第2章 运输系统工程 (PPTminimizer).ppt

1、1,主要内容： 1.系统工程 2.运输系统工程,第二章 运输系统工程,2,系统工程: 顾名思义就是研究系统的工程技术，它是在系统和系统理论逐渐发展的基础上所形成的一种科学的系统决策方法论。,2-1 系统工程,3,1.三峡水利工程 2.与我们今天生活中所关心的各种社会经济问题，如经济改革、价格问题、体制改革及各种政策的出台都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统工程有关。 3.将来在我们的实际工作中，我们会遇到许许多多的系统工程问题。,一、系统工程的应用举例,2-1 系统工程,4,二、系统工程 1.系统工程的含义 2.系统工程的理论基础 3.系统工程的学科性质、特点 4.系统工程的发展 5.系统

2、工程的应用,2-1 系统工程,5,二、系统工程 1.系统工程的含义 1978年我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”。,2-1 系统工程,6,1977年日本学者三浦武雄指出： “系统工程与其他工程学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以外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程”。,2

3、-1 系统工程,7,1975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。”,2-1 系统工程,8,系统工程是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设

4、计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的综合最优化。,归 纳,9,系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象，而系统工程不只限于物质系统，它可以包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。由于系统工程处理的对象主要是信息，所以系统工程是一门“软科学”。 系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一座沟通桥梁。现代数学方法和计算机技术，通过系统工程，为社会科学研究增加了极为有

5、用的定量方法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。系统工程为从事自然科学的工程技术人员和从事社会科学的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路,归 纳,10,2.系统工程的理论基础 从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括自然、社会及工程设计分析等方面的知识，它是由一般系统论、大系统理论、经济控制论、运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。,2-1 系统工程,11,3.系统工程的学科性质及特点 在科学技术体系结构中，系统工程属于工程技术，是一门新兴的交叉学科。 其本质来说，系统工程是一门“社会技术”学科。,2-1 系统工程,12,系统工程与一般工程比较的特点： （1）研究

6、思路的整体化 （2）应用方法的综合化 （3）组织管理的科学化 （4）管理工具的现代化,2-1 系统工程,13,4.系统工程的发展 系统工程在我国的发展： 20世纪50年代，中科院钱学森、许志国教授创导下，建立第一个运筹学小组。 60年代著名数学家华罗庚大力推广优选法、统筹法；系统工程在国防武器装备研制方面取得显著成效。 1980年成立中国系统工程学会，系统工程在各个领域广泛应用并取得了许多成果。,2-1 系统工程,14,5.系统工程的应用范围,2-1 系统工程,15,系统工程的应用分支,社会系统工程研究对象是整个社会，这是一个开放的复杂巨系统。目前正在探讨一种从定性到定量，综合运用多种学科处理

7、复杂巨系统的方法论。 经济系统工程主要研究宏观经济问题，如国家的经济发展战略、综合发展规划、经济指标体系、产业结构分析、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。 环境生态系统工程主要研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系统、森林与生物生态系统、城市生态系统的规划建设问题。,2-1 系统工程,16,企业系统工程主要研究市场预测、新产品开发、CIMS及并行工程、全面质量管理、成本效益分析等； 农业系统工程主要研究农业发展战略、大农业和立体农业的战略规划、农业结构分析、农业区域规划、农产品需求预测、农业政策分析等； 教育系统工程主要研究人才需求预测、人才与教育发展规划、人才结构

8、分析、教育政策分析等。,2-1 系统工程,17,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、区域资源合理配置、城市水资源规划、城市公共交通规划与管理等。 能源系统工程研究能源合理结构、能源需求预测、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。 水资源系统工程研究河流综合利用规划、流域发展战略规划、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、防汛指挥调度、水污染控制等问题。,2-1 系统工程,18,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

9、、铁路调度系统、公路运输调度系统、航运调度系统、空运调度系统、综合运输优化模型、综合运输效益分析等。 信息系统工程信息网络+用户是一个人网结合的开放的复杂巨系统，不仅具有信息采集、加工、存储、传输、调用、共享、分析、综合等功能，还具有产生新信息的功能，是信息的生产系统。 军事系统工程主要研究国防发展战略、作战模拟、情报、通信和指挥自动化系统、武器装备发展规划、国防经济学、军事运筹学等。,2-1 系统工程,19,水资源系统工程的热点话题： “南水北调”工程，它分西线、东线、中线三条调水方案，其意义在于，它是我国长江流域、黄河流域水资源的一次带有全局性和战略性的结构调整。如何实现市场经济下水资源的

10、合理利用，构成我国水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的新格局，是一项复杂的系统工程。,2-1 系统工程,20,三、系统工程方法论 系统工程方法论是指在更高层次上，指导人们正确应用系统工程的思想、方法和各种准则去处理问题，由于系统工程是一类包括许多门工程技术的一大工程技术门类，而且是高度综合的实用性很强的技术。,2-1 系统工程,21,系统工程方法论,最具代表性的系统工程方法论有: 霍尔“三维结构” 并行工程 综合集成方法,切克兰德的“学习调查”法 物理事理人理（WSR）,22,1、霍尔的三维结构（1969年提出）,20世纪6070年代具有代表性的SE方法论。,将系统的整个管理过程分为前后紧

