系统工程清华大学

系统工程导论系统工程导论开课单位： 清华大学自动化系主讲教师： 胡坚明开课时间： 2009年春季学期清华大学本科生专业限选课程清华大学本科限选课程 1系统工程导论胡坚明 副教授 自动化系系统工程研究所办公地点 :中央主楼 806电话 : 62794355,-Mail:赵志强 助教实验室：中央主楼 802电话： 62785047E-Mail: 王 音 助教实验室：中央主楼 802电话： 62785047E-Mail: 主讲教师清华大学本科限选课程 2系统工程导论课程时间安排n 序言（ 3学时）n 系统分析方法（ 2学时）n 解释性结构建模（3学时）n 黑箱建模（ 4学时）n 主成分分析法（ 2学时）n 因子分析法（ 2学时）n 聚类分析方法（ 3学时）n 决策分析方法概论（ 2学时）n 不确定性决策分析（ 3学时）n 多目标决策（2学时）n 群决策（ 1学时）n 工程管理初步（ 1学时）n 现代优化方法（ 2学时）n 期末考试（ 2学时）清华大学本科限选课程 3系统工程导论参考文献n 梁军等， 系统工程导论 ，化学工业出版社， 2005n 梁迪， 系统工程 ，机械工业出版社，2005n 岳超源， 决策理论与方法 ，科学出版社， 2003n 黄燕等， SAS统计分析及应用 ，机械工业出版社， 2006n 汪应络， 系统工程理论方法与应用 ，高教社， 1997n 高志亮， 系统工程方法论 ，西北工业大学出版社， 2004n 孙东川， 系统工程引论 ，清华大学出版社， 2004清华大学本科限选课程 4系统工程导论需要学习和使用的软件n SPSS、 SAS、 STATISTICA等统计分析软件n MATLAB等计算软件n VC等程序设计软件清华大学本科限选课程 5系统工程导论第一章：序 言本节内容 历史回顾 基本概念 与数学的关系 课程内容、要求及考核方式重点 理解系统的概念、系统的特性和分类以及系统工程的概念 理解与数学的关系难点 强化系统意识 注意补充和复习数学知识清华大学本科限选课程 6系统工程导论1.1 历史回顾 突然崛起 迅速扩张 返璞归真 源远流长清华大学本科限选课程 7系统工程导论第一阶段：源远流长大禹治水都江堰工程丁渭工程田忌赛马几个生动的实例清华大学本科限选课程 8系统工程导论大禹治水4000多年前，舜帝派大禹治水。大禹经过调查研究，认为其父采取 “湮 ”的方法是错误的，决定采用 “导 ”的方法。他率领群众挖了 9条大川，放田水入川，放川水入海。同时，他把全国分成 12州 5大区，分派 5个首领掌管。治水过程中还注意调运物资，救济灾荒，调动百姓积极性。13年后，治水成功！启示系统思想 “ 治水 ”与 “治人 ”并重。清华大学本科限选课程 9系统工程导论战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马，孙膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、下马，从而赢得比赛的总体胜利 田忌赛马系统的要素不变（比赛双方及六匹马）策略不同，总体效果不同。该思想至今仍然在用，如：博弈理论；体育比赛中的团体赛等。启示/New/index.htm清华大学本科限选课程 10系统工程导论战国时期（公元前 250年前后）， 秦国的李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能。都江堰水利工程启示系统的思想，整理考虑，综合寻优 清华大学本科限选课程 11系统工程导论都江堰水利工程岷江外江外江飞鱼嘴宝瓶口沙堰内江三大工程l鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程清华大学本科限选课程 12系统工程导论都江堰水利工程三大工程l鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程清华大学本科限选课程 13系统工程导论丁渭工程启示北宋真宗时期（ 998-1022年），皇城失火，宫殿被毁。皇帝任命丁渭负责修复皇宫。丁渭的方案是：1、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧砖，解决部分建筑材料问题。2、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地运输沙石木料。3、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃杂物填入沟中，恢复原来大街。皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行和交叉作业的子系统。蕴含了 “系统工程 ”思想。清华大学本科限选课程 14系统工程导论第二阶段：突然崛起 大体上形成于上世纪 50、 60年代经典成功案例（美国）阿波罗登月计划北极星导弹核潜艇计划计算机 客观需求关键原因清华大学本科限选课程 15系统工程导论阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两万多个企业、 120个大学和研究机构，耗资 244亿美元，持续 11年。