系统工程概论课件

第1章系统工程概论1.1系统的基本概念1.2系统工程概述1.3农业系统工程※本章重点与难点主要内容

返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材第1章系统工程概论1.1系统的基本概念主要内容返回系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论的观点，人类的认识总是从实践中总结出来的，也就是说人类在改造自然界的同时，也在改造自己，人类总是在与自然界作斗争的过程中，靠自己的聪明才智取得需要衣、食物。他们在失败的挫折中吸取教训，在成功的喜悦中总结经验，长期的积累。逐步形成了某一方面一整套的认识，研究自然界的一般性方法，即科学论。系统工程是二十世纪六十年代以后才开始兴起的一门科学，它是以一种思想——系统思想，为指导解决社会实践问题的方法，在我国古代就有很多的系统思想的实例，他们有意或无意地在利用这种思想，但当时科学技术并不发达，因此还不叫系统工程。系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论丁谓修复皇宫的故事宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得是北宋真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓的大臣领了此任务，他提出了一个一举三得的方案；在皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入材料、石材等建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道，解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，丁谓修复皇宫的故事宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得

缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人员自发引用这种思想的典型例子，从这个例子可以看出，丁谓在解决问题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他们之间的有机联系，从而解决了问题。 缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中等马、下等马中选送一匹进行比赛，每输一局，输银千两，齐王的马都比田忌的好，但田忌的下等马与齐王的上等马赛，用上等马对中等马，用中等马对下等马，这样田忌非但没有输，反而嬴了一千两银子，这便是系统中从整体出发，选最优方案，到最后实施的对策策略。田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太守李冰父子二人主持修建的，都江堰水利工程由渔江分水工程；飞沙堰分洪排沙工程和宝并口引水工程三大主体工程巧妙地结合而成，这三个大主体工程和一百个附属堰形成了相互联系的有机整体，缺一不可，没有渔嘴分水工程就不能把岷江分为内江和外江；没有宝并口的束水作用，就不会形涡流，泥沙就过不了飞沙堰；如果没有飞沙堰，宝并口的束水口就要淤塞，内江之水就无法流入川西平原，正因为这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，才能导岷江之急流，化害为利，灌溉良田500多万亩。都江堰的规划和设计及其科学水平就是用今天的系统方法衡量也毫不逊色。都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹的计划第二次世界大战期间，美国总统罗斯福下令向日本广岛投放了第一颗原子弹，对盟国在二战中彻底击败法西斯，对中国的抗日战争最终取得胜利都有不可估量的影响，也为日本人留下了永久的灾难，美国第一颗原子弹计划就是曼哈顿计划。1940年，爱因斯坦等著名科学家向系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前例的工作，请理论生物学家奥本海默来组织领导这项工作。他动员了二万五千名各种专业的科学家和工程师困难的，人员众多，课题繁多，相互交错，他在执行计划的过程中，从整体出发把研究课题分解成大量的小课题，组织很多小课题，负责整个课题的研究工作，同时他又非常注重各课题之间的联系和层次，使全部课题组合美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目上，大家论证提出了六种方案，各不相让，他确定一个原则，首先要保证按时完成任务，其他皆是次要的，因此他根据可靠性理论中可靠性低的原件组成可靠性高的系统的原理，决定六种方案同时实验，结果按时起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原子弹。在大规模的组织起来完成一项军事科研生产任务的大型系统工程中，时刻从系统的总目标出发，在系统的约束条件下最终完成了目标，但当时还没有系统工程这一词，但国外都认为这是系统工程方法成功的起点。得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原投入产业模型在国民计划经济中的应用我国计划经济的最基本原理是有计划按比例发展，综合平衡各部门之间按比例发展，系统工程把整个国民经济当作一个大系统。分析总结出投入产出综合模型，对系统中各因子进行分析，确定各部门的投入及生产规模，以求最终平衡，实现安比例发展的目标。投入产业模型在国民计划经济中的应用我国计划经济的最基本原理是系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国家、社会、各行业、部门、各种服务系统、小至企业、企业的产品开发，经营预测，库存管理都涉及到系统工程管理问题，对于象国民经济各部门如何达到费用最省结构最合理。如何使资源利用最优、利润最大，人员配备问题、几名工人、几项工作，一人只能承担一项工作。当不同的人从事各种工作的效益不同时，如何分配人员才能使全工程组收益最大。系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国家、社会、各行业、部1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1.2系统的分类1.1.3系统的特征1.1.4系统的结构与功能小结作业1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义系统（System）一词来源于希腊文systema。由词冠“sys-”和动词词干“tema”构成的复合词。共同地使定位原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。也就是由部分组成整体的意思。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义系统（Sys1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

系统思想（SystemThought）就其最基本的涵义来说，是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化发展的概念。系统概念来源于人类长期的社会实践。人类自有生产活动以来，无不在同自然系统打交道。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

德谟克利特（Democritus）的“宇宙大系统”

德谟克利特（约前460年～前370年）出生于色斯雷的海滨城市阿布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多，遗憾的是到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者”。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

德谟克利特在自然科学上最重要的贡献，是他继承和发展了生活于公元前500年前后的留基伯的原子论，为现代原子科学的发展奠定了基石。曾论述了“宇宙大系统”，他认为世界是由原子和真空所组成，原子组成万物，形成不同的系统和有层次的世界。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

亚里士多德（Aristotle）的朴素系统观亚里士多德(约前384-前322)是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。提出关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想（古代朴素的系统观念）

1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

李冰的都江堰水利工程战国初期秦国李冰设计修造了伟大的都江堰，包括“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”引水工程三大主体工程和120个渠堰工程，工程之间的联系处理的恰到好处，形成一个协调运转的工程总体。科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。我国历史上曾修建过许多水利工程，其中有名的就有芍(shuo)陂(bei)、漳水渠、郑国渠等，但大部分都先后报废，唯独李冰修建的都江堰经久不衰，两千多年来一直发挥着防洪、灌溉、航运等多种功效，成为我国历史上的一项奇迹。

