第一章 系統(tǒng)工程概述課件

系統(tǒng)工程

哈爾濱工業(yè)大學管理學院張慶普

2024/10/291第一章系統(tǒng)工程概述教學目的和基本要求

通過該課程的學習使碩士生掌握系統(tǒng)工程理論、研究方法論、分析方法及其應用和前沿狀況等，為后續(xù)學習和研究工作打下基礎。教學方案設計

《系統(tǒng)工程》課教學計劃為28學時，碩士生學位課。先修課程為企業(yè)管理、運籌學和決策理論與方法等。根據(jù)大綱要求和研究生教學特點等，教學方案設計如下：2024/10/292第一章系統(tǒng)工程概述教學內容

第一章系統(tǒng)工程概述

系統(tǒng)工程的產生、發(fā)展及應用,系統(tǒng)的概念、結構、功能,系統(tǒng)工程的研究對象、概念與特點等。

第二章系統(tǒng)工程理論基礎

系統(tǒng)科學的學科體系,系統(tǒng)工程的理論基礎,系統(tǒng)自組織理論要點等。

第三章系統(tǒng)工程理論的新

復雜適應系統(tǒng)理論,復雜巨系統(tǒng)理論,綜合集成法、綜合集成研討廳體系等。2024/10/293第一章系統(tǒng)工程概述

第四章系統(tǒng)工程方法論

系統(tǒng)工程基本工作過程，硬系統(tǒng)方法論,軟系統(tǒng)方法論,系統(tǒng)分析原理及應用等。

第五章系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型概述,系統(tǒng)結構模型化技術,定量分析模型,系統(tǒng)工程模型技術的新進展等。

第六章系統(tǒng)評價方法系統(tǒng)評價原理、關聯(lián)矩陣法、層次分析法等。

系統(tǒng)工程專題和應用案例（穿插在各章）2024/10/294第一章系統(tǒng)工程概述教學主要參考書和相關文獻資料

(1).《系統(tǒng)工程》（第四版），高等教育規(guī)劃教材,汪應洛主編，機械工業(yè)出版社.(2).《系統(tǒng)科學》，許國志主編，上海科技教育出版社.(3).《系統(tǒng)工程引論》，孫東川主編，清華大學出版社.(4).《開放的復雜巨系統(tǒng)》，王壽云，于景元等著，浙江科學技術出版社.(5).相關中外文獻資料和案例.以課堂講授為主，采用啟發(fā)式教學、聯(lián)系實際并注重專題研討和案例分析，布置閱讀分析相關文獻等。2024/10/295第一章系統(tǒng)工程概述考核方式考試成績60分;平時考核和課程學習結束后提交研究報告40分?？己撕细裼?.5學分。建議：注重系統(tǒng)思考堅持問題導向采用系統(tǒng)化方法2024/10/296第一章系統(tǒng)工程概述要學一點系統(tǒng)工程

?時代特征及社會發(fā)展趨勢（復雜化、綜合化）

?經濟全球化（環(huán)境）

?動態(tài)市場帶來挑戰(zhàn)和機會（變化）

?社會加速信息化和知識化

?創(chuàng)新已成為時代的最強音（概念、途徑）

?科學發(fā)展觀引起普遍關注（系統(tǒng)發(fā)展觀）

?管理科學的發(fā)展與管理人才培養(yǎng)的“制高點”——系統(tǒng)化管理T型人才培養(yǎng)2024/10/297第一章系統(tǒng)工程概述第一章系統(tǒng)工程概述1.1系統(tǒng)工程的產生、發(fā)展及應用系統(tǒng)思想的產生與發(fā)展

社會實踐需要是系統(tǒng)工程（SystemsEngineering,SE）產生和發(fā)展的主要動因。SE雖形成于20世紀50年代，但系統(tǒng)思想及其初步實踐可以追溯到古代。系統(tǒng)思想最基本的涵義是關于事物的整體性觀念、相互聯(lián)系的觀念、演化發(fā)展的觀念。樸素的系統(tǒng)思想及其初步實踐古希臘哲學家德謨克利特(Democritus)曾提出“宇宙大系統(tǒng)”的概念，并最早使用“系統(tǒng)”一詞。2024/10/298第一章系統(tǒng)工程概述辯證法奠基人之一的赫拉克利特(Heracleitus)認為“世界是包括一切的整體”。亞里士多德(Aristotle)的名言歸結為“整體大于部分的總和”，系統(tǒng)論的基本原理之一。春秋末期的思想家老子曾闡明了自然界的統(tǒng)一性；西周時代出現(xiàn)了世界構成的“五行說”（金、木、水、火、土）。中國古代著名醫(yī)學典籍《內經》，包含著豐富的系統(tǒng)思想。它把自然界和人體看成由金、木、水、火、土五種要素相生相克、相互制約而形成的有秩序、有組織的整體。都江堰水利工程具代表性和系統(tǒng)性公元前256年由戰(zhàn)國時期秦國蜀郡太守李冰父子組織建造，至今仍發(fā)揮著重要作用。該工程由魚嘴（岷江分流）、飛沙堰（分洪排沙）和寶瓶口（引水）等三大主體工程巧2024/10/299第一章系統(tǒng)工程概述2024/10/2910第一章系統(tǒng)工程概述

