“导论”介绍.ppt

系统工程教材 系统工程概论参考教材 系统工程理论 方法与应用 汪应洛 高等教育出版社系统工程 汪应洛 机械工业出版社 李湘君E mail lxiangj09 电话公室 B11405 三个问题 为什么开设系统工程课程 系统工程可以解决什么问题 如何学习系统工程课程 有关 系统工程 的介绍 系统科学是一门从总体上研究 复杂 系统共同运动规律的科学系统工程是一门系统科学与工程技术 经济学和管理学等相结合的组织管理技术 改造客观的工程技术 同时也是运筹与决策的艺术 一些复杂的系统 大型水利工程系统 长江三峡水利枢纽工程 防洪 发电 运输 跨区域电网系统 北美电网停电事故综合交通运输系统 铁路 公路 航空 水路 管路 城市轻轨 地铁 传送带军事指挥系统 精确制导导弹 远程轰炸机 航母战斗机群空中打击 地面战争社会经济系统 沿江大开发 四川地震 神七的发射 北京奥运卫生系统 医疗保障 公共卫生服务 公立医院改革 社区卫生服务 5 课程学习目的 要求 通过课程学习 掌握系统工程方法论 能用系统的观点分析问题 并掌握系统工程分析解决问题的基本概念 基本原理和基本方法 初步具有运用系统建模 系统分析 系统预测 系统评价 系统决策等系统工程方法分析解决实际问题的能力 本课程的主要内容 系统和系统工程的基本概念系统工程方法论系统分析系统建模理论与方法系统仿真理论和方法系统评价系统决策 教学方法和考核 教学方法 理论课讨论课考核办法教学参与情况 讨论课 上课参与 20 系统工程大作业20 4人一组期末考试60 第一章系统的一般理论 系统的概念及特性系统的结构与功能系统环境与不确定性 1 1系统的概念 系统的定义 系统 Systems 是具有特定功能的 相互间具有有机联系的许多要素 Element 所构成的一个整体 记 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 系统的特性 集合性 把具有某种属性的一些对象看作一个整体 从而形成一个集合 相关性 组成系统的要素是相互联系 相互作用的 相关性说明这些联系之间的特定关系和演变规律 如一座城市阶层性 层次性 系统作为一个相互作用的诸要素的总体来看 它可以分解为一系列的子系统 并存在一定的层次结构 系统的特性 整体性 系统是由两个或两个以上的可以相互区别的要素 按照作为系统所应具有的综合整体性而构成的 系统是由若干要素组成的各要素是相互作用 相互依赖的作为一个整体的系统具有特定的功能目的性 通常系统都具有某种目的 为达到既定的目的 系统都具有一定的功能环境适应性 系统的分类 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开放系统与封闭系统简单系统 简单巨系统和复杂巨系统系统工程主要研究对象是什么 1 2系统的结构与功能 系统的结构系统的功能 系统的结构 结构 系统内部各组成要素之间在空间或时间方面的有机联系与相互作用的方式和顺序 没有按一定结构框架组织起来的多元集是一种非系统 结构不能离开元素而单独存在 只有通过元素间相互作用才能体现其客观实在性 结构主义 把结构看做独立于元素而单独存在的东西 是错误的系统的属性不仅取决于它的构成要素 而且还有赖于它的结构 管理工作者的重要使命在于改善系统结构 理事 各类系统结构差异很大 复杂系统具有复杂的结构 系统结构的概念 特性和类型 二 系统结构的特性系统结构的稳定性 结构一旦形成 总是趋向于保持稳定系统结构的层次性 包括等级性和多侧面性两种含义系统结构的可变性 稳定性是相对的 可变性是绝对的 如产业结构的变迁 制度的变迁 三 系统结构的类型1 空间结构和时间结构2 对称结构与非对称结构3 深层结构与表层结构4 硬结构与软结构 系统的结构 四 结构分析与结构模拟黑箱 白箱 灰箱黑箱方法 由系统的功能分析去判断系统的结构灰色系统方法 由部分信息探知系统结构的方法结构模拟方法 设计一种比较简单的结构去模拟另一种比较复杂的系统结构的方法 五 子系统的定义Si 被称为S的一个子系统 如果它同时满足条件 1 Si是且是S的一部分 即Si S 2 Si本身是一个系统 结构分析与模拟 系统的结构 设系统S被划分为n个子系统S1 S2 Sn 正确的划分应满足以下要求 1 完备性S S1 S2 SN2 独立性Si Sj 空集 i j系统是否需要划分子系统 主要不在于元素多少 而在于元素种类的多少 元素差异的大小 和联系方式的复杂性 子系统 系统的结构 系统结构的层次性含义 等级性 如工厂 车间 班组等多侧面性 如研发部门 销售部门等系统结构的层次性反映了系统要素在构成上的等级和次序 也反映了要素构成系统过程中存在的质变 无论是系统的形成和保持 还是系统的运行和演化 等级层次结构都是复杂系统最合理的或最优的组织方式 或最少的空间占有 