā)，運用基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基本原理;都要考慮經(jīng)濟因素和經(jīng)濟效益。系統(tǒng)工程是一門工程技術(shù)，系統(tǒng)工程的對象、任務(wù)、方法以及從事系統(tǒng)工程活動所需要的知識結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)工程技術(shù)相比，有明顯區(qū)別：1.2系統(tǒng)工程概念不同：傳統(tǒng)工程技術(shù)的“工程”概念是指把自然科學(xué)的原理和方法應(yīng)用於實踐，可將它看成是製造“硬體”的工程；系統(tǒng)工程的“工程”概念，是指不僅包含“硬體”的設(shè)計與製造，而且還包含與設(shè)計和製造“硬體”緊密相關(guān)的“軟體”。對象不同：傳統(tǒng)工程技術(shù)都是把各自特定領(lǐng)域內(nèi)工程物質(zhì)對象作為研製對象；系統(tǒng)工程則是以“系統(tǒng)”為研究的對象。任務(wù)不同：傳統(tǒng)的工程技術(shù)是用來解決某個特定專業(yè)領(lǐng)域中的具體技術(shù)問題；系統(tǒng)工程的任務(wù)是解決系統(tǒng)的全盤統(tǒng)籌問題。1.2系統(tǒng)工程方法不同：傳統(tǒng)工程技術(shù)所用的方法是根據(jù)條件採用可能實現(xiàn)目標(biāo)的方法，提出不同方案進行設(shè)計，試製出原型，經(jīng)試驗後最終達(dá)到生產(chǎn)和建設(shè)的目的；系統(tǒng)工程在解決各種問題的過程中，採用一整套系統(tǒng)方法：以系統(tǒng)工程觀念，按照完整的解決問題的程式，運用電子電腦對系統(tǒng)進行定量分析和計算，從而為解決複雜系統(tǒng)問題提供有效手段和工具。所以，系統(tǒng)工程的目標(biāo)是實現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化。。1.2系統(tǒng)工程從事系統(tǒng)工程應(yīng)用，不僅要有專業(yè)技術(shù)人員，而且還應(yīng)吸收社會科學(xué)工作者和其他行業(yè)的人員參加。系統(tǒng)工作人員應(yīng)具備的能力：能夠堅持用系統(tǒng)觀點和方法研究和處理問題；知識面寬廣，且有較深的專業(yè)知識；具有豐富的想像力和創(chuàng)造力；善於發(fā)現(xiàn)問題；；善於溝通，取得各方面的有關(guān)人員配合與協(xié)作；掌握環(huán)境動向，瞭解部門之間的資訊。1.2系統(tǒng)工程1.2.3系統(tǒng)工程的研究對象和內(nèi)容系統(tǒng)工程的研究對象：大型複雜的人工系統(tǒng)和複合系統(tǒng)（任何物質(zhì)系統(tǒng)、概念系統(tǒng)）。系統(tǒng)工程的主要內(nèi)容：

系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)模型化、系統(tǒng)最優(yōu)化、系統(tǒng)的組織管理、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)預(yù)測與決策等。基本任務(wù)：系統(tǒng)模型化、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)評價。1.2系統(tǒng)工程

為了實現(xiàn)和完成系統(tǒng)目標(biāo)及任務(wù)，系統(tǒng)工程在其方法論的思想下要運用一定的具體方法與手段，即系統(tǒng)工程技術(shù)。常用的系統(tǒng)工程技術(shù)：（1）系統(tǒng)辨識技術(shù)（2）系統(tǒng)模型化技術(shù)（3）系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)（4）系統(tǒng)評價技術(shù)（5）系統(tǒng)預(yù)測技術(shù)（6）系統(tǒng)決策技術(shù)系統(tǒng)工程的作用：為社會科學(xué)研究提供定量分析方法，為自然科學(xué)研究提供定性分析方法。1．系統(tǒng)辨識技術(shù)系統(tǒng)工程研究的對象大多是複雜的大系統(tǒng)，由於系統(tǒng)因素眾多，結(jié)構(gòu)複雜，目標(biāo)多樣，功能綜合，因此需要共同理解、明確系統(tǒng)的總目標(biāo)、分目標(biāo)，以及相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次，為實現(xiàn)這個目的就需要通過系統(tǒng)的辨識來解決。目前用於大規(guī)模複雜系統(tǒng)辨識的常用方法是解析結(jié)構(gòu)模型技術(shù)，即ISM。2．系統(tǒng)模型化技術(shù)模型化是系統(tǒng)工程的核心內(nèi)容。系統(tǒng)模型是系統(tǒng)優(yōu)化和評價的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)工程的基本要求，任何一項系統(tǒng)工程都需要先建立模型。按系統(tǒng)模型分類，系統(tǒng)模型化技術(shù)主要有結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)、分析模型技術(shù)、系統(tǒng)仿真模型技術(shù)。通過系統(tǒng)模型化，就可以對系統(tǒng)進行解剖、觀測、計量、變換、試驗，掌握系統(tǒng)的本質(zhì)特徵和運行規(guī)律。3．系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)最優(yōu)化是系統(tǒng)工程追求的主要目標(biāo)之一。優(yōu)化技術(shù)是應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個分支。系統(tǒng)工程所用到的優(yōu)化技術(shù)大多數(shù)集中在運籌學(xué)中，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃、排隊論、對策論等等，它們被應(yīng)用於系統(tǒng)對有限資源進行統(tǒng)籌安排，為決策提供有依據(jù)的最優(yōu)方案。在運籌學(xué)的應(yīng)用中，往往是運用模型化方法，將一個已確定研究範(fàn)圍的現(xiàn)實問題，按預(yù)期目標(biāo)，將現(xiàn)實問題中的主要因素及各種限制條件之間的因果關(guān)係、邏輯關(guān)係建立數(shù)學(xué)模型，通過模型求解尋求最優(yōu)化。4．系統(tǒng)評價技術(shù)系統(tǒng)評價就是對系統(tǒng)的價值進行評定，其主要作用是通過系統(tǒng)評價技術(shù)，將系統(tǒng)方案排序，以便從眾多的可行方案中找出最優(yōu)方案，為決策提供依據(jù)。迄今為止，評價技術(shù)已發(fā)展到數(shù)十種，但較為常用的有費用—效益分析、關(guān)聯(lián)矩陣法、關(guān)聯(lián)樹法、層次分析法、模糊評價法、可能—滿意度法等。5．系統(tǒng)預(yù)測技術(shù)系統(tǒng)預(yù)測是依據(jù)過去和現(xiàn)在的有關(guān)系統(tǒng)及其環(huán)境的已知材料，運用科學(xué)的方法和技術(shù)，發(fā)現(xiàn)和掌握系統(tǒng)發(fā)展與運行中的固有規(guī)律，並按此規(guī)律去探求系統(tǒng)發(fā)展的未來。預(yù)測的主要作用是為決策者提供科學(xué)的預(yù)見和決策依據(jù)，同時為產(chǎn)生多個系統(tǒng)方案和優(yōu)化系統(tǒng)方案提供方法手段。系統(tǒng)預(yù)測技術(shù)可分為定性預(yù)測技術(shù)與定量預(yù)測技術(shù)。6．系統(tǒng)決策技術(shù)系統(tǒng)決策是指決策者根據(jù)系統(tǒng)的各種行動方案及其可能產(chǎn)生的後果所作的判斷或決定。決策分析是比較規(guī)範(fàn)的技術(shù)。它所起的作用是使決策過程得到數(shù)據(jù)和定量分析的支持，使決策所需的資訊全面而清晰地展現(xiàn)給決策者，從而有助於決策者正確決策。決策技術(shù)按決策環(huán)境可分為三種類型：即確定型決策、風(fēng)險型決策、不確定型決策。1.2系統(tǒng)工程1.2.4系統(tǒng)工程主要理論基礎(chǔ)一般系統(tǒng)論大系統(tǒng)理論經(jīng)濟控制論控制論運籌學(xué)系統(tǒng)工程的學(xué)科體系現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)（錢學(xué)森）四個層次：工程技術(shù)層次、技術(shù)科學(xué)層次、基礎(chǔ)科學(xué)層次、哲學(xué)。系統(tǒng)科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)（錢學(xué)森）：系統(tǒng)工程這類工程技術(shù)、系統(tǒng)工程的理論方法、系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)、哲學(xué)。系統(tǒng)工程的學(xué)科體系系統(tǒng)工程作為處理一般系統(tǒng)總體最優(yōu)化的技術(shù)與方法，它在系統(tǒng)科學(xué)的學(xué)科體系中處於工程技術(shù)層次。系統(tǒng)科學(xué)：依據(jù)系統(tǒng)思想建立的完整科學(xué)體系，研究系統(tǒng)演化的一般規(guī)律，系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的自組織原理和系統(tǒng)複雜性?；A(chǔ)科學(xué)：指的是該學(xué)科的理論基礎(chǔ)，解釋該學(xué)科的一般規(guī)律，作為系統(tǒng)科學(xué)的理論基礎(chǔ)就是系統(tǒng)學(xué)。技術(shù)科學(xué)：該學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)，溝通著基礎(chǔ)理論到實踐應(yīng)用，指導(dǎo)工程技術(shù)實現(xiàn)；作為該學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)是“運籌學(xué)”，“控制理論”和“資訊理論”。工程技術(shù)：指的是這個學(xué)科中的應(yīng)用技術(shù)，作為系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用技術(shù)就是系統(tǒng)工程。系統(tǒng)科學(xué)劃分四個層次(1)．系統(tǒng)哲學(xué)——系統(tǒng)觀系統(tǒng)觀主要涉及：系統(tǒng)本體論、系統(tǒng)認(rèn)識論以及人和世界的關(guān)係。(2)．系統(tǒng)的基礎(chǔ)科學(xué)——系統(tǒng)學(xué)在一般系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)等廣泛學(xué)科成就之上，研究一般系統(tǒng)的基本概念、基本性質(zhì)以及系統(tǒng)進化的一般規(guī)律，其中包括研究一般系統(tǒng)的基本概念和性質(zhì)的系統(tǒng)概念論；研究適用於各種具體系統(tǒng)的一般演化模式和規(guī)律的系統(tǒng)進化論；運用數(shù)學(xué)語言和嚴(yán)格演繹方法所建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)。(3)．系統(tǒng)的方法科學(xué)——技術(shù)科學(xué)系統(tǒng)的方法科學(xué)是根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)的基本概念和基本原理研究系統(tǒng)方法的理論。其大致包括資訊理論、控制論、大系統(tǒng)理論、運籌理論、經(jīng)濟系統(tǒng)理論等。(4)．系統(tǒng)的應(yīng)用科學(xué)——系統(tǒng)工程系統(tǒng)的應(yīng)用科學(xué)是把系統(tǒng)基礎(chǔ)科學(xué)的概念理論和系統(tǒng)方法科學(xué)中的理論方法具體應(yīng)用到人們的實踐活動之中，它用定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法處理大型複雜系統(tǒng)的問題，無論是系統(tǒng)的設(shè)計或組織建立，還是系統(tǒng)的經(jīng)營管理，都可以看成是一種工程實踐，這就是系統(tǒng)工程，它構(gòu)成了本學(xué)科的主要內(nèi)容。系統(tǒng)工程與其他相近學(xué)科的關(guān)係系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程系統(tǒng)科學(xué)是一門從總體上研究複雜系統(tǒng)共同運動規(guī)律的科學(xué)系統(tǒng)工程是一門系統(tǒng)科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和管理學(xué)等相結(jié)合的組織管理技術(shù)，是一種改造客觀世界的工程技術(shù)，同時也是一種運籌與決策的藝術(shù)。