1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

贾思勰（xie）的“齐民要术”著名学者贾思勰（xie）（南北朝北魏人，今山东寿平人）在其名著“齐民要术”一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辨证的叙述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义在韦氏大辞典（Webster大辞典）中，系统一词被解释为:有组织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各种概念和原理的综合；由有规则的相互作用、相互依赖的诸要素形成的集合等等。奥地利生物学家，一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定义为：相互作用的诸要素的综合体。在日本的JIS“运筹学术语”工业标准中,系统被定义为：许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动的体系。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义钱学森语：

系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的系统的定义（概括）

系统是由若干个（两个或两个以上）相互作用、相互依赖、相互制约、相互作用的元素组成的具有某种特定功能的有机整体。分析系统的定义，它包含四层意义：第一，系统是由两个或两个以上可以相互区别的元素组成的，单个元素构不成系统。第二，系统中的各元素相互间具有联系、彼此独立的各元素不能称其为系统。第三，系统是一个有机整体。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义第四，系统具有某种特定的功能。系统的定义（概括）系统是由若干个（两个或两个1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统（6）白色系统、黑色系统和灰色系统1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

原始的系统都是自然系统，如：天体、海洋、生态系统等；人工系统都存在于自然系统之中，如：人造卫星、海运船只、机械设备、生产管理、物流系统等等。1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

实体系统是指以矿物、生物、机械、能量和人等实体为构成要素所组成的系统，如：机械系统、计算机系统等；概念系统是指以概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素所组成的系统，如：管理系统、教育系统、国民经济系统等。

1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

开放系统是指与外部环境有物质、能量和信息交换的系统，如：教育系统、企业系统等；封闭系统是指与外部环境无关的系统，实际上，没有绝对的封闭系统，只是有时把与环境联系较少，相对独立的系统看作封闭系统。

1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

静态系统是指决定系统特性的因素不随时间推移而变化的系统，没有绝对的静态系统；动态系统是指这些因素随时间的推移而变化的系统，如：人体系统、企业系统等。

1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统

凡是人能够改变其状态的系统称为可控系统，反之称为不可控系统。人工系统是可控的，大多数自然系统是不可控的。1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统（6）白色系统、黑色系统和灰色系统

这是按照人们对信息的掌握程度来划分的。1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统1.4系统的特征（1）整体性（2）关联性（3）目的性（4）层次性（5）动态性（6）环境的适应性即系统整体不等于各组成元素之和，即非加和原则，有两种情况：①整体小于各组成元素之和，即1+1<2

②整体大于各组成元素之和，即1+1>2（也叫整体的涌现性）系统中相互关联的部分或部件形成“部件集”，“集”中各部分的特性和行为相互制约和相互影响，这种相关性确定了系统的性质和形态。包括内部关联（如金刚石和石墨）和外部关联人工系统和复合系统都具有一定的目的性，要达到既定的目的，系统必须具有一定的功能。没有目的的系统不属于系统工程研究的对象。由于系统的结构、功能和层次的动态演变有某种方向性，因而使系统具有有序性的特点。系统的有序性可以表述为：系统是由较低级的子系统组成，而该系统自己又是更大系统的一个子系统。系统的有序性揭示了系统与系统之间存在着包含、隶属、支配、权威、服从的关系，统称为传递关系。如：开放系统和外界环境有物质、能量和信息的交换，系统内部结构也可以随时间变化。一般来说，系统的发展是一个有方向性的动态过程。

任何系统都存在于物质环境（更大的系统）之中，它必然要与外界环境产生物质、能量和信息的交换，外界环境的变化也必然会引起系统内部各要素之间的变化。因此为了保持和恢复系统原有特性，系统必须具有对环境的适应能力，就象元素必须适应环境一样，因为：系统+环境=更大的系统。1.1系统的基本概念1.1.3系统的特征（7）可控性

指人们通过调节可控系统的可控元素，使它按预期轨迹运动，实现预期的目标。1.4系统的特征（1）整体性（2）关联性（3）目的性（41.1系统的基本概念1.1.4系统的结构与功能（1）系统的结构从一般意义上讲，系统的结构可以用以下式子表示：S={E，R}式中S

——代表系统；

E——代表元素的集合；

R

——代表元素之间的各种关系的集合。

1.1系统的基本概念1.1.4系统的结构与功能（1）1.1系统的基本概念1.1.4系统的结构与功能（1）系统的功能1.1系统的基本概念1.1.4系统的结构与功能（1）1.1系统的基本概念小结系统的基本特征包含了整体性、相关性、目的性、有序性、动态性、环境适应。对于系统可以按照不同的分类标准划分为不同的系统。

1.1系统的基本概念小结1.1系统的基本概念作业什么是系统？了解系统思想的发展。1.1系统的基本概念作业1.2系统工程1.2.1系统工程的定义1.2.2系统工程的特征1.2.3系统工程的形成与发展小结作业1.2系统工程1.2.1系统工程的定义1.2系统工程1.2.1系统工程的定义日本学者三浦武雄认为：系统工程与其它工程学的不同之点在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科。因为系统工程的目的是研制一个系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域。所以为了适当地解决这些领域的问题，除了需要某些纵向技术外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向的技术就是系统工程。日本工业标准“运筹学术语”中定义:

系统工程学是为了最优地达到系统目标而对系统的构成要素、组织结构、信息流通和控制机构进行分析的技术。1.2系统工程1.2.1系统工程的定义日本学者三浦武1.2系统工程1.2.1系统工程的定义我国著名学者钱学森认为:

