交通系统工程讲义

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1、交通系统工程-系统工程方法论及其在交通工程中的应用,2018/9/9,2,前 言,“5W1H” Why-学习背景 What/When-教学内容/进度安排 Who/Where-教与学的关系/教学地点 How-学习要求、学习方法,2018/9/9,3,概念回顾,交通 方法、手段 工程、技术,2018/9/9,4,方法与手段,方法：是人类认识客观世界和改造客观应遵循的某种方式、途径和程序的总和。不是物化的手段：最大特征是以实体形态存在的，是通过自身所具有的机械属性、物理属性和化学属性作用于客观对象的。,返回,2018/9/9,5,工程与技术,工程：是人类在改造客观世界的实践活动中为了某种需求而应用科

2、学知识，将科学知识和技术手段“集成”以后，转化为生产力的实施阶段，复杂的、有一定规模的、社会组织的物质文明的创造活动。技术：根据实践经验或科学原理所创造或发明的各种物质手段及经验、方法、技能、技巧等。,Next Page,2018/9/9,6,内容与性质不同：技术是以发明为核心的活动；工程则是以建造为核心的活动。 “成果”的性质或类型不同：技术活动成果-发明、专利、技术诀窍（也可能是技术文献和论文）；工程活动成果-物质产品、物质设施等。 主体或主角不同：技术主角-发明家；工程主角-工程师、工人、投资人和管理者。 有不同的任务、对象和思维方式：技术-普遍性、可重复性；工程（项目）-一次性的、个体

3、性的。,返回,工程与技术二者关系,2018/9/9,7,第一章 系统、系统工程等相关概念,1、科学方法论（科学、方法论、数学） 2、系统概念 3、系统特性 4、系统思想及系统理论 5、系统的分类 6、系统的结构与功能 7、系统工程 8、系统分析,2018/9/9,8,（1）科学方法论概念（2）分类1）哲学方法2）一般科学方法3）专门科学方法,1.科学方法论,2018/9/9,9,科学（基本概念）,科学（基本概念）：反映自然界客观事实和规律的知识；是系统化、理论化的知识体系；是人类的一种注重方法的基本认识活动。“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步。”-马克思,Next Pa

4、ge,2018/9/9,10,科学方法论,概念：是人们对自己从事科学技术研究所运用的认识和实践方法的哲学概括。内容包括：科学问题和科研选题，获取科学事实的观察与实验方法，数学方法、模型方法和系统科学方法。,返回,2018/9/9,11,分类,哲学方法：探讨一切科学普遍适用的方法原理，它既指导自然科学的研究也指导社会科学的研究； 一般科学方法：探讨自然科学和社会科学共同适用或分别适用的一些原则和方法。它具有跨学科性质，能够从一门学科转移到另一门学科。 专门科学方法：探讨各门科学专门的具体方法和技术。例如：在安全管理系统中，运用安全系统工程的事故树方法来预测事故发展的规律性等。,返回,2018/9

5、/9,12,2.系统概念(System Concept),英文中系统一词(system)来源于古代希腊文(systm),意为“部分组成的整体”。古希腊哲学家德谟克利特所著世界大系统最早采用“系统”一词。在现实生活中，“系统”是一个被广泛使用的词。举例说明:城市系统,Next Page,2018/9/9,13,城市系统示意图,城市结构可以看成个人活动（住房+工作+各种服务）、团体活动（狭义上=经济活动）、以及支持它们的实体基础设施和运输系统。各子系统之间有着强烈的依存关系。,举例说明,Next Page,2018/9/9,14,一个城市就是一个系统，由交通运输系统、资源系统、商业系统、市政系统、

6、卫生系统等相互作用着的部门组合而成的一个整体，通过系统的各个部门相互协调的运转去完成城市生活和发展的特定目标； 各子系统还可以进一步分解，例如交通运输系统是由铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输、管道运输这些子系统构成的。 再如：一部机器是一个机器系统；一个国家、整个社会也都构成了一个系统。,2.系统概念(System Concept),Next Page,2018/9/9,15,2.1系统定义2.2系统与要素间的相互作用2.3系统意识,2.系统概念(System Concept),2018/9/9,16,创始人贝塔朗菲：系统是相互作用的要素的综合体。 Weberster大辞典：系统被修释为

