系统工程导论

1、系统工程系统工程授课教师：唐海萍 北京师范大学资源学院联系电话：58802108（o）电子邮件：首先看看石墨和金刚石再来看看齐王赛马的故事最后说说系统工程系统工程系统的功能系统的功能f（c，s，e）f功能功能c 组成要素组成要素 s 结构结构 e 环境环境.系统的要素系统的要素系统的结构系统的结构环境因素环境因素系系统统概概述述系统工程系统工程课程简介课程简介 系统工程是一门新兴学科系统工程是一门新兴学科 系统工程是一门实用性很强的工程技术系统工程是一门实用性很强的工程技术系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控制论、管理科学等科学理论为

2、基础，高息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使命的管理与设计学科。总体协调使命的管理与设计学科。本课程讲授重点是：本课程讲授重点是：力图将这门组织管理的力图将这门组织管理的技术技术与运筹决策的与运筹决策的艺艺术术结合起来介绍给学生。结合起来介绍给学生。系统工程方法论系统工程方法论计算机技术计算机技术模型库模型库信息库信息库专家专家经验经验统计数据统计数据和资料和资料大型复杂人工系统和复合系统大型复杂人工系统和复合系统研究对象研究对象研究内容研究内容组织协调系统内部各要素的活动，组织协调系统内部各要

3、素的活动，使各要素为实现整体发挥适当作用使各要素为实现整体发挥适当作用研究目的研究目的实现系统整体目标最优化实现系统整体目标最优化参考教材参考教材谭跃进、陈英武、易进先编著谭跃进、陈英武、易进先编著.1999.1999.系统工程原理系统工程原理. .湖南长沙湖南长沙: :国防科技大学出版社国防科技大学出版社. .顾培亮编著顾培亮编著.1998. .1998. 系统分析与协调系统分析与协调. .天津天津: :天津大学出版社天津大学出版社. .林定夷编著林定夷编著.1998.1998.系统工程概论系统工程概论. .广州广州: :中山大学出版社中山大学出版社. .汪应洛主编汪应洛主编.1999.19

4、99.系统工程系统工程. .北京北京: :机械工业出版社机械工业出版社. .modeling the environment-an introduction to system modeling the environment-an introduction to system dynamics models of environmental systemsdynamics models of environmental systemsandrew ford andrew ford ed. island press,1999. ed. island press,1999. 第一章第一章导导论论

5、第一节第一节 系统工程的定位第二节第二节 系统工程的发展概况第三节第三节 学习系统工程的意义第四节第四节 系统工程方法论一、系统工程与与其他相近学科的关系一、系统工程与与其他相近学科的关系二、系统概述二、系统概述三、系统工程定义三、系统工程定义第一节第一节系统工程的定位系统工程的定位四、系统工程在资源学科中的地位四、系统工程在资源学科中的地位系统分析运筹学系统工程系统科学系统工程的定位系统工程的定位系统工程与与其他相近学科的关系系统工程与与其他相近学科的关系奥地利理论生物学家贝塔朗菲将系统论分为： 一般系统论一般系统论 - - 关于关于“系统系统”的科学，对各种不同的具的科学，对各种不同的具体

6、科体科 学（物理学学（物理学、生物学、经济学等）的系统进行科学、生物学、经济学等）的系统进行科学 的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统 系统技术系统技术 涉及涉及系统工程系统工程的内容，着重研究系统思想的内容，着重研究系统思想 与系统方法在与系统方法在 现代科学技术和社会的各种系统中的现代科学技术和社会的各种系统中的 实际应用实际应用 系统哲学系统哲学 包括系统本体论、系统认识论、以及人与包括系统本体论、系统认识论、以及人与 世界关系的价值观、人本主义等等世界关系的价值观、人本主义等等 系统工程的定位系统工程的定位 系统科学系统科学 系统工程

7、系统工程 系统科学系统科学 : : 一门从总体上研究复杂系统共同运动规一门从总体上研究复杂系统共同运动规 律的科学律的科学 系统工程系统工程 : : 一门系统科学、工程技术学、经济学和一门系统科学、工程技术学、经济学和 管理学等相结合的管理学等相结合的 组织管理技术，是组织管理技术，是 一种改造客观世界的工程技术，同时也一种改造客观世界的工程技术，同时也 一种运筹与决策的艺术。一种运筹与决策的艺术。系统分析系统分析 系统工程系统工程 系统工程系统分析系统工程系统分析 系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列 系统工程包括系统分析、系统设计和决策分析系

8、统工程包括系统分析、系统设计和决策分析本课程体系：系统工程系统分析系统决策本课程体系：系统工程系统分析系统决策系统工程的定位系统工程的定位运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，都是系都是系统思想方法定量化的实际应用研究。统思想方法定量化的实际应用研究。运筹学的目的：增加现有系统效率的分析工作，通常涉及现已存运筹学的目的：增加现有系统效率的分析工作，通常涉及现已存在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，分析程序分析程序由下而上由下而上（战术）（战术）系

