系统工程概论课件

系统工程西安交通大学管理学院李刚系统工程西安交通大学管理学院课程简介教材系统工程（第三版），汪应洛主编，机械工业出版社考核方式出勤（5%）+平时作业（10%）+课堂讨论（10%）+考试（75%）学时：48小时考试方式：闭卷考试课程实践各系统分析小组活动（含正式报告），5学时（课内）+（约）10学时（课外）课程简介教材引子老子的宇宙论道，可道，非常道；名，可名，非常名。无名，天地之始；有名，万物之母。故，常无，欲以观其妙。道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和。解释：道是无形体的一，无形体的一既称为一，已成为有，虚一和实一便是二，有一有二，便构成三。万物的背后是阴气，胸前是阳气，两者在交流中得以和谐。引子老子的宇宙论常听到的几件事情经济系统计算机系统生态平衡和谐社会三峡工程人民币汇率问题经济增长与环境污染常听到的几件事情经济系统系统工程的对我们的意义时代特征及社会发展趋势经济全球化动态市场带来挑战和机会（变化）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——“要学一点系统工程”系统工程的对我们的意义时代特征及社会发展趋势系统工程的对我们的意义管理科学的发展与管理人才培养管理科学发展的“制高点”——系统化管理交通大学的发展及其管理学院的学科优势钱学森、许国志、汪应洛……系统工程能让你成为战略管理者宏观政策的制定者企业的CEO…….系统工程的对我们的意义管理科学的发展与管理人才培养什么是系统工程SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象，在系统科学、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，主要使学员掌握研究各种管理系统问题的思想、程序和方法。什么是系统工程SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统）为研究SE学科体系及其内容现代科学技术及系统科学体系（钱学森，20世纪70年代末）工程技术系统工程

技术科学运筹学、控制论、信息论等

基础科学系统学（自然科学、社会科学、数学）马克思主义哲学系统论或系统观SE学科体系及其内容系统科学(《辞海》版)系统概念，即关于系统的一般思想和理论用数学的形式描述和确定系统的结构和行为的纯数学理论（包括系统的自组织理论，系统涌现理论等）。

指为了解决各种特点的系统结构和行为的一些专门学科，如图论、博弈论、排队论、控制论、信息论、大系统论等

为了对系统对象进行分析、计划、设计和运用时所采用的具体应用理论及技术的方法步骤，主要指系统分析和系统工程

将系统科学的思想和方法应用到各个具体领域中去(管理系统、工程系统、）系统科学(《辞海》版)系统概念，即关于系统的一般思想和理论用系统科学（钱学森）工程技术层次：系统工程，自动化技术、通信技术，是直接改造客观世界的知识。系统工程是组织管理系统的技术。根据系统类型不同，而有各类系统工程，如农业系统工程、经济系统工程、工程系统工程…社会系统工程等。技术科学层次：运筹学…信息论和控制论，是指导工程技术的理论。基础科学层次：系统学，系统学是研究系统的基本属性与一般规律的学科，是一切系统研究的基础理论。系统观：系统的哲学和方法论部分，是系统科学与马克思主义的哲学连接的桥梁四个层次系统科学（钱学森）工程技术层次：系统工程，自动化技术、通信技一、SE的产生、发展及应用1.系统思想和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。（天地五行学说，中医）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。

一、SE的产生、发展及应用1.系统思想和系统理论的产生与发系统理论一般系统论（generalsystemtheory)1924~1928;奥地利理论生物学家L.VON贝塔朗菲研究复杂系统一般规律的学科耗散结构理论（dissipativestructuretheory)1969；比利时统计物理学家I.普里戈金研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论协同学（synergetics）70年代初，联邦德国理论物理学家H.哈肯研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科系统理论一般系统论（generalsystemtheor系统理论超循环理论（hypercycletheory）1971，德国生物物理学家M.艾根研究分子自组织的一种理论微分动力系统（differentialdynamicalsystems）60年代初，S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教授）系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演变的动力系统的整体性质及其在扰动中的变化系统理论超循环理论（hypercycletheory）系统理论突变论（catastrophetheory）60年代末，法国数学家R.托姆研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般型态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型分岔理论（bifurcationtheory）50年代，苏联学者A.A.安德罗诺夫等研究分岔现象的特性和产生机理的数学理论（早在19世纪，C.雅可比，H.庞加莱等人就已引进“分岔”概念）系统理论突变论（catastrophetheory）系统理论卡姆定理（KAMtheorem）50年代中至60年代初，A.H柯尔莫戈罗夫，B.И.阿诺德，J.莫泽先后提出和证明关于哈密顿力学系统运动稳定性的一种论断，它反映“弱”不可积（或接近可积）系统的运动规律，该定理是牛顿力学在20世纪的重大进展泛系理论（pansystemstheory）

