系统工程基础知识

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1、第一章 系统工程概述第一节 系统工程的产生，发展及应用1、 科学系统思想的形成：古代朴素的系统思想用自发的系统概念考察自然现象，其理论是想象的，有时是凭灵感产生出来。这种普遍的联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。2、 系统理论的形成与发展：从系统思想发展到系统论，控制论、信息论等系统理论。a) 系统论（一般系统论）是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。代表人物为奥地利理论生物学家贝塔朗菲。b) 控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，信息与控制等是其核心，他是继承一般系统论之后，有数学家维纳在20实际40年代创立的。c) 信息论是研究信息的提取、变

2、换、存储与流通等特点和规律的理论。20世纪60年代中国科学家钱学森对系统理论和系统科学的发展有独到的贡献。第二节 系统工程的研究对象1、 系统的概念及特点：系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。系统作为系统原理论、系统工程和整个系统科学的基本研究对象。2、 系统的定义：系统由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。3、 系统的四要素包括：简称要、环、结、功a) 系统及其要素b) 系统和环境c) 系统的结构d) 系统的功能4、 系统的一般属性简称：整、关、环、目、层a) 整体性：是系统最基本、最核心的特性、是系统性最集中的体现。b) 关联性：构成系统的要素是

3、相互联系、相互作用，所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系，c) 环境适应性：环境的变化必然会引起系统功能及结构的变化，系统必须首先适应环境的变化，并在基础上使环境得到持续改善。除了三个基本的属性之外，系统还具有目的性、层次性等特征。5、 大规模复杂系统的特点：表现在a) 系统的功能和属性多样，b) 系统通常由多维且不同性质的要素所构成c) 一般为人机系统，而人及其组织或群体表现出固有的复杂性d) 由要素间相互作用关系所形成的系统结构日益复杂化和动态化。6、 系统的类型 简称：自然和人造、实体和概念、动态和静态、封闭和开发a) 自然系统和人造系统：自然系统是由自然物所自然形成的系统，人造系统

4、是根据特定目标，通过人的主观努力所建成的系统。b) 实体系统和概念系统：实体系统由矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统。概念系统：是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统。实体系统是概念系统的物质基础，概念系统往往是实体系统中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。c) 动态系统和静态系统：动态系统是系统的状态随时间而变化的系统，静态系统则是表征系统运行规律的模型中不含有时间因素d) 封闭系统和开放系统：封闭系统是指该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统。开发系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。开发系统

5、一般具有自适应和自调节的功能，系统工程研究有特定的输入、输出的相对孤立系统。7、 系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称。8、 系统工程的方法的特点：系统工程既具有广泛而厚实的理论和方法论基础，又具有明显的适用性特征。9、 在运用系统工程方法来分析与解决实现复杂系统问题时，简称：确定观点、平衡协调、方法和技术、导向和控制a) 需要确立系统的观点（系统工程工作的前提）b) 总体最优及平衡协调的观点（系统工程的目的）c) 综合运用方法与技术的观点（系统工程解决问题的手段）d) 问题导向和反馈控制的观点（系统工程解决问题的保障）10、 系

6、统工程的特性有：a) 系统工程一般采用先决整体框架，b) 系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能，其核心思想是综合即创造c) 系统工程属于软科学：i. 人和信息的作用、ii. 多次反馈和反复协商、iii. 科学性与艺术性的二重性及其有机结合11、 系统工程方法具有比较明显的特点及相应的要求：a) 科学性与艺术性兼容、b) 多领域、多学科的理论、方法与技术的集成，c) 定性分析与定量分析有机结合d) 需要各有关方面的协作。12、 系统工程的应用领域：a) 社会系统工程b) 经济系统工程c) 区域规划系统工程d) 环境生态系统工程e) 能源系统工程f) 水资源系统工程g) 交通

7、运输系统工程h) 农业系统工程i) 企业系统工程j) 工程项目管理系统工程k) 科技管理系统工程l) 教育系统工程m) 军事系统工程n) 信息系统工程o) 物流系统工程第二章 系统工程方法论第一节 系统工程的基本工作过程1、 霍尔三维结构：是有美国学者霍尔等人在大量工程实践的基础上提出来的于1969年。集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化特点，是系统工程方法论的重要基础内容。2、 时间维：表示系统工程的工作阶段或进程，从规划到更新的整个过程或寿命周期可以分为七个阶段a) 规划阶段：根据总体方针和发展战略制定规划b) 设计阶段：根据规划提出具体计划方案c) 分析或研制阶

8、段：实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的生产计划。d) 运筹或生产阶段：运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而具体的实施和“安装”计划。e) 系统实施或安装阶段：把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。f) 运行阶段：系统投入运行，为预期用途服务。g) 更新阶段：改进或取消旧系统，建立新系统。3、 逻辑维：是指系统工程每个阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤：分为7步a) 摆明问题b) 系统设计c) 系统综合d) 模型化e) 最优化f) 决策g) 实施计划4、 知识维或专业维：是指内容表征从事系统工程所需要的知识（运筹学、控制论、管理科学），也可以反映系统工程的

9、专门应用领域（企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程）。5、 切克兰德方法论：完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问题或软科学问题，会碰到很过问题，提出的软系统工程的方法论的主要内容和过程包括，认识、根底、概念、比较、选择、设与实、评与反a) 认识问题b) 根底定义c) 建立概念模型d) 比较及探寻e) 选择f) 设计与实施g) 评估与反馈6、 霍尔三维和切克兰德的方法论的比较a) 共同点：方法论均为系统工程的方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。b) 不同点：i. 霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，切克兰德方法论更适合于社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究。ii.

