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1、第二篇 信息系统原理,第4章 系统与系统工程,学习目的,理解系统的基本定义和特征； 理解系统的分类和系统模型； 掌握系统分解和系统集成的概念； 了解系统工程和系统工程方法论； 学会从系统的角度来理解信息系统,4.1 系统概述,一、系统的定义 系统 System，我们并不陌生，在现实生活中，“系统”是一个被广泛使用的词。 比如：人体； 地球； 交通运输系统； 一部机器； 一个国家。,一切系统都具有以下几个共同点： 第一，系统是由两个以上的要素组成的整体。 第二，系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之间存在着一定的有机联系。 第三，系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。,图4.1
2、系统的基本概念图,“系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。” 钱学森,二、系统的基本特征,一个系统S可以通过系统的组成元素C（Cell)、关系（结构）R（Relation）、功能F（Function）和环境E（environment）这四类参数来进行描述，即 S=C，R，F，E,系统的特性,系统的特性主要表现为系统的整体性、相关性、目的性和环境适应性。,整体性：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
3、且一般来说，系统的整体功能大于各组成要素的功能总和。 用公式表示即： F Fi 式中：F是系统的整体功能； Fi是系统第i个要素的功能（ i = 1，2，3， ， n ）,系统整体功能大于其组成要素功能的总和，这不仅是在量的方面，更着重于质的方面。 例如：一些零部件与一台机器； 交通管制系统与交通网、运输工具、信号控制等要素或子系统； 即“三个臭皮匠，赛过一个诸葛亮”。,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？ “一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃” 因此，为了提高系统的整体功能，增强系统的整体效应，必须作到： 1、一切从整体出发。 2、各要素的结合要保持合理，注意从
4、提高整体功能的角度去提高和协调要素的功能。,相关性是指：各要素是相互联系、相互作用、相互依存、又相互制约的。 各要素之间有着一定的组合关系、联系方式。 建立起系统各要素之间的合理关系，以消除相互间的盲目联系和无效行动。,例如：广州市的交通系统,包括：交通管制系统，交通网、运输工具、信号控制等要素在这个系统中是相互关联的，通过它们之间的协调关系，使交通网上的运输工具有条不紊地运行。如果各个要素各自为政，那么它们就不能组成相互协调的系统，势必会造成交通的紊乱。,目的性任何一个系统都有它的目的，否则，也就失去了这个系统存在的价值和意义。 例如：生物系统 企业的经营系统 运输系统,例如企业的经营目的，
5、就是以最少的资源消耗去取得最大的经济效益。运输系统的目的，就是为国民经济的发展提供运输服务。运输系统中各运输子系统的目的，就是为运输大系统的总目的服务。,环境适应性任何一个系统都存在于一定的物质环境中，环境的变化对系统的变化有很大的影响，同时，系统的作用也会引起环境的变化。一个好的系统，必须不断地与外部环境产生物质的、能量的和信息的交换，才能适应外部环境的变化，这就是环境适应性。 例如：一个企业,例如：一个港口，如果能够经常了解同类港口和有关行业的动向，了解国家、用户和外贸的客货运要求，了解港口所处地区的工农业的发展状况、生产力的布局、产品的结构等等外部环境信息，并且能够根据这些外部信息及时调
6、整港口的战略决策，那么，这个港口系统就有很好的环境适应性，就是一个理想的系统。否则，就是一个没有生命力的系统，就不能很好地完成系统的目的。,系统按复杂程度分所形成的等级示意图,三、系统分类,从系统分析和设计的角度分,概念系统：是对系统的目标、使命和主要功能的图形描述。 逻辑系统：是在概念系统的基础上构造出的原理上行得通的系统。 物理系统：是客观存在的并可以实际运作的系统，是按逻辑系统生产和加工成的系统，是逻辑系统的具体实现。,入库 数量,UPC 名称 价格 数量 日期 时间,零售 数量 批发 数量,UPC 名称 价格,键盘输入,产品库存管理系统,生产销售月表,月收发存总表,每笔入库数据查询 每
7、笔销售数据查询 出库入库数据查询 产品库存查询,产品 数据库,产品入 库数据库,产品销 售数据库,概念系统：不要求回答输入的数据是如何生成输出的，仅说明了这一应用系统的大致用途和目的。,入库量 出库量,某汽车配件公司销售管理系统概念系统模型图,某汽车配件公司销售管理系统逻辑模型图,逻辑系统：要回答这些输入的数据是如何生成输出的，也就是它们之间的逻辑关系。,四、系统分解和系统集成,系统分解的原则： 可控制性原则：系统内部的元素是系统可控制的； 功能聚集原则：按功能聚集原则来进行子系统划分； 接口标准化原则：接口是子系统之间的连接点。,系统的集成 对信息系统而言：系统集成就是根据应用的需要，将硬件
8、平台、网络设备、系统软件、工具软件及相应的应用软件集成成为具有优良性能价格比的计算机系统的全过程。 系统集成的分类： 按优化程度分：联通集成、共享集成、最优集成； 按具体程度分：概念集成、逻辑集成、物理集成。,五、系统工程,“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科学”，“系统工程是一门组织管理的技术”。 钱学森,研究对象：大型复杂的人工系统和复合系统。 内容：组织协调系统内部各要素的活动，使各要素为实现整体目标发挥适当作用。 目的：实现系统整体目标最优化。 系统工程的特点：整体性（系统性）；关联性（协调性）；综合性（交叉性）；满