1976，吴学谋（中科院武汉数理所研究员）一种研究广义系统、关系的理论和方法，又称泛系方法或泛系方法论系统理论卡姆定理（KAMtheorem）系统理论灰色系统理论（graysystemstheory）1979，邓聚龙（华中科技大教授）关于信息不完全或不确定系统的控制理论，应用在系统预测等方面系统理论灰色系统理论（graysystemstheory（复杂）系统理论以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，其代表性理论是不是1994年霍兰提出的CAS（复杂适应系统）理论（美国学派）以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）（复杂）系统理论以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派多主体复杂系统理论框架的建立。系统要素的主体化，网络化，与环境的一体化；微观与宏观的关系，系统涌现（Emergence）机理，系统进化、适应与学习，系统资源的分散与协调，社会经济系统的复杂性，等等。总结：系统科学的发展

系统理论形成。贝塔朗菲等的有机体论（1925），一般系统论（1945-1956）；控制论（维纳1948）；信息论（香农1949）；在社科管理领域有：IE，运筹学，组织均衡理论（西蒙1942，1952），投入产出分析（Leontief1953）系统理论的实践与发展。系统工程（理想系统设计，A.D.Hall1962,H.Chestnut196567,G.Nadler1969），管理科学（OR，TQC），经济控制论（O.Lange1965），组织理论（矩阵组织，多元结构论，组织的条件适应理论等），组织行为学，等等系统科学进一步发展。系统自组织理论的建立：耗散结构理论（I.Prigogin1969），协同学（H.Haken1969）,超循环理论（M.Eigen1979）；非线性科学和复杂性研究（８０年代）：混沌理论，系统演化，系统学习，复杂适应系统、自治分散系统概念的提出。1920年至50年代50年代至70年代70年代至８0年代90年代以来多主体复杂系统理论框架的建立。系统要素的主体化，网络化，与环二：SE的发展过程阶段年代（份）重大工程实践或事件重要理论与方法贡献I1930美国发展与研究广播电视正式提出系统方法（Systemsapproach）的概念1940美国实施彩电开发计划采用系统方法，并取得巨大成功美国Bell电话公司开发微波通讯系统正式使用系统工程（Systemsengineering）一词II第二次世界大战期间英、美等国的反空袭等军事行动产生军事运筹学（MilitaryOperationsResearch）,也即军事系统工程本世纪40年代美国研制原子弹的“曼哈顿计划”运用SE，并推动了其发展1945美国空军建立兰德（RAND）公司曾经提出系统分析（Systemsanalysis）概念，强调了其重要性二：SE的发展过程阶段年代（份）重大工程实践或事件重要理论与III40年代后期到50年代初期运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础IV1957H.Good和R.E.Machol发表第一部名为《系统工程》的著作系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜艇提出PERT（网络优化技术），这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著《系统工程手册》表明系统工程的实用化和规范化美国自动控制学家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念为现代SE奠定了重要的数学基础1961-1972美国实施“阿波罗”登月计划使用了多种SE方法，其成功极大地提高了SE的地位III40年代后期到50年代初期运筹学的广泛运用与发展、控制IV1957H.Good和R.E.Machol发表第一部名为《系统工程》的著作系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜艇提出PERT（网络优化技术），这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著《系统工程手册》表明系统工程的实用化和规范化美国自动控制学家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念为现代SE奠定了重要的数学基础1961-1972美国实施“阿波罗”登月计划使用了多种SE方法，其成功极大地提高了SE的地位V1972国际应用系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立SE的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。70年代SE的广泛应用在国际上达到高潮VI80年代SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮IV1957H.Good和R.E.Machol发表第一部名三、SE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。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。三、SE在我国的发展及应用上世纪50至60年代，我国的一些研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。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。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四、SE研究对象1、SE的研究对象是大规模复杂系统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。四、SE研究对象系统的概念系统的定义系统是由两个以上相互联系的要素所构成要素功能结构环境系统的概念系统的定义系统的概念系统的属性：整体性关联性环境适应性系统的概念系统的属性：系统的各种形态自然界所面临的系统是各种各样的，它们以各种各样的形态存在于这个五彩缤纷的世界。因此，我们就可以按照系统在自然界存在的形态及性质，将系统分为各种各样的类型。系统的各种形态自然界所面临的系统是各种各样的，它们系统的类型自然系统与人造系统实物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系统的类型自然系统与人造系统自然系统与人工系统自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这类系统的组成部分是自然物（山、海、河流、矿物、植物及动物等）所自然形成的系统。像海洋系统、矿藏系统、生态系统、太阳系、宇宙系等，都属于自然系统。人工系统是人们将有关元素，按其属性和相互关系组合而成的系统，亦即用人工方法建立起来的系统。例如，人类对自然物质通过加工，用人工方法制造出来的工具和机械装置等构成的各种工程系统；人类通过人为地规定的组织、制度、步骤、手续等建立起来的各种管理系统和社会系统；人类通过对自然现象和社会现象的科学认识，用人工方法研究出来的科学体系和技术体系等都属于人工系统。自然系统与人工系统自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这实体系统与概念系统所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组成要素的系统，这些实体占有一定空间，如自然界的矿物、生物，生产部门的机械设备、原始材料等。由于自然物都为实实在在的存在物，因此，实体系统亦称为硬件系统与实体系统相对应的是概念系统，它是由概念、原理、假说、方法、计划、制度、程序等非物质实体构成的系统，如管理系统、科学技术体系、教育系统、文化系统等。由于概念系统，对应着的多是人们对自然界的认识和假设，因此概念系统亦称为软件系统。实体系统与概念系统所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为动态系统和静态系统动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变化的，即系统的状态变量是时间的函数。例如，学校就是一个动态系统，它不仅有建筑物，还有教师和学生。企业也是动态系统的一个典型例子静态系统则是表征系统运行规律的数学模型中不含有时间因素，即模型中的变量不随时间而变化，它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的系统。例如大桥、公路、房屋等。动态系统和静态系统动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变孤立系统、封闭系统与开放系统所谓孤立系统指的是系统与外界环境既不可能进行物质交换，也不可能进行信息、能量交换。换句话说，系统内部的物质和信息能量不能传至外部，外界环境的物质和信息能量也不能传至系统内部。封闭系统是指系统与外界环境之间可以进行信息、能量交换，但不能进行物质交换。开放系统是指系统与外界环境有信息、物质和能量交互作用的系统。孤立系统、封闭系统与开放系统所谓孤立系统指的是系统与外界环示例

