系统工程理论与方法-绪论

第一章系统工程绪论

各种人造设备是系统各种生物体是系统人所从事的事件是系统人所组成的团体是系统团体完成的事件是系统（社会、经济、技术等系统）什么是系统？用系统的思想来看待我们的对象或要从事的事件，采用各学科各领域的相关技术来组织、管理和实施这个系统。什么是系统工程？Why?

时代特征及社会发展趋势：经济全球化社会进入合作竞争新时代（COOPETITION）可持续发展引起普遍关注管理科学发展的“制高点”

——系统化管理社会加速信息化What?

系统工程作为20世纪中期开始兴起的一门交叉学科，是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所学思想、程序和方法的体系，属于一门综合性的工程技术。How?

注重系统思考坚持问题导向采用系统化方法

参考书：（1）[美]彼得·圣吉（PeterM·Senge）著，第五项修炼—学习型组织的艺术与实务，上海三联书店，

1998。（2）胡保生,彭勤科，系统工程原理与应用，化学工业出版社，2007§1-1系统及其特征系统的特性：集合性相关性阶层性整体性目的性环境适应性

国家政策市场研究技术经济预测竞争状况企业能力资金来源资源条件社会需求生产可能生产组织与控制物、财、人、信息生产控制库存控制质量控制成本控制资金回收产品销售服务调查经营目标产品开发经营计划生产技术准备技术文件劳动力劳动手段劳动对象环境分析经营决策与计划投入转换产出工业企业生产经营活动过程示意图管理系统问题§1-2系统科学及系统工程一、系统工程的定义二、系统工程的发展三、系统科学体系主要内容：一、系统工程的定义

现代科学的发展比过去更要求在各种学科门类之间进行更多的相互联系和相互渗透。系统工程就是在这种背景下产生的一门新兴交叉学科。在科学技术的体系结构中，系统工程属于工程技术。

所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。”

系统工程就是把工程设计视为决策制定过程的一门学科。系统分析的方法既具有科学性，又具有某种艺术性。系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其他工程学的某些性质不尽相同。南水北调输水工程例1：城市智能交通系统问题城市交通拥堵、交通事故、尾气污染制约城市发展，2010年欧洲GDP损失0.5%，800亿欧元。意义构建高效、便捷、安全的城市交通系统，需要发展城市智能交通系统（ITS）。多任务交通信息采集系统；交通信息平台；智能交通灯控制；公交优化调度；快速公交、交通诱导、交通应急处置、电子收费、停车管理系统。难点多系统、多部门、多类异构数据源、需要解决数据共享、系统整合标准与规范，交通管理与控制协调与合作，整体规划等。例2：国家航空运输系统问题机场压力空域压力。多单位空中交通系统：机场；飞行管制系统；航行保障系统（通信站、中转站、导航台、航管雷达系统），军方等。多目标航空公司、机场如何协调各方利益，减少各方资源冲突，最大限度利用各类资源，有效提高整体航空服务能力；是集成航空系统体系结构设计的目标。例3：国家导弹防御系统早期预警系统X波段雷达地基拦截系统战场管理和指挥、控制、通讯系统

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SE的理论基础。

其它相关学科基础知识包括：概率论、蒙特卡洛模拟、效用理论、预测等。

经典系统理论

一、一般系统论（一）一般系统论产生过程

一维科学时代，还原论，解决孤立问题

系统论发展重要的标志：贝塔朗菲的一般系统论

1937年，贝塔朗菲提出了一般系统论的概念。1945年，在《德国哲学周刊》上发表《关于一般系统论》直到1947年和1948年，一般系统论才形成为一门崭新的学科。

贝塔朗菲认为：生命首先是一个自我组织系统，作为有组织的复合体不断经历着发展和展开，向着更高层次的分化前进。作为整体它不能还原为部分，其发展了的形态与早先的形态有着质的区别。而且有机体不是静态的而是动态的，不是封闭的而是开放的，不是被动地等待反应，而是自动地主动地寻求刺激。1.系统的整体性①要素和系统不可分割。②系统整体的功能不等于各组成部分的功能之和，“非加和定律”。③系统整体的质不同于部分的质。（二）一般系统论的基本观点2.系统的开放性有机体之所以能够保持自身有序的、有组织的稳定状态，是由于系统与环境处于相互作用之中，系统与环境不断进行物质、能量和信息的交换，这就是开放系统。

等结果性原理。开放系统可以保持自身的稳定结构和有序状态，这正是系统目的性的表现。要素、系统和环境三者之间动态相关。

3.系统的动态相关性结构越复杂，组织越有序，功能也越强。

结构有序性（空间）、发展有序性（时间）。4.系统的层次等级性5.系统的有序性（一）控制论的产生与发展1947年，维纳，控制论，Cybernetics二、控制论研究单因素控制系统，重点是反馈控制研究多输入、多输出、高精度和参数时变，最优控制大系统多级递阶控制经典控制理论时期现代控制理论时期大系统理论控制时期控制论的发展经历了三个时期：（二）控制论的基本概念（三）控制论对系统方法的启示黑箱——灰箱——白箱法黑箱法：人们无需或无法直接观测其内部结构，不打开系统“活体”，只能从外部的输入和输出去认识现实系统。黑箱永远有，白箱永不白。

（一）信息论的产生与发展基本内容是研究信源、信宿、信道及编码问题。

分类：（1）狭义信息论：即申农信息论。（2）一般信息论：通信问题。三、信息论二、系统工程的发展

人类如何认识世界

系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林”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。

整体论和还原论的辩证联系和统一引发了系统思维的发展。系统工程的诞生和发展阶段年代（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实验室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Bell实验室开发防空导弹系统，以及研制原子弹的“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核潜艇的研制工程提出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1951-1980MIT发展SAGE防空系统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

上世纪50至60年代，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》。1962，钱学森倡导参照PERT管理我国火箭导弹技术的研发，取得极大成效。

文革结束后，以钱为首倡导应用系统工程方法来研究规划国民经济发展的重大问题。钱学森是系统科学在我国发展的先驱者。系统工程在中国长江三峡水利枢纽工程蓝图社会系统工程宏观经济系统工程区域规划系统工程环境生态系统工程能源系统工程水资源系统工程交通运输系统工程农业系统工程工业及企业系统工程工程项目管理系统工程科技管理系统工程智力开发系统工程人口系统工程军事系统工程系统工程的应用领域系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。系统对象可分为“硬系统”和“软系统”两类。

硬系统一般偏工程、物理型，有较好的定量方法；软系统一般偏社会、经济型，常用定量和定性相结合的

方法来