9、意性（最优化）。,系统工程的应用,我国古代的都江堰水利工程； 二次大战中英美在反空袭、反潜艇、商船护航、布置水雷等； 1940年美国的原子弹计划：该计划领导人奥本海默只用了3年半时间，组织了1.5万多名科技人员，12万生产人员； 美国兰德公司的工作：实验性环球空间飞行器的初步设计； 阿波罗登月计划于1969年成功，美国人称这是系统工程的辉煌顶点。资金240亿美元，科技人员42万，遍布美国的2万多个工厂分工承担。,四川都江堰水利工程,都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 都江堰渠首工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口
10、三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。 多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，这个工程体现出来的就是整体的观念、优化的方法和系统的思想。不愧为文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。,四川都江堰水利工程,内江河床低而枯水季节六成引水，外江河床宽，则洪水季节六成泄洪。,宝 瓶 口,鱼嘴分水工程,“飞沙堰”溢洪道,高出内江河床2.15米,离堆,离堆,20米宽,百米之宽,六、系统工程方法论,系统工程方法论（Methodology）：就是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和
11、基本方法，是系统工程思考问题和处理问题的一般方法和总体框架。,1、霍尔的“三维结构”模式,1969年美国工程师霍尔提出“三维结构”，对系统工程的一般过程作了比较清楚的说明，它将系统的整个管理过程分为前后紧密相联的七个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理技术知识。,环境科学 社会科学 工程技术 计算机科学 管理科学 经济 法律,知识维（科学技术）,逻辑维（方法步骤）,时间维（时间进程）,明确问题,确定目标,系统综合,系统分析,优化设计,决策,实施计划,A B C D E F G,7 6 5 4 3 2 1,规划阶段,设计阶段,分析阶段,运筹阶段,实施阶段,运行
12、阶段,知识维：指在完成上述各阶段和各步骤所需要的各种专业知识和管理知识。,逻辑维：每个阶段需进行的工作步骤，是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题应遵循的一般程序。,时间维：从规划到更新，按时间顺序排列的SE全过程。,更新阶段,时间维,表示系统从规划到更新，从开始结束按时间顺序排列的全过程，反映了系统的生命周期循环过程。,（1）规划阶段：根据总体方针和发展战略制定规划；,（2）设计阶段：提出具体计划方案；,（3）分析阶段：分析、制定详细的生产计划；,（4）运筹阶段：运筹各类资源需求量，制定详细 实施计划；,（5）实施阶段：安装调试系统，制定具体系统运行计划；,（6）运行阶段：系统投入运行；
13、,（7）更新阶段：维护、改造或更新系统。,逻辑维,每个阶段内所要进行的工作内容和遵循的思维程序。,明确问题：明确要解决的问题，收集有关该问题的历史、现状和发展趋势的资料； 收集资料：考察、测量、调研、需求分析、市场预测等 了解系统的环境、目的、系统各组成部分及其联系等。,问题的确定： 直观经验方法：头脑风暴法 预测法：德尔菲法、情景分析法、交叉影响法、时间序列法 结构模型法：解释结构模型法(ISM)、决策实验室法、图论法 多变量统计方法：非结构、半结构问题，因子分析、主成分分析法 其他：一般系统理论和模糊集理论等,确定目标：确定要达到的目标，建立评价标准，设计评价指标体系和评价算法；,系统综合
14、：设计系统结构、制定整个系统可行方案；,系统分析（模型化）： 比较分析各方案建模计算或仿真； 模型化主要内容： 系统变量选择：状态变量、决策变量(内生、外生) 建模和仿真：GPSS、SD 可靠性与有效性,优化设计：选出待选方案集，交决策部门 最优化：单目标、多目标 优化：约束条件，最优解、满意解 线性规划、动态规划、非线性规划、 大系统理论、组合优化等,决策：在分析、优化和评价的基础上由决策者作出裁决，选定行动方案。 实施计划：制定具体的执行计划并实施。 企业：生产计划 开发项目：CPM、PERT,知识维,知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括科学学、基础科学、工程技
15、术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等。,霍尔“三维结构”模型特点：,（1）强调明确目标； （2）核心内容是最优化； （3）认为现实问题基本上都可归纳为工程系统问题； （4）应用定量分析手段，求最优解； （5）研究方法的整体性（三维结构）、技术应用的综合性（知识维）、组织管理的科学性（时间维、逻辑维）、工作的问题导向性（逻辑维）。,系统工程方法论的四维体系结构,2、切克兰德的“调查学习”模式,良结构系统：是指机理明显的系统，它可以用较明确的数学模型描述，有较现成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。 不良结构系统：是指机理尚不清楚的系统，它较难用数学模型
16、描述，往往只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法来处理问题，只能求出可行的满意解，并且有些结果因人而异、因人而定。,切克兰德的“调查学习”软方法的核心不是寻求“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从模型和现状比较中，学习改善现存系统的途径。,切克兰德方法论的核心：是“比较”与“探寻”，它强调从“理想”模式（概念模型）与现实状况的比较中，探寻改善现状的途径，使决策者满意（化）。 通过认识与概念化、比较与学习、实施与再认识等过程，对社会经济等问题进行分析研究，这是一般软系统工程方法论的共同特征。,两种方法论的比较,霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究。 前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。 前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。,
