系統(tǒng)工程教案

目錄

第1章系統(tǒng)的概念及特點...........................................2

§1.1系統(tǒng)的概念...................................................2

§1.2系統(tǒng)的特性...................................................6

第2章系統(tǒng)理論....................................................10

§2.1一般系統(tǒng)論..................................................10

§2.2控制論.......................................................11

§2.3信息論.......................................................14

第3章系統(tǒng)工程概述...............................................17

§3.1系統(tǒng)工程的基本概念........................................17

§3.2系統(tǒng)工程方法論............................................20

第4章系統(tǒng)分析與系統(tǒng)模型.......................................26

§4.1系統(tǒng)分析的概念、原則和步驟..............................26

§4.2系統(tǒng)分析的方法............................................27

§4.3系統(tǒng)模型....................................................28

§4.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ).......................................34

§4.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的建立.......................................45

第5章系統(tǒng)預(yù)測...................................................52

§5.1系統(tǒng)預(yù)測概述................................................52

§5.2德爾菲法（Delphi）......................................................57

§5.3定量預(yù)測方法...............................................59

§5.3.1簡單算術(shù)平均法...........................................59

§5.3.2時間序列預(yù)測.............................................61

§5.3.3平滑預(yù)測..................................................61

§5.4回歸分析預(yù)測法............................................64

§5.4.1線性回歸模型.............................................64

§5.4.2非線性回歸法.............................................69

第6章網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃...................................................72

§6.1網(wǎng)絡(luò)圖（賦權(quán)圖）...........................................72

§6.2繪制網(wǎng)絡(luò)圖的基本規(guī)則.....................................73

§6.3繪制網(wǎng)絡(luò)圖的步驟..........................................74

§6.4結(jié)點的時間參數(shù)與計算.....................................77

§6.5作業(yè)的時間參數(shù)............................................77

第7章系統(tǒng)評價...................................................83

§7.1.1系統(tǒng)評價的概念、目的....................................83

§7.1.2評價的內(nèi)容及分類........................................84

§7.1.3系統(tǒng)評價的步驟...........................................85

§7.4模糊評價法.................................................91

§7.5、層次分析法（AHP）......................................97

第8章系統(tǒng)決策..................................................109

§8.1決策概述...................................................109

§8.2風險型決策方法...........................................116

§8.3不確定型決策..............................................124

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課程名稱系統(tǒng)工程計劃學時2

授課章節(jié)第1章系統(tǒng)的概念及特點

教學目的和要求：

在本講中，使學生了解系統(tǒng)的概念和系統(tǒng)一些相關(guān)的概念

教學基本內(nèi)容：

1.系統(tǒng)的概念

2.系統(tǒng)的要素

3.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4.系統(tǒng)的功能

教學重點和難點：

系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)的整體特性

授課方式、方法和手段：

板書為主，同時加以作業(yè)和答疑

作業(yè)與思考題：

1.系統(tǒng)的概念

2.系統(tǒng)的整體特性

3.舉例說明你所熟悉的一個系統(tǒng)

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第1章系統(tǒng)的概念及特點

§1.1系統(tǒng)的概念

在自然界和人類社會中，可以說任何事物都是以系統(tǒng)的形式存

在的，每個所要研究的問題對象都可以被看成是一個系統(tǒng)。人們認識

事物和改造客觀事物，要用綜合分析的思維方式看待事物，根據(jù)事物

內(nèi)在的、本質(zhì)的、必然的聯(lián)系，從整體的角度進行分析和研究，這類

事物就被看成為一個系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)思想的形成及演變

1.古代樸素的系統(tǒng)思想

人類在與自然界作斗爭的過程中，靠自己的聰明才智逐步地認

識、掌握自然界發(fā)展和變化的規(guī)律，并不斷地向大自然索取所需要的

衣、食、住、行等物品。然而人類在改造自然界的同時也在改造自

己o他們從失敗中吸取教訓，在成功中總結(jié)經(jīng)驗，使自己的頭腦更加

聰明，并增強了認識世界和改造世界的能力。于是便逐步形成了一套

科學的方法。

a）古代天文學家在發(fā)展原始農(nóng)牧業(yè)的勞動中就是開始關(guān)心天象

的變化，把宇宙作為一個超系統(tǒng)，探討了宇宙的結(jié)構(gòu)、變化和發(fā)