妙組成，加上一系列灌溉渠道網(wǎng)，巧妙地結合，形成一個完整的系統(tǒng)，缺一不可。沒有漁嘴分水工程就不能把岷江水分為內江和外江，沒有寶瓶口的束水作用，就不會形成渦流，泥沙就過不了飛沙堰，寶瓶口就要淤塞，內江之水就無法流入川西大平原。都江堰這一整體發(fā)揮了三個孤立部分所發(fā)揮不了的作用，才能分導岷江急流，化害為利，灌溉了成都平原的500多萬畝良田。整個工程具有總體目標最優(yōu)化、選址最優(yōu)和自動分級排沙、利用地形并自動調節(jié)水量、就地取材及經濟方便等特點。宋真宗年間的皇宮修復(丁渭)工程

北宋年間，皇城開封失火，宮殿被毀。修復工程怎樣才能又快又好？大臣丁渭提出一套施工方案：2024/10/2911第一章系統(tǒng)工程概述

（1）挖溝取土燒磚首先把皇宮舊址前面原有的一條大街挖成溝渠，用挖溝的土燒磚，解決部分建筑材料問題；（2）引水入溝運料再把開封附近的水引入溝內，形成航道，從外地運輸砂石木料等；

（3）撤水清理填溝待皇宮修復后，把溝里的水排掉，用建筑垃圾、廢棄雜物填入溝中，恢復原來的大街。這一方案把皇宮修復全過程看成一個系統(tǒng)，劃分成許多并行的與交叉的作業(yè)子系統(tǒng)，蘊含了統(tǒng)籌法的原理。中國萬里長城和埃及金字塔的建造等

古代沒有提出一個明確的系統(tǒng)概念，但對客觀世界的系統(tǒng)性已有一定程度的認識和初步實踐。2024/10/2912第一章系統(tǒng)工程概述古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻。科學系統(tǒng)思想的形成

系統(tǒng)思想的發(fā)展經歷了三個階段，即：

“只見森林”階段—“只見樹木”階段—“先見森林，后見樹木”階段。

古代樸素的系統(tǒng)思想，其理論是想像的、帶有猜測性，對自然界整體性、統(tǒng)一性的認識不全面、不深刻，具有“先見森林”和比較抽象的特點。

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。2024/10/2913第一章系統(tǒng)工程概述

19世紀自然科學取得了巨大成就，尤其是能量轉化、細胞學說、進化論這三大發(fā)現(xiàn)，使人類對自然過程相互聯(lián)系的認識有了質的飛躍，為科學系統(tǒng)觀奠定了基礎。這個階段的系統(tǒng)思想具有“先見森林、后見樹木”的特點。(科學系統(tǒng)思想)

整體思想和普遍聯(lián)系思想是科學系統(tǒng)思想的核心與實質。(結合實際講解)系統(tǒng)理論的形成與發(fā)展2024/10/2914第一章系統(tǒng)工程概述從系統(tǒng)思想發(fā)展到（一般）系統(tǒng)論、控制論、信息論等系統(tǒng)理論，直到20世紀初、中葉才實現(xiàn)。系統(tǒng)論或狹義的一般系統(tǒng)論，是研究系統(tǒng)的模式、原則和規(guī)律，并對其功能進行數(shù)學描述的理論?？刂普撌茄芯扛黝愊到y(tǒng)的控制和調節(jié)的一般規(guī)律的綜合性理論，“信息”與“控制”等是其核心概念。信息論是研究信息的提取、變換、存儲和流通等特點和規(guī)律的理論。2024/10/2915第一章系統(tǒng)工程概述從20世紀60年代中、后期開始，國際上又出現(xiàn)了許多新的系統(tǒng)理論:耗散結構理論、協(xié)同學等自組織理論、復雜適應系統(tǒng)理論、復雜巨系統(tǒng)理論等,有關內容將在后面介紹。系統(tǒng)理論是SE的理論基礎,對SE產生了深刻影響;SE所取得的成果，又為系統(tǒng)理論的進一步發(fā)展提供了豐富的實踐材料。2024/10/2916第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程的發(fā)展概況1930年美國發(fā)展與研究廣播電視,正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念.1940年,美國實施彩電開發(fā)計劃,采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功.美國Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng),正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞.第二次世界大戰(zhàn)期間,英、美等國的反空襲等軍事行動產生軍事運籌學（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程.20世紀40年代,美國研制原子彈的“曼哈頓計劃” 運用SE，推動了其發(fā)展.2024/10/2917第一章系統(tǒng)工程概述1945年,美國空軍建立蘭德（RAND）公司,曾經提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強調了其重要性.20世紀40年代后斯到50年代初期,運籌學的廣泛運用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應用、電子計算機的出現(xiàn)，為系統(tǒng)工程奠定了重要的學科基礎和技術手段。1957年,美國學者H?Goode和R?E?Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作,系統(tǒng)工程學科形成的標志.2024/10/2918第一章系統(tǒng)工程概述1958年,美國研制北極星導彈潛艇,提出計劃評審技術(網(wǎng)絡優(yōu)化技術)(PERT)，這是較早的系統(tǒng)工程技術.1965年,R?E?Machol編著《系統(tǒng)工程手冊》,表明系統(tǒng)工程的實用化和規(guī)范化.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，其成功極大地提高了系統(tǒng)工程的地位.1972年,國際應用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)在維也納成立.2024/10/2919第一章系統(tǒng)工程概述