9、统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选系统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择比较；以问题状况为导向，分析程序择比较；以问题状况为导向，分析程序由上而下由上而下（战略）（战略） 系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）运筹学运筹学系统工程系统工程系统工程的定位系统工程的定位 部件及属性、部件及属性、环境及界环境及界限、输入与输出限、输入与输出系统概述系统概述西方传统系统思想西方传统系统思想中国传统系统思想中国传统系统思想系统的定义系统的定义系统的构成要素系统的构成要素系统的分类系统的分类基本特性基本特性3 3 近代对世界

10、、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐渐把渐把世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系统是自组织演化的。统是自组织演化的。4 4 马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次的；马世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次

11、的；马克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时可以产生新的东西，新的力量。可以产生新的东西，新的力量。也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的含量不同可以组成铁、钢含量不同可以组成铁、钢，等，等整体和部分关系整体和部分关系系系统统概概述述一一西方传统系统思想演化西方传统系统思想演化1 1公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学家们就家们就探索了系统的基本思想，认识到世界是一个系统，由探索了系统的基本思想，认识到世界是一个系统

12、，由一些基本要素组成一些基本要素组成；并认识到；并认识到整体和部分的辨证关整体和部分的辨证关系。系。2 2著名古希腊哲学家亚里士多德（著名古希腊哲学家亚里士多德（aristotle）在公元）在公元前三百多年就提出整体是由部分组成，但是整体效益前三百多年就提出整体是由部分组成，但是整体效益却大于各个部分的效益总和。却大于各个部分的效益总和。二二中国传统系统思想中国传统系统思想中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至更早就已经形成了。更早就已经形成了。最早是八卦与周易最早是八卦与周易公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出公元前五百多年前

13、，以老子为创始人的道家对系统提出了精辟的看法了精辟的看法黄帝内经黄帝内经“天人相应天人相应”孙子兵法孙子兵法，李冰父子建造都江堰，李冰父子建造都江堰均含系统的思想均含系统的思想（参见顾基发（参见顾基发,唐锡晋唐锡晋.2000.从古代系统思想到现代东方系统方法论从古代系统思想到现代东方系统方法论.系统工程理论与实践系统工程理论与实践,(1):8992.）系系统统概概述述小资料：都江堰小资料：都江堰水的顺势疗法水的顺势疗法参见：中国国家地理，参见：中国国家地理，2003年第年第9期（四川专辑）期（四川专辑）公元前272年，李冰担任蜀郡郡守，一是让岷江水经过成都，使航道畅通，同时在发洪水时控制水，不

14、使其泛滥平原：在岷江河道上建立一个既能引水又能防洪的水利工程。中国古人为实现战争目的而在岷江上修建的都江堰，是世界上最早的无坝引水工程，从建成至今的2258年间生生不息，把成都平原从“水乡泽国”变成了“天府之国”。与平均寿命50年的现代大坝相比，都江堰足以证明“疏导治水”理念的成功。用竹片编成笼，笼内装满卵石，用渡船抛至江心，4年后，在岷江河道中间出现了一个类似大鱼嘴的江心坝，岷江水被一分为内外两江；在2000多年前的战国时代，生产工具的局限使得人们只能使用棍棒和铁锤把大山凿开，李冰妙计为：用火烧岩石，直烧到岩石发红，再用冰凉的江水浇在滚烫的岩石上，岩石在热胀冷缩中裂成碎块，这时民工再用棍棒和

15、锤子凿开石壁，工程进度会快的多。历经8年，玉垒山山体上劈开一条宽为20米、长80米的水路，后人将此进水口称为“宝瓶口”。系系统统概概述述系系统统概概述述现代水利学中的现代水利学中的“弯道弯道环流环流”原理。凹岸、凸原理。凹岸、凸岸、泥沙沉积岸、泥沙沉积系系统统概概述述系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途钱学森：系统是由相互钱学森：系统是由相互作用作用和相互和相互依赖依赖的若干的若干组成组成部分部分结合结合的具有的具有特定功能特定功能的有机整体。的有机整体。系系统统概概述述三三系统的定义系统的定义图图1.1 1.1 系统的基本概念图