展，揭示了天體運行與季節(jié)變化的聯(lián)系，編制出歷法和指導農(nóng)事

活動的二十四節(jié)氣。

b）中國人做事善于從天時、地利、人和中進行整體分析，主張

“大一統(tǒng)”“和為貴”。中醫(yī)看病講究形、氣、色。人們吃飯講

究色、香、味、鮮為一體。

c）軍事方面，公元前6世紀，中國古代著名的軍事家孫武，在

他的《孫子兵法》中，闡明了不少樸素的系統(tǒng)思想和運籌方法。

《孫子兵法》共十三篇，講究打仗要把道義、天時、地利、將

才、法制等五個要素綜合起來考慮。

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d）在古代的建筑上，都江堰最具有代表性和系統(tǒng)性。都江堰于

公元前256年由蜀郡太守李冰父子組織建造。都江堰工程包括魚

嘴（岷江分流）、飛沙堰（分洪排沙）和寶瓶口（引水）等三大

設(shè)施組成。整個工程體現(xiàn)了總體目標最優(yōu)化、選址最優(yōu)和自動分

級排沙、利用地形自動調(diào)節(jié)水量、就地取材及經(jīng)濟方便等特點。

2.科學系統(tǒng)思想的形成

a）古代樸素的系統(tǒng)思想具有“只見森林”和比較抽象的觀點。

b）15世紀下半葉以后，力學、天文學、物理學、化學、生物學

等相繼從哲學的統(tǒng)一體中分離出來，形成了自然科學。這時的

系統(tǒng)思想具有“只見樹木”和具體化的特點。

c）到了19世紀自然科學得到了巨大發(fā)展，能量轉(zhuǎn)化、細胞學

說、進化論三大發(fā)現(xiàn)，使人類對自然過程相互聯(lián)系的認識有了

質(zhì)的飛躍，為辨證唯物注意的科學系統(tǒng)觀奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。這

個階段的系統(tǒng)思想具有“先見森林，后見樹木”的特點。

總之，系統(tǒng)思想在辯證唯物注意那里取得了哲學的表達形式，在

運籌學和其他學科中取得了定量的表達方式，并在系統(tǒng)工程應(yīng)用

中不斷充實自己實踐的內(nèi)容，系統(tǒng)的思想方法從一種哲學思維逐

步形成為專門的科學一一系統(tǒng)科學。

二、系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)的概念來源于人類的長期社會實踐。早在1886年，恩格斯

就曾在《路德維希?費爾巴哈和德國古典哲學的終結(jié)》一文中指出：

“一個偉大的基本思想，既認為世界不是一成不變的事物的集合體，

而是過程的集合體?！倍鞲袼顾v的“集合體”就是我們現(xiàn)在講的

“系統(tǒng)”及其特征，而他所強調(diào)的“過程”就是系統(tǒng)中各個組成部分

的相互作用和整體的發(fā)展變化。因此，系統(tǒng)思想是辯證唯物注意的重

要組成內(nèi)容。

韋氏大辭典中的定義是：“系統(tǒng)是有組織和被組織化了的整體；

結(jié)合著的整體所形成的各種概念和原理的綜合；由有規(guī)則的相互作

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用、相互依賴的形式組成的諸要素集合等。

美國的生物學家貝塔郎菲，他是這樣認為系統(tǒng)的，“系統(tǒng)是相互

作用的諸要素的綜合體。”

系統(tǒng)的定義："系統(tǒng)是由兩個以上有機聯(lián)系、相互作用的要素所

組成，具有特定的功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的整體。

1.系統(tǒng)及其要素。系統(tǒng)是由兩個以上要素組成的整體，構(gòu)成這個

整體的各個要素可以是單個事物（要素），也可以是一群事物組

成的分系統(tǒng)、子系統(tǒng)等。系統(tǒng)與要素是一組相對的概念，取決于

所研究的具體對象及其范圍。

2.系統(tǒng)和環(huán)境。任一系統(tǒng)又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部