系統(tǒng)分析與系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程＝系統(tǒng)分析;

系統(tǒng)工程包括在系統(tǒng)方法之中，與系統(tǒng)分析並列;

系統(tǒng)工程包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計和決策分析.

本課程體系：系統(tǒng)工程＝系統(tǒng)分析＋決策分析

運籌學(xué)與系統(tǒng)工程

運籌學(xué)和系統(tǒng)工程可以看作是屬於一個領(lǐng)域中的兩個姐妹學(xué)科，都是系統(tǒng)思想方法定量化的實際應(yīng)用研究。運籌學(xué)為系統(tǒng)工程提供最重要的方法和理論基礎(chǔ)。運籌學(xué)的目的：增加現(xiàn)有系統(tǒng)效率的分析工作，以專業(yè)技術(shù)為導(dǎo)向，分析程式由下而上（戰(zhàn)術(shù)）系統(tǒng)工程：對可供選擇的系統(tǒng)方案進行選擇比較；以問題狀況為導(dǎo)向，分析程式由上而下（戰(zhàn)略）1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史1.3.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展一般觀點：系統(tǒng)工程是在第二次世界大戰(zhàn)期間，為適應(yīng)軍事需要而形成的。它的萌芽階段，中國可追溯到2600多年前的《周易》，國外可追溯到20世紀(jì)初的Taylar管理制度（1911年）。第一次出現(xiàn)“系統(tǒng)工程”名稱：

觀點1：1957年美國人哥德和麥克爾合著“系統(tǒng)工程”為標(biāo)誌；觀點2：1940年貝爾電話公司在發(fā)展微波通訊網(wǎng)絡(luò)時，為縮短科學(xué)發(fā)明與投入應(yīng)用的時間，在全國電信網(wǎng)中首先採用了新技術(shù)，提出了“系統(tǒng)工程”的名稱。1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史1.3.2系統(tǒng)工程在中國古代：最早是八卦與周易西元前五百多年前，以老子為創(chuàng)始人的道家對系統(tǒng)提出了精闢的看法《黃帝內(nèi)經(jīng)》“天人相應(yīng)”《孫子兵法》，李冰父子建造都江堰現(xiàn)代：以錢學(xué)森院士為代表。1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史管子：<地員篇>，<詩經(jīng)>，農(nóng)事詩<七月>等古籍，對農(nóng)作與種子，地形，土壤，水份，肥料，季節(jié)，氣候諸因素的關(guān)係，都有辯證的論述。齊國名醫(yī)扁鵲：主張按病人氣色，聲音，形貌綜合辯證，用針灸，湯液，按摩，熨貼，砭法等多種療法治病。周秦至西漢初年的古代醫(yī)學(xué)總集<黃帝內(nèi)經(jīng)>：強調(diào)人體各器官的有機聯(lián)繫，生理現(xiàn)象和心理現(xiàn)象的聯(lián)繫，身體健康與自然環(huán)境的聯(lián)繫等。戰(zhàn)國時期李冰父子設(shè)計建造的都江堰工程：包括“魚嘴”岷江分水工程，“飛沙堰”分洪排沙工程，“寶瓶口”引水工程三大主體和120個附屬渠堰工程，工程之間的聯(lián)繫處理得恰到好處，協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。中國古代曆法：很早就提示了天體運行與季節(jié)變化的聯(lián)繫，編制出曆法和指導(dǎo)農(nóng)事活動的二十四節(jié)氣。1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史我國古代天文學(xué)家為發(fā)展原始農(nóng)牧業(yè)，把宇宙作為一個超系統(tǒng)，探討了它的結(jié)構(gòu)、變化和發(fā)展，努力揭示天體運行與季節(jié)的變化。我國古代的系統(tǒng)思想還反映在軍事理論方面。孫子的《孫子兵法》闡述了不少樸素的系統(tǒng)思想和謀略?！秾O子兵法》中從“道、天、地、將、法五個方面來分析戰(zhàn)爭的全局。古希臘的唯物主義哲學(xué)家德謨克利特（西元前467~前370年）從唯物主義的立場出發(fā)闡述了系統(tǒng)的思想，他認(rèn)為原子構(gòu)成萬物，形成不同系統(tǒng)層次的世界，宇宙中有無數(shù)個世界，這些世界不斷產(chǎn)生、發(fā)展和消滅。古希臘辯證法奠基人之一的赫拉克利特（Heracleitus)在<論自然界>一書中說：“世界是包括一切的整體。”1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史15世紀(jì)下半葉，由於近代科學(xué)的興起，力學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)以及生物學(xué)逐漸從混為一體的哲學(xué)中分離出來，得到了日益迅速的發(fā)展。把自然界的局部細(xì)節(jié)抽出來進行分門別類的研究。19世紀(jì)上半葉，自然科學(xué)取得了巨大的成就，特別是能量轉(zhuǎn)化和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，使人們對自然過程的相互聯(lián)繫的認(rèn)識有了很大的提高。馬克思、恩格斯的辯證唯物主義認(rèn)為，物質(zhì)世界是由許多相互聯(lián)繫、相互依賴、相互制約、相互作用的事物和過程所形成的統(tǒng)一整體。這就是系統(tǒng)概念的實質(zhì)?？傊河米园l(fā)的系統(tǒng)概念考察自然現(xiàn)象，是古代中國和古希臘唯物主義哲學(xué)思想的一個特徵。古代辯證唯物的哲學(xué)思想包含了系統(tǒng)思想的萌芽。都江堰水利工程