系統(tǒng)工程的應用重點開始從工程領域進入到社會經濟領域，并發(fā)展到了一個重要的新階段。20世紀80年代后,系統(tǒng)工程在國際上穩(wěn)定發(fā)展，在中國的研究與應用達到高潮.系統(tǒng)工程在中國的發(fā)展及應用上世紀50至60年代，我國的一些研究機構和著名學者為SE的研究與應用作了理論上的探討、應用上的償試和技術方法上的準備。其主要標志和集中代表是錢學森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國志的《運籌學》。

2024/10/2920第一章系統(tǒng)工程概述我國大規(guī)模地研究與應用SE是從70年代末開始的。1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發(fā)表題為“組織管理的技術—系統(tǒng)工程”的長篇文章。20世紀70年代末以來，應用SE理論和方法研究與解決中國的重大現(xiàn)實問題，在許多領域和方面取得了較好的效果，如：人口問題的定量研究及應用、全國和地區(qū)能源規(guī)劃、農業(yè)系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程等。1980年11月，中國系統(tǒng)工程學會在北京成立。2024/10/2921第一章系統(tǒng)工程概述在第一屆國際系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程會議（北京，1988年7月）上，國外學者對中國系統(tǒng)工程在工業(yè)、農業(yè)、軍事、人口、能源、社會經濟等領域的應用給予高度評價。在第四屆國際復雜性科學會議（北京，2003年7月）上，國外學者對中國系統(tǒng)科學在復雜性方面的研究給予了高度評價。20世紀90年代以來，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結合、與現(xiàn)代信息技術結合、與實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結合、與思維科學結合等方面已具有初步結果和強勁勢頭。2024/10/2922第一章系統(tǒng)工程概述1企業(yè)發(fā)展2轉型時期我國改革發(fā)展的重大現(xiàn)實問題3綜合配套改革、和諧社會建設、自主創(chuàng)新、資源能源問題、新農村建設、城鎮(zhèn)化、社會保障、應急管理等）4管理科學、經濟科學、工程科學各種前沿問題5落實科學發(fā)展觀6社會信息化變革7重大投資和大型項目管理8思維科學和生命科學2024/10/2923第一章系統(tǒng)工程概述SE的發(fā)展及應用出現(xiàn)了許多新特點：

系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，繼續(xù)朝著“巨系統(tǒng)”發(fā)展。各類專門SE形成自己的特色，如特有的方法論、模型體系及專用計算機軟件等。SE與計算機系統(tǒng)的結合將變得更加緊密。SE方法論有新的發(fā)展。著力于SE成果的有效實施。

(結合實際和例子講解)1.2

系統(tǒng)工程的研究對象SE研究對象主要是大規(guī)模復雜系統(tǒng)。該類系統(tǒng)的主要特點有：規(guī)模龐大、結構復雜、屬性及目標多樣、一般為人―2024/10/2924第一章系統(tǒng)工程概述

機系統(tǒng)、經濟性、組織化突出等。系統(tǒng)的概念及特點系統(tǒng)的定義國內外學者對系統(tǒng)的定義還沒有統(tǒng)一。在韋氏大詞典中，系統(tǒng)(System)被解釋為：“有組織的和被組織化了的整體；由有規(guī)則、相互作用、相互依賴的諸要素形成的集合等”。奧地利生物學家、一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人馮?貝塔朗菲把系統(tǒng)定義為：“相互作用的諸要素的綜合體”。2024/10/2925第一章系統(tǒng)工程概述錢學森認為：“系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的具有特定功能的有機整體，而且這個系統(tǒng)本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部分”。歸納表述為：“系統(tǒng)是由兩個以上有機聯(lián)系、相互作用和相互依賴的要素所組成，具有特定功能、結構和環(huán)境的有機整體，而且這個整體本身又是它所從屬的更大系統(tǒng)的組成部分”。2024/10/2926第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)的一般屬性

集合性、關聯(lián)性、層次性、整體性、涌現(xiàn)性、目的性、環(huán)境適應性等。(結合實例講解)大規(guī)模復雜系統(tǒng)的特點規(guī)模龐大、結構復雜、屬性及目標多樣、一般為人―機系統(tǒng)、經濟性、組織化突出等。(結合實例講解)2024/10/2927第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)的類型按成因劃分：自然系統(tǒng)、人造系統(tǒng)與復合系統(tǒng)按構成要素性質劃分：實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)按系統(tǒng)狀態(tài)與時間關系劃分：動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)按系統(tǒng)與環(huán)境的關系劃分：封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)主要明確SE研究什么樣的系統(tǒng)問題