分，并與相互作用，保持較為密切的輸入輸出關(guān)系。系統(tǒng)連同其

環(huán)境一起形成系統(tǒng)總體。系統(tǒng)與環(huán)境也是兩個相對的概念。

3.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在構(gòu)成系統(tǒng)的諸要素之間存在著一定的有機聯(lián)系，

這樣在系統(tǒng)的內(nèi)部形成一定的結(jié)構(gòu)和秩序。結(jié)構(gòu)即組成系統(tǒng)的諸

要素之間相互關(guān)聯(lián)的方式。

4.系統(tǒng)的功能。任何系統(tǒng)都應(yīng)有其存在的作用與價值，在其運作的

具體目的，也即都有其特定的功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)輸入

系統(tǒng)輸出

系統(tǒng)周界

SI.S2、S3、S4---系統(tǒng)部件

圖17系統(tǒng)的基本概念圖

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例如，汽車是一個系統(tǒng)。它是由輪胎、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、車體

等相互聯(lián)系和彼此影響的部件組成的一個整體。這些部件組成在一起

可以去完成交通運輸?shù)奶囟üδ堋?/p>

又如某個城市是一個系統(tǒng)。它是由交通系統(tǒng)、資源系統(tǒng)、商業(yè)系

統(tǒng)、市政系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)等相互作用著的部件組合而成的一個整體，

通過系統(tǒng)的各個部件相互協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)去完成城市生活和發(fā)展的特定目

標。它與農(nóng)村以及其它城市存在著界限，通過邊界在物質(zhì)、信息、人

員等方面進行交流。

三、系統(tǒng)的分類

1.按形成的原因劃分

a）自然系統(tǒng)。是由自然物（礦物、植物、動物、海洋等）形成的系

統(tǒng)，它的特點是自然形成的。例：生態(tài)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)等

b）人造系統(tǒng)。是為了達到人類所需要的目的而由人類設(shè)計和建造的

系統(tǒng)。例如工廠系統(tǒng)等。人造系統(tǒng)都存在于自然界之中，同時人

造系統(tǒng)與自然系統(tǒng)之間存在著重要的聯(lián)系。特別是一些人為改造

的自然系統(tǒng)關(guān)系就更為密切?？梢哉f，我們生活的世界就是由自

然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)組成的。

例：在埃及的尼羅河上建設(shè)的阿斯旺水庫是人造系統(tǒng)影響自然

系統(tǒng)的典型例子之一。當巨大的水壩建成之后，該人造系統(tǒng)對尼羅河

地區(qū)的自然系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響。雖然避免了尼羅河洪水泛濫，但

由于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化而使魚類遭受厄運，使水庫周圍大片土地

鹽堿化加重。所以說在解決重大問題時，要用系統(tǒng)觀點考慮人造系統(tǒng)

對自然系統(tǒng)帶來的影響，以便能更有效的解決問題。

2.按形態(tài)分

1.實體系統(tǒng)。是用一些實物和有形部件構(gòu)成的系統(tǒng)。例：機械系

統(tǒng)

2.概念系統(tǒng)。是用一些思想、規(guī)劃、政策等概念或符號來反映系

統(tǒng)的部件及其屬性組成系統(tǒng)。例：軟件系統(tǒng)

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3.按所處的狀態(tài)分

a）靜態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)的要素不隨時間的變化而變化的系統(tǒng)。例如江

河上的橋梁就代表一個靜態(tài)系統(tǒng)。

b）動態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)的要素隨時間的變化而變化的系統(tǒng)。例如學校

系統(tǒng)，這是由校舍、學生、教師、書以及各門課程等組成的有

活動性的動態(tài)系統(tǒng)。

4.按與環(huán)境的關(guān)系分

a）封閉系統(tǒng)。與環(huán)境很少發(fā)生物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng)。實