戰(zhàn)國時期川西太守李冰父子主持修建。目標(biāo)：利用岷江水資源灌溉川西平原、防洪與航運（漂木、行舟）。包括三大工程及120多項配套工程。其總體構(gòu)思是系統(tǒng)思想的傑出運用。兩千多年來，都江堰一直發(fā)揮著巨大的效益，是我國最成功的水利工程。三大工程魚嘴：分水工程：大水——“內(nèi)三外七”小水——“內(nèi)七外三”飛沙堰：分水、排沙寶瓶口：調(diào)水、沉澱沙粒完整的養(yǎng)護制度：每年挖泥沙、修堤。如“深掏灘、低築堰”等，規(guī)定了挖沙時間、深度（以江底的石碑為標(biāo)記等體現(xiàn)了利用天然資源、整體規(guī)劃、系統(tǒng)優(yōu)化的古代樸素的系統(tǒng)思想

1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史系統(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，後見樹木”（科學(xué)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。整體思想和聯(lián)繫思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實質(zhì)。阿波羅登月計畫系統(tǒng)工程發(fā)展的里程碑目標(biāo)：在10年內(nèi)將人送上月球，並使其安全地返回地球經(jīng)費：250億美元1969年6月，阿波羅飛船登上月球，標(biāo)誌著系統(tǒng)工程及其在裝備研製中應(yīng)用的日趨成熟。我國兩彈一星與載人航太系統(tǒng)工程實踐我國比較系統(tǒng)地、有組織地研究和運用系統(tǒng)工程始於1960年代，在兩彈一星和載人飛船有成功的探索。1979年，成立中國系統(tǒng)工程學(xué)會。期刊：系統(tǒng)工程理論與實踐，系統(tǒng)工程學(xué)報，JournalofSystemsScienceandSystemsEngineering

，模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，等等載人飛船工程（7個系統(tǒng)）：

太空人系統(tǒng)、飛船應(yīng)用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控通信系統(tǒng)、著陸場系統(tǒng)。如載人飛船系統(tǒng)（13個分系統(tǒng)）：結(jié)構(gòu)與機構(gòu)分系統(tǒng)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)、環(huán)境控制與生命保障分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)、測控與通信分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、回收著陸分系統(tǒng)、儀錶與照明分系統(tǒng)、應(yīng)急救生分系統(tǒng)、乘員分系統(tǒng)、有效載荷分系統(tǒng)。1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史1.3.3研究趨勢與展望系統(tǒng)工程是一門交叉學(xué)科，日益向多學(xué)科滲透和交叉發(fā)展；系統(tǒng)工程作為一門軟科學(xué)，日益受到人們的重視；系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，進而推動系統(tǒng)工程理論和方法不斷發(fā)展與完善。1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用社會系統(tǒng)工程——研究對象是整個社會，這是一個開放的複雜巨系統(tǒng)。目前正在探討一種從定性到定量，綜合運用多種學(xué)科處理複雜巨系統(tǒng)的方法論。經(jīng)濟系統(tǒng)工程——主要研究宏觀經(jīng)濟問題，如國家的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略、綜合發(fā)展規(guī)劃、經(jīng)濟指標(biāo)體系、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析、資源合理配置、經(jīng)濟政策分析、綜合國力分析、世界經(jīng)濟模型等。環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程——主要研究大氣生態(tài)系統(tǒng)、大地生態(tài)系統(tǒng)、流域生態(tài)系統(tǒng)、森林與生物生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)問題。1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用企業(yè)系統(tǒng)工程——主要研究市場預(yù)測、新產(chǎn)品開發(fā)、CIMS及並行工程、全面品質(zhì)管理、成本—效益分析等；農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程——主要研究農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、大農(nóng)業(yè)和立體農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)分析、農(nóng)業(yè)區(qū)域規(guī)劃、農(nóng)產(chǎn)品需求預(yù)測、農(nóng)業(yè)政策分析等；教育系統(tǒng)工程——主要研究人才需求預(yù)測、人才與教育發(fā)展規(guī)劃、人才結(jié)構(gòu)分析、教育政策分析等。1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程——運用系統(tǒng)工程的原理和方法研究區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、區(qū)域綜合發(fā)展規(guī)劃。、區(qū)域投入產(chǎn)出分析、區(qū)域城鎮(zhèn)佈局、區(qū)域資源合理配置、城市水資源規(guī)劃、城市公共交通規(guī)劃與管理等。能源系統(tǒng)工程——研究能源合理結(jié)構(gòu)、能源需求預(yù)測、能源開發(fā)規(guī)模預(yù)測、能源生產(chǎn)優(yōu)化模型、能源合理利用模型、電力系統(tǒng)規(guī)劃、節(jié)能規(guī)劃、能源資料庫等問題。水資源系統(tǒng)工程——研究河流綜合利用規(guī)劃、流域發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、農(nóng)田灌溉系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計、城市供水系統(tǒng)優(yōu)化模型、水能利用規(guī)劃、防汛指揮調(diào)度、水污染控制等問題。1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用交通運輸系統(tǒng)工程——研究鐵路、公路、航運、航空綜合運輸規(guī)劃及其發(fā)展戰(zhàn)略、鐵路調(diào)度系統(tǒng)、公路運輸調(diào)度系統(tǒng)、航運調(diào)度系統(tǒng)、空運調(diào)度系統(tǒng)、綜合運輸優(yōu)化模型、綜合運輸效益分析等。資訊系統(tǒng)工程——資訊網(wǎng)絡(luò)+用戶是一個人——網(wǎng)結(jié)合的開放的複雜巨系統(tǒng)，不僅具有資訊採集、加工、存儲、傳輸、調(diào)用、共用、分析、綜合等功能，還具有產(chǎn)生新資訊的功能，是資訊的生產(chǎn)系統(tǒng)。軍事系統(tǒng)工程——主要研究國防發(fā)展戰(zhàn)略、作戰(zhàn)模擬、情報、通信和指揮自動化系統(tǒng)、武器裝備發(fā)展規(guī)劃、國防經(jīng)濟學(xué)、軍事運籌學(xué)等。1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用