16、系统的基本概念图 s1 s2 s4 s3 系统输入 系统输入 s1，s2，s3，s4系统部件 系统结构 系统周界 系统环境 系系统统概概述述系统的诸部件及其属性系统的诸部件及其属性：结构部件、操作部件、流部件：结构部件、操作部件、流部件s（c，s，f，e）s结构结构 c 组成要素组成要素 f 功能功能 e 环境环境.【1 1】【2 2】 【3 3】系系统统概概述述四四系统的构成要素系统的构成要素系统的环境及其界限系统的环境及其界限系统的输入与输出系统的输入与输出 图图1.2系统结构图系统结构图系系统统概概述述 f y处理器 反 馈 输出 输入 原材料 生产车间 办公室 成品库 商品销售系统 社

17、会供应系统 成品输出 原材料等输入 外界社会系统环境 图图1.3系统活动结构图系统活动结构图物质流信息流指令流工厂生产系统系系统统概概述述自然系统自然系统人造系统人造系统实体系统实体系统概念系统概念系统动态系统动态系统静态系统静态系统控制系统控制系统行为系统行为系统开放系统开放系统封闭系统封闭系统系系统统概概述述五五 系统的分类系统的分类六六系统的基本特性系统的基本特性适应性适应性动态性动态性相关性相关性目的性目的性层次性层次性整体性整体性系系统统概概述述【1 1】 对象对象 【2 2】 内容内容 【3 3】 目的目的【4 4】 特点特点整体性（系统性）整体性（系统性）关联性（协调性）关联性（

18、协调性）综合性（交叉性）综合性（交叉性）满意性（最优化）满意性（最优化）运用系统科学的一般规律和数学方法，运用系统科学的一般规律和数学方法，通过各要素的合理组合以及适当的控制、通过各要素的合理组合以及适当的控制、协调技术，使系统的功能最优化。协调技术，使系统的功能最优化。系统工程定义系统工程定义系统工程定义系统工程定义第二节第二节系统工程的发展概况系统工程的发展概况一、一、系统工程的形成与发展系统工程的形成与发展二、二、系统工程在我国发展的概况系统工程在我国发展的概况三、三、系统工程的应用系统工程的应用系统工程的发展概况系统工程的发展概况系统工程的形成与发展系统工程的形成与发展形成：形成：20

19、世纪世纪40年代。初期是在现代科学技术和军事需年代。初期是在现代科学技术和军事需要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合地地运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使命的管理与设计学科而产生的。命的管理与设计学科而产生的。1938年英国正面临着德国飞机空袭（年英国正面临着德国飞机空袭（film:伦敦上空的鹰）防空作战系统（雷达站、高伦敦上空的鹰）防空作战系统（雷达站、高炮阵地、机场和飞机等）运行

20、问题炮阵地、机场和飞机等）运行问题曼哈顿计划曼哈顿计划贝尔电报电话公司贝尔电报电话公司成熟：成熟：20世纪世纪70年代，系统工程进入到解决各种复杂大系年代，系统工程进入到解决各种复杂大系统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协调方面。调方面。系统工程的发展概况系统工程的发展概况发展：发展： 系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以1957 年美国学者年美国学者h.goode & r.machol 合著的合著的系统工程系统工程 （systems engineering）一书的出版作为标志。）一书的出版作为标志

21、。 到到20世纪世纪60年代，系统工程的发展开始推广应用于技术年代，系统工程的发展开始推广应用于技术内容内容虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生态平衡等等）的大系统。态平衡等等）的大系统。 “两弹两弹”的研制的研制 美美“阿波罗登月计划阿波罗登月计划”的冲的冲击击提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与发射前预定的时间发射前预定的时间分毫不差分毫不差；飞船与登月舱的对接比；飞船与登月舱的对接比预定时间

22、相差预定时间相差15秒；返回地球的轨道相差秒；返回地球的轨道相差1弧秒；进入弧秒；进入大气层的时间与控制者预定时间相差大气层的时间与控制者预定时间相差2秒；溅落到太平秒；溅落到太平洋海域的精度只相差洋海域的精度只相差1弧秒。弧秒。 靠系统的协调技术！靠系统的协调技术！ 钱学森钱学森系统工程的发展概况系统工程的发展概况系统工程在我国发展的概况系统工程在我国发展的概况科技管理科技管理农业系统工程农业系统工程企业系统工程企业系统工程工程项目管理工程项目管理教育系统工程教育系统工程人口系统工程人口系统工程军事系统工程军事系统工程系统工程的发展概况系统工程的发展概况社会系统工程社会系统工程经济系统工程经济系统工程能源系统工程能源系统工程水资源系统工程水资源系统工程区域规划系统工程区域规划系统工程环境生态系统工程环境生态系统工程交通运输系统工程交通运输系统工程系统工程的应用系统工程的应用实例：实例：2020世纪世纪6060年代初的美苏核军备竞赛年代初的美苏核军备竞赛 k: 核武器核武器的损伤值的损伤值 c：命中：命中误差，即偏误差，即偏离目标中心离目标中心的距离的距离 y：核武器：核武器的当量的当量232