際上世界上根本不存在封閉系統(tǒng)。只是為研究方便，有時人為

地把一個系統(tǒng)當作封閉系統(tǒng)來處理。

b）開放系統(tǒng)。與環(huán)境經(jīng)常發(fā)生能量、物質(zhì)、信息交換的系統(tǒng)。一

旦系統(tǒng)與環(huán)境的聯(lián)系切斷，就會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影

響，而使系統(tǒng)遭到破壞。

§1.2系統(tǒng)的特性

一、整體性

整體性是系統(tǒng)最基本、最核心的特性，是系統(tǒng)性最集中的體現(xiàn)。

系統(tǒng)的整體性主要表現(xiàn)為系統(tǒng)的整體功能，系統(tǒng)的整體功能不是

各組成要素功能的簡單疊加，也不是由組成要素簡單地拼湊，而是呈

現(xiàn)出各組成要素所沒有的新功能，可概括地表達為“系統(tǒng)整體不等于

其組成部分之和”，而是“整體大于部分之和”，即

冗＞￡耳

/=1

式中：Fs為系統(tǒng)的整體功能；Fi為各要素的功能，i=l,2,…，n

系統(tǒng)是由各個相互聯(lián)系和彼此影響的部件結(jié)合而成的。系統(tǒng)是作

為一個統(tǒng)一的整體存在著的，各部件的獨立機能和相互關(guān)系只能統(tǒng)一

和協(xié)調(diào)于系統(tǒng)的整體之中。如果一個部件脫離開整體，即使這個不見

具有良好的功能，但絕不能具有整體所反映出來的功能。相反，如果

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有若干個部件，即使功能不很完善，但是通過系統(tǒng)整體的綜合統(tǒng)一，

很可能成為具有良好功能的系統(tǒng)。

二、相關(guān)性

系統(tǒng)內(nèi)部各部件之間存在著相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的關(guān)

系。它們通過特定的關(guān)系結(jié)合在一起，形成一個具有特定性能的系

統(tǒng)。

貝踏朗菲用一組獨立微分方程描述了系統(tǒng)的相關(guān)性，即

/~—-工（。|，。2，”.，。"）

4

<4

'華=力（2，。2,…Q）

式中：Ql,Q2,…，Qn分別為1,2,…，n個要素的特征；t為時

間；fl,f2,…，fn表示相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。

公式表明，系統(tǒng)任一要素隨時間的變化是系統(tǒng)所有要素的函數(shù)，

即任一要素的變化會引起其他要素的變化以至整個系統(tǒng)的變化。

三、目的性

系統(tǒng)活動本身都具有明確的目的。系統(tǒng)各部件就是為實現(xiàn)系統(tǒng)的

即定目標而協(xié)調(diào)于一個整體之中，并為此進行活動。系統(tǒng)活動的輸出

響應(yīng)就是系統(tǒng)目的性的反映。

由于復雜系統(tǒng)是具有多目標和多方案的，當組織規(guī)劃這個錯綜復

雜的大系統(tǒng)時，常采用圖解方式來描述目的與目的之間的相互關(guān)系，

這種圖解方式稱為目的樹。

從圖中可以看出，要達到目的1,必須完成目的2和目的3；要

達到目的2,必須完成目的4、目的5和目的6；依次類推。這可明

顯地看出在一個復雜系統(tǒng)內(nèi)所包括的各項目的，即從目的1到目的

17,層次鮮明，次序明確，相互影響，而又相互制約。通過圖解，可

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以對目的樹各個項目的目的進行分析、探討和磋商，統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)

四、環(huán)境適應(yīng)性

任何一個系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，都與外界環(huán)境進行著物

質(zhì)、能量和信息的交換。一個系統(tǒng)要能生存和具有活力，就必須適應(yīng)

