系統(tǒng)工程-系統(tǒng)科學(xué)方法論及系統(tǒng).ppt

1、系統(tǒng)科學(xué)的方法論和體系，根據(jù)馬克思的時(shí)間觀和認(rèn)識(shí)論，人類的知識(shí)總是從實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，也就是說(shuō)，人類在改造自然的同時(shí)也在改造自己。在與自然斗爭(zhēng)的過(guò)程中，人類總是依靠自己的智慧來(lái)獲得他們需要的衣服和食物。他們從失敗和挫折中吸取教訓(xùn)，在成功的喜悅中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并長(zhǎng)期積累。逐漸形成了一整套對(duì)某一方面的認(rèn)識(shí)，并研究了自然界的一般方法，即科學(xué)理論。系統(tǒng)工程是20世紀(jì)60年代后開(kāi)始興起的一門(mén)科學(xué)。它是一種思想體系思想，是解決社會(huì)實(shí)踐問(wèn)題的一種方法。中國(guó)古代有許多系統(tǒng)思想的例子。他們有意無(wú)意地使用了這一思想，但當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)還不發(fā)達(dá)，所以不叫系統(tǒng)工程。這就是宋代孟茜的說(shuō)文解字中記載的修復(fù)皇宮的故事。據(jù)說(shuō)在北宋真

2、宗年間，皇宮著火了，皇帝召集大臣們討論如何在很短的時(shí)間內(nèi)修復(fù)皇宮。故宮的修復(fù)包括三個(gè)主要項(xiàng)目：清理廢墟、取土燒磚和運(yùn)輸建筑材料。然而，在當(dāng)時(shí)的條件下，這是一個(gè)相當(dāng)沉重的工程，每個(gè)人都不能說(shuō)什么。當(dāng)時(shí)宋朝有個(gè)叫的大臣帶來(lái)了這個(gè)人，他提出：在皇宮前的大道上挖溝燒磚，解決了取土燒磚的問(wèn)題。汴河被引入溝渠，材料、石頭和建筑材料由汴河從水路運(yùn)輸，以解決建筑材料的運(yùn)輸問(wèn)題。故宮修復(fù)后，碎磚和廢瓦被填回原來(lái)的溝渠中，以修復(fù)大道，解決清理廢墟的問(wèn)題。該方案的三個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連，缺一不可，這是事實(shí)。這是中國(guó)古代勞動(dòng)者自發(fā)引用這一思想的典型例子。從這個(gè)例子可以看出，宋代丁偉在解決問(wèn)題時(shí)并沒(méi)有孤立地把三個(gè)項(xiàng)目分開(kāi)，而

3、是把它們放在一個(gè)有機(jī)的整體中，找到了它們之間的有機(jī)聯(lián)系，從而解決了問(wèn)題。田雞賽馬的故事戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，齊王和田雞賽馬各自挑選自己的優(yōu)馬、中馬和劣馬進(jìn)行比賽。他們每輸一場(chǎng)比賽，就輸1200銀。齊王的馬都比田雞的馬好，但田雞的劣馬和齊王的上等馬賽用上等馬換中檔馬，用中檔馬換劣馬，所以田雞沒(méi)有輸，而是贏了1200兩銀子。最后，都江堰水利工程和舉世聞名的四川都江堰水利工程由戰(zhàn)國(guó)時(shí)期秦國(guó)太守李冰父子修建，都江堰水利工程被郁江分割；巧妙地將沙飛堰分洪排沙工程和包炳口引水工程結(jié)合起來(lái)。這三個(gè)主要工程和100個(gè)附屬堰形成一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)整體，這是不可或缺的。沒(méi)有魚(yú)嘴引水工程，閩江就不能分為內(nèi)江和外江；沒(méi)有包平行口

4、的水梁效應(yīng)，就不會(huì)有漩渦，泥沙也不會(huì)通過(guò)飛沙堰；如果沒(méi)有飛沙堰，包炳口口的水就會(huì)被堵住，內(nèi)江的水就不會(huì)流入川西平原。正是因?yàn)檫@一整體發(fā)揮了三個(gè)孤立部分所不能發(fā)揮的作用，才引導(dǎo)了岷江的激流，化害為利，灌溉了500多萬(wàn)畝良田。都江堰的規(guī)劃設(shè)計(jì)及其科學(xué)水平不亞于今天用系統(tǒng)方法測(cè)量的水平。曼哈頓計(jì)劃是系統(tǒng)思想的應(yīng)用，是美國(guó)研制第一顆原子彈的計(jì)劃。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)總統(tǒng)羅斯福下令在日本廣島投下第一顆原子彈，這對(duì)盟國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)中徹底打敗法西斯主義和中國(guó)抗日戰(zhàn)爭(zhēng)的最后勝利產(chǎn)生了不可估量的影響。這也給日本人留下了永久的災(zāi)難。1940年，愛(ài)因斯坦和其他著名科學(xué)家向美國(guó)政府建議研制原子彈，并被美國(guó)總統(tǒng)