系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验与使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。1.2系统工程1.2.1系统工程的定义我国著名学者钱附：钱学森的系统观感性知识经验知识科学知识哲学第三层次第二层次第一层次附：钱学森的系统观感性经验知识科学哲学第三第二第一附：钱学森的系统观（续1）钱学森提出的系统科学体系图

附：钱学森的系统观（续1）钱学森提出的系统科学体系图

上世纪80年代时，日本科技代表团参观“长征”火箭，回国后嘲笑中国工艺和产品粗糙落后，认为没有几件东西是日本不能生产。然而至今，日本最优秀的Ｈ—2Ａ火箭平均两三枚就炸掉一枚，技术指标虽优于中美，但是实用性能不佳。“长征”和“神舟”追求的并非“单项最优”而是“整体最优”，这就是钱学森在中国大力提倡的系统工程（SystemEngineering）。中国航天工业正是在系统工程精神指导下，取得了瞩目成就。神六发射和回收成功，得益于全国的庞大系统工程网络，涉及全国二十多个省市的航空、航天、电子、兵器、舰船、冶金、食品、化学、科研院校等。只有高超的协调能力才能做好系统工程，这是真正的大国和强国才能做到的。

上世纪80年代时，日本科技代表团参观“长征”火箭1.2系统工程1.2.1系统工程的定义（本书的定义）

系统工程是以系统思想为指导，定性、定量相结合，各种理论、方法与技术综合集成，以系统整体最优为目的来研究系统的规划、开发、设计、生产、组织、管理、调整、控制、评价等问题的一门交叉科学。它是由一般系统论及其发展、大系统理论、经济控制论、运筹学、管理科学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。系统工程的研究对象：大型复杂的人工系统和复合系统；系统工程的研究内容：组织协调系统内部各要素的活动，使各要素为实现整体目标发挥适当作用；系统工程的研究目的：实现系统整体目标最优化。因此，系统工程是一门现代化的组织管理技术，是特殊的工程技术，是跨越许多学科的边缘科学。1.2系统工程1.2.1系统工程的定义（本书的定义）1.2系统工程1.2.2系统工程的特征（1）整体性（系统性）（2）开放性（协调性）（3）动态相关性（交叉性）（4）层次等级性（最优性）（5）有序性（最优性）1.2系统工程1.2.2系统工程的特征（1）整体性（常规工程学以自己特定的物质为对象，而系统工程则不限于某一特定的物质对象，各种自然的、生态的、人类的、企业的和社会的组织等都可以作为它的研究对象；

系统工程具有多学科综合性的特点，它不仅应用于自然科学，而且也要用到其他工程技术，如管理科学、经济学、社会学，乃至心理学、生态学和医学等知识；

常规工程学多着眼于技术的合理性，往往是利用组成元素的良好程度来确保和维持整个系统的总体功能。而系统工程则是从整个系统的最优出发，首先确定整体的目标，然后再参照这个目标来决定各元素所必需的性能，并利用各元素间的巧妙联系和协调运转来实现总体目标。这样做往往更能提高整个系统的水平。

1.2系统工程1.2.2系统工程的特征（系统工程与常规工程学的区别）

常规工程学以自己特定的物质为对象，而系统工程则不限于某一特定1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展系统工程的发展大致可以分为萌芽、发展和初步成熟三个时期：1．萌芽时期（20世纪50年代以前）

2．发展时期（20世纪50年代至60年代）

3．初步成熟时期（20世纪60年代以后）

1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展系统工程1、萌芽时期（20世纪50年代以前）美国贝尔电话公司首先使用了“系统工程（systemengineering）”命名设计新系统（研究发展微波通信网）的科学方法。

1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展1、萌芽时期（20世纪50年代以前）美国贝尔电话公司首先使用2、发展时期（20世纪50年代至60年代）1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展古德（A.H.Goode）和麦考尔（R.E.Machal）合作出版了第一本以“系统工程”命名的书兰德公司倡导“系统分析（Systemanalysis）”以泰勒（F.W.Taylor,1856—1915）为代表的科学管理发展成了管理科学（ManagementScience）1958年美国在北极星导弹的研制中，首先采用了计划评审技术（PERT），有效地推进了计划管理。阿波罗飞船登月成功参加人员约42万，120所大学实验室，耗资240亿美元，1969年实现登月。在这个高科技系统下面，有众多的分系统，如：飞船系统、通讯系统和测试系统等等。这些分系统下面又包含无数小系统。实现总体最优。2、发展时期（20世纪50年代至60年代）1.2系统工程3、当今系统工程的理论1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展耗散结构理论（dissipativestructuretheory)1969；比利时统计物理学家I.普利高津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

3、当今系统工程的理论1.2系统工程1.2.3系统工3、当今系统工程的理论(续)1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展突变论（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，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型微分动力系统（differentialdynamicalsystems）60年代初，S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教授）所提出的，是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）

3、当今系统工程的理论(续)1.2系统工程1.2.33、当今系统工程的理论（续）1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展

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）3、当今系统工程的理论（续）1.2系统工程1.2.34、系统工程在我国的应用1.2系统工程1.2.3系统工程的形成与发展

1955年，计划经济的需要，引进系统工程、运筹学1956年中科院力学所建立了我国第一个运筹学研究组1960年中科院力学所与数学所成立数学与运筹学研究所1962年钱学森开始倡导系统工程思想1965－1975华罗庚在我国大力推广“统筹法”，“优选法”。文化大革命期间几乎停顿1977年正式将系统工程列入国家重点研究项目三峡工程

1993年开始施工准备，历经10年，涉及防洪、发电、航运、移民安置、生态环境、国防安全、区域经济发展等各个方面。4、系统工程在我国的应用1.2系统工程1.2.3系统1.1系统的基本概念小结系统工程不同于常规工程学，没有特定的研究对象，任何系统都可以作为系统工程的研究对象。随着自然、社会、经济的发展，系统工程也在不断的发展中。