(結合實際和例子講解)管理系統(tǒng)問題舉例

工業(yè)企業(yè)及其生產經營過程是一個由人、財、物、信息等基本要素構成的整體系統(tǒng)。

工業(yè)企業(yè)生產經營活動的系統(tǒng)過程如圖1一2所示。2024/10/2928第一章系統(tǒng)工程概述國家政策市場研究技術經濟預測競爭狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會需求生產可能生產組織與控制物、財、人、信息生產控制庫存控制質量控制成本控制資金回收產品銷售服務調查經營目標產品開發(fā)經營計劃生產技術準備技術文件勞動力勞動手段勞動對象環(huán)境分析經營決策與計劃投入轉換產出圖1—2工業(yè)企業(yè)生產經營活動系統(tǒng)過程示意圖2024/10/2929第一章系統(tǒng)工程概述1.3系統(tǒng)工程的概念與特點系統(tǒng)工程的概念國內外對系統(tǒng)工程概念的定義和表述:.美國防務系統(tǒng)的定義：“系統(tǒng)工程是為了達到所有系統(tǒng)要素的優(yōu)化平衡，控制整個系統(tǒng)研制工作的管理功能，把目標需求轉變?yōu)橐唤M系統(tǒng)參數(shù)的描述，并綜合這些參數(shù)以優(yōu)化整個系統(tǒng)效能的過程?！泵绹茖W技術辭典注釋：“系統(tǒng)工程是研究許多密切聯(lián)系的元素所組成的復雜系統(tǒng)設計的科學。在設計時，應有明確的預定功能和目標，并使得各個組成元素之間以及各元素與系統(tǒng)整體之間有機聯(lián)系，配合協(xié)調，從而使系統(tǒng)整體能夠達到最佳的目標。同時，還要考慮到參與系統(tǒng)中人的2024/10/2930第一章系統(tǒng)工程概述

因素和作用?！泵绹鴮W者切斯納(Chestnut)指出：“系統(tǒng)工程認為雖然每個系統(tǒng)都是由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關系，但是每一個系統(tǒng)都是完整的整體，每一個系統(tǒng)都要求有一個或若干個目標。系統(tǒng)工程則是按照各個目標進行權衡，全面求得最優(yōu)解（或滿意解）的方法，并使各組成部分能夠最大限度地互相適應?！比毡竟I(yè)標準(JIS)界定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息流動和控制機制等進行分析與設計的技術。”2024/10/2931第一章系統(tǒng)工程概述著名科學家錢學森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統(tǒng)具有普遍意義的科學方法”。“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術”。綜上所述，SE是從總體出發(fā)，合理開發(fā)、設計、組織、運行和革新一個大規(guī)模復雜系統(tǒng)所需思想、理論、程序、方法與技術的總稱。SE一門橫跨自然科學與社會科學的綜合性學科。2024/10/2932第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程：

1.一門綜合性交叉學科橫跨自然科學與社會科學，運用多種學科的成果

2.其目標是優(yōu)化

3.有廣義與狹義之分狹義：對系統(tǒng)的綜合、分析、模擬與最優(yōu)化廣義：為合理地進行系統(tǒng)的研制、設計、運用等所采用思想、程序、組織和方法等

4.一門特殊的工程學（1）研究對象的廣泛性：不限于某個領域（2）效益考核的綜合性：從整體最優(yōu)出發(fā)綜合考核

5.一門獨立學科：系統(tǒng)工程具有自己獨特的思想方法、理論基礎、程序體系和方法論2024/10/2933第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程是一門交叉學科任何系統(tǒng)都能成為SE的研究對象，不只限于物質系統(tǒng)，還包括自然系統(tǒng)、社會經濟系統(tǒng)、經濟管理系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)等。SE處理的對象主要是信息，并著重為決策服務，在自然科學與社會科學之間架設了一座溝通的橋梁?，F(xiàn)代數(shù)學和計算機技術等為SE提供了有效的定量方法、模型方法、模擬方法、優(yōu)化方法和技術手段。SE學是以大規(guī)模復雜系統(tǒng)問題為研究對象，在運籌學、系統(tǒng)理論、管理科學等學科基礎上相互滲透、交叉，逐步發(fā)展起來的一門交叉學科。2024/10/2934第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程方法的特點在分析解決現(xiàn)實復雜系統(tǒng)問題時，SE強調以下基本觀點：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點（前提）

(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調觀點（目的）

(3)多種方法綜合運用的觀點（手段）

(4)問題導向及反饋控制觀點（保障）2024/10/2935第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程方法的主要特點：

（1）SE一般采用先決定整體框架，后進入內部詳細設計的程序。（2）SE試圖通過將構成事物要素的程序加以適當配置來提高整體功能，其核心思想是“綜合即創(chuàng)造”。（3）SE以軟為主，軟硬結合，屬于“軟科學”：人（決策者、分析人員等）和信息的重要作用；多次反饋和反復協(xié)商；科學性與藝術性兼容等。2024/10/2936第一章系統(tǒng)工程概述

（4）一個系統(tǒng)，兩個最優(yōu)。指SE以系統(tǒng)為研究對象，全面地、綜合地考慮問題；研究系統(tǒng)的目標是實現(xiàn)系統(tǒng)總體效果最優(yōu)；同時，實現(xiàn)這一目標的方法或途徑也要求達到最優(yōu)?！白顑?yōu)”只是理想，實際上是盡量“優(yōu)化”，即所謂“沒有最好，只有更好”；西蒙：滿意的方案。（5）多領域、多學科的理論、方法與技術的集成和綜合運用；定性分析與定量分析有機結合；各有關方面（專家、組織等）的協(xié)調配合。（6）SE的實踐性與咨詢性。SE的應用研究針對實際問題并接受實踐檢驗，主要是給領導（或用戶）當參謀，研究成果是為他們提供多種備選方案。2024/10/2937第一章系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)工程的應用領域