應(yīng)用實例：

——國家發(fā)展研究中心組織的“2000年的中國”的研究；

——國家教委組織的“全國人才規(guī)劃模型”“教育規(guī)劃模型”等的研究；

——國防科研部門組織的“國防總體戰(zhàn)略”，“軍事指揮系統(tǒng)”，“現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬”“後勤保障系統(tǒng)”等的研究；1.4系統(tǒng)工程的應(yīng)用

——交通運輸部門組織的“綜合運輸網(wǎng)絡(luò)”，“鐵路運行圖網(wǎng)路模型”，“鐵路編組站自動化的系統(tǒng)分析”，“民航全國售票網(wǎng)路系統(tǒng)研究”，“交通運輸系統(tǒng)動力學(xué)理論和方法的研究”等；

——能源部門組織的“長江三峽巨型工程的綜合論證和決策分析的研究”，“全國大中型水電站建設(shè)研究”，“山西能源化工基地建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略和長遠(yuǎn)規(guī)劃的研究”等；

——農(nóng)業(yè)科研部門組織開展的“黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)研究”，“發(fā)展立體農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)研究”，“農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)研究的模型體系”，“糧食安全保障的預(yù)警系統(tǒng)研究”等；

——國家自然科學(xué)基金組織的“宏觀決策分析、金融數(shù)學(xué)、金融工程、金融管理的研究”“搞活大中型企業(yè)的系統(tǒng)分析”等系統(tǒng)工程方法論：在處理系統(tǒng)問題過程中的一般分析問題和解決問題的途徑、手段和方式，或者說是人們處理系統(tǒng)問題所應(yīng)用的知識、觀點去解決問題的行為方式。系統(tǒng)工程方法論就是開展系統(tǒng)工程的一般過程或程式，它反映系統(tǒng)工程研究和解決問題的一般規(guī)律或模式。60年代以來，許多學(xué)者對系統(tǒng)工程方法論進行了探討。企圖找到能夠處理世界上所有問題的一成不變的“萬能”方法是不現(xiàn)實的，但是，總還是可以找到一些帶有普遍意義的思路和模式，這就是系統(tǒng)工程方法論。其中影響最大的，是１９６9年美國貝爾電話公司工程師霍爾（A·D·Hall）提出的系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu)，簡稱為霍爾模型，其三維是時間維、邏輯維和專業(yè)維（知識維）。系統(tǒng)工程方法論體系的基礎(chǔ)是綜合運用系統(tǒng)思想和各種數(shù)學(xué)方法、科學(xué)管理方法、經(jīng)濟學(xué)方法、控制論方法以及電腦技術(shù)等工具來實現(xiàn)系統(tǒng)的模型化和最優(yōu)化，進行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計。同時，系統(tǒng)工程方法論除一般的數(shù)學(xué)描述方法和邏輯推理方法外，還有工程技術(shù)的規(guī)範(fàn)和社會科學(xué)的藝術(shù)等。描述性、邏輯性、規(guī)範(fàn)性、藝術(shù)性這些特點交織在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)工程獨特的思想方法、理論基礎(chǔ)、基本程式和方法步驟。系統(tǒng)工程方法論基本特點：研究方法強調(diào)整體性，技術(shù)應(yīng)用強調(diào)綜合性、管理決策強調(diào)科學(xué)性。

系統(tǒng)工程的構(gòu)思原則(1).由粗到細(xì)的原則由粗到細(xì)地思考問題：搞清有關(guān)議題產(chǎn)生的背景和不同的觀點→通過調(diào)查、爭論、相互學(xué)習(xí)，在價值觀和是非標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)成共識→定義問題、定界問題和設(shè)定目標(biāo)→明確解決問題的原則→總體構(gòu)思→形成概念模型→設(shè)想具體方案→設(shè)計具體方案等。(2).

互相結(jié)合的構(gòu)思原則處理系統(tǒng)工程問題時，要善於聯(lián)想，將看似無關(guān)的事件聯(lián)繫起來考慮，找出它們之間的內(nèi)在規(guī)律，從原則上來講主要有：以問題導(dǎo)向為主，問題導(dǎo)向與方法導(dǎo)向相結(jié)合；先定性分折，定性分析與定量分析相結(jié)合，科學(xué)方法與專家經(jīng)驗相結(jié)合，決策者(領(lǐng)導(dǎo)者)、使用者與分析者相結(jié)合。(3)定性分析與定量分析結(jié)合的原則定性的對象或概念要給予定量的表示，用數(shù)量表示的結(jié)果要給出它的經(jīng)濟意義或物理意義，這樣才能提高分析系統(tǒng)的水準(zhǔn)和對系統(tǒng)的深入認(rèn)識。定性分析是對研究對象本質(zhì)、內(nèi)在機制的認(rèn)識。為更確切地描述研究對象的本質(zhì)，從量變到質(zhì)變的規(guī)律上去把握住研究的對象，需要定量分析。因此要按定性——定量——定性的思路去分析。(4).分解、協(xié)調(diào)和綜合的原則系統(tǒng)的分解、協(xié)調(diào)的目的是為了綜合形成更好的系統(tǒng)。系統(tǒng)分解指將一個複雜系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)。分解目的是便於研究者掌握。系統(tǒng)協(xié)調(diào)有兩種意義：①系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)調(diào)，即根據(jù)系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)、功能、任務(wù)、目標(biāo)等的要求，使各個子系統(tǒng)之間互相協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化；②系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，系統(tǒng)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)。2.1

霍爾三維結(jié)構(gòu)(硬系統(tǒng)工程方法論)2.2

切克蘭德“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式(軟系統(tǒng)工程方法論)2.3

其他系統(tǒng)工程方法

系統(tǒng)工程方法論（思考和處理問題的方法）2.1

霍爾三維結(jié)構(gòu)圖1-3霍爾三維結(jié)構(gòu)美國工程師霍爾在總結(jié)多方面系統(tǒng)工程實施經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)工程的整個過程按時間座標(biāo)、邏輯座標(biāo)和知識座標(biāo)劃分為不同的層次和階段，並對每個層次、階段所應(yīng)用的科學(xué)、人文、社會知識作了分析，提出瞭解決系統(tǒng)工程問題的一般性方法。一、時間維：粗結(jié)構(gòu)

分析處理系統(tǒng)問題的工作進程，按時間順序分為6個（或7個）時間階段：

規(guī)劃階段:調(diào)研、明確目標(biāo)制定方案階段:比較分析方案，擇優(yōu)開發(fā)研究階段:實現(xiàn)方案，作生產(chǎn)計畫生產(chǎn)製造階段:零部件→組裝整個系統(tǒng)運行作業(yè)階段:安裝、運行改進更新階段:評價→改進和更新二、邏輯維：細(xì)結(jié)構(gòu)，將時間維的每一階段展開處理各階段系統(tǒng)問題的步驟（思維過程），一般分為7個階段。

為了合理地作出並實施最佳決策，系統(tǒng)工程的每一個工作階段上都必須遵循某種合理的思維方式，在這種思維方式中包含有七個必要的思維步驟或程式：

1.明確問題,2.選擇目標(biāo)

