系统工程(第1、2章).ppt

1、2020年7月30日10时56分,1,系统工程一种科学的系统决策方法论,郭云涛 西北工业大学管理学院,2020年7月30日10时56分,2,第1章 系统与系统工程,系统工程的应用举例 系统 系统工程,2020年7月30日10时56分,3,一、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，它的论证、组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统工程问题，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，如此的工程必然需要一种统观全局的系统方法来对待，系统工程可以说是最为有效的

2、一种组织方法。,2020年7月30日10时56分,4,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都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统工程有关。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,2020年7月30日10时56分,5,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

3、、实力、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、,2020年7月30日10时56分,6,二、系统概述,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系统方法论。 系统的概念？,2020年7月30日10时56分,7,1、系统的概念,系统概念是系统工程的基础 “系统思想是进行分析和综合的辨证思维工具，它在辨证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学和其他系统科学那里取得了定量的表述形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内

4、容”,2020年7月30日10时56分,8,系统概念的形成,公元前古希腊对宇宙大系统的认识 我国西周时期的“阴阳二气”及金、木、水、火、土“五行” 东汉时期形成的“二十四节气” 周秦到西汉时期的“皇帝内经”。,2020年7月30日10时56分,9,系统的定义,系统可被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一个整体。 一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统 系统的存在具有普遍性 系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝对规模的界限,2020年7月30日10时56分,10,2、系统的特性,阶层性 整体性 集合性 相关性 目的性

5、 环境适应性.,2020年7月30日10时56分,11,系统工程研究系统的特性,可控性 动态性 复杂性 自律性.,2020年7月30日10时56分,12,3、系统的各种形态,自然界所面临的系统是各种各样的，它们以各种各样的形态存在于这个五彩缤纷的世界。因此，我们就可以按照系统在自然界存在的形态及性质，将系统分为各种各样的类型。,2020年7月30日10时56分,13,自然系统与人工系统,自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这类系统的组成部分是自然物（山、海、河流、矿物、植物及动物等）所自然形成的系统。像海洋系统、矿藏系统、生态系统、太阳系、宇宙系等，都属于自然系统。 人工系统是人们将有关元

6、素，按其属性和相互关系组合而成的系统，亦即用人工方法建立起来的系统。例如，人类对自然物质通过加工，用人工方法制造出来的工具和机械装置等构成的各种工程系统；人类通过人为地规定的组织、制度、步骤、手续等建立起来的各种管理系统和社会系统；人类通过对自然现象和社会现象的科学认识，用人工方法研究出来的科学体系和技术体系等都属于人工系统。,2020年7月30日10时56分,14,实体系统与概念系统,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

7、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。,2020年7月30日10时56分,15,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。,

8、2020年7月30日10时56分,16,孤立系统、封闭系统与开放系统,所谓孤立系统指的是系统与外界环境既不可能进行物质交换，也不可能进行信息、能量交换。换句话说，系统内部的物质和信息能量不能传至外部，外界环境的物质和信息能量也不能传至系统内部。 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。 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。,2020年7月30日10时56分,17,示例,物资流,信息流,2020年7月30日10时56分,18,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

9、；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。,2020年7月30日10时56分,19,面向对象区分的各种系统形态,物质系统、人类系统及方法步骤系统 作业系统和管理系统 社会经济系统 经营系统 根据具体对象划分的各种系统 : 工业系统、运输系统、交通系统、通信系统、物资流通系统、金融系统、能源系统等以产业区分系统的形态，或按消费生活系统、医疗系统、军事系统和教育系统等,2020年7月30日10时56分,20,4、企业的系统模型,扰动,输入,输出,2020年7月30日10时56分,21,几个要素,环境与界限 投入性质 流量与流向 转化过程 产出的形式 .,2020年7月30日10时56

10、分,22,三、系统工程,要作出科学的决策就必须依赖于系统可靠的科学决策方法，系统工程便是处理决策问题的基础理论指导，它将所处理的问题作为一个完整的系统进行处理，强调决策系统整体目标的综合最优化; 系统工程借助于自然科学与工程技术的方法，来处理各种社会系统，将人类在长期开发自然系统和改造社会系统的实践中所形成的整体最优化系统观念应用于其求解问题的全过程之中，从而保证了所解决问题的全面周到与科学合理。,2020年7月30日10时56分,23,1、“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