SE的應用領域主要有：(1)社會系統(tǒng)工程(2)經濟系統(tǒng)工程(3)管理系統(tǒng)工程(4)區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程(5)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程(6)能源系統(tǒng)工程(7)水資源系統(tǒng)工程(8)交通運輸系統(tǒng)工程(9)農業(yè)系統(tǒng)工程2024/10/2938第一章系統(tǒng)工程概述(10)企業(yè)系統(tǒng)工程(11)工程項目管理系統(tǒng)工程(12)科技管理系統(tǒng)工程(13)教育系統(tǒng)工程(14)人口系統(tǒng)工程(15)軍事系統(tǒng)工程(16)信息系統(tǒng)工程(17)物流系統(tǒng)工程(18)知識系統(tǒng)工程1.4系統(tǒng)工程的應用范例曼哈頓計劃2024/10/2939第一章系統(tǒng)工程概述

曼哈頓計劃是美國研制第一顆原子彈的計劃。1940年，愛因斯坦等著名科學家向美國政府建議研制原子彈，美國總統(tǒng)羅斯福采納后，請理論生物學家奧本海默來組織領導這項工作。他動員了二萬五千名各種專業(yè)的科學家和工程師，組織十二萬人進行全面合作，用了三年半的時間完成了這項工作。組織這么多人，進行這種史無前例工作是很困難的。

他在執(zhí)行計劃的過程中，從整體出發(fā)，把研究課題分解成大量的小課題，組織很多小組負責各個課題的研究工作，同時他非常注重各課題之間的聯(lián)系和它們之間的等級關系，使全部課題組合起來能達到整個計劃的最優(yōu)結構。在生產原子彈燃料這一中心項目上，奧本海默組織大家研究討論，提出了六種方案，經過激烈的討論，相持不下。2024/10/2940第一章系統(tǒng)工程概述

他確定一個原則，首先要保證按時完成任務，其它皆是次要的。因此他根據(jù)可靠性理論中可靠性低的原件可組成可靠性高的系統(tǒng)的原理，決定六種方案同時試驗，結果按時得到了生產原子彈所需的鈾，于1944年5月第一顆原子彈爆炸成功。這說明奧本海默在組織這項計劃時，時刻從系統(tǒng)的總目標出發(fā)來處理問題。

這項計劃是大規(guī)模組織起來完成一項軍事科研生產任務的著名實例。在整個計劃的實施過程中，奧本海默始終從整體出發(fā)，為實現(xiàn)整體目標，協(xié)調各部分的行動，最后勝利地完成了任務。當時，還沒有系統(tǒng)工程一詞，但奧本海默的工作卻體現(xiàn)出系統(tǒng)方法的本質。國外認為這是系統(tǒng)工程方法成功起點。2024/10/2941第一章系統(tǒng)工程概述阿波羅登月計劃阿波羅登月計劃是美國繼曼哈頓計劃、北極星計劃之后，在大型項目研制上運用系統(tǒng)工程取得成功的一個實例。

阿波羅計劃的全部任務分別由地面、空間和登月三部分組成，是一個復雜龐大的工程計劃。它不僅涉及到火箭技術、電子技術和冶金、化工等多種技術，還需要了解宇宙空間的物理環(huán)境以及月球本身的構造和形狀。完成這個計劃，除了要考慮每一部分間的配合與協(xié)調外，還要估算各種未知因素可能帶來的種種影響。這項計劃涉及到四十多萬人，研制的零件有幾百萬件，耗資三百億美元，歷時十一年之久。這個計劃的成功，關鍵在于整個組織管理過程采用了系統(tǒng)工程的方法和步驟，其實施過程如下：2024/10/2942第一章系統(tǒng)工程概述(1)建立組織管理機構，明確職責分工為了完成登月活動，首先確定所需的組織形式和管理原則。國家宇航局設立了阿波羅計劃辦公室主管全部工作，在該局附屬的三個研究中心分別設立了阿波羅項目辦公室，受該局設計辦公室的領導，負責分管的任務。計劃和項目辦公室的職能有：①項目的計劃和控制；②系統(tǒng)工程；③可靠性和質量保證；④試驗；⑤操作實施。并分別設立主管部門。為適合于研究和研制工作的情況，整個管理工作分成五個方面：確定計劃的基本要求，量測性能、分析和評價、控制和指導變化、動作和反饋。在整個管理過程中和五個職能部門內，經常考慮和處理的變量是工程進度、成本費用和技術性能。2024/10/2943第一章系統(tǒng)工程概述(2)制訂和選擇方案計劃辦公室成立后，首先為實現(xiàn)登月選擇飛行方案，提供了三個備選方案：①直接飛行，使用新型運載火箭；②地球軌道交匯，使用土星運載火箭分別發(fā)射載人航天飛行器和液氧貯箱；③地球軌道交會，使土星運載火箭一次發(fā)射載人航天飛行器和登月艙。

對三個方案分別在技術因素、工作進度、成本費用和研制難易度等方面權衡利弊。結果認為第三個方案能確保在最短期間內，最經濟地完成阿波羅的全部目標。

(3)組織管理過程飛行方案確定之后就開始其他的計劃和管理工作。①確定該計劃的基本要求。阿波羅計劃采用了“工作細2024/10/2944第一章系統(tǒng)工程概述

