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1、关于系统优化的文献综述【摘 要】自20世纪70年代后期钱学森等人揭开中国系统工程大发展的新篇章后，应用系统工程的理论和方法来研究和解决中国的重大现实问题在许多领域取得了很好的效果。系统工程的主要任务是根据总体协调的需要，把策略和方法横向联系起来，利用系统准则、要素、分析方法等，制定系统管理措施并最大限度进行优化，保证系统目标以及个人目标的一致性，保证个人绩效和系统绩效得到同步提升，从而形成“多赢”局面。【关键字】系统工程；系统工程思想；系统优化；趋势；引言20世纪70年代后期，中国实施了改革开放的政策，形成了一个思想大解放、学术活跃的环境。1980年8月，中国系统工程学会在北京正式成立，为中国
2、系统工程的发展奠定了组织基础。应用系统工程的理论和方法来研究和解决中国的中国人口问题，“2000年的中国”和“区域发展战略”，全国能源发展战略和发展规划，全国的教育规划和人才规划，国防战略研究、军事系统工程和后勤保障系统，开展了社会、经济系统工程研究等重大现实问题在许多领域取得了很好的效果。我国几代国家领导人邓小平、江泽民、胡锦涛同志都曾明确地提出系统工程的重要作用。胡锦涛同志在中国科学院和中国工程院两院院士大会上, 明确提出：“落实科学发展观是一项系统工程，不仅涉及到经济社会发展的方方面面，而且涉及经济活动、社会活动和自然界活动的复杂关系，涉及到人和经济社会环境、自然环境的相互作用。” 这就
3、需要我们采用系统科学的方法来分析、解决问题, 从多因素、多层次、多方面入手研究经济社会发展和社会形态、自然形态的大系统 1。系统工程在自然科学、工程技术和社会科学之间构筑了一座伟大的桥梁，现代数学理论和电子计算机技术，通过一大类新的工程技术各类系统工程，为社会科学研究添加了极为有用的定量方法、模型方法、模拟实验方法和优化方法，系统工程应用于企业管理已成为现实，并将应用于更巨大的社会系统。”一、系统工程概述1、系统工程概念我们把极其复杂的研制对象称为“系统”，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。“系统工程”（Systems engineering）是组织管理“系统
4、”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”都具有普遍意义的科学方法。系统就是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。这些组成部分称为分系统。无论是企业或大型工程项目都由六个要素组成：“人”当然是第一要素。人的问题是最重要和最基本的问题。“物”包括三个要素即：物资（能源、原料、半成品、成品等），设备（土木建筑、机电设备、工具仪表等）和财（工资、流动资金等）。“事”包括两个要素：任务指标（上级所下达的任务或与其他单位所订的合约）与信息（数据、图纸、报表、规章、决策等等） 2。各个因素之间互相联系、互相制约。系统工程的定义，它是根据总体协调的需要
5、，综合应用自然科学和社会科学中的有关思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，已达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。大多数科学家将其归为一种科学的管理技术。2、系统工程特点（1）系统工程研究问题一般采用先决定整体框架，后进入详细设计的程序，一般是先进行系统的逻辑思维过程总体设计，然后进行各子系统或具体问题的研究。（2）系统工程方法是以系统整体功能最佳为目标，通过对系统的综合、系统分析构造系统模型来调整改善系统的结构，使之达到整体最优化。（3）系统工程的研究强调系统与环境的融合，近期利益与长远利益相结合，社会效益、生态效益与经济效益相结合。