5、羅斯福采納。組織這次空前的他動(dòng)員了25，000名各種專業(yè)的科學(xué)家和工程師，他們都很難相處，人員眾多，話題各異。在實(shí)施計(jì)劃的過(guò)程中，他將研究課題從整體上分解成大量的小課題，組織了許多小課題，并負(fù)責(zé)整個(gè)課題的研究工作。與此同時(shí)，他非常注意主題之間的聯(lián)系和層次，以便所有的主題可以結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)計(jì)劃的最大結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)原子彈燃料的中心項(xiàng)目上，每個(gè)人都認(rèn)為提出了六個(gè)方案，它們是相互排斥的。他確定了一個(gè)原則，首先，要確保任務(wù)按時(shí)完成，而其他的都是次要的。因此，根據(jù)可靠性理論的原理，即低可靠性的原始部件構(gòu)成高可靠性的系統(tǒng)，他決定同時(shí)試驗(yàn)六種方案。結(jié)果，生產(chǎn)原子彈所需的鈾及時(shí)獲得，第一顆原子彈于1994年5

6、月成功爆炸。在為完成軍事科研和生產(chǎn)任務(wù)而組織的大規(guī)模系統(tǒng)工程中，目標(biāo)最終是在系統(tǒng)的約束下實(shí)現(xiàn)的，但當(dāng)時(shí)系統(tǒng)工程這個(gè)詞并不存在，但它被國(guó)外認(rèn)為是系統(tǒng)工程方法成功的起點(diǎn)。投入產(chǎn)業(yè)模型在國(guó)民計(jì)劃經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用，中國(guó)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)最基本的原則是有計(jì)劃地按比例發(fā)展，綜合平衡各部門(mén)之間的比例發(fā)展，系統(tǒng)工程把整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)看作一個(gè)大系統(tǒng)。對(duì)投入產(chǎn)出綜合模型進(jìn)行分析和總結(jié)，并對(duì)系統(tǒng)中的因素進(jìn)行分析，確定各部門(mén)的投入和生產(chǎn)規(guī)模，以達(dá)到最終的平衡，達(dá)到安全比例發(fā)展的目標(biāo)。系統(tǒng)工程的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，從我國(guó)、社會(huì)、各行業(yè)、各部門(mén)、各種服務(wù)系統(tǒng)，到企業(yè)，企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)和庫(kù)存管理都涉及到系統(tǒng)工程管理問(wèn)題，這對(duì)于如何在國(guó)民經(jīng)

7、濟(jì)各部門(mén)實(shí)現(xiàn)最低成本和結(jié)構(gòu)是最合理的。如何最大限度地利用資源和實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化，人員配備問(wèn)題，幾個(gè)工人和幾個(gè)工作，一個(gè)人只能承擔(dān)一項(xiàng)工作。當(dāng)不同的人在不同的崗位上有不同的利益時(shí)，如何分配人員可以使整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的利益最大化。系統(tǒng)的概念和詞系統(tǒng)的概念和內(nèi)涵逐漸發(fā)展。隨著社會(huì)的發(fā)展，其內(nèi)涵仍在發(fā)展和完善。它在20世紀(jì)40年代開(kāi)始趨于統(tǒng)一。創(chuàng)始人馮貝朗非認(rèn)為，韋伯斯特詞典:系統(tǒng)是交互要素的綜合中的系統(tǒng)已被修改為一個(gè)組織或一個(gè)有組織的整體；以及由整個(gè)組織形成的各種概念和原則的整合，以及由經(jīng)常性的相互作用和相互依存形成的許多要素的整合。錢(qián)學(xué)森教授：一個(gè)極其復(fù)雜的研究對(duì)象，即由幾個(gè)相互作用、相互依存的部分組成

