第2章环境系统思.ppt

系统工程概述 一 系统工程产生的背景二 系统工程的产生 发展及应用三 系统工程的研究对象四 系统工程的概念与特点 系统工程产生的背景 必要性社会发展产生的问题经济发展产生的问题技术发展产生的问题 可能性运筹学控制论一般系统理论信息论耗散结构理论协同论突变论 我国系统工程的发展 古代朴素系统观点的自发应用 孙子兵法 道 天 地 将 法 都江堰水利工程 鱼嘴 飞沙堰 宝瓶口 皇宫修复工程 一举三得 优化冶炼方法 元素的合理配比 都江堰水利工程 丁谓的皇宫修复工程 丁谓的皇宫修复工程北宋年间 丁谓负责修复大火烧毁的开封皇宫 他的施工方案是 先将皇宫前的一条大街挖成一条大沟 将大沟与汴水相通 使用挖出的土就地制砖 令与汴水相连形成的河道承担繁重的运输任务 修复工程完成后 实施大沟排水 并将原废墟物回填 修复成原来的大街 丁谓将取材 生产 运输及废墟物的处理用 一沟三用 巧妙地解决了 系统工程的产生 发展及应用 一 系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段 即 只见森林 朴素的系统思想 阶段 只见树木 阶段 先见森林 后见树木 科学的系统思想 阶段 古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献 系统思想及系统理论的产生与发展 整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质 一般系统论 控制论 信息论 耗散结构理论 协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础 系统工程发展简史 不同年代重要事件 曼哈顿计划 北极星导弹 核潜艇计划和阿波罗登月计划 国际应用系统分析研究所圣塔菲研究所 复杂 非线性系统研究以及人机系统研究 复杂适应系统的提出 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 9 系统工程的形成与发展 阿波罗登月计划 阿波罗登月中的创建性工作 方案的开发和选择详尽而明确的研制规划制定总体性能指标的控制解决系统内部接口问题系统分析与管理的新方法 10 方案开发和选择 登月方案几十个 筛选比较 直接登月地球轨道交会月球轨道交会 月球轨道交会方案 论证计算 11 详尽而明确的研制规划 功能分析工作分解结构 月球轨道交会方案 具体化 技术目标技术活动 12 20次飞行试验 详细规划 水星号 13 阿波罗登月计划 系统工程发展的里程碑 目标 在10年内将人送上月球 并使其安全地返回地球 经费 250亿美元1969年6月 阿波罗飞船登上月球 标志着系统工程及其在装备研制中应用的日趋成熟 二 系统工程的发展概况 1 二 系统工程的发展概况 2 二 系统工程的发展概况 3 曼哈顿计划 ManhattanProject 美国陆军部于1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划 亦称曼哈顿计划 为了先于纳粹德国制造出原子弹 该工程集中了当时西方国家 除纳粹德国外 最优秀的核科学家 动员了10万多人参加这一工程 历时3年 耗资20亿美元 于1945年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸 并按计划制造出两颗实用的原子弹 整个工程取得圆满成功 在工程执行过程中 负责人L R 格罗夫斯和R 奥本海默应用了系统工程的思路和方法 大大缩短了工程所耗时间 这一工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展 曼哈顿计划有关视频 我国系统工程的发展 钱学森对我国系统工程发展的贡献把运筹学的 种子 从它的发源地美国带回了中国创建了我国第一个军事运筹研究机构 作战研究处 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倡导开展复杂系统的研究倡导建立国民经济总体设计部 我国系统工程的发展 我国系统工程发展的几个阶段50年代中期 中科院成立了 运筹 优选 统筹 研究小组70 80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90年代初期和中期 