10、霍尔方法论的核心内容是优化分析，切克兰德方法核心内容是比较学习iii. 霍尔方法论更多关注定量分析方法，切克兰德方法比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。第二节 系统分析原理1、 系统分析的定义及内容：运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。2、 系统分析的6个基本要素：问题、目的及目标、方案、模型、评价、决策者a) 问题b) 目的及目标c) 方案d) 模型e) 评价f) 决策者3、 应用系统分析的原则：分析系统适应实际问题的需要：坚持问题导向、着眼整体、权衡优化、方案集成等原则。a) 坚持

11、问题导向：系统分析是一种处理问题的方法，有很强的针对性，其目的在于寻求解决特定问题的最优或满意方案。b) 以整体为目标：系统分析是把问题作为一个整体来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响，强调以最少的综合投入和最良好的总体效果来完成预定任务。c) 多方案模型分析和优化：根据实际问题的需要和系统目标的要求收集各种信息，寻找多个方案，并对其进行模型化及优化或仿真计算，尽可能求得定量化的分析结果。d) 定量分析与定性分析相结合：系统分析采用定量分析与定性分析相结合的基本方法，e) 多次反复进行：对复杂系统问题的分析，往往不是一次可以圆满完成的，是通过反复与决策者对话，适时、不断地修正分析的过程及其结

12、果，这是系统分析成功的重要保障。4、 提问法：是针对需要研究的对象，列出有关的问题，形成检核表，然后一个个来核对讨论，从而发掘出解决问题的重大设想的创造行技术。a) 5W1H：Why、What、When、Where、Who、How、b) 产品设计用检核表法。5、 头脑风暴：是针对一定问题，召集有关人员参加的小型会议，在融洽轻松的会议气氛中，与会者敞开思想，各抒己见，自由联想，畅所欲言，互相启发，互相激励，是创造性设想起连送反应，从而获得众多解决问题的方法。a) 头脑风暴有两个基本的原则：一是推迟判断、二是数量提供质量6、 德尔菲法：是为消除成员间的互相影响，运用匿名的方式反复多次征询专家的意见

13、和进行背靠背的交流，以充分发挥专家的智慧、知识和经验、最后汇总得出一个能比较反映群体意志的预测结果。其特点是：专家匿名表示意见、多次反馈和统计汇总的特点。7、 德尔菲法的一般程序：a) 确定调查目的、拟定调查提纲b) 选择一批经验丰富而有熟悉该专题的专家（10-20人）c) 以通信的方式选定各个专家发出调查表，征询意见。d) 经过一轮德尔菲活动后，汇总反馈，在进行汇总分析，然后转入下一轮活动，多次反复意见比较集中后得出结果。8、 群体决策支持系统：能让分散在不同地方的决策只在同一时间通过远程电视会议系统，面对面地在一起讨论某些重大的决策。这种决策模式得以实现的基础被称为群件的工具。群件是帮助群

14、组协同工作的软件，他帮助人们以三中不同的方式，即任务共享、环境共享、以及时间与地点共享来进行决策。9、 帮助进行群体决策的技术较多，其中帮助工作小组实现时间与地点共享的技术主要表现在a) 会议技术：电话会议和电视会议可以帮助克服空间问题，但是必须在同一时间参加交流。b) 布告栏技术：能够解决时间和距离两个方面的问题，但是信息是被动，需要用户积极参与，主动获取信息。c) 存储与转发技术：能够解决时间和空间的分离问题，这种系统具有动性，系统能够主动发出各种提示，提醒用户采取行动，控制处理流程。10、 情景分析法：是在专家集体推测的基础上，对可能的未来情景的描述。情景分析的步骤包括a) 建立信息库b

15、) 确定主题目标c) 分析并构造影响区域d) 确定描述影响区域的关键变量e) 探寻各种可能的未来发展趋势f) 选择并解释环境情景g) 引入“突发事件”，检验其对未来情景的影响h) 详细阐明主题情景。11、 系统创新思维辅助工具：是由英国托尼.巴赞在20世纪60年代初期所创，它是一种将放射性思维具体化的方法。第三章 系统模型与模型化第一节 系统及模型化的定义1、 模型应反映出系统的主要组成部分，各部分之间的相互作用，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。模型是实现系统的理想化抽象或简洁表示。2、 模型的三个特征：a) 它是实现世界部分的抽象或模仿，b) 它是由那些与分析的问题有关的因素构成的，c) 它表明了有关因素间的相互关系。3、 模型化是描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式表达系统实体的方法，简言之是构成模型的过程。4、 模型化的本质、作用及地位a) 本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中可以用模型来代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。b) 作用：模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达c) 模型提供了脱离具体内容