8、的具有特定功能的有機(jī)整體，這個(gè)系統(tǒng)本身有時(shí)是他的系列中一個(gè)更大系統(tǒng)的組成部分。我們的書(shū)定義了一個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，它存在于一個(gè)特定的環(huán)境中，具有一定的功能，由相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的成分以一定的方式和為了一定的目的組成，而整體本身是它所屬的更大系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。在物質(zhì)世界中，一個(gè)系統(tǒng)的任何部分都可以看作是一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都可以看作是一個(gè)大系統(tǒng)的一部分。在現(xiàn)代社會(huì)，人們把事物作為整個(gè)系統(tǒng)的一部分來(lái)談?wù)摗Ｋ且环N綜合的思想，即系統(tǒng)方法和系統(tǒng)特征。從系統(tǒng)的定義來(lái)看，系統(tǒng)應(yīng)具備以下六個(gè)屬性：一是建立目標(biāo)是要求系統(tǒng)整體優(yōu)化，二是系統(tǒng)功能和規(guī)律簡(jiǎn)單地加為一個(gè)整體。系統(tǒng)的順序。反系統(tǒng)

9、都有結(jié)構(gòu)，所有的結(jié)構(gòu)都是有序的。每個(gè)組件在系統(tǒng)中有不同的位置，形成不同的層次，層次關(guān)系決定了系統(tǒng)的某些功能。系統(tǒng)的集合形式由一個(gè)或多個(gè)可識(shí)別的子系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)多層次的整體，使其成為整體中不可或缺的一部分。系統(tǒng)的相關(guān)性，系統(tǒng)的組件正是因?yàn)橹贫?，制度才顯示出整體性，揭示出整體與部分的關(guān)系。系統(tǒng)的目的，即系統(tǒng)的組成部分根據(jù)某種目的而結(jié)合的性質(zhì)，被稱為系統(tǒng)的目的。系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。任何系統(tǒng)總是處于特定的環(huán)境中，不斷地與環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息。制度不能脫離環(huán)境，必須適應(yīng)環(huán)境的變化，所以負(fù)責(zé)任的制度將不復(fù)存在。這個(gè)系統(tǒng)隨著環(huán)境的變化而存在的性質(zhì)叫做環(huán)境適應(yīng)性。系統(tǒng)與環(huán)境示意圖、系統(tǒng)分類，

10、(1)根據(jù)自然屬性組成：1。自然系統(tǒng)。2.人工系統(tǒng)。復(fù)合系統(tǒng)。(二)、根據(jù)與環(huán)境的關(guān)系：1、封閉系統(tǒng)。2.開(kāi)放系統(tǒng)。(3)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)：1。靜態(tài)系統(tǒng)。2.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。(4)根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模：1。大型系統(tǒng)。2.中型系統(tǒng)。3.小系統(tǒng)。第二章：系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程；1.系統(tǒng)科學(xué)分類；1.從垂直方向看：哲學(xué)。基礎(chǔ)科學(xué)。技術(shù)科學(xué)。工程技術(shù)。2.橫向分為自然科學(xué)。社會(huì)科學(xué)。系統(tǒng)科學(xué)。人體科學(xué)。思維科學(xué)、系統(tǒng)工程的定義、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為系統(tǒng)思維的量化創(chuàng)造了條件，為系統(tǒng)工程提供了數(shù)學(xué)理論和強(qiáng)大的計(jì)算工具計(jì)算機(jī)。使系統(tǒng)思想發(fā)展成為一門(mén)具有指導(dǎo)思想和時(shí)代性的新的工程技術(shù)學(xué)科。工程學(xué)愿意專門(mén)指戰(zhàn)斗武器的制造和服務(wù)于軍事目的

11、的工作的執(zhí)行。后來(lái)，為特定目的服務(wù)的整個(gè)工作被稱為工程。無(wú)論是系統(tǒng)組織還是系統(tǒng)管理，用定量系統(tǒng)方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)都可以視為工程實(shí)踐。系統(tǒng)工程的定義，與系統(tǒng)工程相關(guān)的獨(dú)特名稱，即運(yùn)籌學(xué)，旨在提高現(xiàn)有系統(tǒng)的分析工作效率。系統(tǒng)分析，比較執(zhí)行特定任務(wù)的幾種替代系統(tǒng)方案。系統(tǒng)研究是指擬議系統(tǒng)的實(shí)施方案。系統(tǒng)工程的定義：系統(tǒng)工程是一門(mén)新興的跨學(xué)科工程技術(shù)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)。它不僅為系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、制造、使用和管理控制提供科學(xué)方法，而且只對(duì)理論和方法進(jìn)行綜合研究。他的最終目標(biāo)是讓系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。系統(tǒng)工程不同于一般的工程技術(shù)科學(xué)。一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)科學(xué)、水利、電力、機(jī)械系統(tǒng)工程和其他事物都與構(gòu)成事