企业活力研究和可持续发展研究90年代后期和21世纪初 系统工程研究主要是复杂巨系统研究 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 系统工程在我国社会经济发展中的作用 存在着很多急待解决的宏观 中观 微观层次的问题 发展现状与和谐发展 可持续发展 循环利用 清洁生产之间的矛盾城市人口出生率低与人口老化问题 城市经济结构提升与城市普通居民就业难的问题 农业生产效率提高与农村富有劳动力增加的问题 人与自然和谐等问题 系统工程在我国社会经济发展中的作用 系统工程在宏观研究和微观研究中的作用定量分析是社会经济发展研究的需要现代仿真可代替部分社会试验提升管理机构执行公务的能力 系统工程在我国的发展及应用 1 上世纪50至60年代 我国的一些研究机构和著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨 应用上的偿试和技术方法上的准备 其主要标志和集中代表是钱学森的 工程控制论 华罗庚的 统筹法 和许国志的 运筹学 我国大规模地研究与应用SE是从70年代末 80年代初开始的 系统工程在我国的发展及应用 2 1978年9月27日 钱学森 许国志 王寿云在 文汇报 发表题为 组织管理的技术 系统工程 的长篇文章 从1978年起 西安交大 天津大学 清华大学 华中理工大学 大连理工大学等国内著名大学开始招收了第一批SE专业硕士研究生 1980年11月 中国系统工程学会在北京成立 1980年10月至1981年1月 中国科协 中央电视台会同中国系统工程学会 中国自动化学会联合举办 系统工程电视普及讲座 45讲 取得了良好的社会效果 系统工程在我国的发展及应用 3 70年代末以来 应用SE理论和方法来研究与解决我国的重大现实问题 在许多领域和方面取得了较好的效果 如 人口问题的定量研究及应用 始于1978年 2000年中国的研究 1983至1985年 全国和地区能源规划 始于1980年 全国人才和教育规划 始于1983年 农业系统工程 始于1980年 区域发展战略 始于1982年 投入产出表的应用 始于60年代和1976年 军事系统工程 始于1978年 水资源的开发利用 始于1978年 等 系统工程在我国的发展及应用 4 90年代以来 系统工程在与以下七个方面的结合上已具有初步结果和强劲势头 企业发展转型时期我国改革发展的重大现实问题 综合配套改革 和谐社会建设 自主创新 资源能源问题 新农村建设 城镇化 社会保障 应急管理等 管理科学 经济科学 工程科学各种前沿问题落实科学发展观社会信息化变革重大投资和大型项目管理思维科学和生命科学 该类系统的主要特点有 规模庞大 结构复杂 属性及目标多样 一般为人 机系统 经济性突出等 二 系统工程的研究对象 一 SE的研究对象是大规模复杂系统 第一节系统的基本概念 1 1 1系统的概念 SystemDefinitionandConcepts 中国大百科全书 解释 系统是由相互制约 相互作用的一些部分组成的具有某种功能的有机整体Asystemisasetofinterrelatedcomponentsworkingtogethertowardsomecommonobjectives Asystemisacombinationofelementsorpartsformingacomplexorunitarywholesuchasariversystemoratransportationsystem 29 钱学森对系统的描述性定义 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分 元素 结合成的具有特定功能的有机整体 记为S 其中 Elements 为系统 Systems 中所有元素构成的集合 Relationship 为系统中所有关系的集合 1 1系统的概念 30 1 1系统的概念 31 1 1系统的概念 1 目的性 Purposefulness 1 1 2系统的特性 CharactersofSystem 2 整体性 Entirety Wholeness 3 集合性 Assembly Aggregate 4 层次性 Hierarchy 5 相关性 Relativity corelation 6 环境适应性 Circumstanceadaptability 33 关于系统的整体性 