SSS物资流信息流示例S物资流信息流普通系统、大系统、巨系统、简单系统与复杂系统从系统的规模进行分类，系统有大小之分，可分为普通系统、大系统及巨系统；从系统的复杂程度来分，系统又可分为简单系统与复杂系统。普通系统、大系统、巨系统、简单系统与复杂系统从系统的规模进面向对象区分的各种系统形态物质系统、人类系统及方法步骤系统作业系统和管理系统社会经济系统经营系统根据具体对象划分的各种系统:工业系统、运输系统、交通系统、通信系统、物资流通系统、金融系统、能源系统等以产业区分系统的形态，或按消费生活系统、医疗系统、军事系统和教育系统等面向对象区分的各种系统形态物质系统、人类系统及方法步骤系统企业的系统模型

处理反馈扰动输入输出企业的系统模型处理反馈扰动输入输出五.SE的内容与特点所谓SE，是用来开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需理论、方法论、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）。五.SE的内容与特点所谓SE，是用来开发、运行和革新一个SE概述：SE与管理研究

1.系统工程在我国80年代的成功应用

（许国志等，系统工程的回顾与展望，《系统工程理论与实践》，1990年第6期）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）水资源的开发利用（始于1978年）全国人才和教育规划（始于1983年）SE概述：SE与管理研究1.系统工程在我国80年代的SE概述：SE与管理研究区域发展战略（始于1982年）农业系统工程（始于1980年）军事系统工程（始于1978年）投入产出表的应用（始于60年代和1976年）SE概述：SE与管理研究SE概述：SE与管理研究2.