7、组织或被组织的整体；及组织的整体所形成的各种概念和原理的综合；有规则地相互作用相互依赖的形式组成的诸多要素的综合。,2.1系统的定义,Next Page,2018/9/9,17,钱学森教授：极其复杂的研究对象，即由相互作用和相互依赖的若干部分组成的，具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是一个更大系统的组成部分。,2.1系统的定义,Next Page,2018/9/9,18,一切系统具有的共性： 第一，系统是由两个以上的要素(Element)组成的整体(Whole)。要素是构成系统的最基本的部分，没有要素就无法构成系统，单个要素也无法构成系统。 第二，系统诸要素之间、要素与整体之间、以及整

8、体与环境之间存在着一定的有机联系。要素之间若没有任何联系和作用，则也不能称其为系统。 第三，系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。功能是系统所发挥的作用或效能，且是各要素个体所不具备的功能，这种功能是由系统内部要素的有机联系和系统的结构所决定的。,2.1系统的定义,Next Page,2018/9/9,19,综上所述，系统是指由相互作用、相互依赖而又相互区别的若干组成部分（单元或诸要素）组合而成的，具有特定功能的有机整体。 定义要点:（1）系统及其要素（2）系统和环境（3）系统的结构（组织方式和内部构造）（4）系统的功能,2.1系统的定义,系统与要素之间的相互作用如何？,返回,2018/9

9、/9,20,2.2系统与要素之间的相互作用,系统与要素是相互伴随而产生的，相互作用而 变化的。系统与要素之间的相互作用表现在以 下三个方面： 1）系统通过整体作用支配和控制要素； 2）要素通过相互作用决定系统的特性和功能； 3）系统与要素的概念是相对的。,Next Page,2018/9/9,21,举例：综合运输系统,综合运输系统的整体功能，决定和支配着作为要素的水运系统、公路运输系统、铁路运输系统、航空运输系统以及管道运输系统的地位、作用和它们之间的关系。为使综合运输系统的整体效益最佳，就要求各子系统必须充分发挥各自的功能，就要对各子系统之间的关系进行控制和协调。,1)系统通过整体作用支配和

10、控制要素,Next Page,2018/9/9,22,总之： 系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中的地位、排列顺序、作用、作用大小以及作用的范围。 协调各要素之间的数量比例关系。 系统整体稳定，则要素也稳定。 系统整体特性和功能发生变化，则要素之间的关系也会随之发生变化。,举例：综合运输系统,1)系统通过整体作用支配和控制要素,Next Page,2018/9/9,23,2) 要素通过相互作用决定系统的特性和功能,要素对系统的作用有两种可能的趋势： 一种是要素的组成成分和数量具有一种协调、适应的比例关系，使得要素能够维持系统的动态平衡和稳定。 一种是要素之间出现不协调、不适应的比例关

11、系，这就会破坏系统的平衡和稳定，甚至使系统衰退和崩溃。,Next Page,2018/9/9,24,举例：“神舟六号”载人航天飞船,“神舟六号”的安全是一个高度复杂的系统工程，包括飞船的制造、火箭发射以及飞船的回收等过程。仅一枚火箭有着十几万只电子元器件，一颗螺丝钉就能关系到整个发射的成败。,Next Page,2018/9/9,25,3）系统与要素的概念是相对的,一个系统相对于构成它的要素而言是个系统，而相对于由它和其它事物构成的大系统而言，则是一个要素（或称子系统）。,Next Page,2018/9/9,26,案例分析,由车辆、场站、路网组成了公路系统，但对于整个交通运输系统而言，公路系