12、物的實(shí)體有關(guān)，這就是所謂的便利科學(xué)。除了這種硬工程之外，系統(tǒng)工程也包括這種組織，它管理著國(guó)外稱為“軟”科學(xué)的范疇。系統(tǒng)工程涉及多種學(xué)科。在處理某個(gè)系統(tǒng)時(shí)，各個(gè)領(lǐng)域的各個(gè)類別首先涉及到項(xiàng)目的專業(yè)技術(shù)。系統(tǒng)工程是交叉學(xué)科的橫向聯(lián)系，如林業(yè)專業(yè)技術(shù)工程，主要研究森林培育和森林開(kāi)發(fā)利用技術(shù)，而林業(yè)系統(tǒng)工程整合林業(yè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等專業(yè)技術(shù)系統(tǒng)，解決森林培育和森林開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)林業(yè)效益的優(yōu)化。在系統(tǒng)工程中，概念、原理和方法是主要的和必要的，具體的教學(xué)方法和應(yīng)用于其中的計(jì)算技術(shù)是處理和解決系統(tǒng)問(wèn)題的手段和工具。詩(shī)人、設(shè)備和過(guò)程在任何系統(tǒng)中的有機(jī)結(jié)合，其中人是最重要的因素，人是中心。系統(tǒng)的系統(tǒng)工程包含基

13、本規(guī)律和基本觀點(diǎn)?；径桑合到y(tǒng)性能和效率不守恒定律，即當(dāng)系統(tǒng)變化時(shí)，質(zhì)量和能量守恒，但性能和效率不守恒。非守恒的形式是普遍的和無(wú)限的。系統(tǒng)變化：兩個(gè)系統(tǒng)由子系統(tǒng)合成；有大型系統(tǒng)被分成子系統(tǒng)；系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化：不守恒：產(chǎn)生新的性能和功效；原有的性能和功效增強(qiáng)將會(huì)減弱和消失；普遍性：任何系統(tǒng)都具有這一性質(zhì)，即無(wú)限性：從低級(jí)系統(tǒng)到高級(jí)系統(tǒng)的發(fā)展是無(wú)限的，系統(tǒng)的性能和效率在變化時(shí)是復(fù)雜多樣的。這一規(guī)律的主要依據(jù)是：(1)根據(jù)物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律，可以知道物質(zhì)是不滅的，能量在信息流動(dòng)過(guò)程中是守恒的；(2)由于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，系統(tǒng)中的物質(zhì)在信息、能量等方面發(fā)生疊加，從而改變了系統(tǒng)的效率和性能

14、。(2)用系統(tǒng)工程方法處理問(wèn)題的基本觀點(diǎn)。整體觀點(diǎn)：整體觀點(diǎn)，以整體為出發(fā)點(diǎn)，以整體為歸宿。(1)處理問(wèn)題應(yīng)遵循從整體到局部分析問(wèn)題，再?gòu)木植康秸w進(jìn)行綜合治理的方法。(2)系統(tǒng)的每個(gè)部分都處于最佳狀態(tài)，但系統(tǒng)可能不處于最佳狀態(tài)。(3)為了整體上達(dá)到最佳效果，可能必須犧牲一些地方利益。(4)不完善的子系統(tǒng)在合理組合后可能形成性能。綜合觀點(diǎn)：所謂綜合觀點(diǎn)，就是把對(duì)象的所有部分和因素聯(lián)系起來(lái)，從關(guān)聯(lián)中考慮并找出事物的規(guī)律性。系統(tǒng)工程是指綜合研究的理論和方法。阿波羅登月計(jì)劃中沒(méi)有新的發(fā)明，所有的發(fā)明都是對(duì)現(xiàn)成的科學(xué)成果和技術(shù)進(jìn)行綜合加工而成的。因此，在處理系統(tǒng)工程師，他們必須是“T”形的專業(yè)團(tuán)體。4