分結構”的系統(tǒng)分析方法。把整個計劃由上而下逐級分成項目、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、任務、分任務等六個層次。這樣做的優(yōu)點是：可確定計劃的所有分支細目及其相互關系，明確哪個部門負責什么工作；可作為繪制計劃評審網(wǎng)絡圖的基礎，保證所有分支細目都包括在工作進度內；可作為編制預算的基礎，把預算要求、實際成本費用與具體工作成果三者聯(lián)系起來。它為管理人員把整個計劃的進度、財務和技術三方面的要求聯(lián)成一個整體提供了共同的基礎。

為了明確工程進度的要求，阿波羅計劃采用了計劃評審技術，以形成各主承包商與政府之間的進度管理系統(tǒng)。②性能監(jiān)測。即按照阿波羅計劃的基本要求，審查整個計劃的進展情況。為了及時掌握整個計劃的情況，要經常取得各職能部門的質量管理和進度的信息，在各職能部2024/10/2945第一章系統(tǒng)工程概述

門制定了報告的具體要求，建立了“管理信息與控制系統(tǒng)”和一系列“設計審查及產品檢查”制度?！肮芾硇畔⑴c控制系統(tǒng)”將所需要的各種性能的信息繪成100張左右的圖表，經過整理分析后，每月上報計劃負責人，以使他能洞察全局，集中力量抓薄弱環(huán)節(jié)。在阿波羅計劃的全部過程中，連續(xù)進行各種審查和檢查，如初步設計審查、關鍵設計審查、設計檢定審查、首次產品結構檢查、飛行合格檢定等。③分析評價。主要工作是對性能數(shù)據(jù)進行評價并歸納出必須及時采取行動的問題，向計劃負責人報告。阿波羅計劃中應用了成本相關分析法等，以便保持各個工作部門相互平衡和保證完成主要目標。成本相關分析法就是分析工作進度與成本費用之間的關系，看花的錢是否得到預期2024/10/2946第一章系統(tǒng)工程概述

工作量，繪出今后費用增長率變化的曲線，以估計完成計劃所需的總費用，它可用來比較幾個主要承包商完成的工作量，找出哪些環(huán)節(jié)上費用未能產生預期的工作效果。④對系統(tǒng)的控制。研究計劃往往會發(fā)生變化。因此必須進行系統(tǒng)地控制，以保證全部計劃的實現(xiàn)。凡是影響最終產品的形式、裝配、功能等的變化，都必須由規(guī)定的某一級決策機構批準。如在結構上的改變，分別由辦公室的結構控制委員會批準。為了控制成本，每個季度審查各個部分的實際成本，劃出超支動向，查出薄弱環(huán)節(jié)，必要時調整財務計劃。阿波羅計劃由于強調財務管理和成本估計做得較好，財務支出始終保持相對穩(wěn)定，平均每年實際成本比預計成本增長不到1%。⑤保證整個管理結構在日?；顒又新男懈鞣N指令、規(guī)2024/10/2947第一章系統(tǒng)工程概述

程、程序。目的是讓各級負責人明確自己的職責范圍，做到事事有人負責，把實干的人選安排到合適的崗位上，并賦以權力。在日?；顒又姓匍_計劃審查會，以促進管理行動的有效執(zhí)行?？傊⒉_計劃的成功是依靠所采用的管理系統(tǒng)和管理工具—計算機，而更主要的是采取了從整體出發(fā)并面向整個系統(tǒng)的綜合管理方式。神舟五號工程

2003年10月15日9時，一枚長征二號F運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心騰空升起，把載有中國第一位航天員楊利偉的神舟五號飛船送上太空飛行，飛船繞地球飛行14圈后返回，于10月16日6時23分在內蒙古主著陸場安全著陸，實2024/10/2948第一章系統(tǒng)工程概述

了中華民族的千年飛天夢想。這是我國自1970年4月24日成功發(fā)射東方紅一號衛(wèi)星以來，我國航天史上又一座新的里程碑，成為繼美俄之后，世界上第三個掌握載人航天技術、成功發(fā)射載、人飛船的國家。

神舟五號工程空前復雜，全國110多個研究院所、3000多個協(xié)作配套單位和幾十萬工作人員承擔了研制建設任務。神舟五號是中國航天史上規(guī)模宏大、高度集成的系統(tǒng)工程：它包括載人飛船、運載火箭、航天員、測控通信網(wǎng)、發(fā)射場、著陸場及有效載荷等7個分系統(tǒng)。其中，飛船分系統(tǒng)設計了116種飛船故障模式確保航天員安全，火箭點火后上升段有8種故障模式，飛船運行和回收段有108種，無論出現(xiàn)什么緊急情況，項項都有對策2024/10/2949第一章系統(tǒng)工程概述

以保障航天員的安全。運載火箭分系統(tǒng)—長征二號F火箭—全長58.34米，起飛質量479.8噸，芯級直徑3.35米，助推器直徑2.25米，整流罩最大直徑3.8米。它可以把重8噸的有效載荷送人近地點200千米、遠地點350千米、傾角42.的地球軌道，以第一宇宙速度即7.9千米／秒的速度環(huán)繞地球飛行。它的起飛總質量為580多噸，由4萬多只元器件組裝而成，價值約2億人民幣。算上生產元件的90多個廠家，大約10萬人參與了火箭的生產。

火箭由箭體結構、動力裝置、控制、推進劑利用、故障檢測處理、逃逸救生、遙測、外測安全、地面設備和附加系統(tǒng)共10個分系統(tǒng)組成。2024/10/2950第一章系統(tǒng)工程概述