90年代以来SE研究及应用[许国志等，《系统科学与工程研究》（论文集，共55篇），上海科技教育出版社，2000.10]复杂科学、系统工程与管理（成思危）

复杂科学是系统科学发展的新阶段SE概述：SE与管理研究2.90年代以来SE研究及应用SE概述：SE与管理研究复杂科学的三大特点：（1）研究对象是复杂系统；（2）研究方法强调定性与定量、微观与宏观、还原论与整体论、科学推理与哲学思辨等有机结合；（3）研究深度不限于对客观事物的描述，而是更着重于揭示客观事物构成的原因及其演化的历程，并力图尽可能准确地预测其未来的发展SE概述：SE与管理研究复杂科学的三大特点：SE概述：SE与管理研究1984年，在诺贝尔物理学奖获得者盖尔曼(MurrayGell-Mann)和安德(PhilipAnderson)、经济学奖获得者阿罗(KennethArrow)等人的支持下，聚集了一批从事物理、经济、理论生物、计算机等学科的研究人员，组成了圣菲研究所(SantaFeInstitute,SFI)，专门从事复杂科学的研究，试图由此找到一条通过学科间的融合来解决复杂性问题的道路。SE概述：SE与管理研究1984年，在诺贝尔物理学奖获得者SE概述：SE与管理研究目前在美国，与经济、管理相关的复杂科学主要有四大学派：（1）系统动力学学派（MIT；常微分方程）——（学习型）组织系统（2）适应性学派（SFI；偏微分方程）——经济、生物、认知等系统（3）混沌学派（非线性常微分方程）——物理、经济等系统（4）结构基础学派（西方形式逻辑：集合论、图论等）——（跨组织）管理系统SE概述：SE与管理研究目前在美国，与经济、管理相关的复杂SE概述：SE与管理研究钱学森等于1990年提出了开放的复杂巨系统的概念，并认为复杂性问题实际上是开放复杂巨系统的动力学特性问题。1992年他们又提出从定性到定量综合集成研讨厅体系，力图实现人机结合的大成智慧。SE概述：SE与管理研究钱学森等于1990年提出了开放的复SE概述：SE与管理研究理论方法及分析工具：不确定条件下的决策技术（定性→定量的多维尺度、广义量化等；确定经验概率的数据挖掘、知识发现等；人为不确定决策分析技术，如hypergame等）综合集成技术（系统与环境、经验与数据、定性与定量、模型体系）整体优化技术（目标群、巨系统、优化算法等）计算智能（包括遗传算法在内的演化算法、人工神经网络、模糊系统等）计算机仿真非线性科学数理逻辑SE概述：SE与管理研究理论方法及分析工具：SE概述：SE与管理研究在管理中的应用群体决策（“民主集中制”等）技术创新（复杂科学将创新看作是已有的知识及其组元不断交互、重新组合而造成的突（涌）现现象）企业组织（非正规组织、扁平化组织、网络状组织、自治式组织、学习型组织）经济发展、金融危机、减灾防灾、战略管理、合作-竞争、…SE概述：SE与管理研究在管理中的应用SE概述：SE与管理研究

九十年代以来，系统工程在与企业发展结合、与转型时期我国改革开放的重大现实问题结合、与管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题结合、与可持续发展战略结合、与社会信息化变革结合、与重大投资和大型项目管理结合、与思维科学和生命科学结合等方面，均取得了重要进展和显著成果

SE概述：SE与管理研究九十年代以来，系统工程SE概述：系统工程的应用范围应用范围自然对象的系统宇宙气象、灾害国土、资源农林渔业人体对象的系统生理、病理脑、神经、心理医疗产

业

系

统技术发展工业设备网络系统服务系统交通控制经营管理社会系统国际系统国家行政地区社会文化、教育SE概述：系统工程的应用范围应用范围自然宇宙气象、灾害国土、系统工程的应用分支社会系统工程组织管理社会建设的技术，它的研究对象是整个社会，是一个巨系统。社会系统具有多层次、多区域、多阶段的特点。近年来，正在探讨一种从定性到定量，综合运用多种学科处理复杂巨系统的方法论。系统工程的应用分支社会系统工程宏观经济系统工程运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题，如国家的经济发展战略、综合发展规划、经济指标体系、投入产出分析、积累与消费比例分析、产业结构分析、消费结构分析、价格系统分析、投资决策分析、资源合理配置、经济政策分析、综合国力分析、世界经济模型等。宏观经济系统工程运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题，区域规划系统工程

运用系统工程的原理和方法研究区域发展战略、区域综合发展规划、区域投入产出分析、区域城镇布局和工农业合理布局、区域资源合理配置、区域投资规划、城市规划、城市水资源规划、城市公共交通规划与管理等。区域规划系统工程运用系统工程的原理和方法研究区域发展战略、环境生态系统工程研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系统、森林与生物生态系统、城市生态系统等系统分析、规划、建设、防治等方面的问题，以及环境检测系统、环境计量预测模型等问题。环境生态系统工程研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系能源系统工程研究能源合理结构、能源图、能源需求预测、能源供应预测、能源开发规模预测、能源生产优化模型、能源合理利用模型、电力系统规划、节能规划、能源数据库等问题。能源系统工程研究能源合理结构、能源图、能源需求预测、能源供水资源系统工程

研究河流综合利用规划、流域发展战略和规划、农田灌溉系统规划与设计、城市供水系统优化模型、水能利用规划、水运规划、防洪规划、水污染控制等问题。水资源系统工程研究河流综合利用规划、流域发展战略和规划、农交通运输系统工程研究铁路、公路、航运、航空综合运输规划及其发展战略，铁路运输规划及其调度系统，公路运输规划及其调度系统，航运规划及其调度系统，空运规划及其调度系统，综合运输规划、优化模型及其效益分析。交通运输系统工程研究铁路、公路、航运、航空综合运输规划及其农业系统工程研究农业发展战略，