合肥工业大学系统工程导论绪论模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。绪论在客观世界中,”系统”这一概念能够说是无处不在,例如自动控制系统、企业生产管理系统、教育系统、生态系统等,其规模有大有小。随着社会的发展,系统的复杂性也日益增加,在这种情况下,”系统工程”也就应运而生且不断发展。那么,什么是系统?什么是系统工程?这是我们应该首先明确的两个最基本的概念。系统系统的定义系统这个词来自拉丁语的Systema,含有”群”与”集合”的意思。关于系统的定义,多种多样,可是当前还没有形成统一的定论。例如,一般系统论的创始人,贝塔朗菲(L.V.Bertalanffy)把”系统”定义为”相互作用诸要素的综合体”。美国著名学者阿柯夫(R.L.Ackoff)认为:”系统是由两个或两个以上相互联系的任何种类的要素所构成的集合”。钱学森等学者对系统的定义是,”系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体”。因此,系统可定义为具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的整体。系统的特征尽管关于系统的定义表述各不相同,可是上述定义中都表明了系统的三个基本特征:系统是由元素所组成的;元素间具有相互影响、相互作用、相互依赖的元素关系;由元素及元素间关系构成的整体具有特定的功能。系统的分类系统的种类纷繁多样,则我们能够从不同的角度对其进行分类:自然系统和人造系统原始的系统都是自然系统,如天体、海洋、生态系统等。而人造系统都是存在于自然系统之中的,如人造卫星、海运船只、机械设备等。系统工程所研究的对象,大多是既包含人造系统又包含自然系统的复合系统。从系统的观点来说,对系统的分析应是自上而下地进行而不是自下而上。例如,研究系统与所处环境,环境是最上一级,先注意系统对环境的影响,然后再进行系统本身的研究。实体系统和抽象(概念)系统所谓实体系统,是指以物理状态的存在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。与实体系统相对应的是抽象系统,它是由概念、原理、假说、方法、计划、制度等非物质实体构成的系统,如管理、法制、教育、文化系统等。近年来,逐渐将抽象系统称之为软科学系统,并日益受到重视。静态系统和动态系统系统的静和动是相正确。从某种意义上说,能够认为在宏观上没有活动部分的结构系统或相对静止的结构系统为静态系统,例如大桥、公路、房屋等。而动态系统是指既有静态实体又有活动部分的系统,例如学校就是一个动态系统,它不但有建筑物,还有教师和学生。开放系统和封闭系统封闭系统是一个与外界无明显联系的系统,不论外部环境有什么变化,封闭系统仍表现为其内部稳定的均衡特性。例如,密闭罐中的化学反应系统就是一个封闭系统的实例。开放系统是指在系统边界上与环境有信息、物质和能量交互作用的系统。例如商业系统、生产系统或生态系统,这些都是开放系统。系统工程系统科学体系系统工程属于系统科学的学科范畴。所谓系统科学,是指依据系统思想建立的完整科学体系。按照钱学森的观点,它包含”基础科学、技术科学和工程技术”三个层次。其中基础科学是指系统科学的理论基础——系统学;技术科学是指系统科学的技术基础——运筹学、控制理论和信息理论;工程技术是指系统科学的应用技术——系统工程。因此,系统工程在系统科学的学科体系结构中处在工程技术层次。系统工程的发展历史系统工程作为一门科学技术虽然形成于本世纪中叶,但系统工程的思想方法和实际应用却能够追溯到远古时代。例如,在中国,早在战国时期,秦国太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程,巧妙地将分洪、引水和诽沙结合起来,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,具有朴素的系统概念。在西方,亚里士多德提出的”整体大于各部分的总和”的观点,更是具备了系统论的基本思想。在近代,随着科学技术的发展,特别是计算机技术的出现和广泛使用,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。第一次提出”系统工程”一词的是1940年在美国贝尔电话公司试验室工作的莫利纳(E.C.Molina)和在丹麦哥本哈根电话公司工作的厄朗(A.K.Erlang),她们在研制电话自动交换机时,意识到不能只注意电话机和交换台设备技术的研究,还要从通信网络的总体上进行研究。她们把研制工作分为规划、研究、开发、应用和通用工程等五个阶段,以后又提出了排队论原理,并应用到电话通信网络系统中,从而推动了电话事业的飞速发展。在第二次世界大战期间,一些科学工作者以大规模军事行动为对象,提出了解决战争问题的一些决策和对策的方法和工程手段,出现了运筹学。当时英国为防御德国的突然空袭,应用系统工程的方法,研究了雷达报警系统和飞机降落排队系统,取得了很多战果。1945年,美国建立了兰德公司(RANDCorp.)。