系统的整体性就是强调 整体功能大于各部分功能之和 即 1 1 2 系统具有整体的结构 整体的特性 整体的状态 整体的行为 整体的功能等 1 1系统的概念 34 关于系统的层次性 1 1系统的概念 任何一个系统都可以分解为一系列的不同层次的子系统 而它本身又是它所从属的一个更大系统的子系统 子系统 如果系统的元素集合满足以下条件 则称为系统的一个子系统 1 是的子集合 即 2 本身是一个系统 35 关于系统的层次性 1 1系统的概念 系统的层次结构 组分 子系统 及组分 子系统 之间的关联方式的总和 关联方式主要是因果关联 数学和逻辑关系 表现形式有树状结构和网状结构两种 36 树状结构示意图 关于系统的层次性 1 1系统的概念 37 网状结构示意图 关于系统的层次性 1 1系统的概念 38 扁平化的网状结构示意图 关于系统的层次性 1 1系统的概念 39 网络系统及层次性 1 1系统的概念 40 系统的分类 1 1系统的概念 自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统和静态系统 控制系统与行为系统 开放系统与封闭系统 41 1 1系统的概念 开放系统指系统与环境之间进行物质 能量或信息交换 封闭系统则相反 即系统与环境互相隔绝 它们之间没有任何物质 能量或信息交换 这里定义的物质 能量和信息全面开放的系统 物理学尚无专门定义 系统与环境之间具有边界 系统边界如何划分 系统的分类 开放系统与封闭系统 42 1 1系统的概念 1 现代化与复杂性构成客观世界的三个基本要素 物质 能量和信息不断丰富 其结果使得事物之间的相互联系加强 整个世界朝着复杂性不断增加的方向发展 这是不依人的主观意志为转移的客观规律 社会的演变方向复杂性增加 空间狭窄 时间缩短 普遍联系加强 系统的分类 简单系统与复杂系统 43 1 1系统的概念 无论如何 我们将被迫在知识的一切领域中运用 整体 或者 系统 来处理复杂性问题 这将是对科学思维的一个根本改造 贝塔朗菲 系统的分类 简单系统与复杂系统 44 1 1系统的概念 系统的分类 简单系统与复杂系统 2 复杂系统的外部表现系统规模大复杂系统系统行为复杂系统规模大同时行为复杂 45 1 1系统的概念 系统的分类 简单系统与复杂系统 3 复杂系统的内在表现开放性 考虑系统与其环境之间的物质 能量或信息交换 更能反映客观世界的真实性 非线性 具有多解 多稳态 能够描述稳定性交换 更能追踪客观世界的多样性 随机性 微涨落放大 更能体现系统从无序到有序或从有序到混沌的自发性 涌现性 突现性 通过整体与局部的关系 研究系统整体的涌现行为 更能体现系统结构与行为演化的目的性 46 1 1系统的概念 系统的分类 简单系统与复杂系统 4 钱学森关于系统的分类小系统简单系统系大系统统简单巨系统巨系统一般复杂巨系统复杂巨系统特殊复杂巨系统 47 1 1系统的概念 系统的分类 简单系统与复杂系统 4 钱学森关于系统的分类 小系统 大体上说 由几个 十几个元素或子系统组成的系统 大系统 由上百个 上千个元素或子系统组成的系统 巨系统 元素或子系统数量极大 成万上亿 上百亿 万亿 48 1 1系统的概念 系统的分类 简单系统与复杂系统 4 钱学森关于系统的分类巨系统60年代末提出了大系统概念和大系统理论 随着社会经济 生态环境等系统成为研究对象 人们发现还存在比大系统的规模大得多的系统 70年代末 钱学森在论述社会系统工程时第一次提出巨系统概念 巨系统的行为特性不同于小系统和大系统 1 1 3系统的分类ClassificationofSystem 1 自然系统与人造系统Naturalandman madesystems 2 实体系统与概念系统PhysicalandConceptualSystems 3 静态系统和动态系统StaticandDynamicSystems 4 封闭系统与开放系统ClosedandOpenSystems除此而外 还有其它一些分类的准则 如控制系统和行为系统 连续系统和离散系统 确定性系统和随机性系统 白色系统 灰色系统和黑色系统等 思考题 要求结合某管理系统问题说明 系统的功能及要素 系统的环境影响及输入 输出要素 系统的结构 最好能用框图表达 系统功能与结构和环境的关系 管理系统的主要特点 管理系统问题举例 三 系统的类型 