外部環(huán)境的變化。例如，建國時期我國實行閉關(guān)鎖國政策，經(jīng)濟蕭

條，人民生活貧困。改革開放以后，使我國在經(jīng)濟、政治、文化等各

方面得到了發(fā)展，全國上下充滿了生機勃勃的形象。

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課程名稱系統(tǒng)工程計劃學時2

授課章節(jié)第2章系統(tǒng)理論

教學目的和要求：

在本講中，使學生了解系統(tǒng)的理論?！袄先摗焙汀靶氯摗薄?/p>

教學基本內(nèi)容：

1.一般系統(tǒng)論

2.控制論

3.信息論

4.新三論

教學重點和難點：

一般系統(tǒng)論

控制論

授課方式、方法和手段：

板書為主，同時加以作業(yè)和答疑。

作業(yè)與思考題：

1.簡述控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示

2.系統(tǒng)工程與系統(tǒng)科學的聯(lián)系和區(qū)別是什么？

3.信息概念的特點有哪些？

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第2章系統(tǒng)理論

一、現(xiàn)代系統(tǒng)科學體系

錢學森教授于1981年構(gòu)造設(shè)計出現(xiàn)代系統(tǒng)科學體系。

馬

克多項系統(tǒng)工程

系

思

統(tǒng)

主自動化技術(shù)

學

義

哲通信技術(shù)

學

哲學I基礎(chǔ)科學I技術(shù)科學I工程技術(shù)

系統(tǒng)科學體系

按錢學森教授的構(gòu)想，現(xiàn)代科學結(jié)束體系縱向可分為四個層次：

哲學、基礎(chǔ)科學、技術(shù)科學和工程技術(shù)。錢學森教授認為，在系統(tǒng)科

學中，直接與改造客觀世界的社會實踐相聯(lián)系的是一類新的工程學一

系統(tǒng)工程、自動化技術(shù)和通信技術(shù)，它們屬工程技術(shù)層次的科學，這

類工程技術(shù)的共同理論是一般系統(tǒng)論、控制論和信息論，它們屬技術(shù)

科學層次的科學。

二、系統(tǒng)理論

在系統(tǒng)科學中，構(gòu)成系統(tǒng)學的幾個基本理論是：一般系統(tǒng)理論、

運籌學、控制論、信息論、協(xié)同論、突變論和耗散結(jié)構(gòu)等。其中一般

系統(tǒng)理論、控制論和信息論稱為“老三論”；協(xié)同論、突變論和耗散

結(jié)構(gòu)稱為“新三論”。

§2.1一般系統(tǒng)論

一、歷史背景

1937年美籍奧地利生物學家馮.貝塔朗菲在對生物學的研究中發(fā)

現(xiàn)把生物分解的越多，反而會失去全貌，對生命的理解和認識反而越

來越少。因此就開始了理論生物學研究，創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論。1945

年《關(guān)于一般系統(tǒng)論》的發(fā)表，成為系統(tǒng)論形成的標志。

二、含義和宗旨

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一般系統(tǒng)論是貝塔朗菲創(chuàng)立的邏輯和數(shù)學領(lǐng)域的科學，其目的是

為了要建立適用于系統(tǒng)的一般原則。一般系統(tǒng)論起源于機體論，它是

一種與機械論相對立的生物學理論。

1.機械論的三個基本錯誤：

?簡單分解，簡單相加的原理

?機械觀點

?被動反應(yīng)觀點

2.馮.貝塔朗菲提出適用于系統(tǒng)的一般原則：

?整體性原則

就是一切有機體都是一個整體——系統(tǒng)

?相互關(guān)聯(lián)原則

就是系統(tǒng)各組成部分之間都是相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約、

相互作用的。

?有序性原則

就是一切有機體都是按嚴格的等級組織起來的

?動態(tài)原則

就是一切有機體本身都處于積極的運動狀態(tài)之中。

貝塔朗菲從理論生物學的角度總結(jié)了系統(tǒng)思想，運用類比、同構(gòu)