该公司应用运筹学等理论方法研制出了多种应用系统,在美国国家发展战略、国防系统开发、宇宙空间技术以及经济建设领域的重大决策中,发挥了重要作用。50年代后期和60年代中期,美国为改变空间技术落后于苏联的局面,先后制定和执行了北极星导弹核潜艇计划和阿波罗登月计划,这些都是系统工程在国防科研中取得成果的著名范例。70年代以来,随着微型计算机的发展,出现了分级分布控制系统和分散信号处理系统,扩展了系统工程理论方法的应用范围。近年来,社会、经济与环境综合性的大系统问题日益增多,且许多技术性问题中还带有政治、经济的因素。例如,北欧跨国电网的供电问题。该电网有水、火、核等多种能源形式,规模庞大,电网调度本身在技术上已相当复杂,而且还要受到各国经济利益冲突、地理条件限制、环境保护政策制约和人口迁移状况的影响,因此,负荷调度的目标和最佳运行方式的评价标准十分复杂,涉及多个国家社会经济因素。该电网的系统分析者要综合这些因素,对4500万千瓦的电力做出合理的并能被接受的调度方案,提交各国讨论、协调和决策,这就是一个典型的系统工程问题。在中国,近代的系统工程研究能够追溯到50年代。1956年,中国科学院在钱学森、许国志教授的创导下,建立了第一个运筹学小组;60年代,著名的数学家华罗庚大力推广了统筹法、优选法。1977年以来,系统工程的推广和应用出现了新局面,1980年成立了中国系统工程学会,与国际系统工程界进行了广泛的学术交流。近年来,系统工程在各个领域都取得了许多丰硕的应用成果。系统工程的定义系统工程是一门新兴的学科,国内外有一些学者对系统工程的含义有过不少阐述,但至今仍无统一的定义。1975年美国科学技术辞典的论述为:”系统工程是研究复杂系统设计的科学,该系统由许多密切联系的元素所组成。设计该复杂系统时,应有明确的预定功能及目标,并协调各个元素之间及元素和整体之间的有机联系,以使系统能从总体上达到最优目标。在设计系统时,要同时考虑到参与系统活动的人的因素及其作用”。1978年中国著名学者钱学森指出:”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方法”。从上述论述能够看出,系统工程是以大型复杂系统为研究对象,按一定目的进行设计、开发、管理与控制,以期达到总体效果最优的理论与方法。系统工程是一门工程技术,但与一般工程比较,系统工程具有三个特点:系统工程的研究对象广泛,包括人类社会、生态环境、自然现象和组织管理等;系统工程是一门跨学科的边缘学科;它不但要用到数、理、化等自然科学,还要要用到社会学,心理学、经济学、医学等相关学科,是自然科学和社会科学的交叉学科。因此,系统工程形成了一套处理复杂问题的理论、方法和手段．使人们在处理问题时,有系统的整体的观点。在处理复杂的大系统时,它一般采用定性分析和定量计算相结合的方法。因为系统工程所研究的对象往往涉及到人,这就涉及到人的价值观、行为学、心理学、主观判断和理性推理,因而系统工程所研究的大系统比一般工程系统复杂得多,处理系统工程问题不但要有科学性,而且要有艺术性和哲理性。系统工程方法论由于系统工程是一类包含多门工程技术的综合性、实用性都很强的一大工程技术门类,因此,在系统工程的研究中,逐渐形成一些处理问题的基本框架结构,其中,特别以1962年霍尔(A.D.Hall)提出的”三维结构”具有一定代表性。霍尔的”三维结构”,是指对于所处理的系统问题,从所需的专业知识、处理问题的思维步骤以及处理问题的工作进程阶段,即所谓的”知识维”、”逻辑维”和”时间维”三维结构出发的系统工程工作模型,如图所示(参见P7图1-3)。霍尔三维结构中的知识维,是指处理系统问题时所需要的知识。由于系统的综合性,它不但包含了系统的专门知识,还包含了比如工程技术、经济、环境、社会、法律等诸多领域的跨学科知识。时间维,是指分析处理系统的工作进程。它一般分为七个阶段,即:eq\o\ac(○,1)规划阶段,就是确定系统目标,分析环境条件及资源约束,制定规划;eq\o\ac(○,2)拟定方案,即设计阶段,就是确定系统方案;eq\o\ac(○,3)研制阶段,就是依据设计方案进行系统研制,并作出生产方案;eq\o\ac(○,4)生产阶段,就是按照设计方案进行系统的零部件生产;eq\o\ac(○,5)安装阶段,就是按照系统方案,把零部件组装成系统;eq\o\ac(○,6)运行阶段,就是把组装成的系统投入运行,检验系统性能是否达到预期指标,并进—步出改进方案;eq\o\ac(○,7)更新阶段,就是根据系统的改进方案,对原系统进行更新和调整。逻辑维,是指处理各阶段系统问题的思维步骤。它也大致分为七步,即:eq\o\ac(○,1)摆明问题,就是在对系统预调研的基础上,对系统和系统所处环境,拟解决的系统问题以及系统的未来发展作出基本分析;eq\o\ac(○,2)确定系统目标,就是选择评价系统功能的指标体系和评价准则;eq\o\ac(○,3)系统综合,就是提出并形成系统的可行方案,一般是多方案的;eq\o\ac(○,4)系统分析,就是根据问题进行系统建模,以便分析、推断系统发展的各种可能结果;eq\o\ac(○,5)系统优化分析,就是基于系统模型进行优化分析,比较各方案,判别其优劣;eq\o\ac(○,6)决策分析,就是在考虑决策