1.1系统的基本概念小结1.1系统的基本概念作业什么是系统工程？了解系统工程的发展及相关的系统理论。1.1系统的基本概念作业1.2.2系统工程的理论和技术基础运筹学老三论一般系统论、信息论、控制论新三论耗散结构理论、协同学（synergetics）、突变论（catastrophetheory）1.2.2系统工程的理论和技术基础运筹学⒈一般系统论其创始人是奥地利生物学家贝塔朗菲（L﹒Von﹒Bertalanffy），主张把一切有机体都作为一个整体、一个系统来研究。一般系统论的主要观点如下：1、系统的整体性；2、系统的开放性；3、系统的动态相关性；4、系统的层次等级性；5、系统的有序性；

一般系统论属于逻辑和数学的领域，它的任务是确立适用于各种系统的一般原则。一般系统论沟通了自然科学与社会科学、技术科学与人文科学之间的联系，提出了研究各门学科的新的方法，使许多学科面貌焕然一新。一般系统论为系统思想的发展，使人类走向系统时代，奠定了理论基础。⒈一般系统论其创始人是奥地利生物学家贝塔朗菲（L﹒Von﹒2

信息论

创立者是美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳（信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标。类比方法统计方法信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法）信息论是研究信息传输和信息处理系统的一般规律的学科，其基本思想是完全撇开系统物质与能量的具体运动形态，而把系统的有目的的运动抽象为一个信息变换的过程，来探求信息的一般特征、传送规律和原理。由于人类的任何实践活动中，都包含着人流、物流、财流、信息流等各种流，其中信息流起着支配的作用，它调节着系统内部其它流的数量、方向、速度、目标，并控制着人和物的有目的、有规律的活动。分为狭义信息论、一般信息论和广义信息论信息论是控制论的基础。2信息论创立者是美国数学家申农（C.E.Shannon）3.

控制论

维纳于1948年出版了《控制论》一书；阐述了两个根本概念：一切有生命、无生命系统都是信息系统。控制的过程也可以说是信息运动的过程。一切有生命、无生命系统都是控制系统。一个系统一定有它的特定输出功能，而要具有这种输出功能，必须有相应的一套控制机制。

公认的看法是：控制论是以研究各种系统共同存在的控制规律为对象的一门科学。控制论是研究系统的调节与控制的一般规律的科学。主要内容如下：1、最优控制理论；2、自适应、自学习和自组织系统理论；3、模糊理论；4、大系统理论。3.控制论维纳于1948年出版了《控制论》一书；阐述了⒋

耗散结构理论

耗散结构理论是十九世纪70年代由比利时物理学家普利高津（I·Prigogine）提出来的。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，耗散结构理论是研究一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律的一门科学。所谓“好散结构”是指在非平衡态的开放系统中，当控制参数达到某一特定临界值时，系统通过涨落会发生从无序到有序的突变而产生的稳定有序结构。耗散结构理论的意义在于它指出了化学、生态系统等许多复杂系统由无序转向有序的规律是一般的，沟通了生命系统与非生命系统之间的联系。⒋耗散结构理论耗散结构理论是十九世纪70年代由比⒋

耗散结构理论

耗散结构论是近十几年来发展起来的一门研究非平衡态开放系统的结构和特征的新兴学科。它被誉为70年代科学院的“辉煌成就之一”。

耗散一词，原意是指开放系统与外界进行的物质、能量、信息的交换运动。耗散结构则是指远离平衡态的开放系统，通过耗散运动形成的一种动态稳定的有序化结构，即由原来混浊无序的状态转变成一种在空间上、时间上或功能上的有序状态。耗散结构论探讨系统从无序转变为有序的条件、相干行为和机制，探讨耗散结构的形成和生长的动力学，研究怎样通过“涨落”的作用使系统有序化以及研究在什么情况下可以有效地运用耗散结构的概念和范畴。

1969年他在国际“理论物理与生物学会议”上，发表《结构、耗散和生命》一文，提出了这一理论，受到各国学者的重视。普利高律由于这一重大贡献，荣获1977年诺贝尔化学奖⒋耗散结构理论耗散结构论是近十几年来⒌协同学理论协同学（Synergetics）理论也是在十九世纪70年代产生的，是由联邦德国的物理学家哈肯（HarmannHaken）提出来的。主要观点如下：1、协同导致有序。所谓协同，就是协同作用。2、自组织理论。所谓自组织，哈肯特别强调指的是系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构和功能，它具有内在性和自主性。自组织理论是协同学的核心。

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协同学是20世纪70年代初联邦德国理论物理学家哈肯创立的。60年代初，激光刚一问世哈肯就注意到激光的重要性，并立即进行系统的激光理论研究。

⒌协同学理论协同学（Synergetics）理论也是在十九⒌协同学理论在深入研究激光理论的过程中，哈肯发现在合作现象的背后隐藏着某种更为深刻的普遍规律。他在1970年出版的《激光理论》一书中多处提到不稳定性，为后来的协同学准备了条件。协同学是一种研究各种不同系统在一定外部条件下，系统内部各子系统之间通过非线性相互作用产生协同效应，使系统从混浊无序状态向有序状态，从低级有序状态向高级有序状态，已经从有序状态向混浊状态转化的机理和共同规律的理论。⒌协同学理论在深入研究激光理论的过程中，哈肯⒌协同学理论协同学研究协同系统在外参量的驱动下和在子系统之间的相互作用下，以自组织的方式在宏观尺度上形成空间、时间或功能有序结构的条件、特点及其演化规律。协同系统的状态由一组状态参量来描述。这些状态参量随时间变化的快慢程度是不相同的。当系统逐渐接近于发生显著质变的临界点时，变化慢的状态参量的数目就会越来越少，有时甚至只有一个或少数几个。

