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1、第一讲 系统工程概述 一.系统工程的产生、 发展及应用 二. 系统工程的研究对象 三. 系统工程的概念与特点 只见见森林只见树见树 木先见见森林,后见树见树 木 朴素的系统思想 15世纪开始,各 门自然科学从哲学 中独立出来 科学的系统思想 第一第一阶阶阶阶段段 第二第二阶阶阶阶段段 第三第三阶阶阶阶段段 一、系统工程的产生、 发展及应用 (一)系统思想及系统理论的产生与发展 整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。 (一)系统思想及系统理论的产生与发 展 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学 及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础 系统工程的理论基础还包括运筹学
2、、管理科学、现代 数学(模糊数学、统计数学等)和计算机科学技术等 城市系统统工程的理论论基础础不仅仅包括与系统统工程相关 的各种学科,还还包括与城市系统统相关的学科 提供定量化建模技术 提供定性分析方法 (二)系统工程的发展与应用(1) 阶阶段年代(份)重大工程实实践或 事件 重要理论论与方法贡贡献 I 1930 美国发发展与研究 广播电视电视 正式提出系统统方法(Systems approach)的概念 1940美国实实施彩电电开 发计发计 划 采用系统统方法,并取得巨大成 功 美国Bell电话电话 公司 开发发微波通讯讯系 统统 正式使用系统统工程(Systems Engineering)
3、一词词 II 第二次世界 大战战期间间 英、美等国的反 空袭袭等军军事行动动 产产生军军事运筹学(Military Operations Research),也即军军 事系统统工程 本世纪纪40年 代 美国研制原子弹弹 的“曼哈顿计顿计 划” 运用SE,并推动动了其发发展 1945 美国空军军建立兰兰 德(RAND)公司 曾经经提出系统统分析(Systems analysis)概念,强调调了其重要 性 III 40年代后期到50 年代初期 运筹学的广泛运用与发发展、控制论论的创创立 与应应用、电电子计计算机的出现现,为为SE奠定了 重要的学科基础础 IV1957H.Good和 R.E.Mach
4、ol发发表第一 部名为为系统统工程 的著作 系统统工程学科形成的标标志 1958美国研制北极星导弹导弹 潜艇 提出PERT(网络优络优 化技术术 ),这这是最早的系统统工程 技术术之一。 1965R.E.Machol编编著系 统统工程手册 表明系统统工程的实实用化和 规规范化 美国自动动控制学家 L.A.Zedeh提出“模糊 集合”概念 为现为现 代SE奠定了重要的数 学基础础 1961-1972美国实实施“阿波罗罗”登 月计计划 使用了多种SE方法,其成 功极大地提高了SE的地位 (二)系统工程的发展与应用(2) IV 1957H.Good和 R.E.Machol发发表第 一部名为为系统统工
5、程的著 作 系统统工程学科形成的标标志 1958美国研制北极星导弹导弹 潜艇提出PERT(网络优络优 化技术术), 这这是最早的系统统工程技术术之一。 1965R.E.Machol编编著系统统工程 手册 表明系统统工程的实实用化和规规范化 美国自动动控制学家L.A.Zedeh 提出“模糊集合”概念 为现为现 代SE奠定了重要的数学基 础础 1961- 1972 美国实实施“阿波罗罗”登月计计划使用了多种SE方法,其成功极大 地提高了SE的地位 V 1972国际应际应 用系统统分析研究所( IIASA)在维维也纳纳成立 SE的应应用开始从工程领领域进进入 到社会经济领经济领 域,并发发展到了 一
6、个重要的新阶阶段。 70年代SE的广泛应应用在国际际上达到高潮 VI80年代SE在国际际上稳稳定发发展、在中国的研究与应应用达到高潮 (二)系统工程的发展与应用(3) (二)系统工程的发展与应 用 区域规规划 研究区域综合发展规划 、区域投入产出分析, 区域城镇布局和发展规 划,区域资源最优利用 宏观经济观经济 研究各种复杂的社会经 济问题 。如经济发 展 战略,经济战 略目标 体系、经济 指标体系等 建筑 建筑系统规 划、设计 、 施工、管理等各种复杂 的系统问题 ,是对建筑 系统开发全过程的研究 人口 研究人口总目标,人口 系统仿真,人口普查系 统设计 ,人口预测 模 型,人口系统动态 特