3.系統(tǒng)綜合,4.系統(tǒng)分析

5.方案優(yōu)化,6.決策

7.計畫實施

Hall系統(tǒng)工程方法論強調(diào)明確目標(biāo)，核心內(nèi)容是最優(yōu)化。認(rèn)為現(xiàn)實問題都可歸納為工程一類的問題（硬科學(xué)），應(yīng)用定量分析的手段，求得最優(yōu)解。明確問題：收集資料(考察、測量、調(diào)研、需求分析、市場預(yù)測),

瞭解系統(tǒng)的環(huán)境、目的、系統(tǒng)的各組成部分及其聯(lián)繫等。選擇目標(biāo)：提出目標(biāo)，制定準(zhǔn)則(標(biāo)準(zhǔn))

選擇目標(biāo)過程一般使用價值體系方法：效用理論費用—效益分析：經(jīng)濟系統(tǒng)風(fēng)險估計價值工程系統(tǒng)綜合：方案策略，對每種方案進行說明系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分比較分析各方案→建模→計算或仿真作出決策：不能十全十美，要考慮人、社會各種因素方案優(yōu)化：選出待選方案集，交決策部門最優(yōu)化：單目標(biāo)、多目標(biāo)優(yōu)化：約束條件，最優(yōu)解、滿意解線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、大系統(tǒng)理論、組合優(yōu)化等付諸實施：企業(yè)：生產(chǎn)計畫開發(fā)專案：CPM、PERT對邏輯維若干步驟的說明(1)擺明問題收集各種有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，把問題的歷史、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與環(huán)境因素搞清楚，把握住問題的實質(zhì)和要害，並使有關(guān)人員做到心中有數(shù)。為了把問題的實質(zhì)、要害搞清楚，就要進行調(diào)查研究。調(diào)查研究工作主要從以下兩方面入手進行：第一，環(huán)境方面的調(diào)查研究。（a）物理和技術(shù)的環(huán)境，主要包括：已有系統(tǒng)；用於已有系統(tǒng)的方法；已執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)部技術(shù)情況；自然環(huán)境；過渡因素；目前和將來的試製條件；外部技術(shù)情況。（b）經(jīng)濟和事務(wù)的環(huán)境，主要包括：

·組織結(jié)構(gòu)；·組織人員；·政策法令

·領(lǐng)導(dǎo)愛好傾向·價格結(jié)構(gòu)；·新系統(tǒng)的經(jīng)濟條件

·事務(wù)運用（c）社會環(huán)境，主要包括：

·大規(guī)模的社會因素；·個別的因素。第二，需求方面的調(diào)查研究。從廣義來說，需求研究屬於環(huán)境研究的一個方面。但是，由於需求研究具有特別的重要性，故有必要著重進行分析研究。需求研究大略有下列六項要點：研究需求的一般指標(biāo)；組織上的資源和約束；計畫情況和市場特性；競爭狀況；用戶愛好、習(xí)慣和動機；來自需求研究的設(shè)計要求。(2)確定目標(biāo)目標(biāo)問題關(guān)係到整個工程的方向、規(guī)模、投資、工程週期、人員配備等，因而是十分重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)問題往往具有多目標(biāo)，在擺明問題的前提下，應(yīng)該選擇明確的指標(biāo)體系，作為以後衡量各個備選方案的評價標(biāo)準(zhǔn)。在確定目標(biāo)時應(yīng)注意以下幾條原則：

a.要有長遠(yuǎn)觀點：選擇對於系統(tǒng)的未來有重大意義的目標(biāo)；

b.要有總體觀點：著眼全局，必要時可在某些局部作讓步；

c.注意明確性：目標(biāo)務(wù)必具體明確，力求用數(shù)量表示；

d.多目標(biāo)時應(yīng)注意區(qū)分主次、輕重、緩急，以便加權(quán)計算；

e.權(quán)衡先進性和可行性：目標(biāo)先進而可以實現(xiàn)的，

f.注意標(biāo)準(zhǔn)化：同國內(nèi)外的同類系統(tǒng)比較，爭取先進水準(zhǔn)。我國一般工程專案制訂目標(biāo)時應(yīng)考慮下述幾個方面：

a.運行目標(biāo)，其中包括技術(shù)指標(biāo)；

b.經(jīng)濟目標(biāo)，包括直接的與間接的經(jīng)濟目標(biāo)；

c.社會目標(biāo)，包括專案符合國家方針政策和社會整體利益；

d.環(huán)境目標(biāo)，包括環(huán)境保護與工程綠色化。(3)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合要反復(fù)進行多次。第一次的系統(tǒng)綜合是指按照問題的性質(zhì)、目標(biāo)、環(huán)境、條件擬定若干可能的備選方案。沒有分析便沒有綜合，系統(tǒng)綜合是建立在前面的兩個分析步驟（擺明問題，確定目標(biāo)）上的。沒有綜合便沒有分析，系統(tǒng)綜合又為後面的分析步驟打下基礎(chǔ)。(4)系統(tǒng)分析是指演繹各種備選方案。對於每一種方案建立各種模型，進行仔細(xì)分析，得到可靠的數(shù)據(jù)、資料和結(jié)論。系統(tǒng)分析主要依靠模型（有實物模型與非實物模型，尤其是數(shù)學(xué)模型）來代替真實系統(tǒng)，利用演算和模擬代替系統(tǒng)的實際運行，進行仿真，選擇參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化。在系統(tǒng)分析的過程中，可能形成新的方案。系統(tǒng)工程的大量工作是系統(tǒng)分析，所以有人寧願把系統(tǒng)工程稱作系統(tǒng)分析。(5)決策由決策者選擇某個方案來實施。出於各方面的考慮，領(lǐng)導(dǎo)選擇的方案不一定是最優(yōu)方案。應(yīng)該注意：“什麼也不幹”，維持現(xiàn)狀，也是一種方案，稱為零方案。在確認(rèn)有別的方案比它優(yōu)越之前，不要輕易否定它。根據(jù)系統(tǒng)工程的諮詢性，決策步驟並非系統(tǒng)工程人員的工作。但是對於決策技術(shù)的研究，則是系統(tǒng)工程的課題之一。(6)實施將決策選定的方案付諸實施或執(zhí)行下一個階段。應(yīng)當(dāng)注意，在決策或?qū)嵤┲?，有時會遇到原定方案都不滿意的情況。這時就有必要回到前面所述邏輯步驟中認(rèn)為需要的一步開始重新做起，然後再決策或?qū)嵤＿@種反復(fù)有時會出現(xiàn)多次，直到滿意為止。（3）知識維知識維是完成工作的理論基礎(chǔ)。在開展系統(tǒng)工程活動時，由於不同階段和不同步驟具有不同的工作內(nèi)容，需要應(yīng)用與涉及各種學(xué)科內(nèi)容和專業(yè)知識，包括實驗、電腦能力、文字表達(dá)能力、語言溝通能力、專業(yè)理論基礎(chǔ)、各個領(lǐng)域的專業(yè)知識、數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、環(huán)境學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟與管理、人文、法律、藝術(shù)等。運用SE知識，把三維結(jié)構(gòu)中的六個時間階段和七個邏輯步驟結(jié)合起來，便形成所謂霍爾管理矩陣如下(表中元素代表一項具體的管理活動):

