系统工程及分析

系统工程及分析方法导论系统工程及分析方法导论 计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院 王小艺王小艺课时安排课时安排n 34学时，每周一次学时，每周一次n 2次实验（上机）次实验（上机）n 一次大作业（两次验收，学生参与讲解）一次大作业（两次验收，学生参与讲解）n 教材：陈宏民教材：陈宏民 . 系统工程导论系统工程导论 高等教育出版社高等教育出版社主要内容主要内容n 1 引论引论n 2 系统和系统工程的概念系统和系统工程的概念n 3 系统工程方法论系统工程方法论n 4 建模方法建模方法n 5 分析方法分析方法n 6 优化和仿真优化和仿真n 7 评价方法评价方法n 教学要求：教学要求：通过对社会发展、经济发展中遇到的实际问题的讲解和归纳提炼，了解系统工程的产生背景；其次通过讲系统工程案例，了解系统工程的发展简史、以及我国系统工程的发展状况； 掌握系统工程方掌握系统工程方法论、建模方法、分析方法、优化与仿真方法及评法论、建模方法、分析方法、优化与仿真方法及评价方法，价方法， 熟悉系统工程在社会经济系统和现代企业管理中的应用。 1.引论引论n 1.1 系统工程产生的背景系统工程产生的背景n 1.2 系统工程应用的案例系统工程应用的案例n 1.3 系统工程的发展史系统工程的发展史n 1.4 系统工程的重要作用系统工程的重要作用1.1系统工程产生的背景系统工程产生的背景n 源于工程技术专家运用综合技术手段处理一源于工程技术专家运用综合技术手段处理一些复杂的系统问题。些复杂的系统问题。n 是社会、经济、军事、技术等发展到一定阶是社会、经济、军事、技术等发展到一定阶段的产物。段的产物。n 20世纪世纪 40年代，年代， 贝尔电话公司贝尔电话公司 发展微波通信发展微波通信网络时首先应用的一套系统的方法，首次提网络时首先应用的一套系统的方法，首次提出了出了 ”系统工程系统工程 “概念。概念。推动系统工程发展的重要理论推动系统工程发展的重要理论协同论协同论控制论控制论一般系统论一般系统论信息论信息论耗散结构论耗散结构论运筹学运筹学突变论突变论1.2 系统工程的案例系统工程的案例n 案例案例 1 都江堰水利工程都江堰水利工程n 案例案例 2 特拉法尔加海战特拉法尔加海战n 案例案例 3 曼哈顿计划曼哈顿计划n 案例案例 4 江西省山江湖区开发治理系统江西省山江湖区开发治理系统现实世界存在着很多政治、经济、社会、技术、现实世界存在着很多政治、经济、社会、技术、环境等融合在一起的，且规模庞大、关系复杂、因素环境等融合在一起的，且规模庞大、关系复杂、因素众多、目标多样的问题，要解决这类问题，必须采用众多、目标多样的问题，要解决这类问题，必须采用多种理论和知识、技术综合集成的新方法，这就是多种理论和知识、技术综合集成的新方法，这就是 系系统工程统工程 。案例 1 都江堰水利工程鱼嘴分水堤功能：功能：1. 将岷江一分为二，外江用将岷江一分为二，外江用于排洪，内江用于灌溉；于排洪，内江用于灌溉；2. 具有调节水量作用。具有调节水量作用。飞沙堰溢洪道功能：功能：1. 排水功能，当内江水超排水功能，当内江水超过宝瓶口上限时；过宝瓶口上限时；2. 过滤功能，将上游带来过滤功能，将上游带来的巨石、泥沙等抛入外的巨石、泥沙等抛入外江，保证灌溉需要。江，保证灌溉需要。宝瓶口进水口功能：功能：分流作用，满足不同分流作用，满足不同区县灌溉需求。区县灌溉需求。案例 2： 特拉法尔加海战法国法国 -西班牙联合舰队西班牙联合舰队 英国地中海舰队英国地中海舰队法国 -西班牙联合舰队秘密备忘录中纳尔森获胜秘诀战斗力分析战斗力分析假设：双方单个战斗单位的战斗力相同假设：双方单个战斗单位的战斗力相同英国舰队 402=1600联合舰队 462=2116结论：联合舰队全歼英国舰队后结论：联合舰队全歼英国舰队后，联合舰，联合舰 队队 （ 2116-1600） 1/2=23， 联合舰队优势明显。如果将联合舰队拦腰截断：如果将联合舰队拦腰截断： 23+23=46联合战舰作战实力联合战舰作战实力 ： 232+232=1058英国战舰作战实力： （ 16+16） 2+82=1088方方式式1：方方式式2：结论：结论： 英国战舰略占优势。英国战舰略占优势。