Czhang-第一章-系统与系统工程PPT课件

1、1,张冲 南京邮电大学 管理学院 Email：,系统工程,About Myself,代号： 张冲 性别： 男 老巢： 山东 绰号：冲哥 Email：,3,教学安排,总学时-32学时 讲课28学时，实验4学时 答疑：杨教1316，周五第5节课 Email：,4,课程性质,经济与管理学科的必修课 专业基础课,5,考核方式,笔试闭卷 平时成绩 30% （出勤，案例分析情况，课堂表现，实验） 期末考试 70% -题型：名词解释、简答题、计算题、案例分析题,希望大家都能得到好成绩,6,教材,系统工程（第四版） 汪应洛 主编 机械工业出版社 系统工程理论、方法与应用（第二版） 汪应洛 主编 高等教育出版社

2、,7,主要参考书,钱学森.论系统工程:新世纪版.上海:上海交通大学出版社,2007 陈宏民.系统工程导论.北京：高等教育出版社. 2006.4 喻湘存.系统工程教程.北京：清华大学出版社，2006 塞奇.系统工程导论.陕西：西安交通大学出版社，2006 赵杰.管理系统工程.北京：科学出版社，2006 梁迪, 董海. 系统工程. 北京：机械工业出版社. 2005.6,8,课程学习的目的和要求,理解和掌握系统工程理论与方法 应用系统工程思想、理论和方法解决实际问题,9,引例：华罗庚先生泡茶,“想泡壶茶喝。当时的情况是：开水没有，开水壶要洗，茶壶茶杯要洗，火已生了，茶叶也有了，怎么办？”,10,一、

3、问题描述,目的,- 解渴,条件,其他要求,- 一个茶壶、一包好茶叶、一个燃着的火炉和可用的凉水水源,- 以最节约资源的方式实现目标,研究任务,-为解决喝茶问题设计一个行动计划系统(设计一个解决泡茶问题的行动计划),目标,-喝到一碗清新的热茶,11,二、问题分析,1 资源需求,2 目标要求,3 系统工程研究任务界定,设计一个解决泡茶问题的行动计划，要求合理安排各道工序，最大限度节约时间。,12,三、定性策划几个备选方案,根据日常经验，对以上泡茶问题可以有以下三种解法： 甲：洗净水壶；灌上凉水；壶放在火上；等水开；水开后，以最快的速度洗茶杯，找茶叶；泡茶，待茶泡好；喝茶。 乙：洗净水壶；洗茶杯；找

4、好茶叶；灌凉水；壶放火上；等水开；水开后，用准备好的茶杯、茶叶泡茶；等待茶泡好；喝茶。 丙：洗净水壶；灌凉水；壶放火上；洗茶杯；拿茶叶；水开之前，可干一些其它事；水开，泡茶；喝茶。,13,四、方案分析与比较 (系统分析),1. 列出泡茶所需的全部工序 2. 确定每道工序所需的时间 3. 确定各道工序之间的时间连接关系 4. 分析计算每种方案所需的总时间 5. 做出比较结论,14,工序列表,15,泡茶系统工程备选方案工序图,图1 泡茶系统工程备选方案工序图,16,方案分析,甲方案总时间=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21 乙方案总时间=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21 丙方

5、案总时间=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19,分析结果：丙方案最节约时间。,方案建议：丙,17,泡茶工程经验总结,几大步骤： 确定问题 目标分析 需求分析 方案策划 系统分析（统计、计算、比较） 决策建议 方案实施 系统原理：最优化、并行统筹、工序图法,18,系统工程的应用举例,三峡水利工程 是我国建国以来最大的工程项目，这项工程涉及到了国家及地方的众多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将近20年。 “阿波罗”登月计划 阿波罗飞船的登月成功，还证实了系统科学一个重要的命题“综合即创造”。负责阿波罗计划实施

6、的总指挥韦伯先生说过：“阿波罗计划中没有一项新发明的自然科学理论和技术，全部工作都是现有技术的运用。关键在于综合。”,19,系统工程的应用举例,对于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等，例如： 粮食价格的调整：影响肉、菜、生活用品等等，从而影响整个社会的物价。 燃料能源价格：影响原材料、产品及整个物价 银行利率：影响消费与积累，反应了国家的经济政策 外汇牌价：主要用于调节进出口政策，同时反应了一个国家的经济实力,20,系统工程的应用举例,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，比如： 企业的长远规划：综合考虑企业发展、实力、