11、义的方法”。,2020年7月30日10时56分,24,1、“系统工程”的含义,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”。,2020年7月30日10时56分,25,1、“系统工程”的含义,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

12、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。”,2020年7月30日10时56分,26,2、系统工程定义,系统工程就是从系统的观点出发，跨学科的考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。,2020年7月30日10时56分,27,系统观念,系统的观念就是整体最优的观念，它是在人类认识社会、认识自然的过程中形成的整体观念，或者称之为全局观念。 “丁渭工程” 修建用的砖瓦 水的来源 建筑石材、木材的运输 废墟的排除与清理,20

13、20年7月30日10时56分,28,工程观念,工程的观念是在人们处理自然、改造自然的社会生产过程中所形成的工程方法论，传统的工程观念是指生产技术的实践而言，而且以硬件为目标与对象，如机械工程、电气工程、铁路工程、水利工程等。系统工程将这一观念和方法应用于社会系统中，其所处理的对象不仅包含传统工程观念中的自然对象（即硬件），而是在传统的工程观念的基础上增添了新的内容，也即以软件为目标与对象。实际上，系统工程所讨论的工程是泛指一切有人参与的、以改变系统某一特征为目标的，从命题到出成果的工作过程。系统工程使得人们能够以工程的观念和方法研究和解决各种社会系统问题。,2020年7月30日10时56分,2

14、9,3、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。,2020年7月30日10时56分,30,系统科学与系统工程,系统科学是用统一的系统方法研究任何控制论系统的行为和控制的学科领域，它主要研究有组织的大系统或一般系统的运动和量变规律 系统科学分为：系统方法论、系统理论和系统工程 系统工程是系统科学的应用部分，是系统科学中与社会经济决策和工程管理关系最密切的一部分,2020年7月30日10时56分,31,系统工程的理论基础,一般系统

15、论 大系统理论 经济控制论 运筹学 哲学和社会科学 计算机科学 各门专业科学和工程技术,2020年7月30日10时56分,32,4、系统工程学科性质,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 系统工程是以研究大规模复杂系统为对象的一门交叉学科，它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、科研或经济活动有效地组织起来，应用定量分析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

16、发挥人力、物力的潜力，通过各种组织管理技术，时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,2020年7月30日10时56分,33,系统工程与一般工程比较的特点,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； 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。,2020年7月30日10时56分,34,5、系统工程的发展,“孙子兵法” ;四川都江堰工程 ; 系统工程的萌芽时期可追溯到20世纪初的F.W.泰勒(F.W.Taylor）系统 ; 1940年，丹麦哥本哈根电话公司的厄兰（A.K.Erlang）和美国贝尔电话公司的莫利纳(

17、E.C.Molina)将研制自动交换机的工作划分为规划、研究、开发、应用和通用工程五个阶段，提出排队论 第二次世界大战时期，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，产生了运筹学 ；战后迅速扩展到一般经营管理方面；如“曼哈顿工程” 1945年,美国军部建立兰德公司(Rand),总结开发了许多系统数学分析法,奠定了今天系统工程的基础 1957年,美国学者顾杰(H.Goode)和马可尔(R.Machol)合著系统工程学(Systems Engineering),理论上首次总结,2020年7月30日10时56分,35,系统工程的发展,60年代，电子计算

18、机的普及，提供了强有力的运算工具和信息处理手段,系统工程在各领域开始形成独立的解决问题的体系,扩大了理论和实践的影响范围 历时11年的“阿波罗登月计划”成功,引起了人们对系统工程的广泛关注 70年代以来,系统工程得到迅速的普及与发展,各大专院校开设系统工程课程,各国成立系统工程研究所,2020年7月30日10时56分,36,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,2020年7

19、月30日10时56分,37,6、系统工程的应用范围,2020年7月30日10时56分,38,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系统的方法论。,2020年7月30日10时56分,39,宏观经济系统工程,运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题，如国家的经济发展战略、综合发展规划、经济指标体系、投入产出分析、积累与消费比例分析、产业结构分析、消费结构分析、价格系统分析、投资决策分析、资源合理配置、经济政策分析、综合国力分析、世界经济模型