整个工程在计划进度、质量检验、可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方法，创造了 “计划评审技术 (PERT)”和 “图解评审技术(GERT)”，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者的统一，如期完成总体目标。阿波罗登月计划清华大学本科限选课程 16系统工程导论阿波罗登月计划清华大学本科限选课程 17系统工程导论问题明确、规模巨大、递阶结构第三阶段：迅速扩张 经典案例的特点大系统子系统 子系统 子系统子系统子系统 子系统非常适合处理这类问题清华大学本科限选课程 18系统工程导论发展一般性的处理大系统问题的方法基本方法： 分解协调大系统子系统 子系统子系统状态变量大系统协调变量各子系统求解过程受协调变量影响，大系统调节协调变量实现自己目标。缺点：针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！清华大学本科限选课程 19系统工程导论系统中包括有主观意志的人用大系统方法处理社会经济问题时遇到 新问题：基本手段：在一些合理的假设下建立社会经济系统，包括人的行为方式在内的数学模型，一旦建立了这种模型，就可以直接应用处理工程系统的方法，甚至发展决策支持系统代替人做决策。局限性：假设合理与模型实用存在严重矛盾！清华大学本科限选课程 20系统工程导论80年代 掀起高潮广泛用于制定社会经济发展规划上世纪 50、 60年代开始国防科研机构和大规模项目广泛应用中国的发展 运筹学理论方法和应用研究本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！清华大学本科限选课程 21系统工程导论载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆场以及有效载荷等 7个分系统。其中火箭又包含：箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测安全、地面设备和附加系统共 10个分系统。载人航天 11年（截止 2003年）耗资 180亿元， “神五 ”一次发射耗资 10亿元。载人航天是中国航天史上的第 2个里程碑。中国的成功范例 载人航天工程清华大学本科限选课程 22系统工程导论第四阶段：返璞归真根本原因上世纪 90年代以来系统工程的名称提的越来越少系统工程的方法用的越来越多信息处理能力和计算能力迅速发展导致定量处理问题的能力不断增强交通、地理、制造、金融、服务、 清华大学本科限选课程 23系统工程导论1.2 基本概念1.2.1 系统思想的演变 古希腊哲学家赫拉克利特：世界是包括一切的整体。 论自然界 古希腊哲学家德谟克里特提出宇宙大系统的理念，认为原子组成万物，形成不同系统层次的世界。这是 “系统 ”一次的最早出处。 宇宙大系统 清华大学本科限选课程 24系统工程导论 中国春秋时期老子： “道生一、一生二、二生三、三生万物 ” 中国西周时期：用阴阳二气的矛盾来解释自然现象，产生了 “五行观念 ”，认为金、木、水、火、土是构成世界大系统的五种基本物质要素。金生水水生木木生火火生土土生金金克木水克火木克土火克金土克水清华大学本科限选课程 25系统工程导论系统运动图清华大学本科限选课程 26系统工程导论20世纪 40 70年代出现的部分系统工程学科分支创 始人 分支学科名称 时间 创 始人 分支学科名称 时间冯 .诺 依曼 对 策 论 1944W.R. 阿会布 自 组织 系 统 原理 1962冯 .贝 塔朗菲 一般系 统论 1945R.罗 森 自复制自 动 机 1965C.E.香 农 信息 论 1948L.扎德 模糊集与系 统 1969N.维纳 控制 论 1949I.普里高津 耗散 结 构理 论 1969冯 .贝 塔朗菲 开放系 统 理 论 1954汤 姆 突 变 理 论 1969钱 学森 工程控制 论 (*) 1957H.哈肯 协 同学 1969A.H.哥德 系 统 工程 1957艾根 超循 环 理 论 1971R.别 依曼 动态规 划 论 1961J.G.米勒 生命系 统 理 论 1972M.D.曼 萨诺维可一般系 统 的数学理 论 1962P.齐 格勒 建模与仿真理 论 1972清华大学本科限选课程 27系统工程导论钱学森n 1911年祖籍杭州，生于上海。 应用力学、工程控制论、系统工程科学家。n 1934年毕业于上海交通大学， 1939年在加州理工学院获博士学位 。并担任过加州理工学院航空系副教授，麻省理工学院航空系副教授、空气动力学教授，1949年至 1955年任美国加州理工学院喷气推进中心主任、教授。n 中国控制学科最重要的奠基人，中国自动化学会首任理事长。清华大学本科限选课程 28系统工程导论钱学森n 中国力学学会、中国自动化学会、中国宇航学会、中国系统工程学会名誉理事长，中国科学院学部主席团名誉主席，中国科学技术协会名誉主席。曾任国防科学技术委员会副主任和中国科学技术协会主席。在应用力学、工程控制论 、系统工程等多领域取得出色研究成果，在中国航天事业的创建与发展等方面作出了卓越贡献。1999年获 “两弹一星功勋奖章 ”。1957年选聘为中国科学院院士（学部委员）。 清华