霍爾管理矩陣

邏輯維(步驟)時間維(階段)1234567明確問題選擇目標(biāo)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析方案優(yōu)化做出決策付諸實施1規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研製階段a31a32a33a34a35a36a374生產(chǎn)階段a41a42a43a44a45a46a475運行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a67表中一項代表具體的管理活動，如a12表示在規(guī)劃階段確定目標(biāo)，a21表示在方案階段擺明問題。在基於“三維結(jié)構(gòu)”模型的這個系統(tǒng)工程過程系統(tǒng)中，每一階段都有自己的管理內(nèi)容和管理目標(biāo)，每一步驟都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互聯(lián)繫，再加上具體的管理對象，組成了一個有機整體?；魻柟芾砭仃嚳梢蕴嵝讶藗冊谀膫€階段該做哪一步工作，同時明確各項具體工作在全局中的地位和作用，從而使工作得到合理安排。從霍爾方法論的三維結(jié)構(gòu)中，可以得出該方法具有如下特點：綜合性：任何具體的系統(tǒng)工程活動同時結(jié)合時間階段、邏輯步驟和相應(yīng)的專業(yè)知識。聯(lián)繫性：各項活動並不是孤立的，它們之間互相影響、緊密相關(guān)，重視的是整體能夠達(dá)到最優(yōu)效果，而不是部分達(dá)到最優(yōu)。反復(fù)性：整個方法的分析過程又是重複的。但是這並不是傳統(tǒng)意義上的簡單重複。而是螺旋式上升、波浪式前進的過程，也就是哲學(xué)上所說的否定之否定過程。這個過程首先具有迭代性。功能性：方法論的每一步都具有相應(yīng)的職能。具體包括計畫、組織、控制、調(diào)節(jié)、決策?；魻柕南到y(tǒng)工程方法論強調(diào)目標(biāo)明確，核心內(nèi)容是最優(yōu)化，主要適用於解決良性結(jié)構(gòu)的硬系統(tǒng)。2.2切克蘭德“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式

切克蘭德認(rèn)為完全按照解決工程問題的思路來解決社會問題和軟科學(xué)問題，將遇到很多困難。至於什麼是“最優(yōu)”，由於人們的立場、利益各異，判斷價值觀不同，很難簡單地取得一致的看法，因此“可行”、“滿意”、“非劣”的概念代替了“最優(yōu)”的概念。還有一些問題只有通過概念模型或意識模型的討論和分析後，才使得人們對問題的實質(zhì)有進一步的認(rèn)識，經(jīng)過不斷磋商，再經(jīng)過不斷的回饋，逐步弄清問題，得出滿意的可行解。切克蘭德根據(jù)以上思路提出他的方法論，稱這為“軟系統(tǒng)方法論”，該方法論的邏輯和內(nèi)容如圖所示。核心：調(diào)查和學(xué)習(xí)目的：提高切克蘭德的軟系統(tǒng)方法論的核心不是“最優(yōu)化”，而是進行“比較”，強調(diào)找出可行滿意的結(jié)果?！氨容^”這一過程要組織討論，聽取各方面有關(guān)人員意見，為了尋求可行滿意的結(jié)果，不斷地進行多次回饋，因此它是一個“學(xué)習(xí)”的過程。切克蘭德的調(diào)查學(xué)習(xí)法用概念模型代替數(shù)學(xué)模型，使思路更為開闊；用可行滿意解代替最優(yōu)解是價值觀方面的重要變化。良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重工程問題、機理明顯的物理型的硬系統(tǒng)不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：指偏重社會問題、機理尚不清楚的心理和事理型的軟系統(tǒng)這種軟系統(tǒng)方法論在我國已用於考慮一些比較複雜的發(fā)展戰(zhàn)略問題，例如對首都發(fā)展戰(zhàn)略的研究就採用這種思考方法。2.3其他系統(tǒng)工程方法一、綜合集成法（錢學(xué)森1989）

二、統(tǒng)一規(guī)劃法（1972）三、層次分析法四、並行工程五、物理—事理—人理（WSR）綜合集成工程(綜合集成法)綜合集成（Meta-Synthesis）工程是從整體上考慮並解決複雜問題的方法論。錢學(xué)森院士等人(1989)在研究解決開放的複雜巨系統(tǒng)問題時，提出了“從定性到定量綜合集成方法”，這是系統(tǒng)工程思想的新發(fā)展。其實質(zhì)是將專家群體、數(shù)據(jù)和各種資訊與電腦仿真有機地結(jié)合，把各種學(xué)科的理論和人的經(jīng)驗與知識結(jié)合起來，發(fā)揮整體優(yōu)勢。錢學(xué)森的綜合集成工程方法論方法論層次：(1)經(jīng)驗知識＋理論知識；(2)通過建模將定性知識與觀測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計資料結(jié)合；(3)人(知識工程＋專家系統(tǒng))與電腦(電腦)結(jié)合。工程技術(shù)層次(1)根據(jù)實際問題收集資訊資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)；(2)約請相關(guān)專家分析研究，明確系統(tǒng)四大變數(shù)(狀態(tài)、環(huán)境、控制、輸出)，確定系統(tǒng)建模思想；(3)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(定量表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、行為、特性、輸入輸出關(guān)係)；工程技術(shù)層次(4)對系統(tǒng)行為做仿真模擬試驗，獲得定量數(shù)據(jù)資料；(5)組織專家群體檢驗系統(tǒng)模型的有效性；(6)修改、調(diào)整參數(shù)，仿真試驗，專家分析評價，修改、……數(shù)學(xué)模型(符合實際系統(tǒng)的理論描述)----可信的結(jié)論這套方法論是從整體上研究和解決複雜巨系統(tǒng)問題的方法，採取人機結(jié)合以人為主的思維方法和研究方式，對不同層次、不同領(lǐng)域的資訊和知識進行綜合集成，達(dá)到對整體的定性定量認(rèn)識。應(yīng)用綜合集成方法(包括綜合集成研討廳體系)必須有總體設(shè)計部這樣的實體機構(gòu)?！拔覀儼烟幚黹_放的複雜巨系統(tǒng)的方法定名為從定性到定量綜合集成方法，把應(yīng)用這個方法的集體稱為總體設(shè)計部?！笨傮w設(shè)計部：系統(tǒng)研製工作的抓總單位，一般不承擔(dān)具體部件的設(shè)計。總體設(shè)計部把系統(tǒng)作為若干分系統(tǒng)有機結(jié)合的整體來設(shè)計，對每個分系統(tǒng)的要求都首先從實現(xiàn)整個系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點來考慮；對於研製過程中分系統(tǒng)與分系統(tǒng)之間的矛盾、分系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的矛盾，都從總體協(xié)調(diào)的需要來選擇解決方案。綜合集成工程綜合集成即創(chuàng)造；綜合集成是實現(xiàn)大科學(xué)、大工程的基本途徑；綜合集成的關(guān)鍵是解決整體與局部的關(guān)係問題,實現(xiàn)1+1>2。統(tǒng)一規(guī)劃法1972年，希爾和沃菲爾德為克服約束條件複雜的多目標(biāo)大系統(tǒng)組織方面的困難，在霍爾三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了統(tǒng)一規(guī)劃法。其實質(zhì)是對霍爾活動矩陣中規(guī)劃階段的具體展開，利用它可以較好實現(xiàn)對大型複雜系統(tǒng)的全面規(guī)劃和總體安排。常用目標(biāo)樹（由於目標(biāo)多）表示。層次分析法層次分析法（第7章）並行工程方法學(xué)並行工程(ConcurrentEngineering，簡稱CE)是美國在80年代末提出的，在電腦集成製造系統(tǒng)CIMS和系統(tǒng)工程中發(fā)展起來的工程技術(shù)，也是美國國防部在90年代乃至21世紀(jì)發(fā)展武器裝備系統(tǒng)的基本管理模式。Winner等人對並行工程的定義：並行工程是對產(chǎn)品及相關(guān)過程，包括製造過程和支持過程，進行並行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化方法。這種方法力圖使產(chǎn)品開發(fā)者從一開始就考慮到產(chǎn)品全壽命週期即從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括品質(zhì)、成本、進度和用戶需求。並行工程方法學(xué)核心內(nèi)容：強調(diào)用戶需求，並把用戶需求轉(zhuǎn)化為完整的產(chǎn)品要求；交互作用、相互協(xié)調(diào)的並行研製過程，將產(chǎn)品的設(shè)計與製造過程、保障過程用系統(tǒng)工程方法綜合在一起，保證產(chǎn)品性能、可靠性、維修性、保障性和生產(chǎn)性；建立多學(xué)科的綜合產(chǎn)品研製機制及計算和輔助工程環(huán)境可應(yīng)用於以電腦和網(wǎng)路系統(tǒng)為支持環(huán)境的組織管理乃至整個社會系統(tǒng)並行工程方法學(xué)優(yōu)點：使開發(fā)者一開始就考慮到產(chǎn)品全生命週期從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括品質(zhì)、成本、進度、用戶需求主要思想：約束資訊的並行性、功能的並行性、集成性、協(xié)同性、科學(xué)性它強調(diào)的因素：加速產(chǎn)品開發(fā)週期、提高品質(zhì)、降低成本、提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)物理—事理—人理（WSR）系統(tǒng)方法論自然科學(xué)是關(guān)於物理的科學(xué)；運籌學(xué)是關(guān)於事理的科學(xué)（許國志），實際還包括管理科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)，事理就是做事的道理；處理好人的關(guān)係這是人理學(xué)，就是人文科學(xué)、行為科學(xué)，人理就是做人的道理。把這三者結(jié)合起來“WSR系統(tǒng)方法論”。