的方法建立起開放系統(tǒng)的一般系統(tǒng)論，提出生命現(xiàn)象的有組織性、有

目的性和有序性。如果我們把研究對象當作一個系統(tǒng)——有機整體，

就完全可以用貝塔朗菲的系統(tǒng)論。

§2.2控制論

一、控制論發(fā)展的歷史

1.第一階段：從20世紀40年代末到50年代，經(jīng)典控制理論時

期。

1948年維納《控制論》提出科學思想、系統(tǒng)思想。1954年錢學森

《工程控制論》工程實踐。

主要的研究對象是單因素控制系統(tǒng)，重點是反饋控制。只解決單

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輸入和單輸出系統(tǒng)的控制問題。

2.第二階段：60年代，現(xiàn)代控制理論時期

美國科學家卡爾曼（kalman）將量子力學內(nèi)容引入到控制論中。研

究對象是多輸入和多輸出系統(tǒng)的非線性控制系統(tǒng)。重點是研究最優(yōu)控

制。

3.第三階段：進入70年代以后，大系統(tǒng)理論控制時期

研究對象是因素眾多的大系統(tǒng)，重點是大系統(tǒng)多級遞階控制，借

助的工具是電子計算機聯(lián)機和智能機器，應(yīng)用領(lǐng)域主要為社會系統(tǒng)、

經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等。

二、控制系統(tǒng)分類

1.按控制任務(wù)分類

?定值控制

?程序控制

?隨動控制

?最優(yōu)控制

2.按控制方式

?簡單方式

需求控制方案實施

k指令受控對象

?補償控制

?反饋控制

?遞階控制

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總?cè)蝿?wù)

三、控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示

1.黑----灰----白箱法

控制論的創(chuàng)始人維納在《模型在科學中的作用》中認為，所有的

科學問題都是作為“閉盒”問題開始的。若干可選擇的結(jié)構(gòu)被密封在

“閉盒”中，研究它們的唯一途徑是利用閉盒的輸入和輸出。這里的

閉盒就是黑箱。

所謂黑箱方法，就是采用不打開系統(tǒng)的“活體”，僅從系統(tǒng)的整

體聯(lián)系出發(fā)，通過系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系來研究，去認識和把握系統(tǒng)

的功能特性，探索其結(jié)構(gòu)和機理的研究方法。

比如中醫(yī)看病，通過“望、聞、問、切”等外部觀測作出診斷，

開出處方。這種從人體輸入和輸出的“辯證施治”，就是把病體視為

黑箱。

白箱則指系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都是十分清楚的系統(tǒng)，如某種氧氣發(fā)生

器，其內(nèi)部的成分和反映機理都是十分清楚的。

灰箱的方法則指對系統(tǒng)有部分的認識，但不夠完全。

而對于人類來說，事物總是從黑箱到灰箱，最后變成白箱的過

程，這反映了人類認識的不同階段。所謂打開黑箱，在任何場合也只

是打開其中的某一層次。事物本質(zhì)的層次性，決定了事物的黑箱總是

一層套一層，永遠不會完結(jié)。黑箱永遠有，白箱永不白。這就是說，

在任何時候，人總得采用不打開黑箱的方法研究事物，解決問題。

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

2.功能模擬法

功能模擬法就是以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用模型模仿原型

的功能和行為的一種方法。

3.形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法

控制論的提出促使人們對系統(tǒng)采用形式化加以抽象，進行數(shù)量化

加以定量描述，并求系統(tǒng)的最優(yōu)化。

§2.3信息論

一、歷史和意義

十九世紀人們開始研究信息

1948年美國數(shù)學家申農(nóng)(C.E.Shannon)發(fā)表了《通信的數(shù)學理

論》正式提出了信息論。

二、信息的概念

“情報”

“知識”

“消息”是信息的載體

“信號”

Hartly：是在通信符號中選擇符號的具體方式

維納：信息不是物質(zhì)也不是能量，在信息與物質(zhì)、能量之間劃了

一條界限；信息是控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)活動時，與外界相互作用、相互

交換的內(nèi)容；信息是系統(tǒng)的組織性的量度。

申農(nóng)：信息是事物運動轉(zhuǎn)臺存在方式的不確定性的描述。

信息=通信前的不確定性-通信后的不確定性。

通信問題的模型

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

三、信息的度量

令P記可能消息A發(fā)生的概率

I記可能消息攜帶信息量

?特征P小I大，P大I小

I=f(P)

?可加性

I(AB)=I(A)+I(B)

?定義單個可能消息的信息量為

I=-log2p=log,—比特(bit)