7、原材料、能源、技术、市场、国家政策等。 新产品开发：考虑市场、企业开发技术与实力、销售网络、经济条件等 区域规划：考虑区域特征、交通、历史、地理等 大项目管理：经过立项、论证、实施、,21,课程主要内容,第一章 系统与系统工程 第二章 系统工程方法论 第三章 结构化模型技术 第四章 分析模型 第五章 系统仿真 第六章 系统评价 第七章 综合案例分析,22,张冲 南京邮电大学 管理学院 Email：,第一章 系统与系统工程,23,第一章 系统与系统工程,第一节 系统的基本概念 第二节 系统工程的基本概念 第三节 系统工程的发展历史与趋势 第四节 系统工程的理论基础,24,系统工程是以系统为研究对

8、象的工程技术，它涉及到“系统”与“工程”两个侧面 (System Engineering，SE) 所谓系统，即是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。如计算机系统、企业管理系统等 系统工程学中的“工程”概念，是指不仅包含“硬件”的设计与制造，而且还包含与设计和制造“硬件”紧密相关的“软件”，诸如预测、规划、决策、评价等社会经济活动过程，故称它为“软工程”，它扩充了传统“工程”概念的含义。 两方面有机地结合在一起，即为系统工程。,25,第一节 系统的基本概念,1.1、系统的定义 1.2、系统的特征 1.3、系统的结构 1.4、系统的分类,26,1.1、系统的定义,“

9、系统”一词最早出现在古希腊哲学家德谟克利特所著世界大系统。 系统(System): 系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素组成，具有特定功能、结构和环境的整体。,27,1.2 系统的特征,（1）系统的整体性 （2）关联性 （3）系统的目的性 （4）有序性 （5）环境适应性 （6）动态性,反映系统的功能，确定系统和环境的边界,确定系统的组成要素,反映要素之间的关系,明确了系统与环境之间的关系,反映了系统的变化趋势,反映了系统的结构形态,系统特性之间的关系？,28,（1）整体性 系统是由相互依赖的若干部分组成，各部分之间存在着有机的联系，构成一个综合的整体，以实现一定的功能。这表现为系统具有集合

10、性，即构成系统的各个部分可以具有不同的功能，但要实现系统的整体功能。系统不是各部分的简单组合，而要有统一性和整体性，因此，要充分注意各组成部分或各层次的协调和连接，提高系统的有序性和整体的运行效果，保证112的效果。,29,拿破仑的著名论断,马木留克兵 VS 法国兵 2 3 (马兵单个格斗能力强) 100 约等于100 1500 1000( 法兵纪律严明、相互协调) 即使每个要素都良好，但作为整体却无某种良好功能，不能称为完善S ；相反，一个S 中即使每个要素并不都很完善，但它们也可协调、综合成为具有良好功能的S 。,30,系统举例,点火系统， 传动系统， 控制系统， 制动系统， 辅助系统，

11、,汽车系统,31,日常生活中，常听人说： 1、 “一个和尚挑水吃，二个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”,2、 “三个臭皮匠等于一个诸葛亮” 3、“丢卒保车” 4、 “一着不慎，全盘皆输” 5、“头痛医头脚痛医脚”,32,（2）关联性 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联系、相互依赖、相互制约和相互作用，这种相关性确定了系统的性质和形态。,33,（3）目的性 大多数系统的活动或行为可以完成一定的功能，但不一定所有系统都有目的，例如太阳系或某些生物系统。人造系统或复合系统都是根据系统的目的来设定其功能的，这类系统也是系统工程研究的主要对象。,34,（4）环境适应性

12、 一个系统和包围该系统的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改变，相应地引起系统内各部分相互关系和功能的变化。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，例如反馈系统、自适应系统和自学习系统等。,35,（5）有序性 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。一般系统论的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的性同系统的结构稳定性联系起来，也就是说，有序能使系统趋于稳定，有目的才能使系统走向期望的稳定系统结构。,36,37,38,39,（6）动态性 物质和运动是密不可分的，各种物质的特性、形态、结构、功能及其

