第1章系统工程概论ppt课件

.,系统工程概论SystemEngineering,山东大学(威海)商学院,.,2,系统工程,引言第1章系统的一般理论第2章系统工程的历史与现状第3章系统工程方法论第4章系统建模理论与方法第5章系统结构模型化方法第6章系统仿真第7章系统动力学第8章系统评价第9章系统决策,.,3,时代特征及社会发展趋势经济全球化社会加速信息化创新开始成为时代的最强音社会进入合作竞争新时代（COOPETITION；GUANXI）可持续发展引起普遍关注,Why,“要学一点系统工程”,.,4,What,SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学生掌握分析与解决各种管理系统问题的思想、程序和方法。它把自然科学和社会科学中的一些思想、理论、方法等根据系统总体协调的需要有机地联系起来。,.,5,一些复杂的系统,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等：沿江大开发、非典的机理与影响、四川地震、神七的发射、北京奥运,.,6,复杂系统的特点,多输入、多输出的人机系统系统工程就是研究这类系统的机制及运动发展规律的一门新兴学科它是从整体上使大系统达到最优设计、最优控制、最优管理“最优”与“满意”从而最充分地发挥人力、物力、财力的作用，力求获得最大限度的技术经济与环境效益。,.,7,为什么要学习系统工程？,系统工程为我们认识世界和改造世界提供了一个“范式”和“框架”，从而使我们能更有效地解决面临的复杂问题。因此系统工程在某种程度上具有方法论的特点。,.,8,国内系统工程研究,国内系统工程的实力集中在一批理工科院校清华大学、北航、天大、哈工大、大连理工、西安交大、上海交大、国防科大、东南大学、复旦大学、华南理工迄今为止，在国内管理学院有2人成为工程院院士王众托，大连理工，信息系统汪应洛，西安交大，系统工程、工业工程许庆瑞，浙江大学，技术创新,.,9,几本重要的系统工程参考书,汪应洛，系统工程理论、方法与应用，高教出版社，2003汪应洛，系统工程，机械工业出版社潭跃进，系统工程，国防科大出版社徐一飞，周斯富，系统工程手册，煤炭工业出版社苗东升，系统科学精要，中国人民大学出版社,.,10,几本重要的系统工程期刊,系统工程学报系统工程理论与实践系统工程系统工程理论、方法与应用系统工程与电子技术管理科学学报管理工程学报中国管理科学控制与决策,.,11,第1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,.,12,系统的概念及特性,系统的概念系统的特性,.,13,系统的概念,在技术科学层次上，通常采用钱学森的定义：系统是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：系统是相互联系，相互作用的诸元素的综合体本书的定义，如果对象集S满足以下两个条件：1)S中至少包含两个不同对象；2)S中的对象按一定方式相互联系在一起则称S为一个系统，称S中的对象为系统的元索。,系统,.,14,定义22对象集合N如果满足以下两个条件之一：1)N中只有一个不可再分的对象2)N中不同对象之间没有按一定方式联成一体则称N为一个非系统非系统分为两类没有构成元素的事物，即不可分解的囫囵整体没有特定联系的对象群体,系统的概念,非系统,.,15,整体性相关性多元性（集合性）层次性目的性环境适应性,系统的概念,系统的特性,.,16,非加和原理：WPi(1)整体大于部分之和WPi“三个臭皮匠，赛过一个诸葛亮”(2)整体小于部分之和WPi“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”WNPi当N=1时，为非系统。非系统群体的基本特性是加和性，公式表示为WPi,系统的概念,整体与部分,.,17,制度设计：1、劳动量均衡设计2、报酬制度设计3、权威的作用,.,18,系统的结构与功能,系统的结构系统的功能,.,19,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,.,20,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相对性：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）系统结构的开放性:任何系统结构都不是绝对封闭的三、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,.,21,四、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、子系统的定义定义23Si，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SS；2）Si本身是一个系统,结构分析与模拟,系统的结构,.,22,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=S1S2SN2)独立性SiSj(空集)，ij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设A(xx具有性质P)为一多元集，R(rl，r2，)为A中的关系集，满足定义21的要求，则A与R一起确定了一个系统SS,子系统,系统的结构,.,23,层次是从元素质到系统整体质的根本质变过程中呈现出来的部分质变序列中的各个阶梯，是一定的部分质变所对应的组织形态。层次划分不同于部分划分高层次包含低层次，低层次隶属于高层次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贝塔朗菲：等级层次的一般理论显然是系统论的一个重要支柱,系统层次结构,系统的结构,.,24,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等级层次理论的主要课题是什么是层次，如何划分层次，层次的基本特性，层次形成的机理，不同层次如何联系和过渡，如何从低层次的质提升到高层次的质,等级层次理论,系统的结构,.,25,什么叫性能？系统在内部联系和外部联系中表现出来的特性和能力什么叫功能？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,性能和功能,系统的功能,.,26,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,.,27,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,.,28,系统的环境环境的不确定性,系统的环境与不确定性,.,29,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SU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ExxU且与S有不可忽略的联系,.,30,系统的环境,系统与环境,.,31,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,.,32,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,.,33,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,.,34,社会一般环境,具体工作环境,系统,输入,输出,系统边界,系统与环境,环境因素的划分,.,35,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,.,36,锅炉厂（产品：电站锅炉）,购买者市场,国家电力发展规划,能源政策,用户要求,社会就业,工业发展,城市发展,产品按期、按质按量交货,钢材供应新材料新工艺,水质水源,电厂规模,服务质量,税金和利润,渣、屑、有害气体,辅机配套能力,自动化技术,员工素质,环保安全要求,运煤除尘设备,经济与经营管理环境,社会环境,输出,物理技术环境,企业的环境,供应者市场,.,37,一、基本概念资源：给系统提供生存发展所需要的空间、资源、激励或其他条件，是积极的作用、有利的输入。压力：给系统施加约束，扰动、压力甚至危害系统的生存发展，是消极的作用、不利的输入功能：给环境提供功能服务，是积极的作用、有利的输出对环境的污染：系统自身的行为，与其他系统为争夺资源而展开的竞争，有破坏环境的作用，即不利的输出,系统的环境,环境与系统的互塑共生,.,38,二、源能力和汇能力源能力：环境向系统提供资源的能力汇能力：环境吸纳、同化系统排泄物的能力源能力与汇能力共同构成环境对系统的支撑能力（承载能力）三、系统环境互塑共生环境塑造着环境中的每个系统，不同环境造就不同的系统。所谓“一方水土养一方人”、“近朱者赤，近墨者黑”环境又是组成它的所有系统共同塑造的系统必须有效地开发利用环境、适应环境、改造环境，同时要限制对环境的开发、利用、改造，把保护和优化环境作为系统自身的重要功能目标，以此规范自己的行为，维护环境生态平衡,系统的环境,环境与系统的互塑共生,.,39,中国历代状元籍贯地统计表,.,40,我国人才籍贯分布统计表,返回,.,41,不确