20、等。,2020年7月30日10时56分,40,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、区域城镇布局和工农业合理布局、区域资源合理配置、区域投资规划、城市规划、城市水资源规划、城市公共交通规划与管理等。,2020年7月30日10时56分,41,环境生态系统工程,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、城市生态系统等系统分析、规划、建设、防治等方面的问题，以及环境检测系统、环境计量预测模型等问题。,2020年7月30日10时56分,42,能源系统工程,研究能源合理结构、能源图、能源需求预测、能源供应预测、能源开发规模

21、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。,2020年7月30日10时56分,43,水资源系统工程,研究河流综合利用规划、流域发展战略和规划、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、水运规划、防洪规划、水污染控制等问题。,2020年7月30日10时56分,44,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，铁路运输规划及其调度系统，公路运输规划及其调度系统，航运规划及其调度系统，空运规划及其调度系统，综合运输规划、优化模型及其效益分析。,2020年7月30日10时56分,45,农业系统工程,研究农业发展战略，

22、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。,2020年7月30日10时56分,46,工业及企业系统工程,研究工业动态模型，市场预测，新产品开发，组织均衡生产，生产管理系统，计划管理系统，库存存贮模型，全面质量管理，成本核算系统，成本效益分析，财务分析，人机工程，组织理论，激励机制等。,2020年7月30日10时56分,47,工程项目管理系统工程,研究工程项目的总体设计，可行性研究，国民经济评价，工程进度管理，工程质量管理

23、，风险投资分析，可靠性分析，工程成本效益分析等。,2020年7月30日10时56分,48,科技管理系统工程,研究科学技术发展战略，科学技术预测，优先发展领域分析，科学技术长远发展战略，科学技术评价，科技人才规划，科技管理系统等。,2020年7月30日10时56分,49,智力开发系统工程,研究人才需求预测，人才拥有量模型，人才规划模型，教育规划模型，智力投资规划模型，人才结构分析，教育政策分析等。,2020年7月30日10时56分,50,人口系统工程,研究人口总目标，人口指数，人口指标致体系，人口系统数学模型，人口系统动态特性分析，人口参数辨识，人口系统仿真，人口普查系统设计，人口政策分析，人口

24、区域规划，人口系统稳定性，人口模型生命表等。,2020年7月30日10时56分,51,军事系统工程,研究国防战略，作战模拟，情报，通讯与指挥系统，参谋系统，武器装备发展规划，后勤保障系统，国防经济学，军事运筹学等。,2020年7月30日10时56分,52,7、系统工程一种科学的系统决策方法论,系统工程方法对于解决组织管理的问题应该说是极为有效的，因为任何管理都可视为一个系统的管理; 系统工程就是一门方法论的科学，它给人们提供了一套处理问题和解决问题的系统方法论，它使得决策者在处理所面临的问题时，充分强调整体系统的综合最优化，而不是追求单一目标的最优化; 系统工程给管理决策者提供了一种处理问题的

25、思路，就是以系统的观念及工程的观念处理所面临的社会问题; 系统工程作为一种科学的系统决策方法论，它是进行各种管理决策的基本指导思想。,2020年7月30日10时56分,53,第2章 系统工程方法论,系统工程与传统方法的区别 系统工程方法论,2020年7月30日10时56分,54,系统工程方法论,系统工程的方法论是系统工程应用的基础和关键所在，系统工程处理问题的独特方法论是系统工程区别于其它各门科学的基本特征之一，系统工程处理问题的最基本出发点是将所分析的对象作为整体系统来考虑，这也是系统工程考虑问题的基本思想和工作方法,2020年7月30日10时56分,55,一、系统工程与传统方法的区别,从前

26、面对系统工程的介绍可以看出，系统工程实质上是方法论的科学，它的目标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及在每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面，并综合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑。,2020年7月30日10时56分,56,1.系统工程的三维结构分析,逻辑维,知识维,时间维,2020年7月30日10时56分,57, 时间维,a)规划阶段：主要是按照设计要求提出系统目标，制定规划和政策。 b)拟定阶段：完成的