WSR系統(tǒng)方法論是具有東方文化傳統(tǒng)的系統(tǒng)方法論，得到國際同行的認(rèn)同。WSR系統(tǒng)方法論由朱志昌與顧基發(fā)共同提出。WSR系統(tǒng)方法論在處理複雜問題時，既要考慮對象的物的方面(物理)，又要考慮如何更好使用這些物的事的方面(事理)，還要考慮由於認(rèn)識問題、處理問題、實施管理與決策都離不開的人的方面(人理)。把這三方面結(jié)合起來，利用人的理性思維的定性、連續(xù)、多層次、階序性以及形象思維的綜合、靈活和創(chuàng)意性，去組織實踐活動，以產(chǎn)生最大的效益和效率.126要素物理事理人理道理對象著重點原則需要的知識物質(zhì)世界、法則、規(guī)則的理論客觀物質(zhì)世界是什麼？功能分析誠實，真理，盡可能正確自然科學(xué)管理和做事的理論組織、系統(tǒng)怎樣做？邏輯分析協(xié)調(diào)，有效，盡可能平滑管理科學(xué)，系統(tǒng)科學(xué)人、紀(jì)律、規(guī)範(fàn)的理論人、群體、人際關(guān)系、智慧應(yīng)當(dāng)怎樣做？人文分析人性，有效果，盡可能靈活人文知識，行為科學(xué)WSR系統(tǒng)方法論內(nèi)容WSR系統(tǒng)方法論WSR系統(tǒng)方法論的基本內(nèi)容和主要步驟：

1、理解領(lǐng)導(dǎo)意圖；

2、調(diào)查分析；

3、形成目標(biāo)；

4、建立模型；

5、協(xié)調(diào)關(guān)係；

6、提出建議。3.1控制理論基礎(chǔ)3.1.1控制系統(tǒng)的描述：外部,內(nèi)部;

能控性,能觀性,魯棒性.3.1.2系統(tǒng)最優(yōu)控制:

容許控制,系統(tǒng)約束,性能指標(biāo),

極大值原理3.1.3大系統(tǒng)理論控制論創(chuàng)始人：維納（N.Wiener，1894-1964）美國數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。其於1948年出版的《控制論》（CYBERNETICS)一書標(biāo)誌了控制論的誕生?？刂普摰幕靖拍睿嚎刂啤鶕?jù)系統(tǒng)內(nèi)外部條件對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，以克服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使系統(tǒng)保持或達(dá)到某種特定的穩(wěn)定狀態(tài)，或使系統(tǒng)按照某種規(guī)律變化的過程。控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)：一般由施控者、傳遞者和受控者三部分組成。目的：控制系統(tǒng)的行為，達(dá)到既定的目標(biāo)。行為：在外界環(huán)境作用下系統(tǒng)作出的反應(yīng)?；仞仯嚎刂葡到y(tǒng)將輸入的資訊作用於受控對象後所產(chǎn)生的結(jié)果再一次送到輸入端，並對資訊的再輸出發(fā)生影響的過程?；仞伔N類：正回饋負(fù)回饋

大系統(tǒng)理論

大系統(tǒng)一般是指規(guī)模龐大（維數(shù)很高）、結(jié)構(gòu)複雜（多層次、多關(guān)聯(lián)）、目標(biāo)眾多（目標(biāo)間往往有衝突）、時標(biāo)各異（同一系統(tǒng)中有多個時標(biāo)）、位置分散，並常常具有隨機性和不確定性的複雜系統(tǒng)，廣泛存在於社會、政治、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境、工業(yè)等許多領(lǐng)域中。大系統(tǒng)的主要特徵之一體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)複雜上。大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取決於組成大系統(tǒng)的子系統(tǒng)集合和各子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，並決定了大系統(tǒng)的功能，不同結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生不同的總體功能。由於大系統(tǒng)的對象分散，變數(shù)數(shù)目眾多，關(guān)聯(lián)複雜，往往不宜採用集中式結(jié)構(gòu)，而多為遞階結(jié)構(gòu)和分散結(jié)構(gòu)。

大系統(tǒng)理論研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，穩(wěn)定性，最優(yōu)化，建立模型的模型簡化等問題稱為大系統(tǒng)理論。3.2資訊理論基礎(chǔ)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會進步，越來越多的事實證明，系統(tǒng)元素之間、子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)繫和作用，系統(tǒng)與環(huán)境的相互聯(lián)繫和作用，都要通過交換、加工、利用資訊來實現(xiàn)，系統(tǒng)的演化行為也需要從資訊觀點來理解。因此，資訊是系統(tǒng)工程的基本概念之一。兩個基本問題：什麼是資訊和如何度量資訊。資訊理論基礎(chǔ)創(chuàng)始人：申農(nóng)(C.E.Shannon)（1916-2001）美國科學(xué)家。1948年申農(nóng)的“通訊的數(shù)學(xué)理論”（ThemathematicalTheoryofcommunication)，長達(dá)數(shù)十頁的論文，成了資訊理論正式誕生的里程碑?；仡?0世紀(jì)的資訊革命風(fēng)暴，把資訊理論的創(chuàng)始人稱為偉大的科學(xué)家並不為過。確實，他對人類貢獻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般的諾貝爾獲獎?wù)?。資訊理論基礎(chǔ)美國數(shù)學(xué)家申農(nóng)（C.E.Shannon）和維納以資訊為主要研究對象，以資訊的運動規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究內(nèi)容，以電腦、光導(dǎo)纖維等為主要研究工具，以擴展人類的資訊功能為主要研究目標(biāo)。資訊理論基礎(chǔ)資訊——具有新內(nèi)容或新知識的消息資訊是對事物存在方式、運動狀態(tài)、相互聯(lián)繫的特徵的一種表達(dá)和陳述。表現(xiàn)為文字、圖象、圖形、語言、聲音等形式。