(1)箭體結構系統(tǒng)包括助推器、芯級第一級、芯級第二級、整流罩和逃逸塔，逃逸塔由頭錐、配重段、4臺偏航俯仰發(fā)動機,1臺分離發(fā)動機、1臺逃逸發(fā)動機和尾裙組成，長8.35米。

(2)動力裝置系統(tǒng)由第一級發(fā)動機、第二級發(fā)動機、助推器和增壓輸送系統(tǒng)組成。

(3)控制系統(tǒng)箭上部分由制導、姿態(tài)控制、時序控制分系統(tǒng)，電源配電分系統(tǒng)和飛行控制軟件組成。

(4)推進劑利用系統(tǒng)箭上設備由燃燒液位傳感器、氧化劑液位傳感器、控制器、電機驅動器、調節(jié)閥門和電纜網(wǎng)組成。

(5)遙測系統(tǒng)箭上設備由S波段無線傳輸設備、磁記錄及2024/10/2951第一章系統(tǒng)工程概述

中間裝置、傳感器、變換器、電池和電纜組成。

(6)外測安全系統(tǒng)箭上設備包括干涉儀應答機、脈沖應答機、引導航標機、安全指令接收機、逃逸指令接收機、控制器、爆炸器、引爆器等。

(7)地面設備系統(tǒng)包括發(fā)射、運輸、吊裝、加注、供氣、供配電和瞄準設備組成。

(8)附件系統(tǒng)主要由耗盡關機信號、加注液位測量、推進劑測溫、垂直度調整和地面總體綜合測試網(wǎng)組成。

(9)故障檢測處理系統(tǒng)。

(10)逃逸救生系統(tǒng)。其中(9)和（10）是其他型號的運載火箭所沒有的，只有載人發(fā)射的火箭才專門增加了這兩種新系統(tǒng)。發(fā)射的可2024/10/2952第一章系統(tǒng)工程概述

靠性達到0.97（發(fā)射100次會有97次成功）；安全性是0.997（失敗1000次，航天員可以成功逃逸997次）。這種新型火箭從1992年開始研制，歷時8年，繼承了長征二號火箭的主要構型，即用芯級捆綁4個助推器。外側安全系統(tǒng)取消了姿態(tài)自毀功能。飛船通過飛船支架、船箭鎖緊帶與火箭第二級連接，采用分離彈簧和反推火箭、側推火箭的分離方式保證火箭與飛船安全可靠地分離。其穩(wěn)定性、可靠性已達到國際先進水平。原蘇聯(lián)的第一代載人飛船“東方號”只能乘坐1人，美國的第一代載人飛船“水星號”也只能乘坐1人，我國的神舟五號是一步到位的第三代載人飛船—多人多艙的載人飛船，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

載人航天工程是我國航天史上規(guī)模最大、系統(tǒng)最多、2024/10/2953第一章系統(tǒng)工程概述

難度最大，也是最復雜的系統(tǒng)工程，涉及的科學門類和工程領域都很多，工程實施也非常復雜。11年耗資180億元，留下資產80億元；本次發(fā)射直接耗資約10億元。我國已經自行研制了12種型號的長征運載火箭，形成了完整系列，質量可靠，技術含量高，經濟性能好，能夠滿足多種軌道、多種航天器的發(fā)射需要，具有較強的國際競爭力。從1970年4月至2003年5月，長征系列運載火箭進行了70次發(fā)射，把54顆不同類型的國產衛(wèi)星、27顆外國制造的衛(wèi)星和4艘神舟號無人飛船送上太空飛行。墨西哥對農業(yè)問題進行的系統(tǒng)研究

墨西哥政府與世界銀行共同用五年時間（1970—1974年），制定和運用農業(yè)部門的計劃模型。整個工作分為三個階段。2024/10/2954第一章系統(tǒng)工程概述

第一階段到1972年為止，集中力量研究基本方法并檢驗計算模型的示范性數(shù)據(jù)，1973年出版了一本關于墨西哥農業(yè)問題的書。農業(yè)模型命名為“雨神”，后來成為整個計劃的代號。第二階段開始時，墨西哥政府擴大工作范圍，邀請世界銀行的人士參加合作，繼續(xù)研究方法問題及其在農業(yè)方面的應用。政府發(fā)布的各有關文件都是以此模型分析為依據(jù)。第三個階段的主要工作是由總統(tǒng)府的一個工作組進行的，并繼續(xù)與世界銀行進行合作，“雨神”模型及其子模型在墨西哥政府和世界銀行的計算機上運算了三年多時間。后來羅馬的食物與農業(yè)組織邀請世界銀行及各國系統(tǒng)分析人員推廣這種方法，制定一個更為廣泛的計劃，以便用于世界其它地方。2024/10/2955第一章系統(tǒng)工程概述