7、性 等 环环境生态态 研究大气,淡水,大地 ,森林与生物,城市生 态系统等系统的分析、 规划、建设与防治等 (三)系统工程在城市规划中的发展与 应用 萌 芽 发 展 停滞 飞速 发展 系统统工程学方法(定量分析和数学模型)在城 市规规划中的应应用分为为四个阶阶段: 1950年代 1960年代 19701980年代 1990年代至今 发发发发展展 以统计统计 学上的回归归模型和方差分析等用在规规划预测预测 随着计计量革命和定量分析流入各个学科领领域,规规划师对师对 数学模 型的热热情出现现第一个高潮。 定量分析和数学模型在规规划中的应应用处处于停滞阶阶段。由定量分 析和数学模型得出的结论结论 ,
8、在预测预测 城市实际发实际发 展状况时时十分不 准确 定量分析成了规规划研究不可或缺的部分,由此迎来了对对数学模型 热热情的第二次高潮。 (三)系统工程在城市规划中的发展 与应用 该类系统的主要特点有:规模庞大、规模庞大、 结构复杂、属性及目标多样等。结构复杂、属性及目标多样等。 二. 系统工程的研究对象 ( (一一)SE)SE的研究对象是大规模复杂的研究对象是大规模复杂 系统系统 1.系统的定义 系统是由两个以上相互联系的要素所构成, 且具有特定功能、结构、环境的整体。 (二)系统的概念 l功能价值、作用、目标 l要素和结构系统内部的构造、组成部分及其关联 l环境在系统之外的影响系统要素的更
9、大的一个系统 4个子概念 1.系统的定义 (二)系统的概念 集中体现在政治、经济 、文化、教育、民族、 宗教、历史等各个方面 ,甚至包括它的国际影 响力和灾害承受能力等 。 城市系统的功能城市系统的功能城市系统的环境城市系统的环境 历史(时间边界)、地 理位置(空间边界)、 邻市邻区域的状况(环 境约束)、区域发展战 略以及国土规划影响等 1.系统的定义 (二)系统的概念 城市 分区1分区2分区3 小区1小区2小区3 组团1组团2组团3 建筑1建筑2建筑3 城市子系统和分系统分析 1.系统的定义 (二)系统的概念 1.系统的定义 (二)系统的概念 1.系统的定义 说明要素、系统和环境相对的 层
10、次性:系统是中间层次 (二)系统的概念 环境、系统、要素根据研究问题的不同,是 可以相互转化的 2.系统的属性 整体性、关联性、环境适应性。 (二)系统的概念 整体性 1+12 和尚吃水 关联性 构成系统的要素 要素和系统 环境适应性 适应环境的变化 影响环境的变化 3.城市系统(?) 思考题 要求结合城市系统问题说明: 城市系统的功能及要素; 城市系统的环境; 城市系统的结构(最好能用框图表达 ); (三)系统的类型 自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统与静态系统 封闭系统与开放系统 简单系统与复杂系统 黑色系统与白色系统以及灰色系统 主要明确城市系统是什么样的系统 思考题 城市
11、系统特征? 城市系统的复杂性?Or 为什么说城市是一个大规模复杂系统? 三.SE的内容与特点 所谓SE,是用来开发、运行、革新一个 大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总 和(或总称)。 SE强调以下基本观点: (1) 整体性和系统化观点(前提) (2) 总体最优或平衡协调观点(目的) (3) 多种方法综合运用的观点(手段) (4) 问题导向及反馈控制观点(保障) 城市系统工程学/城市规划系统工程学 基于系统科学和城市科学理论,以城市系统 和子系统为对象,综合应用系统工程学的原理、 观点和方法,借助数学建模和计算机技术,实现 对城市问题研究的定量化(半定量化)、模型化 以及最优化(满意化),为现代城市规划、管理 和建设提供决策依据,并以最终实现城市的可持 续发展为目标的一门新兴交叉学科。 三.SE的内容与特点 城市系统工程的功能贯穿城市规划、城 市管理和城市建设的过程; 城市系统工程的对象是城市系统和子系 统; 城市系统工程的内容 三.SE的内容与特点 基本观观点基本方法 预测预测预测预测 技技术术术术 整体决策观观 信息反馈观馈观 价值标值标 准观观 层层次因果观观 动态寻优观动态寻优观 进进取策略观观 评评评评价技价技术术术术 决策技决策技术术术术 模模拟拟拟拟技技术术术术 规规规规划管理技划管理技术术术术 战战战战略分析技略分析技术术术术 三.SE的内容与特点