6、（4）系统工程研究是以系统思想为指导，采取的理论和方法是综合集成各学科、各领域的理论和方法。（5）系统工程研究强调多学科协作，根据研究问题涉及到的学科和专业范围，组成一个知识结构合理的专家体系。（6）各类系统问题均可以采用系统工程的方法来研究，系统工程方法具有广泛的适用性。（7）强调多方案设计与评价。3、系统工程的任务及准则钱学森指出：“系统工程的任务是改进我们的组织管理，提高效率，系统工程采用了什么好方法来达到这个目的呢？是科学的方法，是定量计算的方法，所以，是数学的方法，也就是100-200年来近代科学和现代科学技术都在采取的途径，不能满足于定性，要定量。”又说：“系统工程是各门组织管理技
7、术的总称，系统工程不能光谈系统，要有具体分析一个系统的方法，要有一套数学理论，要定量地处理系统内部关系。”钱学森还把定量和科学方法的发现作为近百年来管理科学发展的标志性事件 3。系统工程理论系统准则：小目标服从大目标、当前利益和长远利益相结合、局部利益和整体利益相结合。系统工程的大系统理论，每个系统都是由相互作用和相互依赖的若干小系统结合而成的具有特定功能的有机整体，系统管理需要最大限度地相互协调，形成系统整体的关联作用，使目标最优化 4。二、系统优化及系统思维1、系统优化企业系统工程的主要内容是：工业企业管理方法最优化、管理工具现代化和管理结构合理化。（1）管理方法最优化现代工业企业系统中存
8、在着大量的管理最优化问题。现代工业企业的经营管理有多种类型，如资源分配型、存储型、输送型、组合型、等待型、决策型、综合型和其他类型等（2）管理工具最优化广泛应用电子计算机和现代化通信设备等工具辅助管理，是系统化管理的重要标志。这可以提高管理工作的准确性、及时性、经济性和科学性，是系统工程应用的一个重要内容。（3）管理结构最优化合理确定工业企业管理体制和机构，是保证合理分工、协调配合、提高效率、降低费用的主要方面。管理结构一般采用递阶控制形式。中国伟大科学家钱学森先生早在1978 就指出：“系统工程的目的是解决总体优化问题，从复杂问题的总体入手，认为总体大于各部分之和，各部分虽较劣但总体可以优化
9、。”可见系统优化的重要性，所以我们介绍有关系统优化的现状。2、采矿系统工程优化设计采矿系统是一个多目标、多因素、多变量的、随机性因素影响很强的、生产对象和作业环境变化很大的，多种技术互相作用下的复杂的动态系统。采矿系统工程是根据采矿工程内在规律和基本原理，以系统论和现代数学方法，研究和解决采矿工程综合优化问题的采矿工程学科分支，这也是适应采矿系统工程发展需要而新起的一门新学科。采矿系统工程经过几十年的发展, 应用范围相当广泛, 已经深入到采矿工程的各个领域, 如矿床赋存条件的分析与评价、矿山建设及项目评价、矿山生产工艺系统和矿山压力及边坡稳定等。在采矿系统工程中，已广泛使用运筹学，如线性规划、
10、整数规划、非线性规划、动态规划、网络流、多目标决策、可靠性理论等。与此同时，计算机科学中的许多先进技术，如计算机仿真、计算机辅助设计、数据库等，也已成为采矿系统工程的常用手段。根据系统的发展的现状及对开采工艺过程、设备选择等的分析，作出采矿系统工程的优化设计如下：（1）采区方案设计采区设计通常分为二个阶段进行，即确定采区主要技术特征的采区方案设计和根据批准的方案设计而进行的采区单位工程施工图设计。（2）方案优化采矿工程专业毕业设计中所要进行的矿井采区设计，采用采矿系统工程理论与技术来进行，克服以往人工方案比较的局限性采用了技术经济数学模型和电子计算机运算，所提出的设计方案经过数理组合可以达到十
11、多个，甚至几十个，从而使选优的范围更加广泛，计算更加精确，方案优化更加科学性，摆脱了经验判断的局限（3）优化内容及方法采区优化设计内容包括两个方面：一是选择采煤方法、采区机械设备；二是确定采区巷道布置系统及其主要参数。运用采矿系统工程中的优化理论和技术方法，来进行采区设计优化，能为采区设计优化开拓广阔的前景，摒弃了人工经验判断进行方案选择的局限性，进而使用电子计算机在多达几十个待选可行方案中进行优化，更加科学化、规范化、系统化、现代化 5。3、化工系统优化简析化工生产是一门历史悠久的生产工艺，在本世纪初，对化学生产工艺的研究方法还是很原始的，无论是对新生产工艺的开发，还是对已有生产工艺的改造，