1問題與模型

農業(yè)問題十分復雜，許多因素相互影響，產品定價政策能夠大大影響就業(yè)率、收入分配和外貿平衡問題。墨西哥各地的生態(tài)特征各不相同，農產品豐富多彩，遇到了復雜的農業(yè)政策問題。1968—1970年期間，墨西哥官員懷疑農業(yè)能否繼續(xù)滿足國內消耗需要和提供國家的大部分外匯。他們看到開墾荒地和搞水利，代價昂貴。農業(yè)開始出現(xiàn)長期的增長緩慢情況，同時他們?yōu)檗r業(yè)能否吸收大量新勞力表示憂慮。他們提出了下述問題：農業(yè)能發(fā)展多快？就業(yè)可能性如何？改變定價政策、各種谷物的構成和生產技術，將發(fā)生什么影響？為此他們擬制了“雨神”模型，模型描述了各地的生產條件以及國內外農業(yè)產品價格和貿易量對墨西哥農業(yè)的影響。在生產方面，模型是給予各地區(qū)的小經濟范圍的農場生產價格和輸入數(shù)據(jù)。在市場方面，利用了估算的消費者需求量、進出口和運費等參量，同時利用線性規(guī)劃描繪出了合適的市場穩(wěn)定點。2024/10/2956第一章系統(tǒng)工程概述

模型中生產問題，基本上是利用了農業(yè)方面的資料。經濟問題，如谷物供應函數(shù)是靠模型求解的，而不是模型的一個輸入。這樣，“雨神”模型就有助于把工程數(shù)據(jù)轉換成經濟關系，發(fā)揮了系統(tǒng)分析與運籌學的主要優(yōu)點。模型包括了三十三種產品并反映了它們供求的相互影響。在墨西哥的大多數(shù)農作物區(qū)都種植多種谷物，因此鼓勵種植某種谷物肯定會影響其它谷物產品，線性規(guī)劃法很適合于用來解決這類相互影響的問題。即能在有限的土地和其它資源限制下，對各種谷物和技術進行最優(yōu)選擇。如果把“雨神”模型內的有關“地區(qū)生產”的子模型獨立出來，就能對地區(qū)性的方案進行更為仔細的選擇。“雨神”及其子模型是較為詳盡的，但又很靈活，作些修改就能進行不同種類的分析，例如，模型在谷物每年的耕種周期內，能按月給出使用土地、灌溉、勞動力方面的資料，但有時也能每兩周給出水的利用數(shù)據(jù)。2024/10/2957第一章系統(tǒng)工程概述

因此，“雨神”模型能同時求解農業(yè)方面許多總的特性，如總產量、價格、勞動收入、外貿等，甚至結合谷物、技術和地區(qū)方面的數(shù)據(jù)及其互相作用等，給出更為具體的輸出數(shù)據(jù)。從數(shù)學意義上說，“雨神”是個最優(yōu)化模型。然而，它只是為了保證模擬某些問題，如市場的最佳的競爭和壟斷問題。

2具體的用途“雨神”模型是在總統(tǒng)府的一個工作組和后來成立的農業(yè)協(xié)調委員會共同管理下，用于下列工作：①制定總的農業(yè)政策，包括產量、農業(yè)人數(shù)、外貿和有關的投資等問題；②制定玉米、小麥等谷物的價格政策；③制定有關項目的價格，如農業(yè)機械、水的價格等；④出口戰(zhàn)略；⑤對灌溉工程進行鑒定。2024/10/2958第一章系統(tǒng)工程概述

模型給出的某些數(shù)據(jù)，在政策討論的過程中起到了最重要的作用。例如模型數(shù)據(jù)說明如果國民經濟總產值增長率目標是8%的話，農業(yè)增長率必須超過5%。對可耕地，灌溉工程的必須增長率也作了相應的估算，同時表明這樣的增長率還不能吸收新的進入農業(yè)生產的勞動力，為此：①提高農業(yè)機械價格（相對于農業(yè)勞動力價格），以減緩勞力轉移；②鼓勵出口花費勞力較多的谷物；③緊縮畜牧區(qū)，以便騰出土地耕種谷物，因為每畝谷物地能吸收更多勞力。為了增加出口，計算結果說明，必須改變出口的谷物品種。最后還計算了谷物對價格變化的影響，以及價格變化對其它谷物的影響，從而協(xié)助政府制定了一份新的谷物價格表。必須指出的是，墨西哥政府中如果沒有訓練有素和積極熱心的人士，“雨神”模型就不能得到如此的應用。2024/10/2959第一章系統(tǒng)工程概述南朝鮮國民經濟的模型

1964至1965年間，南朝鮮政府準備采取措施打破經濟停滯局面，決定進行一系列貨幣、財政和貿易政策的改革，并在第二個五年計劃實現(xiàn)這些意愿與措施。南朝鮮當時的經濟情況很糟糕，主要問題是國內積累很少，外匯不足。當完成計劃綱要時，預計年增長率可望超過8%，為了穩(wěn)妥起見，最后確定為7%，但強調盡可能超過這個數(shù)字。南朝鮮得到了國際發(fā)展署的支持，該署派顧問參與模型的制定，其工作步驟如下：

1）組織措施為了更好地協(xié)調計劃的制定和執(zhí)行情況，南朝鮮政府進行了改組，成立了經濟計劃部，集中管理計劃與預算工作，由一名副總理領導。計劃分析工作由該部與國際發(fā)展署共同完成。2024/10/2960第一章系統(tǒng)工程概述

（2）目標的制定計劃工作的目標是：①確定社會的經濟目標；②計算一條能快速實現(xiàn)這些目標的可行的增長道路；③找出主要的約束條件，并設法減輕這些約束；④制定詳細的投資計劃和公共政策，保證經濟沿著理想的道路發(fā)展。計劃工作是連續(xù)進行的，每年還需作許多具體計劃，以不斷審查與修改計劃。