或最有效的资源利用 或最大的可靠性 或最好的发展模式 等等 这就是等级层次原理 系统层次结构 系统的结构 系统行为所引起的环境中某些事物的有益变化 称为系统的功能 被改变了的外部事物 叫做系统的功能对象 概念 系统的功能 系统功能 转换 输入物质 能量 信息 输出物质 能量 信息 凡系统都有自己的功能 这是功能的普遍性系统性能有多样性 每种性能都可能被用来发挥相应的功能 或综合几种性能发挥某种功能 书的功能 传播知识和精神食粮装饰居所作者获得名利 职称 评奖 增加名气 获得稿费 作者交友 以书交友 以书为媒 其他无文化含义的方面功能分本征的与非本征的两类 功能的普遍性和多样性 系统的功能 元素 结构 环境三者共同决定系统的功能在元素和环境给定的情况下 才是结构决定功能 设计或组建具有特定功能的系统 须选择具有必要性能的元素 选择最佳的结构方案 还要选择或创造适当的环境条件功能发挥过程对结构有反作用几种关系 结构的改变影响整体功能的发挥同一结构发挥多种功能 一构多功 不同结构实现相同功能 异构同功 结构与功能的关系 系统的功能 系统的环境环境的不确定性 系统的环境与不确定性 系统的环境 概念 广义地讲 一个系统之外的一切事物或系统的总和 称为该系统的环境 令U记宇宙全系统 S记我们考察的系统 S 记它的广义环境 则S U一S实际上 不可能也无必要列举S与S 中一切事物的联系 狭义地讲 S的环境 记作E 是指U中一切与S有不可忽略的联系的事物之总和 即E x x U且与S有不可忽略的联系 系统的环境 系统与环境 把系统与环境分开来的某种界限 叫做系统的边界从空间结构看 边界是把系统与环境分开来的所有点的集合 从逻辑上看 边界是系统构成关系从起作用到不起作用的界限 系统质从存在到消失的界限 系统的环境 系统边界 系统与环境相互作用 相互联系是通过交换物质 能量 信息实现的 系统能够与环境进行交换的特性 叫做开放性 系统自身抵制与环境交换的特性 称为封闭性 系统性是封闭性与开放性的对立统一系统 特别是生命 社会 思维系统 只有对环境开放 与环境相互作用 才能生存和发展按照系统与环境的关系 可划分出开放系统与封闭系统 系统的环境 环境的开放性 系统的输入 转换与输出有时表现为一种因果关系结构从环境到系统的因果结构 企业由于经济的复苏带来的产量的增加系统内部的因果结构 随着产量的增加 工厂废水排出量相应增加系统到环境的因果结构 随着废水排出量的增大 使水源遭受污染环境内部的因果结构 由于水资源受到破坏 引起居民 渔民的反对公害运动从环境到系统的因果结构 由于民众的反对 企业的生产受到限制 环境 系统 系统的环境 环境与系统的因果关系 社会一般环境文化特征技术特征教育特征政治特征法制特征自然资源特征人口特征社会特征经济特征 企业的具体工作环境消费者部分供应者部分竞争者部分社会政治部分技术部分 系统的环境 环境举例 不确定性是指没有概率分布能与所考察的事件的结果相联系的情形 也就是事件发生的可能性完全不可知的情形 环境不确定性 第二章系统工程的历史与现状 系统工程的产生与发展系统工程的概念系统工程的学科基础系统工程技术 2 1系统工程的产生与发展 系统工程的发展历史系统工程在中国的演进 系统工程的发展概况 系统工程在我国的发展及应用 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 90年代以来 系统工程在与企业发展结合 与现代信息技术结合 与实施可持续发展战略结合 与思维科学结合等方面已具有初步结果和强劲势头 36 技术与管理两个过程 系统工程既是一个技术过程 又是一个管理过程 为了成功地完成系统的研制 在整个系统寿命周期内 技术和管理两方面都很重要 因此 美国防务系统管理学院把系统工程定义为 是为了达到所有系统要素的优化平衡 控制整个系统研制工作的管理功能 把作战需求转变为一组系统参数的描述 并综合这些参数以优化整个系统效能的过程 2 2系统工程的概念 系统工程 是一门新兴的学科 无统一的定义 系统工程是以研究大规模复杂系统为对象的一门交叉学科 系统工程与其他工程学的区别 系统工程研究的对象主要是信息 又把它称作为 软科学 把大规模复杂系统作为其研究对象 38 系统工程的特点 整体性 系统性 关联性 协调性 综合性 交叉性 满意性 最优化 1 2系统工程的概念 系统工程的研究内容 系统辨识技术系统模型化技术 核心内容系统最优化技术系统评价技术系统预测技术系统决策技术 系统工程在科技知识体系中的位置 哲学 基础科学 基础科学 技术科学 基础科学 工程技术 辨证法 系统学 基础科学 运筹学 信息论 控制论 基础科学 系统工程 2 3系统工程的学科基础 理论基础 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