12、都是采用逐放大的方法。化学工程是基于还原论方法在单元操作概念的基础上建立起来的，所研究的对象是单元操作和设备设计计算，很少考虑如何把这些单元联结起来形成一个完整的生产过程。化工系统工程是应用系统工程的方法来解决化工系统的最优规划、最优设计和最优操作问题：对现有系统（系统结构及单元设备均已知）进行系统分析；对有待设计的系统进行系统的合成；实现过程系统的最优操作。化工系统工程依据系统科学的观点和方法，综合地、系统地运用现代科学技术的各种成就和计算手段，来分析和解决化工行业中复杂系统或大系统的最优设计、规划、决策、控制和管理等问题，力争发挥系统的最大效益和功能。运用系统学的观点认识系统工程，对组织机
13、构进行系统的分析与研究具有重要的实践意义。只有依靠过程系统工程的理论和方法, 才能快速实现供应链管理的优化决策 6。4、系统思维系统工程思想则是根据系统所具有的整体性、结构性、层次性、开放性四大特点，强调通过科学的系统分析，调整系统要素之间的关系，使系统整体功能最大化的一种宏观的战略规划思想。系统工程思想的运用，其关键点是对构成系统的要素及其关系的分析。虽然在实际生活中，无法一一做到对某个系统或者问题的具体量化， 但是可以通过系统分析的指导原则，在战略思想上正确处理产生的问题。系统工程思想是对系统要素进行分析与综合的辩证思维工具，从辩证唯物主义那里得到了哲学表达和启示 7。三、系统工程发展趋势
14、的探讨1、发展的现状尽管我国系统科学与系统工程取得了一定成绩，但存在着明显的不足，具体体现以下几方面：（1）系统工程技术尚未形成完整的规范体系。虽然国内一些企业都围绕自己的业务领域形成了系统工程标准体系，但还很不完善。（2）系统工程技术手段尚不完备。（3）系统工程实施经验总结与应用不足。比如，采矿系统工程经过几十年的发展，应用范围相当广泛，已经深入到采矿工程的各个领域，如矿床赋存条件的分析与评价、矿山建设及项目评价、矿山生产工艺系统和矿山压力及边坡稳定等。和国外相比只存在12 年的差距，那么在实际应用上则有 57 年的落后。主要表现在：应用广度上的差距。以各种矿用计算机软件为例，虽然国内各单位
15、开发了许多，但能够在市场上销售并与国外软件抗衡者，则少如凤毛麟角；硬件设备上的差距。由于我国经济实力有限，硬件设备上的落后也延误采矿系统工程的发展。例如，虚拟现实技术早已知晓，但国内只有少数单位具有相应的操作定位及立体视觉装置；应用深度上的差距。我国采矿系统工程的应用，往往停留在初级阶段。2、 发展趋势系统工程在我们生活中的应用范围很广，所以对于系统工程的未来发展也是我们应该关注的重点，应用系统工程不但优化了管理目标，也优化了管理系统。我国系统工程未来发展态势及目标将是：加强系统工程标准体系研究，加大系统工程标准规范建设力度，提供系统工程各项活动的执行依据；加强系统工程理论创新研究及系统设计专
16、业技术综合研究，持续开展国内系统工程经验总结、国际系统工程技术跟踪调研，形成促进系统工程技术发展和系统工程能力提升的重要理论基础和技术支撑；通过系统工程研究组织体系完善，系统工程师队伍培养和发展机制健全，保障系统工程技术的持续研究和长效发展。例如，采矿系统工程发展,遵循采矿工程的内在规律性, 根据采矿工程实践中出现的问题及要求而不断发展解决采矿工程的规划、设计、施工和生产中的一系列优化课题。其次,运用系统工程的观点与方法, 寻求新的适合采矿工程实际的新方法。采矿系统工程的发展可能方向为：（1）向多项目的大系统方向发展。采矿工程在系统结构上具有多层次和多环节，需要从总体上进行全局优化。（2）向科技化发展。计算机技术的迅速发展，不断推出功能业部门组织了多次部门或几个部门联合的全国日新月异的微型计算机。（3）向实用化发展。许多理论研究和实验室研究成果，正在向企业的实际应用转移 8。（4）多种研究方法的综合应用。单独应用系统工程研究的某一种方法效果往往不理想, 这就需要采用综合性研究方法以解决综合性课题。（5）多项内容的综合分析决策。采矿系统工程