11、密相连的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成，如图示：,2.3.1 霍尔“三维结构”模型,23,环境科学 社会科学 工程技术 计算机科学 管理科学 经济 法律,知识维（科学技术）,逻辑维（方法步骤）,时间维（时间进程）,明确问题,选择目标,系统综合,系统分析,方案优化,作出决策,付诸实施,A B C D E F G,6 5 4 3 2 1,规划阶段,方案阶段,研制阶段,生产阶段,运行阶段,更新阶段,2.3.1 霍尔“三维结构”模型,知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的各种专业知识和管理知识。,逻辑维：每个阶

12、段需进行的工作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题应遵循的一般程序。,时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。,24,运用SE知识，把三维结构中的六个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，便形成所谓霍尔管理矩阵如下：,霍尔管理矩阵,代表一项具体的管理活动,25,在这个过程系统中，每一阶段都有自己的管理内容和管理目标，每一步骤都有自己的管理手段和管理方法，彼此相互联系，再加上具体的管理对象，组成了一个有机整体。 霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作，同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作得到合理安排。 把系统工程过程系统运用于大型工程项目，尤其是探索性强

13、、技术复杂、投资大、周期长的“大科学”研究项目，可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难。,基于 “三维结构”模型的,系统工程过程系统,26,国内外许多事例表明，运用科学的系统工程过程系统管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15%以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3%6%。 在规划和方案探索阶段，只花去装备寿命周期费用的极少部分，但确定了装备一生要花费用的70%； 全面工程研制之前，花费的费用占到寿命周期费用的3%，但固定了寿命周期费用的85%； 研制结束时，装备寿命周期费用已被基本固定。,基于 “三维结构”模型的,系统工程过程系统,27,寿命周期费用,寿命周期费

14、用（LCC，Life Cycle Cost）是指装备在其寿命周期内，为论证、研制、生产、使用与保障、退役所付出的一切费用之和，亦即系统在寿命周期内，为购置以及维持其正常运行所需支付的全部费用。,28,2.3.2 并行工程方法学,并行工程(Concurrent Engineering，简称CE)是美国在80年代末提出的，在计算机集成制造系统CIMS和系统工程中发展起来的工程技术，也是美国国防部在90年代乃至21世纪发展武器装备系统的基本管理模式。 Winner等人对并行工程的定义： 并行工程是对产品及相关过程，包括制造过程和支持过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法。 这种方法力图使产品开发

15、者从一开始就考虑到产品全寿命周期即从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。,29,2.3.2 并行工程方法学,也就是把以往的那种序列化的设计生产保障研制过程变为并行的、交互作用的综合研制过程，达到缩短研制周期的目的。,并行工程 同时工程,30,并行工程综合研制工程,传统专业综合,工程专业综合,综合,硬件 软件 人员 设施 数据,系统,并行地进行产品传统性能、可生产性和RMS等特性的研制。,多专业综合 产品研制,其核心内容是：强调用户需求，把用户需求转化为产品要求，并建立交互作用、互相协调的并行研制过程，以便将产品的设计、产品的制造过程和保障过程用系统工程方法综合在一起。

16、,31,2.3.2 并行工程方法学,并行工程的主要思想： (1) 约束信息的并行性：即设计时同时考虑产品生命周期的所有因素，同时产生产品设计规格(或CAD文件)和相应的制造和支持过程计划。 (2) 功能的并行性：即产品寿命周期所涉及的各功能领域工程活动并行交叉进行。 (3) 集成性：要求实现产品及其过程的一体化并行设计，根本在于研究开发、产品设计、过设计、制造装配和市场的全面集成。 (4) 协同性：指多学科并行工程小组协同工作，即产品全生命周期中各阶段不同领域技术人员(包括顾客和供应商)的全面参与和协同工作。 (5) 科学性：并行工程采用了迄今最为先进的开发工具、方法和技术，如全面质量管理、系

17、统工程方法、质量工程方法、计算机辅助系统等。,32,2.3.2 并行工程方法学,并行组织管理模式 1、向扁平化组织结构演化 并行工程过程要求的信息集成化。并行工程对组织结构的影响表现为向扁平化组织结构演化的趋势。 2、并行工程的小组化组织结构 多功能小组是并行工程实施过程中普遍采用的组织结构形式。小组成员来自产品寿命周期相关的主要技术领域，他们共同负责产品从需求分析直到交付使用过程中的所有工作，是一种群体工作模式。,33,一、运输系统工程的含义 运输系统工程是以交通运输系统的整个运输活动为对象，运用系统工程的原则和方法，为运输活动提供最优规划和计划，进行有效的协调和控制，并使之获得最佳经济效益和社会效益的组织管理方法。,2-2运输系统工程,34,二、运输系统工程的内容 1.运输系统分析：目的、结构、性能、环境分析； 2.运输系统预测； 3.运输系统最优化控制：车辆构成、调度、PERT； 4.运输系统评价：