1.3 系统工程的发展史系统工程的发展史n 不同年代重要事件（曼哈顿计划不同年代重要事件（曼哈顿计划 ，北极星导，北极星导弹、核潜艇计划和阿波罗登月计划）弹、核潜艇计划和阿波罗登月计划） n 国际应用系统分析研究所国际应用系统分析研究所n 圣塔菲研究所（复杂、非线性系统研究以及人圣塔菲研究所（复杂、非线性系统研究以及人机系统研究）机系统研究）n 复杂适应系统的提出复杂适应系统的提出 （提出对于人们认识、（提出对于人们认识、理解、控制、管理复杂系统提供了新的思路）理解、控制、管理复杂系统提供了新的思路）我国系统工程发展的几个阶段我国系统工程发展的几个阶段 n 古代朴素的系统观及作用古代朴素的系统观及作用 ;n 50年代中期，钱学森年代中期，钱学森 中科院成立了中科院成立了 “运筹运筹 ”、 “优优选选 ”、 “统筹统筹 ”研究小组研究小组 ; n 70 80年代，人口研究领域、能源与经济协调发展年代，人口研究领域、能源与经济协调发展和社会经济发展规划研究；和社会经济发展规划研究；n 90年代初期和中期年代初期和中期 ，企业活力研究和可持续发展，企业活力研究和可持续发展研究研究 ；n 90年代后期和年代后期和 21世纪初，系统工程研究主要是复杂世纪初，系统工程研究主要是复杂巨系统研究巨系统研究 ，如复杂系统理论，系统论、定性到，如复杂系统理论，系统论、定性到定量综合集成系统、大成智慧系统的研究。定量综合集成系统、大成智慧系统的研究。钱学森对我国系统工程发展的贡献钱学森对我国系统工程发展的贡献 n 把运筹学的把运筹学的 “种子种子 ”从它的发源地美国带回了中国；从它的发源地美国带回了中国； n 创建了我国第一个军事运筹研究机构创建了我国第一个军事运筹研究机构 “ 作战研作战研究处究处 ” ；n 积极建议我国军事部门将系统工程原理和方法，作积极建议我国军事部门将系统工程原理和方法，作为我军不断向现代化迈进的重要手段；为我军不断向现代化迈进的重要手段；n 倡导开展复杂系统的研究；倡导开展复杂系统的研究；n 倡导建立国民经济总体设计部。倡导建立国民经济总体设计部。1.4 系统工程的重要作用系统工程的重要作用n 存在着很多急待解决的宏观、中观、微观存在着很多急待解决的宏观、中观、微观 层次问题层次问题 如我国人口众多、素质偏低，以消耗大量自然如我国人口众多、素质偏低，以消耗大量自然资源、投资拉动获得经济快速增长，已解决就业压资源、投资拉动获得经济快速增长，已解决就业压力。力。又如城市人口出生率低与人口老龄化问题、城又如城市人口出生率低与人口老龄化问题、城市经济结构提升与城市普通居民就业难问题、农业市经济结构提升与城市普通居民就业难问题、农业生产效率提高与富余劳动力增长问题等。生产效率提高与富余劳动力增长问题等。系统工程方法研究更多依赖数据、信息，结论更具系统工程方法研究更多依赖数据、信息，结论更具有操作性有操作性定性分析和定量分析相结合原则定性分析和定量分析相结合原则在实际问题的研究中，往往先定性分析，把握解决在实际问题的研究中，往往先定性分析，把握解决问题的方向，在此基础上进行定量研究，提高问题问题的方向，在此基础上进行定量研究，提高问题分析的精度。定性与定量分析相结合，能够使得到分析的精度。定性与定量分析相结合，能够使得到的结果更具有操作性。的结果更具有操作性。 现代仿真可代替部分社会试验现代仿真可代替部分社会试验系统工程因其具有仿真功能，也被称为系统工程因其具有仿真功能，也被称为 “政策实政策实验室验室 ”。如对于人口系统、社会经济系统、三峡工程、武如对于人口系统、社会经济系统、三峡工程、武器作战系统等，无法进行政策试验，一旦失败，就会器作战系统等，无法进行政策试验，一旦失败，就会造成社会动荡、经济崩溃、人员伤亡、财产重大损失造成社会动荡、经济崩溃、人员伤亡、财产重大损失等后果，对于这些系统，可以采用等后果，对于这些系统，可以采用 建模仿真技术建模仿真技术 ，分，分析政策实施的风险和效果。析政策实施的风险和效果。考察方式考察方式将选修本课程的同学进行分组（每组 5 7名），作为学习小组完成平时作业、实验、大作业等。考试（ 70%） +平时成绩（ 30%）平时成绩：考勤 +实验 +作业 +大作业几点说明：1.平时作业平时作业 是本门课程主要的概念、原理等，作为考试中基础题的范围，注意平时积累。包括