⒌协同学理论协同学研究协同系统在外参量的驱动⒍

突变论

突变论是1972年，由法国数学家托姆（ReneThom）提出来的。研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型，突变理论是从量的角度研究各种事物的不连续的变化的，并试图用统一的数学模型来描述它们。突变论以结构稳定性为基础，通过对系统稳定性的研究，说明系统的稳态与非稳态、渐变与突变的特征及其相互关系，揭示系统状态演变的内部因素与外界条件。

⒍突变论突变论是1972年，由法国数学家托姆（R⒍

突变论

“突变”一词，法文原意是“灾变”，是强调变化过程的间断或突然转换的意思。突变论的主要特点是用形象而精确的数学模型来描述和预测事物的连续性中断的质变过程。突变论是一门着重应用的科学，它既可以用在“硬”科学方面，又可以用于“软”科学方面。当突变论作为一门数学分支时，它是关于奇点的理论，它可以根据势函数而把临界点分类，并且研究各种临界点附近的非连续现象的特征。突变论与耗散结构论、协同论一起，在有序与无序的转化机制上，把系统的形成、结构和发展联系起来，成为推动系统科学发展的重要学科之一。

⒍突变论“突变”一词，法文原意是“灾变”，系统科学的杰作——都江堰水利工程

都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。２２００多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，不愧为文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。都江堰渠首的三大主体工程鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县，１９９８年超过一千万亩。都江堰水利工程的三个子工程融为一个整体，巧妙配合实现了彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。系统科学的杰作——都江堰水利工程都江堰水利都江堰水利工程示意图鱼嘴分水堤飞沙堰溢洪道宝瓶口进水口

鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口这个都江堰渠首的三大主体工程，在一般人看来可能会觉得平平常常、简简单单，殊不知其中蕴藏着极其巨大的科学价值，它内含的系统工程学、流体力学等，在今天仍然是处在当代科技的前沿，普遍受到推祟和运用，然而这些科学原理，早在二干多年前的都江堰水利工程中就已被运用于实践了。这是中华古代文明的象征，这是我们炎黄子孙的骄傲。都江堰水利工程示意图鱼嘴分水堤飞沙堰溢洪道宝瓶口进水口“鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它昂头于岷江江心，把岷江分成内外二江。西边叫外江，俗称“金马河”，是岷江正流，主要用于排洪；东边沿山脚的叫内江，是人工引水渠道，主要用于灌溉；鱼嘴的设置极为巧妙，它利用地形、地势，巧妙地完成分流引水的任务，而且在洪、枯水季节不同水位条件下，起着自动调节水量的作用。鱼嘴所分的水量有一定的比例。春天，岷江水流量小；灌区正值春耕，需要灌溉，这时岷江主流直入内江，水量约占六成，外江约占四成，以保证灌溉用水；洪水季节，二者比例又自动颠倒过来，内江四成，外江六成，使灌区不受水潦灾害。在二王庙壁上刻的治水《三字经》中说的“分四六，平潦旱”，就是指鱼嘴这一天然调节分流比例的功能。我们的祖先十分聪明，在流量小、用水紧张时，为了不让外江40％的流量白白浪费，采用杩搓截流的办法，把外江水截入内江，整就使内江灌区春耕用水更加可靠。1974年，在鱼嘴西岸的外江河口建成一座钢筋混凝土结构的电动制闸，代替过去临时杩搓工程，截流排洪，更加灵活可靠。“鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它昂头于岷江

在鱼嘴以下的长堤，即分内、外二江的堤叫金刚堤。堤下段与内江左岸虎头岸相对的地方，有一低平的地段，这里春、秋、冬、三季是人们往返于离堆公园与索桥之间的行道的坦途，洪水季节这里浪花飞溅，是内江的泄洪道。泄洪道，唐朝名“侍郎堰”、“金提”，后又名“减水河”，它固具有泄洪徘砂的显著功能，故又叫它“飞沙堰”。飞沙堰是都江堰三大件之一，看上去十分平凡，其实它的功用非常之大，可以说是确保成都平原不受水灾的关键要害。

飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。另一作用是“飞沙”，岷江从万山丛中急驰而来，挟着大量泥沙，石块，如果让它们顺内江而下，就会淤塞宝瓶口和灌区。飞沙堰真是善解人意、排人所难，将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这里抛入外江（主要是巧妙地利用离心力作用），确保内江通畅，确有鬼斧神功之妙。

“深淘滩，低作堰”是都江堰的治水名言，淘滩是指飞沙堰一段、内江一段河道要深淘，深淘的标准是古人在河底深处预埋的“卧铁”。岁修淘滩要淘到卧铁为止，才算恰到好处，才能保证灌区用水。低作堰就是说飞沙堰有一定高度，高了进水多，低了进水少，都不合适。古时飞沙堰，是用竹笼卵石堆砌的临时工程；如今已改用混凝土浇铸，以保一劳永逸的功效。在鱼嘴以下的长堤，即分内、外二江的堤叫金刚堤。

宝瓶口，是前山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷江的长脊上凿开的一个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶口。留在宝瓶口右边的山丘，因与其山体相离，故名离堆。宝瓶口宽度和底高都有极严格的控制，古人在岩壁上刻了几十条分划，取名“水则”，那是我国最早的水位标尺。内江水流进宝瓶口后，通过干渠经仰天窝节制闸，把江水一分为二。再经蒲柏、走江闸二分为四，顺应西北高、东南低的地势倾斜，一分再分，形成自流灌溉渠系，灌溉成都平原。及绵阳、射洪、简阳、资阳、仁寿、青神等市县近一万平方公里，一千余万亩农田。