27、任务是提出具体的方案，进行系统的初步设计。 c)分析阶段：对所设计的方案进行分析、比较。 d) 运筹阶段：方案的综合选优，确定最优实施方案。 e) 实施阶段：系统的设计、安装及调试等。 f) 运行阶段：按照系统预定的用途工作。 g)更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统，代之以新系统，对系统改进。,2020年7月30日10时56分,58, 逻辑维,a) 明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料，主要目的是弄清问题。 b)系统指标设计：确定所要解决问题的目标和相应的评价准则。 c)系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择的方案。 d)系统分析：深入了解所提出的政策措施和解

28、决方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。 e) 系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选择。 f) 决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上，选择最优方案。 g) 实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。,2020年7月30日10时56分,59, 知识维,知识维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段中，执行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会科学、工程技术、法律、商业、医药、艺术等等。,2020年7月30日10时56分,60,2.系统工程的软科学性,系统工程的软科学性是从系统工程的应用成果方面

29、分析的，由于系统工程处理的对象主要是信息，目的主要是对问题的分析，以便获得解决问题的最优方案，供决策者决策使用。系统工程的软科学性也可由其定义看出，它是一种方法论的科学，寻求的是系统目标综合最优的实施方案，然而这一方案需要有决策者的支持，否则将失去意义，这也是系统工程与传统方法的最根本区别。,2020年7月30日10时56分,61,软科学性所表现出的特点,所要研究的问题没有限制，但以人和社会问题为主，且将问题作为系统对待的意识较强； 所要处理的问题多数是带有政策性的，同时多半带有探讨未来的性质，所以十分关心未来的不定因素； 所要处理的问题包括了大量事实上不明确的东西；因此在分析中，不仅要重视客

30、观上可定量化的问题，同时还要了解直观性和含糊不清之处； 从发现问题到最后实施解决方案的这一期间，多数情况下要充分利用模型。但是，所关心的不是“是否精确”，而是该模型是否与目标相符，是否有用； 软科学所处理的问题跨学科的性质很强。为了能解决问题，应积极利用现有社会科学与自然科学的成果，而且要求有关专家在广泛的领域内进行合作。,2020年7月30日10时56分,62,二、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，因此，在系统工程的研究中逐渐形成了

31、一套处理问题的基本方法过程（基本框架结构），这就是从系统的观点出发，采用系统分析的方法来分析和解决各种问题,2020年7月30日10时56分,63,1、系统分析简介,系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统分析是完成系统工程问题的中心环节 广义的解释认为系统分析就是系统工程，系统分析是系统工程的同义词 狭义的解释认为系统分析是系统工程的一项优化技术，是系统工程在非结构化问题决策中的具体应用,2020年7月30日10时56分,64,系统分析的基本概念,系统分析的目的是在于分析系统内部与系统环境之间、系统内部各要素之间的相互依赖、相互制约、相互促进的复杂关系，分析系统要素的层次结构关系及其对系统功

32、能和目标的影响，通过建立系统的分析模型使系统各要素及其与环境之间的协调达到最佳状态，最终为系统决策提供依据。,2020年7月30日10时56分,65,2、系统分析的步骤概要,原始情况 分析结果 阐明问题阶段 分析研究阶段 评价比较阶段,2020年7月30日10时56分,66,（1）阐明问题,问题的性质和范围 问题剖析报告：问题的结构、过程和势态 阶段结果报告：由来背景；重要性；可能采取行动的组织和个人；利益相关的组织和个人；目标、评价指标、约束条件、备选方案的初步描述、建议等 问题的目标 目标的层次性 目标的冲突,2020年7月30日10时56分,67,目标树,X X1 X2 X3,2020年7月30日10时56分,68,目标冲突和利害冲突,在目标分析过程中，系统分析人员经常会发现，许多关键情况往往是由于存在着相互冲突的分目标造成的。这有两种情况： 一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题； 另一种是社会性质的，即利害冲突问题。,2020年7月30日10时56分,69,目标冲突,例如在进行产品设计