P

四、信息端

設(shè)有一個實驗A(隨機事件)有n個可能結(jié)局的事件：

x1,x2,…,xn,每個事件出現(xiàn)的概率分別是p1,p2,...,pn且滿足下列條件

0<<1

EA=1

1=1

定義”=P,iog2Pi信息端公式

i=T

端是系統(tǒng)紊亂程度的表征，系統(tǒng)越“亂”，焙就越大；系統(tǒng)越有

序，燧就越小。信息是表示系統(tǒng)不確定性的減少。一個系統(tǒng)不確定性

越大，則系統(tǒng)越無序；不確定性消除了，系統(tǒng)也就穩(wěn)定了。一個系統(tǒng)

所獲信息量越大，系統(tǒng)就越有序，爆就越小。反之，所獲信息量越

小，系統(tǒng)越無序，端就越大。

由此可知，信息與端是互補的。它們的這種互補關(guān)系，表現(xiàn)在計

算公式上僅差一個負號。它表明負烯與端描述的是同一事物的兩個相

反方向。正象有些科學家指出的那樣，“端的獲得永遠意味著信息的

丟失，而不是別的?！?/p>

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

河而科栽大號教案首頁

課程名稱系統(tǒng)工程計劃學時2

授課章節(jié)第3章系統(tǒng)工程方法論

教學目的和要求：

在本講中，使學生了解系統(tǒng)工程的概念和特點。掌握系統(tǒng)工程的

方法論——霍爾三維結(jié)構(gòu)法。

教學基本內(nèi)容：

1.系統(tǒng)工程的概念

2.系統(tǒng)工程的特點

3.霍爾三維結(jié)構(gòu)法

教學重點和難點：

系統(tǒng)工程的特點

霍爾三維結(jié)構(gòu)法

授課方式、方法和手段：

板書為主，同時加以作業(yè)和答疑

作業(yè)與思考題：

1.系統(tǒng)工程的概念

2.系統(tǒng)工程的特點

3.畫出霍爾三維結(jié)構(gòu)法的簡圖

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

第3章系統(tǒng)工程概述

現(xiàn)代科學技術(shù)為系統(tǒng)思想的定量化創(chuàng)造了條件，它為系統(tǒng)思想

的定量化提供了數(shù)學理論和強有利的計算工具一一電子計算機，并推

動了系統(tǒng)科學的發(fā)展。到20世紀60年代，系統(tǒng)思想的定量化已發(fā)展

成既有理論指導，又有科學方法和實踐內(nèi)容的新的工程技術(shù)學科一一

系統(tǒng)工程(SystemsEngineering)。SE

§3.1系統(tǒng)工程的基本概念

一、系統(tǒng)工程的定義

系統(tǒng)工程作為一門學科問世以來，僅僅50多年的時間，在各行

各業(yè)、各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，收到了良好的效果，同時系統(tǒng)

工程的實踐也促進了本學科的繼續(xù)發(fā)展與完善。到目前為止，關(guān)于系

統(tǒng)工程的定義國內(nèi)外學者觀點齊說不一。

?錢學森："系統(tǒng)工程是組織和管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、

制造、試驗和使用的科學方法，是一種針對所有系統(tǒng)具有普遍

意義的可行方法?！薄跋到y(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)?！?/p>

?中國大百科全書：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)，合理地開發(fā)、設(shè)

計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術(shù)。”

?日本的JIS：“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目的，對系統(tǒng)

的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機構(gòu)等進行分析與設(shè)

計的技術(shù)?！?/p>

綜上所述，系統(tǒng)工程是從總體出發(fā)，合理開發(fā)、運行和革新一個

大規(guī)模復雜系統(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)。

它是按照問題導向的原則，根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，按自然科學、

社會科學、數(shù)學、管理學、工程技術(shù)等領(lǐng)域的相關(guān)思想、理論、方法

等有機地綜合起來，應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的基本方法，采

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

用現(xiàn)代信息技術(shù)等技術(shù)手段，對系統(tǒng)的功能培植、構(gòu)成要素、組織結(jié)

構(gòu)、環(huán)境影響、信息交換、反饋控制、行為特點等進行系統(tǒng)分析，最

終達到使系統(tǒng)合理開發(fā)、科學管理、持續(xù)改進、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