15、。相關(guān)性觀點(diǎn)：僅僅從系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的關(guān)聯(lián)來(lái)探索系統(tǒng)的規(guī)律性的觀點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)的所有因素都是相互關(guān)聯(lián)的，而正是因?yàn)檫@些關(guān)系概況決定了完整性，我們才應(yīng)該試圖闡明這些因素之間的關(guān)系。錢(qián)偉長(zhǎng)教授介紹了系統(tǒng)工程，幽默地說(shuō)，系統(tǒng)工程是解釋系統(tǒng)各組成部分之間關(guān)系的“關(guān)系科學(xué)”，它是基于分析、觀察和實(shí)驗(yàn)，而不是基于想象和估計(jì)。5.實(shí)踐觀點(diǎn)：勇于實(shí)踐，敢于探索，善于在各種系統(tǒng)工程實(shí)踐中運(yùn)用各種方法和理論。系統(tǒng)工程不是一個(gè)空洞的理論，也不是一個(gè)神秘的數(shù)學(xué)游戲，而是一種來(lái)自實(shí)踐并為實(shí)踐服務(wù)的理論和方法。第二部分，系統(tǒng)工程的研究方法和步驟，在系統(tǒng)思想的指導(dǎo)下，綜合系統(tǒng)方法、反饋方法和信息方法構(gòu)成了處理系統(tǒng)問(wèn)題的基本

16、方法。系統(tǒng)工程有其獨(dú)特的工作程序和系統(tǒng)。英國(guó)學(xué)者霍爾首先提出了系統(tǒng)工程的三維結(jié)構(gòu)體系，這是一個(gè)由時(shí)間維度、邏輯維度和知識(shí)維度組成的三維交叉系統(tǒng)。1.時(shí)間維度是指系統(tǒng)從規(guī)劃到使用和更新的全過(guò)程，按時(shí)間順序分為七個(gè)階段：規(guī)劃階段、初步設(shè)計(jì)階段、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段、生產(chǎn)階段、安裝階段、運(yùn)行階段和更新階段；2.思維過(guò)程的邏輯維度，問(wèn)題描述：主要包括對(duì)系統(tǒng)的理解，理解系統(tǒng)環(huán)境的目的，系統(tǒng)的組成和聯(lián)系。清楚地解釋系統(tǒng)關(guān)于目標(biāo)選擇的所有概況：在制定計(jì)劃之前選擇系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)。錯(cuò)誤的目標(biāo)是解決錯(cuò)誤的問(wèn)題，系統(tǒng)綜合：系統(tǒng)綜合是集思廣益，提出幾個(gè)方案，并解決每個(gè)方案的參數(shù)。系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析是對(duì)所有方案建模的過(guò)程，

17、即建立模型的過(guò)程。優(yōu)化：處理模型的過(guò)程，即求解的過(guò)程。決策：選擇最佳計(jì)劃：計(jì)劃實(shí)施：將計(jì)劃的詳細(xì)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的計(jì)劃來(lái)實(shí)施。第三，專業(yè)維度，在某一階段的每個(gè)思維過(guò)程中所使用的專業(yè)知識(shí)，從難到易有藝術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)管理、法律、商業(yè)、建筑、醫(yī)學(xué)和工程。系統(tǒng)工程的三維結(jié)構(gòu)、目標(biāo)選擇、系統(tǒng)集成、管理、規(guī)劃階段、初步設(shè)計(jì)、問(wèn)題提出、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、決策、計(jì)劃實(shí)施、工程、醫(yī)學(xué)、建筑、商業(yè)、法律、藝術(shù)、教育、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)制造、系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)運(yùn)行和系統(tǒng)更新。建筑模型、房地產(chǎn)模型、分子模型、地球儀、數(shù)字、圖表和曲線都是模型。該模型的特點(diǎn)首先是對(duì)研究對(duì)象的模仿和抽象。其次，它們都與被研究對(duì)象的目的有關(guān)，反映了被研究對(duì)象的一些主要特征。第三，它可以反映各種因素的相關(guān)性，反映系統(tǒng)的整體特征，并對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行分類。1.它根據(jù)形狀分為物理模型：模型的形狀與物理系統(tǒng)的原型基本相似，即原型尺寸的放大和縮小。抽象模型：用概念原理和圖形非物質(zhì)因素描述系統(tǒng)而得到的模型。這種模型只反映了系統(tǒng)的本質(zhì)模型，而不是系統(tǒng)的形狀。抽象模型的類型，1。數(shù)學(xué)模型：通過(guò)數(shù)學(xué)描述獲得的模型。其特點(diǎn)是：用數(shù)學(xué)符號(hào)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特征和內(nèi)部關(guān)系進(jìn)