13、规律 性，都是通过运动表现出来的，要认识物质首先要研究物质的运动，系统的动态性使其具有生命周期。开放系统与外界环境有物质、能量和信息的交换，系统内部结构也可以随时间变化。一般来讲，系统的发展是一个有方向性的动态过程。,40,实例： 城市交通综合系统 城市交通综合系统是一个庞大的动态系统，它本身的状态是随时间变化而变化的。其结构如下图所示：,41,系统的划分和边界,（1）系统划分 划分：多个小系统 划分作用：为了研究问题 划分的形式：确定哪一些因素应划归那个子系统，可根据研究状况和现有条件进行,42,（2）系统的边界,系统边界，即系统包含的功能与系统不包含的功能之间的界限。一般在系统分析阶段定义

14、，只有明确了系统边界，才能继续进行下面的分析、设计等工作。 系统具有有限的边界 边界划分的作用：有助于解决问题 边界划分：确定哪一些因素应划归系统，人为作用，根据研究状况进行。,43,系统,环境,系统的边界,44,1.3 系统结构,系统结构 是指系统的构成要素在时空连续区上的排列组合方式和相互作用方式。 系统结构的普遍形式决定了系统的基本特征。,目的性作为构造系统结构的出发点,45,系统结构分析的目的： 系统结构分析就是寻求构筑系统合理结构的规律和途径。,是指在对应系统总目标和环境因素的约束条件下，系统的组成要素集、要素间的相互关系集以及它们在阶层分布上的最优结合，并使得系统有最优的或最满意的

15、输出。,46,系统结构分析的作用： 通过明确一切和问题有关的要素同实现目标之间的关系，提供完整的资料，以便决策者选择最合理的决策方案。,47,系统结构分析的内容,构成系统的要素集 要素间的相互关系 要素在系统中的排列方式 系统的整体性,48,系统的结构分类,（1）框架结构与运行结构,当系统处于尚未运行或停止运行的状态时各元素之间的基本联接方式，称为系统的框架结构。,系统处于运行过程中相互依存、相互支持、相互制约的方式，称为系统的运行结构。,（2）空间结构与时间结构,元素在空间的排列或配置方式，称为系统的空间结构。,元素在时间流程中的关联方式，称为系统的时间结构。,49,系统的功能与结构的关系,

16、系统的功能实际就是指系统的功用和效能。,系统的功能与结构的关系：,系统的功能与结构关系密切，结构决定功能，但功能对结构也有重要影响，只有系统的结构合理，系统才有可能发挥出最佳功能。另外，系统的功能不仅取决于结构，它还取决于系统所处的环境及其组织管理水平。系统结构相同，由于所处的环境和组织管理水平的不同，可能表现出不同的功能，同时结构不同的系统，也可能表现出相同的功能。也就是说，系统的功能是由系统的结构、所处的环境和组织管理与生产水平等共同作用决定的。,50,1.4 系统形态的分类、依据,51,自然系统和人造系统,自然系统就是主要由自然物所自然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等； 人造系统则是根

17、据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。,52,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。,53,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。

18、,54,实体系统与概念（抽象）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。,55,封闭系统与开放系统,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。环境仅仅为系统提供了一个边界，不管外部

19、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。 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。开放系统常是自调整或自适应的系统。,56,第二节 系统工程的基本概念,2.1、系统工程的定义 2.2、系统工程的特征 2.3、系统工程的任务 2.4、系统工程与工程技术等的区别与联系 2.5、系统工程的总体思想,57,2.1 系统工程的定义,“系统工程是为了合理开发、设计和运用系统而采用的思想、程序、组织和方法的总称。”（1971年日本寺野寿朗“系统工程学”） “系统工程是为了研究由多数子系统构成的整体系统所具有的多种不同目标的相互协调，使系统的功能达到最优化，最大限度地发挥系统

20、组成部分的能力而发展起来的一门科学。”（1977年美国恰斯诺特“系统工程方法”）,58,“系统工程是一门研究复杂系统的设计、建立、试验和运行的科学技术。”（1976年苏联大百科全书） 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”。,59,2.2 系统工程的特征,（1）系统工程的应用和研究跨越多个学科领域，不以某一专门的技术领域为研究对象。 （2）系统工程的研究与应用需要把自然科学与社会科学结合起来。 （3）系统工程的目标是实现系统的整体最优。 （4）在系统工程的观点和方法中，观点、概念、原则是

21、本质的，是第一位的，一些数学方法是手段，是从属于观点和原则的。,60,小结,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。 系统工程是一门立足整体，统筹全局，使整体与部分辩证地统一，将分析和综合有机地结合，运用数学方法和电子计算机工具，使系统达到整体最优的方法性学科。,61,2.3 系统工程的任务,（1）在开发新的系统（如太空飞船系统、地铁系统、新型工程系统）过程中，解决系统的最优设计、最优管理、最优控制、最优制造等一系列问题。 （2）用系统的思想和方法重新评价、预测、分析和规划现有的系统，使其充分挖掘潜力，具有新的功能，或找出改进