12、统又是整个交通运输系统的要素； 相对于交通运输系统而言，水运系统是一个要素，但它同时又是由港口运输系统、水上船舶运输系统、航道系统、物流系统、信息系统构成的系统。,Next Page,2018/9/9,27,城市交通管理系统是一个复杂的系统 但它却是智能运输系统的一个子系统 而智能运输系统又是国民经济系统中的一个子系统。,举例:智能运输系统 （Intelligent Transportation System,简称ITS）,返回,2018/9/9,28,所谓系统意识，就是在思考、研究、探索和处理某一事物时，要有意识地把它看成一个系统。 从系统观点看，要想把事情办得好一些，多一些成功而少一些失败

13、，就必须培养人的系统意识。,2.3 系统意识,Next Page,2018/9/9,29,现代交通问题有以下几个主要环节：城市规划、交通规划、道路设计、道路建设、交通组织、交通管理。每一环节中出的问题，往往要靠后续环节来弥补。但每个环节遗留一些问题，最终都要靠交通管理这一环节来承担。如果交通组织环节搞得好，交通管理环节的压力就可以明显减轻，城市交通就会出现高质量和高效率。反之，采用什么样的先进技术，最终也不会取得应有的效果。 城市交通问题的解决需要系统意识，用系统的思想、系统的方法解决现代城市交通问题,案例分析：城市交通管理系统,返回,2018/9/9,30,3.系统的特性,3.1整体性 3.

14、2相关性 3.3目的性 3.4环境适应性,明确系统的特性，是人们认识系统研究系统掌握系统的关键。,2018/9/9,31,3.1整体性(Integrity),(1)内 涵： 所谓整体性，是指系统的各要素之间存在一定的组合方式，各要素之间是相互统一和协调的，系统整体的功能不是各组成要素功能的简单迭加，而是呈现出各组成要素所没有的新的功能，并且一般来说，系统的整体功能大于各组成要素的功能总和。,整体性是系统的最基本、最核心的特征，是系统性最集 中的体现,Next Page,2018/9/9,32,（2）系统整体性原理的基本内容 要素和整体不可分割；系统的整体的功能不等于各组成部分的功能之和；系统整

15、体具有不同于各组成部分的新功能。,3.1整体性(Integrity),Next Page,2018/9/9,33,系统的整体的功能不等于各组成部分的功能之和,在系统论中：1+1不等于2。这是冯贝塔朗菲著名的“非加和定律”。 非加和定律分为两种情况：一是“整体大于部分之和”称为系统整体功能放大效应；二是“整体小于部分之和”称为系统整体功能缩小效应。 恩格斯在反杜林论中说过：“许多人协作，许多力量融合为一个总的力量，用马克思的话来说，就造成新的力量，这种力量和它的一个个分力量的总和有本质的差别”。,Next Page,2018/9/9,34,举例：FFi,系统整体功能大于其组成要素功能的总和，这不

16、仅是在量的方面，更着重于质的方面。例如，一些零部件只有组装成一台机器，组成一个机器系统，才能充分发挥其功能，而单独的一个零件、一个螺丝钉是没有机器的属性，是不具备机器的功能的。 事例：一个臭皮匠，没张好鞋样；两个臭皮匠，彼此有商量；三个臭皮匠，顶个诸葛亮。（协同作用）,Next Page,2018/9/9,35,举例：FFi,是否多个要素凑在一起，其功能都一定大于部分功能之和呢？典型案例:“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。这是因为，这三个和尚没有形成一个“系统”，这些“和尚要素”相互不协调、不统一，才使得集体运水的效果急减，甚至达到无水可吃的地步。这就说明，要使得整体的功能大于部分功能之和，组成该整体的各要素必须协调统一。,“NO or YES”,Next Page,2018/9/9,36,这就说明：要使得整体的功能大于部分功能之和，组成该整体的各要素必须协调统一。各要素的结合要保持合理，注意从提高整体功能的角度去提高和协调要素的功能。,总结,返回,2018/9/9,37,3.2相关性 (Relationship),