离堆上有祭祀李冰的神庙伏龙观。宝瓶口右侧过去有一个末凿去的岩柱与其相连，形如大象鼻子，故名“象鼻子”。象鼻子因长期水流冲刷、漂木撞击，已于1947年被洪水冲毁培塌。宝瓶口岩基，干百年为飞流急湍的江水冲击，出现了极大的悬空洞穴。毛泽东1958年视察都江堰时说一千年一万年后将如何！为了加固岩基，1970年冬，灌区人民第一次堵口截流，抽干深潭，从两岸基础起，共浇注混凝土8100多立方米，结离堆、宝瓶口筑起了铜墙铁壁，使这个自动控制内江水量的瓶口，更加坚实可靠。

在离堆右侧，还有一段低平河道，河道底下有一条人工暗渠，那是为保障成都工业用水的暗渠。那段低平河道，当洪水超过警戒线时，它又自动将多余水量排入外江，使流入内江水位，始终保持安全水准，这就便成都平原，有灌溉之利，而无水涝之思。宝瓶口，是前山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷江的长

在医学方面，我国中医理论也充分体现了系统科学的思想。古代中医理论“黄帝内经”，强调了人体各器官联系、生理现象与心理现象联系、身体状况与自然环境联系把人的身体结构看作足自然界的一个组成部分，认为人体的各个器官是一个有机的整体。用阴阳五行学说来说明五脏之间的相互依存、相互制约的关系;将自然现象、生理现象、精神活动三者结合起来分析疾病根源，在治疗上将人的养生规律与自然界的规律联系在一起，提出了"天人相应"的治疗原则。这实际上是强调了系统内各子系统之间的关系作用，系统与环境之间的关系作用。中医在诊断病症时采用切脉方式，将人看成一个整体。利用人体发生病变时，影响到血液循环情况，则从手腕处脉搏动的速度快慢，力量大小等特点来判断出现病变的部位及程度。中医在治疗疾病时所用针灸方法，也是将人看成一个各器官相互之同紧密联系的整体，对很多不同器官的疾病都通过在耳部相应部位针灸达到治愈的目的;从上述论述中，我们可以看到无论是诊断还是治疗，中医都是把人作为一个整体，认为多体各部分之间存在着紧密的联系，而且这种联系的物质依托不仅有在人体解剖学上观察到的神经、血管等实际各器官的联系通道，还有被称左经络的通道。按中医理论经络将人体联成一个统一的整体，是人体各部分之间联系的重要通道;而只有在人成为一个整体(进行新陈代谢的活人)时经络才存在，否则经络不能存在，我们知道一旦对人进行解剖，观察身体的各部分组织时，经络也就不存在了。以系统科学整体现点、系统观点为基础的中医理论一直到现在仍然在我国以及世界医学上占有重要的地位。

在医学方面，我国中医理论也充分体现了系统科学的

随着生产的不断发展，人类对自然界的认识越来越深刻，此时却产生了忽略系统整体特性研究的倾向。以对人体的认识为例，通过解剖学，人们不仅对人体各部分的构造有了深刻的了解，分清了人体各个器官，而且对它们之间的联系也找到血液循环、神经网络、淋巴组织等三种联系渠道。对每一部分了解的深入，对每一种具体联系渠道的讨论，使人们忽略了对整体的分析，忽视了各个局部在系统整体中的作用。解剖学对肌肉组织了解的非常仔细，对肌肉进行了各种物理、化学的实验，以使人们可以了解到肌肉细胞的各种特点，但却忽视了作为人体一部分的肌肉在整个机体存在情况下反映出来的特性，甚至到了不相信人整体所表现出来而在局部肌肉实验中不能看到的超常功能。

随着生产的不断发展，人类对自然界的认识越来越

由于对自然界认识的深入，学科分类越来越细，各学科的研究人员也不再能对所有学科都有所了解，只能成为其学科的专业人才。在中世纪意大利的科学家达·芬奇既是力学家、物理学家，又是建筑学家、面家。而在这以后，象达·芬奇那样可以精通天文学、力学、物理学等多个领域的专家已不可能存在。就是在物理学领域内，电磁学专家也不再懂得多少原子物理，而且理论专家不善于作实验，搞实验的专家其理论分析的功底也不强。宏观上这是由于知识越来越深入，内容越来越多，一个人即使一辈子都进行学习，也不可能掌握很多门的学问，同时学科门类分得过细，也使科学研究工作者没有必要再去学习过于宽泛的知识，而只需掌握比较窄的专门知识就够了。知识面过窄的研究人员是使系统科学发展缓慢的原因之一。B）定量的系统科学在应用学科层次上的建立

像任何科学的发展都是由生产的发展来促进、都是从对实际应用的研究开始一样，系统科学的发展也是由于生产的发展，出于客观的需要而使之发展;并且首先进行实际应用的研究。第二次世界大战前后是系统科学应用层次迅速发展时期，并在二次大战以后逐渐形成了系统科学在应用学科层次上的理论---控制论(CYBERNETICS)、运筹学(Operationalresearch);信息论(Information)。二次世界大战前人们对系统科学应用的研究已经开始，并取得了一定的成就，但那时的研究是孤立的、分散的，局部的。由于对自然界认识的深入，学科分类越来越细，各学在军事方面在水利建设方面在建设施工方面在医学和农业方面应用实例