22、完善的方向，一般称之为“系统化”。,62,2.4 系统工程与工程技术的联系与区别,系统工程也是一工程技术，用以改造客观世界并取得实际成果。,联系：,63,系统工程与工程技术的区别,研究的对象广泛，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。不仅要用到数、理、化、生物等自然科学，还要用到社会学、心理学、经济学、医学等与人的思想、行为、能力等有关的学科，是自然科学 和社会科学的交叉。 在处理复杂的大系统时，常采用定性分析和定量计算相结合的方法。 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仅要有科学性，而且要有艺术性和哲理性。,64,系统工程

23、与传统工程,传统工程 解决问题的方法一清二楚，称“内容明确的问题” 大目标具体化 评价方法具体化 目标分解层次化 系统工程 解决问题的方法不明确，称“内容不明确的问题” 系统工程大目标是抽象的 评价方法是抽象的 系统目标多方面、多层次的 评价方法多方面、多层次的,65,2.5 系统工程的总体思想,从系统总体出发，充分考虑“输入”和“输出”的各种因素开发内部系统 （1）最优思想 （2）组合思想 （3）分解协调思想,66,（1）最优思想,系统工程要追求系统的总体最优，不是局部最优。 系统工程的主要任务是开发整体（综合）最优系统。 为达到系统整体最优建立目标体系和评价体系。,67,（2）组合思想,组

24、合思想：合理选择要素，既能满足系统目标、又没有不必要的要素。 选择要素的原则 尽可能选已有要素、尽可能选标准化、规格化、通用化的要素。,68,（3）分解和协调思想,复杂系统可以分解为结构相对简单的若干子系统，简化处理 同一级的子系统相互关联，要求相互之间密切配合，协调完成大系统的任务,目标分解，功能协调,69, 北宋末年皇城失火，一夜之间皇城变成断壁残垣； 皇帝诏令大臣丁渭组织民工限期修复烧毁的宫殿。 背景资料： 北宋：公元9601127 年； 皇宫位于河南开封，近汴河。,丁渭修宫,案例分析1,70,当时，使丁渭头痛的三个主要问题是： 1. 京城内烧砖无土， 2. 大量建筑材料很难运进城内，

25、3. 清墟时无处堆放大量的建筑垃圾。 如何在规定时间内按圣旨完成皇宫修复任务，做到又快又好呢？丁渭经过反复思考，终于想出了一个巧妙的施工方案，不但提前完成了这项修筑工程，而且“省费以亿万计”节省了大量金银。,丁渭修宫,71,丁渭修宫,-系统工程中统筹安排、优选方案的佳作,挖沟取土烧砖,引水灌沟成河,水路运输建材,完宫添砖复街,72,载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆场以及有效载荷等7个分系统。 其中火箭又包含：箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测安全、地面设备和附加系统共10个分系统。 载人航天11年（截

26、止2003年）耗资180亿元，“神五”一次发射耗资10亿元。 载人航天是中国航天史上的里程碑。,中国的成功范例载人航天工程,案例分析2,73,“阿波罗”登月计划,阿波罗计划顺利实施，是现代系统科学研究的成功典范。此项工程组织了2 万多个公司、120 多所大学，动用了42 万人参加，投入了300 亿美元的巨资，用了近10 年的时间，终于实现了人类征服地球引力，遨游太空，登上月球探险的梦想。 整体阿波罗登月计划之所以能如期完成，关键在于运用系统方法进行有效的组织管理。,案例分析3,74,阿波罗登月中的创建性工作: 方案的开发和选择 详尽而明确的研制规划制定 总体性能指标的控制 解决系统内部接口问题

27、 系统分析与管理的新方法,75,方案开发和选择,登月方案 几十个,筛选比较,直接登月 地球轨道交会 月球轨道交会,月球轨道交会方案,论证 计算,76,详尽而明确的研制规划,功能分析 工作分解结构,月球 轨道 交会 方案,具 体 化,技术目标 技术活动,77,20次飞行试验,详细规划,水星号,78,阿波罗飞船的登月成功，还证实了系统科学一个重要的命题“综合即创造”。负责阿波罗计划实施的总指挥韦伯先生说过：“阿波罗计划中没有一项新发明的自然科学理论和技术，全部工作都是现有技术的运用。关键在于综合。” 系统工程的一个重要任务，就是综合运用现代科学技术各个领域的学术成果，如运用控制论、信息论以及工程技