自然系统与人造系统实体系统与概念系统动态系统与静态系统封闭系统与开放系统主要明确SE研究什么样的系统问题 三 SE的内容与特点 所谓SE 是用来开发 运行 革新一个大规模复杂系统所需思想 程序 方法的总和 或总称 SE强调以下基本观点 1 整体性和系统化观点 前提 2 总体最优或平衡协调观点 目的 3 多种方法综合运用的观点 手段 4 问题导向及反馈控制观点 保障 思考讨论题 1 选择一个你所熟悉的系统问题说明 1 系统的功能及其要素 2 系统的环境及输入 输出 3 系统的结构 最好用框图表达 4 系统的功能与结构 环境的关系 2 说明系统一般属性的含义 并据此归纳出若干系统思想或观点 3 管理系统有何特点 与工程系统有何异同 为什么说现代管理系统是典型的 大规模 复杂系统 4 请总结系统工程的特点 结合第二讲或第二 三章内容 5 结合系统工程应用领域及其特点 说明系统工程在你所学专业领域的可能应用及其前景 什么是 懒 蚂蚁效应 日本北海道大学进化生物研究小组对三个分别由30只蚂蚁组成的黑蚁群的活动进行了观察 结果发现 大部分蚂蚁都很勤快地寻找 搬运食物 而少数蚂蚁却整日无所事事 东张西望 人们把这少数蚂蚁叫做 懒蚂蚁 有趣的是 当生物学家在这些 懒蚂蚁 身上做上标记 并且断绝蚁群的食物来源时 那些平时工作很勤快的蚂蚁表现得一筹莫展 而 懒蚂蚁 们则 挺身而出 带领众蚂蚁向它们早已侦察到的新的食物源转移 原来 懒蚂蚁 们把大部分时间都花在了 侦察 和 研究 上了 它们能观察到组织的薄弱之处 同时保持对新的食物的探索状态 从而保证群体不断得到新的食物来源 这就是所谓的 懒蚂蚁效应 懒于杂务 才能勤于动脑 相对而言 在蚁群中 懒蚂蚁 更重要 而在企业中 能够注意观察市场 研究市场 分析市场 把握市场的人也更重要 启示 勤与懒相辅相成 懒 未必不是一种生存的智慧 懒于杂务 才能勤于思考 破窗效应 及时矫正和补救正在发生的问题 破窗效应是犯罪学的一个理论 该理论由詹姆士 威尔逊 JamesQ Wilson 及乔治 凯林 GeorgeL Kelling 提出 此理论认为环境中的不良现象如果被放任存在 会诱使人们仿效 甚至变本加厉 以一幢有少许破窗的建筑为例 如果那些窗不被修理好 可能将会有破坏者破坏更多的窗户 最终他们甚至会闯入建筑内 如果发现无人居住 也许就在那里定居或者纵火 又或想像一条人行道有些许纸屑 如果无人清理 不久后就会有更多垃圾 最终人们会视若理所当然地将垃圾顺手丢弃在地上 因此破窗理论强调着力打击轻微罪行有助减少更严重罪案 应该以 零容忍 的态度面对罪案 破窗效应五个阶段 1 社区开始出现失序的情形 部分居民迁出社区 2 未能迁离社区的居民因担心自身安全 对区内的事务漠不关心3 地区的监察力下降 社区的治安进一步恶化 4 区内更多的居民迁走 仍然留在区内的居民则更加退缩 减少外出时间 5 外来的犯罪份子入侵社区 令犯罪数字持续上升 番茄工作法 番茄工作法是简单易行的时间管理方法 番茄工作法是弗朗西斯科 西里洛于1992年创立的一种相对于GTD GetThingsDone 更微观的时间管理方法 在番茄工作法一个个短短的25分钟内 收获的不仅仅是效率 还会有意想不到的成就感 番茄工作法的基本原则 1 番茄钟不可分割2 耗时超过3小时的任务需要再切分3 每个番茄钟开始后就不能暂停 一旦暂停 只能作废重来 4 若一项活动花费时间很短 不到一个番茄钟 可与其他活动合并 5 番茄工作法不用于假期和休息期的活动 番茄工作法的目的 1 减轻时间焦虑2 提升集中力和注意力 减少中断3 增强决策意识4 唤醒激励和持久激励5 巩固达成目标的决心6 完善预估流程 精确地保质保量7 改进工作学习流程8 强化决断力 快刀斩乱麻 番茄工作法的做法 1 每天开始的时候规划今天要完成的几项任务 将任务逐项写在列表里 或记在软件的清单里 2 设定你的番茄钟 定时器 软件 闹钟等 时间是25分钟 3 开始完成第一项任务 直到番茄钟响铃或提醒 25分钟到 4 停止工作 并在列表里该项任务后画个X 5 休息3 5分钟 活动 喝水 方便等等 6 开始下一个番茄钟 继续该任务 一直循环下去 直到完成该任务 并在列表里将该任务划掉 7 每四个番茄钟后 休息25分钟 在某个番茄钟的过程里 如果突然想起要做什么事情 a 非得马上做不可的话 停止这个番茄钟并宣告它作废 哪怕还剩5分钟就结束了 去完成这件事情 之后再重新开始同一个番茄钟 b 不是必须马上去做