系统工程(第1、2章)

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1、2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14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、,2018年9月10日12时14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？,2018年9月10日12时14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容

4、”,2018年9月10日12时14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”。,2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14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.,2018年9月10日12时14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.,2018年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14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素

6、，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。,2018年9月10日12时14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 与实体系统相对应的

7、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。,2018年9月10日12时14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。,2

8、018年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14分,17,示例,物资流,信息流,2018年9月10日12时14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；从

9、系统的复杂程度来分，系统又可分为简单系统与复杂系统。,2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14分,20,4、企业的系统模型,扰动,输入,输出,2018年9月10日12时14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 .,2018年9月10日12时14分,

10、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。,2018年9月10日12时14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义的

11、方法”。,2018年9月10日12时14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”。,2018年9月10日12时14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成。

12、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。”,2018年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14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,2018

13、年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14分,29,

14、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。,2018年9月10日12时14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,2018年9月10日12时14分,31,系统工程的理论基础,一般系统论

15、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,2018年9月10日12时14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，以便最充分地发挥

16、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,2018年9月10日12时14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。,2018年9月10日12时14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(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,