28、术、经济学、心理学等各方面的理论与应用研究成果为己所用。系统方法通常只不过是平凡的常识，每个概念、每个步骤在常识上都是合理可行的。系统方法的价值就在于它使你能够把所有这些常识性的思想汇集起来，协调一致，集中解决复杂环境中的复杂问题。,79,从南京火车站重建谈系统工程,（1）南京老火车站,1999年11月12日凌晨，一场大火将南京火车站的候车大楼（即站房）全部烧毁。,此后一个多月，每天两三万旅客只得在站前广场候车。,2002.6.18南京新火车站开工 2005.9.29南京新火车站启用,老火车站,案例分析4,80,5. 从南京新火车站谈系统工程,（2）临时候车“蒙古包”,一个多月后，站前广场搭起

29、了象蒙古包一样的临时候车室，并使用了两年半,81,（3）临时候车室,2002年6月，临时候车室搬迁至车站西侧200米外的一座楼内。,82,5. 从南京新火车站谈系统工程,（4）工程工期对比,南京禄口国际机场，工期2年五个月。,京九铁路全长2397公里，有车站210多座，桥梁1100多座，隧道56公里，从开工到全线运营的工期为3年4个月。,南京禄口国际机场,京九铁路,83,（5）分析,施工负责分工,站房工程：铁道部门 站前广场：南京建委,各自解释,南京建委：为给站房建设留作通道，广场推迟开工。而且“蒙古包”拆除太迟 铁道部门：抱怨南京方面没有及时通知拆除“蒙古包”。,84,85,86,京沪高铁

30、2008年4月16日开工 2011年6月30日运营,87,第三节 系统工程的发展历史与趋势,3.1、系统思想阶段 3.2、系统工程发展阶段 3.3、系统工程发展展望,88,系统思想产生,系统工程作为一门科学技术虽然形成于上世纪中叶，但系统工程的思想方法和实际应用可追溯到远古时代。 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。 在水利建设方面，战国时期，秦国太守李冰父子主持

31、修建了四川都江堰工程。,系统思想阶段,89,系统工程发展阶段,系统工程的萌芽时期 系统工程概念产生时期 系统工程应用时期 系统工程发展时期,90,91,92,93,中国系统工程的发展,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。 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交流。 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。,94,系统工程发展趋势,研究与应用的范围扩大； 各

32、类专门系统工程形成自己的特色； 系统工程与计算机系统的结合愈加紧密； 系统工程方法论有新的发展。,95,钱学森,1911年祖籍杭州，生于上海。应用力学、工程控制论、系统工程科学家。 1934年毕业于上海交通大学，1939年在加州理工学院获博士学位 。并担任过加州理工学院航空系副教授，麻省理工学院航空系副教授、空气动力学教授，1949年至1955年任美国加州理工学院喷气推进中心主任、教授。 中国控制学科最重要的奠基人，中国自动化学会首任理事长。,96,钱学森,中国力学学会、中国自动化学会、中国宇航学会、中国系统工程学会名誉理事长，中国科学院学部主席团名誉主席，中国科学技术协会名誉主席。曾任国防科

33、学技术委员会副主任和中国科学技术协会主席。在应用力学、工程控制论、系统工程等多领域取得出色研究成果，在中国航天事业的创建与发展等方面作出了卓越贡献。1999年获“两弹一星功勋奖章”。1957年选聘为中国科学院院士（学部委员）。,97,中国航天之父,感动中国2008年度人物。,中国火箭、导弹和航天技术的重要奠基人。,感动中国推选委员会阎肃： 大千宇宙 浩瀚长空，全纳入赤子心胸。 惊世两弹 冲宵一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志。寿至期颐 回首望去，只付默默一笑中。,钱学森先生引入“不太可靠的元件通过冗余技术可以组成可靠的系统”的思想，开创了中国的航天领域研究，是中国导弹航天技术跻身世界前沿。,