近代科学技术的发展，特别是计算机的出现和广泛使用，使系统工程在世界范围内迅速发展起来，许多国家有不少成功的重大研究成果。在军事方面应用实例近代科学技术的发展，特别早在公元前500年的春秋时期，就有著名的军事家孙武写出了"孙子兵法"十三篇，指出战争中的战略和策略问题，如进攻与防御、速决和持久、分散和集中等之间的相互依存和相互制约的关系，并依此筹划战争的对策，以取得战争的胜利。其著名论点，"知已知彼，百战不殆"，"以我之长，攻敌之短"等，不仅在古代，而且在当代的战争中都有指导意义，在当今激烈的国际市场竞争和社会经济各个领域的发展中，这些论断也有现实意义。战国时期，著名军事家孙膑继承和发展了孙武的学说，著有"孙膑兵法"，在齐王与田忌赛马中，孙膑提出的以下、上、中对上、中、下对策，便处于劣势的田忌战胜齐王，这是从总体出发制定对抗策略的一个著名事例。早在公元前500年的春秋时期，就有著名的军事家孙武写出了"孙战国时期，秦国太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。这一伟大水利工程巧妙地将分洪、51水和排沙结合起来，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能，至今，该工程仍在发挥着重大的经济效益，是我国古代水利建设的一大杰出成就。战国时期，秦国太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。这一伟北宋真宗年间，皇城失火，宫殿烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工程。他采用了一套综合施工方案，先在需要重建的通衢大道上就近取土烧砖，在取土后的通衢深沟中引入汴水，形成人工河，再由此水路运人建筑材料，从而加快了工程进度。皇宫修复后，又将碎砖废土填入沟中，重修通衢大道。使烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重工程任务协调起来，从而在总体上得到了最佳解决，一举三得，节省了大量劳力、费用和时间。北宋真宗年间，皇城失火，宫殿烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工

在医学、农业等方面，我国古代也有许多著名学者用朴素的系统思想和方法取得了伟大成就，这些都为我们今天研究和发展系统工程的理论体系，提供了宝贵的借鉴和重要的启示。在医学、农业等方面，我国古代也有许多著名学者1.3农业系统工程的概念

农业系统工程是具有多种类型的系统工程中的一种。农业系统工程既具有系统工程的特点又有自身的特殊性。系统工程的思想、理论、原理和方法在农业领域中的应用，便是农业系统工程。1.3农业系统工程的概念农业系统工程是具有1.2.1农业系统１．农业系统的内涵由绿色植物、动物、微生物和人（包括生产工具）组成，通过劳动，转化和积蓄太阳能，生产出人们所需要的食物、生物能源和工业原料的物质生产部门叫农业系统。２．运用系统概念和系统方法研究农业农业包括农业生物、农业环境和人类的干预作用等等，是一个客观存在的复杂系统，它由许多相互关联、相互作用和相互依存的部分和因素组成，构成一个系统。1.2.1农业系统１．农业系统的内涵1.2.1农业系统

相当长的时间以来，在研究农业问题时，“只见树木，不见森林”。只重视单因子的研究，而不重视多因子的综合实验。近20多年来，蓬勃发展的系统科学，推动了人们用系统的概念和系统的方法研究农业。用系统概念和系统方法研究生态，出现了系统生态学。1.2.1农业系统相当长的时间以来，在研究农1.2.2农业系统工程的定义1．什么是农业系统工程农业系统工程定义为：以系统思想为指导，定性、定量相结合，各种理论、方法与技术综合集成，以农业系统总体最优为目标来研究农业系统的规划、设计、开发、生产、组织、管理、调整、控制与评价等问题的一门交叉科学。1.2.2农业系统工程的定义1．什么是农业系统工程农业系统工程

研究农业发展战略，大农业及立体农业的战略规划，农业结构分析，农业综合规划，农业区域规划，农业政策分析，农业投资规划，农产品需求预测，农业产品发展速度预测，农业投入—产出分析，农作物合理布局，农作物栽培技术规划化，农业系统多层次开发模型等。农业系统工程研究农业发展战略，大农业及立体农业的战略规划，2．农业系统工程的要素（1）国外农业系统工程概况。目前世界各国的农业系统工程活动大体分为三种类型：美国、欧洲、日本等经济和文化比较发达的国家俄罗斯和东欧国家，实行计划经济体制包括中国在内的第三世界国家（2）我国农业系统工程发展概况。2．农业系统工程的要素（1）国外农业系统工程概况。2．农业系统工程的要素（2）我国农业系统工程发展概况。起步较晚，发展很快，主要表现在：培养人才，形成学术骨干力量，为长远发展打下了基础。广泛开展研究，在农业实践中接受考验并得到发展。注重实践效果，大力推广在实施中产生明显效益的典型经验2．农业系统工程的要素（2）我国农业系统工程发展概况。1.3农业系统工程的特点以农业领域中的系统性问题为研究对象，善于解决复杂问题强调综合观念，注重协调局部关系，以获得整体最优化为目标采用现代化的研究方法和技术的手段农业系统工程的价值观农业系统工程的人才观1.3农业系统工程的特点以农业领域中的系统性问题为研究对象，1.4农业系统工程研究应注意的问题输出无害整体最优结构第一组装配套起点非零实践为主1.4农业系统工程研究应注意的问题输出无害第1章系统工程概论1.1系统的基本概念1.2系统工程概述1.3农业系统工程※本章重点与难点主要内容

返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材第1章系统工程概论1.1系统的基本概念主要内容返回系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论的观点，人类的认识总是从实践中总结出来的，也就是说人类在改造自然界的同时，也在改造自己，人类总是在与自然界作斗争的过程中，靠自己的聪明才智取得需要衣、食物。他们在失败的挫折中吸取教训，在成功的喜悦中总结经验，长期的积累。逐步形成了某一方面一整套的认识，研究自然界的一般性方法，即科学论。系统工程是二十世纪六十年代以后才开始兴起的一门科学，它是以一种思想——系统思想，为指导解决社会实践问题的方法，在我国古代就有很多的系统思想的实例，他们有意或无意地在利用这种思想，但当时科学技术并不发达，因此还不叫系统工程。系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论丁谓修复皇宫的故事宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得是北宋真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓的大臣领了此任务，他提出了一个一举三得的方案；在皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入材料、石材等建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道，解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，丁谓修复皇宫的故事宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得

缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人员自发引用这种思想的典型例子，从这个例子可以看出，丁谓在解决问题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他们之间的有机联系，从而解决了问题。 缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中等马、下等马中选送一匹进行比赛，每输一局，输银千两，齐王的马都比田忌的好，但田忌的下等马与齐王的上等马赛，用上等马对中等马，用中等马对下等马，这样田忌非但没有输，反而嬴了一千两银子，这便是系统中从整体出发，选最优方案，到最后实施的对策策略。田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太守李冰父子二人主持修建的，都江堰水利工程由渔江分水工程；飞沙堰分洪排沙工程和宝并口引水工程三大主体工程巧妙地结合而成，这三个大主体工程和一百个附属堰形成了相互联系的有机整体，缺一不可，没有渔嘴分水工程就不能把岷江分为内江和外江；没有宝并口的束水作用，就不会形涡流，泥沙就过不了飞沙堰；如果没有飞沙堰，宝并口的束水口就要淤塞，内江之水就无法流入川西平原，正因为这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，才能导岷江之急流，化害为利，灌溉良田500多万亩。都江堰的规划和设计及其科学水平就是用今天的系统方法衡量也毫不逊色。都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹的计划第二次世界大战期间，美国总统罗斯福下令向日本广岛投放了第一颗原子弹，对盟国在二战中彻底击败法西斯，对中国的抗日战争最终取得胜利都有不可估量的影响，也为日本人留下了永久的灾难，美国第一颗原子弹计划就是曼哈顿计划。1940年，爱因斯坦等著名科学家向系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前例的工作，请理论生物学家奥本海默来组织领导这项工作。他动员了二万五千名各种专业的科学家和工程师困难的，人员众多，课题繁多，相互交错，他在执行计划的过程中，从整体出发把研究课题分解成大量的小课题，组织很多小课题，负责整个课题的研究工作，同时他又非常注重各课题之间的联系和层次，使全部课题组合美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目上，大家论证提出了六种方案，各不相让，他确定一个原则，首先要保证按时完成任务，其他皆是次要的，因此他根据可靠性理论中可靠性低的原件组成可靠性高的系统的原理，决定六种方案同时实验，结果按时起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原子弹。在大规模的组织起来完成一项军事科研生产任务的大型系统工程中，时刻从系统的总目标出发，在系统的约束条件下最终完成了目标，但当时还没有系统工程这一词，但国外都认为这是系统工程方法成功的起点。得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原投入产业模型在国民计划经济中的应用我国计划经济的最基本原理是有计划按比例发展，综合平衡各部门之间按比例发展，系统工程把整个国民经济当作一个大系统。分析总结出投入产出综合模型，对系统中各因子进行分析，确定各部门的投入及生产规模，以求最终平衡，实现安比例发展的目标。投入产业模型在国民计划经济中的应用我国计划经济的最基本原理是系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国家、社会、各行业、部门、各种服务系统、小至企业、企业的产品开发，经营预测，库存管理都涉及到系统工程管理问题，对于象国民经济各部门如何达到费用最省结构最合理。如何使资源利用最优、利润最大，人员配备问题、几名工人、几项工作，一人只能承担一项工作。当不同的人从事各种工作的效益不同时，如何分配人员才能使全工程组收益最大。系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国家、社会、各行业、部1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1.2系统的分类1.1.3系统的特征1.1.4系统的结构与功能小结作业1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义系统（System）一词来源于希腊文systema。由词冠“sys-”和动词词干“tema”构成的复合词。共同地使定位原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。也就是由部分组成整体的意思。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义系统（Sys1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

系统思想（SystemThought）就其最基本的涵义来说，是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化发展的概念。系统概念来源于人类长期的社会实践。人类自有生产活动以来，无不在同自然系统打交道。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

德谟克利特（Democritus）的“宇宙大系统”

德谟克利特（约前460年～前370年）出生于色斯雷的海滨城市阿布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多，遗憾的是到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者”。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

德谟克利特在自然科学上最重要的贡献，是他继承和发展了生活于公元前500年前后的留基伯的原子论，为现代原子科学的发展奠定了基石。曾论述了“宇宙大系统”，他认为世界是由原子和真空所组成，原子组成万物，形成不同的系统和有层次的世界。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

亚里士多德（Aristotle）的朴素系统观亚里士多德(约前384-前322)是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。提出关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想（古代朴素的系统观念）

1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

李冰的都江堰水利工程战国初期秦国李冰设计修造了伟大的都江堰，包括“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”引水工程三大主体工程和120个渠堰工程，工程之间的联系处理的恰到好处，形成一个协调运转的工程总体。科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。我国历史上曾修建过许多水利工程，其中有名的就有芍(shuo)陂(bei)、漳水渠、郑国渠等，但大部分都先后报废，唯独李冰修建的都江堰经久不衰，两千多年来一直发挥着防洪、灌溉、航运等多种功效，成为我国历史上的一项奇迹。

1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述

贾思勰（xie）的“齐民要术”著名学者贾思勰（xie）（南北朝北魏人，今山东寿平人）在其名著“齐民要术”一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辨证的叙述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义在韦氏大辞典（Webster大辞典）中，系统一词被解释为:有组织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各种概念和原理的综合；由有规则的相互作用、相互依赖的诸要素形成的集合等等。奥地利生物学家，一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定义为：相互作用的诸要素的综合体。在日本的JIS“运筹学术语”工业标准中,系统被定义为：许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动的体系。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义钱学森语：

系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的系统的定义（概括）

系统是由若干个（两个或两个以上）相互作用、相互依赖、相互制约、相互作用的元素组成的具有某种特定功能的有机整体。分析系统的定义，它包含四层意义：第一，系统是由两个或两个以上可以相互区别的元素组成的，单个元素构不成系统。第二，系统中的各元素相互间具有联系、彼此独立的各元素不能称其为系统。第三，系统是一个有机整体。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义第四，系统具有某种特定的功能。系统的定义（概括）系统是由若干个（两个或两个1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统

（2）实体系统与概念系统

（3）开放系统与封闭系统

（4）静态系统与动态系