資訊理論基礎(chǔ)信號最具體，它是一物理量，可測量、可顯示、可描述，同時它又是載荷資訊的實體-----資訊的物理層表達(dá)消息是具體的、非物理的，可描述為語言文字、符號、數(shù)據(jù)、圖片，能夠被感覺到，同時它也是資訊的載荷體。是資訊理論中主要描述形式-----資訊的數(shù)學(xué)層表達(dá)資訊是抽象的、非物理的，是哲學(xué)層表達(dá)。資訊理論基礎(chǔ)資訊理論的創(chuàng)立者香農(nóng)將資訊定義為“兩次不確定性之差”，即“不確定性的減少”。從通信角度看，資訊是數(shù)據(jù)、信號等構(gòu)成的消息所載有的內(nèi)容。消息是資訊的“外殼”，資訊是消息的“內(nèi)核”。從應(yīng)用角度講，資訊是指能為人們所認(rèn)識和利用的、但事先又不知道的消息、情況等，也就是說，資訊對於收信者應(yīng)該是有用的和未知的。資訊理論基礎(chǔ)以通信為例，凡通信過程至少涉及資訊發(fā)送者（稱為信源）和資訊接收者（稱為信宿），通信是信源和信宿之間的一種特定聯(lián)繫。信宿需要瞭解信源發(fā)出的資訊的內(nèi)容，但在得到資訊前該內(nèi)容是不知道的，或稱信宿對資訊內(nèi)容的“猜測”是具有不確定性的。一旦信宿收到了信源發(fā)來的資訊就消除了這種不確定性，所以通信系統(tǒng)中傳送的正是這種能夠消除不確定性的資訊，從而增加了系統(tǒng)的確定性。然而，實際的通信過程可能完全消除了不確定性，也可能只是部分消除了不確定性，甚至完全沒有消除不確定性，這取決於資訊量的大小。因此將資訊定義為不確定性的減少是完全合理的。3.3系統(tǒng)最優(yōu)化理論系統(tǒng)工程，其核心目標(biāo)之一是使系統(tǒng)運行在最優(yōu)狀態(tài)，因此，系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)是其最重要的理論支撐。系統(tǒng)最優(yōu)化理論系統(tǒng)優(yōu)化理論主要包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃等內(nèi)容，如果考慮到最優(yōu)化技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域中的拓展，還應(yīng)包括排隊論、對策論、決策論等，這些都屬於運籌學(xué)的研究範(fàn)疇。本書僅介紹與系統(tǒng)工程有關(guān)的系統(tǒng)最優(yōu)化理論包括：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃3.3.1線性規(guī)劃線性規(guī)劃上世紀(jì)30年代出現(xiàn)，40年代丹茲格提出單純形法。線性規(guī)劃主要研究的問題有兩類：1．在給定數(shù)量的的人力、物力等資源下，如何科學(xué)地運用這些資源，以獲得最大效益（去完成最大的任務(wù)），或在一定的條件下，尋求最優(yōu)化的設(shè)計；2．在給定任務(wù)的情況下，如何統(tǒng)籌安排，使用最小量的資源去完成這項任務(wù)。線性規(guī)劃問題：求一組變數(shù)，使之滿足線性約束條件，且具有線性的目標(biāo)函數(shù)取最大（或最?。┲档囊活愖顑?yōu)化問題。線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型一般形式目標(biāo)函數(shù)：滿足約束條件:

例3-3-1(生產(chǎn)計畫問題)

某工廠有三種原料B1、B2和B3，儲量分別為170千克、100千克和150千克?，F(xiàn)用此三種原料生產(chǎn)兩種產(chǎn)品A1和A2。已知每生產(chǎn)1千克A1需要原料5千克B1、2千克B2和1千克B3。每生產(chǎn)1千克A2需要原料2千克B1、3千克B2和5千克B3。又知每千克A1產(chǎn)品利潤為10元，每千克A2產(chǎn)品利潤為18元。問在工廠現(xiàn)有資源條件下，應(yīng)如何安排生產(chǎn)，才使工廠獲得最大利潤。B1(kg)B2(kg)B3(kg)利潤(元)A152110A223518總量170100150解：設(shè)安排生產(chǎn)A1、A2產(chǎn)品的產(chǎn)量分別為和，則根據(jù)題意，數(shù)學(xué)模型為

s.t.求解方法：1.圖解法

2.單純形法例3-3-2運輸問題（產(chǎn)銷平衡）從兩個倉庫（發(fā)點）運送庫存原棉到三個紡織廠（收點），兩倉庫的庫存量、三個紡織廠的需求量、每噸原棉從個倉庫運到工廠的所需運費如下表：問：在保證各個紡織廠的需求都得到滿足的條件下，應(yīng)採用哪一種運送原棉的方案使得運費最少？工廠1工廠2工廠3庫存量（噸）倉庫121350倉庫222430需求量(噸)40152580s.t.求解方法：

1.表上作業(yè)法

2.單純形法線性規(guī)劃模型三個基本要素：決策變數(shù)目標(biāo)函數(shù)約束條件線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)形：s.t.Maxz=c1x1+c2x2+…

+cnxn

Maxz=cTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)形描述：目標(biāo)函數(shù)求最大決策變數(shù)均非負(fù)約束條件為等式右端常數(shù)項非負(fù)線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)形的轉(zhuǎn)化方法：

1）若約束條件不是等式，則加鬆弛變數(shù)（≤）或減剩餘變數(shù)（≥）；

2）若目標(biāo)函數(shù)求最小，則對應(yīng)目標(biāo)函數(shù)反號後求最大；3）若有的條件的右端常數(shù)為負(fù)，則將該條件的兩邊同乘以-1；

4）若某變數(shù)沒有非負(fù)約束，則可引入兩非負(fù)變數(shù)，將該變數(shù)表示成兩非負(fù)變數(shù)之差。

5)若某變數(shù)為負(fù)，引入新變數(shù)等於該變數(shù)的反號.例

將下列線性規(guī)劃模型化為標(biāo)準(zhǔn)形s.t.相關(guān)的概念

相關(guān)的概念

圖解法求解主要講解圖解法（對兩個決策變數(shù)有效）；和單純形法（決策變數(shù)個數(shù)不限）。用圖解法求解線性規(guī)劃問題時不必將線性規(guī)劃模型化為標(biāo)準(zhǔn)形式，其求解過程一般經(jīng)歷以下幾步：以兩個決策變數(shù)為軸在平面上建立直角坐標(biāo)系；圖示由線性等式和不等式構(gòu)成的約束條件，標(biāo)出可行域；圖示並移動目標(biāo)函數(shù)，尋找最優(yōu)解。圖解法求解圖解法求解圖解法求解練習(xí):用圖解法解線性規(guī)劃問題min z=-x1-3x2 s.t. x1+x2≤6 -x1+2x2≤8 x1≥0,x2≥0可行域目標(biāo)函數(shù)等值線最優(yōu)解64-860x1x2線性規(guī)劃模型及單純形法矩陣形式：線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式：

MaxcTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm

Am

n

矩陣線性規(guī)劃模型及單純形法線性規(guī)劃的規(guī)範(fàn)形式：

MaxcTx(P)s.t.Ax≤b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm

Am

n

矩陣線性規(guī)劃模型及單純形法

線性規(guī)劃模型及單純形法定理3-3-4考慮(LP),條件同上，設(shè)x*為極點,存在分解A=[B,N]，其中B為m階非奇異矩陣，使xT=[xBT,xNT],

這裏xB=B-1b≥0,xN=0，相應(yīng)cT=[cBT,cNT]。那麼，

1）若

cNT-cBT

B-1N≤0,則

x*--opt.2）若

cj-cBT

B-1pj>0,且B-1pj≤0,則(LP)無有界解.線性規(guī)劃的單純形法表格單純形法1、原理及演算法過程

MaxcTx(LP)s.t.Ax=b

x≥0其中,

c,x

Rn

b

Rm