34、钱学森,98,第四节 系统工程的理论基础,一般系统论 大系统理论（即，控制论） 信息论 运筹学 耗散结构论 协同论 其他（如，突变论）,99,1、一般系统论,美藉奥地利生物理论专家贝塔朗菲 背景：20世纪初，物理学、力学、化学等已得到深入发展、学科体系已趋于完整。生物学却仍处于一种想象，试验的阶段。,100,（1）一般系统论的原则,系统观点，即有机整体性原则 认为一切有机体都是一个开放的系统，都是一个有机整体。 动态观点，即自组织性原则 认为一切生命现象本身都处于积极的活动状态，是自组织开放系统。 组织等级观点 认为事物存在着不同组织等级和层次，各自的组织能力不同，并具有自身目的的性和自身调节

35、性。 有序性观点 构成系统的诸要素通过相互作用，在时间和空间上按一定秩序组合和排列，由此而形成一定的结构，决定系统的特定功能。,101,（2）一般系统论的适用范围,不仅适合于有机体，而且也适合于经济、社会和科学技术等一切系统。,102,大系统一般都是多目标、多输入、多输出、多变量、多干扰的复杂系统，因此大系统往往具有不确定性（如模糊性、随机性等），并且由于信息不足，从而造成不确知性。同时，正因为对大系统的影响因素众多，所以大系统的数学模型往往是高维的、高阶的、系统分析和设计的工作量随维数增大即迅速增长，导致“维数灾”。,2、大系统理论,103,（1）大系统的特征,规模庞大，构成大系统的要素本身

36、就是一个完整系统。 结构复杂，各要素（子系统）之间存在多级递阶的复杂结构。 影响因素众多,104,（2）大系统理论研究内容,大系统结构方案的研究 大系统稳定性研究 大系统的最优化问题研究 大系统模型简化的研究,105,3、信息论,信息论是一门研究信息传输和信息处理一般规律的学科。 信息论起源于通讯理论，是美国科学家香农（Shannon）在1948年创立的。,106,信息论的基本思想和方法完全撇开了物质、能量等各种具体客观形态，而把任何通讯和控制系统都看作是一个信息的传输和加工处理系统，把系统有目的运动抽象为信息变换过程，通过系统内部的信息交流使系统维持正常的有目的的运动。 所以系统，在信息论的

37、框架中，是一个进行信息变换和信息处理的机构。,107,信息与系统的关系,信息是系统的一种重要特征； 不存在与系统无关的信息，也不存在没有信息的系统； 有系统内部、系统与环境之间的相互作用，就有信息的产生和交换； 系统的形成，发展，运行都离不开信息的活动。,108,4、运筹学,运筹学是用数学方法研究系统最优化问题的学科，运筹学着重于发挥现有系统的效能，通过建立系统的数学模型，求出合理运用人力、物力和财力的最优方案。,109,运筹学的发展大致可分为三个阶段：, 从1945年到20世纪50年代初被称为创建时期。, 20世纪50年代初期到20世纪50年代末期，被认为是运筹学的成长时期。, 自60年代以

38、来，被认为是运筹学开始普及和迅速发展的时期。,包括： 线性规划、动态规划、排队论、对策论 、存储论等。,110,应用运筹学处理问题的一般步骤：,111,自组织系统,组织：一个系统的要素按照特定的指令，形成特定结构或功能的过程叫组织。 自组织：一个系统的要素按彼此的协同性、相干性或某种默契形成特定结构与功能的过程称为自组织。 形成自组织系统的条件： 系统是开放系统； 系统必须远离平衡态； 系统内存在着非线性反馈的动力学机制； 系统存在随机涨落。,112,6、协同学,H.Haken提出协同学，认为复杂系统的相变是否于子系统之间的关联、协调作用的结果，协同学中的序参量概念和役使原则理论是解决系统向有

39、产 方向演化的有效方法。 1976年发表协同学导论,113,其他,讨论自然系统向有序方向演化的问题时，人们还运用数学上的突变论、微 分方程的稳定性理论，生物学中的超循环理论等，在研究非线性系统演化时，人们又提出混沌、分岔 分形等新概念并发展了相应的理论。,114,小结,所有这些自然科学的新概念、新方法、新理论它们有一个共同 特点: 就是讨论复杂的自然系统当其内部各子系统之间相互作用为非线性互作用时呈现出来的演 化的新现象，通过分析可以看到，它们既适用于讨论自然现象(它们本身是从对自然现象的研究申 发现并总结的);又适合讨论某些社会现象，它们可以作为讨论自然与社会两类完全不同的客观现 象的统一理论。 虽然这些内容并不是系统工程本身的理论，但是它们可以作为构建系统工程基本理论的主要内容之一。,115,各个领域的系统工程,补充材料,116,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