二、系統(tǒng)工程的特點

a）研究對象廣泛

系統(tǒng)工程不同于一般的工程技術(shù)學科。一般工程技術(shù)學科，如水

利工程、機械工程等都與形成實物的實體的對象有關(guān)，國外稱這類工

程為“硬”工程，而系統(tǒng)工程的研究對象除了這類“硬”工程之外，

還包括這種工程的組織與經(jīng)營管理一類，國外被稱之為“軟”科學的

各種內(nèi)容。

b）一門跨學科的邊緣學科（交叉學科）

系統(tǒng)工程涉及各種學科，各個領(lǐng)域的各種內(nèi)容。把一個工程項目

作為系統(tǒng)來處理，必須涉及其他工程技術(shù)的內(nèi)容。如果我們把一般工

程學科作為一條代表專業(yè)的縱線，則系統(tǒng)工程是跨越各條縱線的一條

橫線。它通過橫向的綜合，提出解決問題的方法和步驟，因此它是跨

越不同學科的綜合性科學。

如建筑工程是專業(yè)技術(shù)工程學科，它主要研究建筑、設(shè)計和施工

技術(shù)。而建筑系統(tǒng)工程則市綜合社會、經(jīng)濟、生態(tài)及其他工程技術(shù)系

統(tǒng)等進行城市的規(guī)劃、設(shè)計與管理、建筑物的設(shè)計、施工組織等問

題，開展以規(guī)劃、設(shè)計、施工及管理為主線，以社會學、經(jīng)濟學、生

態(tài)經(jīng)濟學、美學、工業(yè)工程學、電子學等為基礎(chǔ)的

c）采用定量分析、定性分析相結(jié)合的方法

馬克思曾明確指出，一種科學，只有當他成功地應(yīng)用了數(shù)學的時

候，才能達到完善的地步。數(shù)學方法已成為解決系統(tǒng)工程問題的主要

方法。在定性分析的基礎(chǔ)上進行定量分析，定量分析必須以定性分析

為前提。只進行定性分析，不能準確地說明一個系統(tǒng)，只有進行了定

量分析之后，對系統(tǒng)的認識才能達到一定的深度，結(jié)論才能另人信

服。然而沒有定性分析做指導，定量分析就失去了依據(jù)，就會成為

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

“數(shù)學游戲”。因此，在處理問題時，一定要在定性分析的基礎(chǔ)上應(yīng)

用數(shù)學方法，建立模型，進行優(yōu)化，從而使系統(tǒng)達到最優(yōu)化的目的。

三、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史

?第一階段

1930年美國發(fā)展與研究廣播電視系統(tǒng)正式提出系統(tǒng)方法的概

念

1940年美國（Bell）貝爾電話公司開發(fā)微波通信系統(tǒng)正式使

用系統(tǒng)工程一詞

?第二階段

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

運籌學小組（MilitaryOperationalResearch）

20世紀40年代美國研制原子彈的“曼哈頓計劃”運用系統(tǒng)工

程，并推動了其發(fā)展。

1945年美國空軍建立研究與開發(fā)機構(gòu)（RAND）提出系統(tǒng)分析

概念。

?第三階段

40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(yīng)用、電子計算機的出現(xiàn)，為系統(tǒng)工程奠定了重要的科學基

礎(chǔ)。

?第四階段

1957年H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部《系統(tǒng)工程》著作系

統(tǒng)工程學科形成的標志

1958年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

是較早的系統(tǒng)工程技術(shù)

1965年美國自動控制學家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為

現(xiàn)代系統(tǒng)工程奠定了重要的數(shù)學基礎(chǔ)

1961年~1972年美國實施“阿波羅”登月計劃使用多種系統(tǒng)工

程方法，其成功地提高了系統(tǒng)工程的地位

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河南科技大學系統(tǒng)工程講義

?第五階段

1972年國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立系統(tǒng)工

程的應(yīng)用重點開始從工程領(lǐng)域進入到社會經(jīng)濟領(lǐng)域