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1、1,系统工程概论,普通高等教育“十一五”国家级规划教材 21世纪高等院校教材 工业工程系列,主讲教师：周志华 电话：13786244515,2,第2章 系统工程的历史与现状,一、 系统工程的产生与发展 二、 系统工程的概念 三、 系统工程的学科基础,3,一、系统思想的形成过程,第一节 系统工程的产生与发展,第一阶段：古代朴素的唯物主义自然观,第二阶段：近代形而上学自然观,第三阶段：19世纪辩证唯物主义自然观,第四阶段：二十世纪中期形成的系统观,第五阶段：现代系统理论,4,一、系统思想的形成过程,第一节 系统工程的产生与发展,系统思想从经验到哲学到科学，从思维到定性到定量的发展过程。即：,第一阶
2、段:古代农事、工程、医药、天文方面的实践成就，以及建立在这些成就之上的古代中国和古希腊朴素的唯物主义自然观（以抽象的思辨原则来代替自然现象的客观联系）；,第二阶段:近代自然科学的兴起，以及由此产生的形而上学自然观（把自然界看作彼此不相依赖的各个事物或各个现象的偶然堆积）；,5,第三阶段:19世纪自然科学的伟大成就，以及建立在这些成就基础之上的辩证唯物主义自然观（以实验材料来说明自然界是有内部联系的统一整体，其中各个事物、现象是有机地相互联系、相互依赖、相互制约着的）；,第四阶段:20世纪中期现代科学技术的成就，为系统思想提供了定量方法和计算工具；,6,现代科学技术对系统思想方法的贡献,现代科学
3、技术对于系统思想方法来说，第一个贡献在于使系统思想定量化，成为一套具有数学理论、能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法；第二个贡献在于为定量化系统思想的实际应用提供了强有力的计算工具电子计算机。这两大贡献都是在20世纪中期实现的。,运筹学（数学规划、排队论、博弈论）,计算机（1946年出现并广泛应用）,7,第五阶段：现代系统理论 信息论、控制论、耗散结构理论、协同学、突变论、非线性系统理论的迅速发展，系统工程不仅涉及到工程技术领域，还涉及到社会经济、医疗卫生等人类社会各方面紧密联系起来。,8,二、系统工程的发展历史,系统概念来源于古代人类社会实践。人类自有生产活动以来，无不在同自然系统打
4、交道。,（一）我国古代朴素的系统思想,“协同学”创始人哈肯评论,“系统科学的概念是中国学者较早提出的”,9,（一）我国古代朴素的系统思想,1、春秋末期 老子用自发的系统概念观察自然现象，认为自然界是统一的。,道可道，非常道。 名可名，非常名。,老子：约公元前571公元前471,道教中老子被尊为道祖。 著有“道德经”。 唐皇武后封为： 太上老君,认为道是事物之本原，又是事物的法则，天地人都是道的产物。,“道生一，一生二，二生三，三生万物”,10,2、西周五行观念,易经阴阳五行和八卦学说 五行指：金、木、水、火、土。 认为大自然由五种要素所构成，随着这五个要素的盛衰，而使得大自然产生变化，不但影响
5、到人的命运，同时也使宇宙万物循环不已。,木好华美，且具有风雅的个性。仁，慈爱，行善。,火性情急躁，而富有自尊心。礼，就是为人谦让谨慎，敬上而不欺下。,土性情温厚笃实，而具有自信心。信，就是又诚实又温厚诚恳之意。,金性情刚强，而具有自尊心。义，就是崇善弃恶，事事都顺理。,水聪明，并能推测事物。智，观察事物详细，能预知前兆，善理权谋术事。,11,阴阳五行学说:是中国古代朴素的唯物论和自发的辩证法思想，它认为世界是物质的，物质世界是在阴阳二气作用的推动下孳生、发展和变化；并认为木、火、土、金、水五种最基本的物质是构成世界不可缺少的元素。,阳运动、外向、上升、温热、明亮的,阴相对静止、内守、下降、寒冷
6、、晦暗的,12,3、东汉地动仪,地动仪:地动仪是东汉科学家张衡的传世杰作-候风地动仪 。八个龙头，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。当某个地方发生地震时，发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发生很大的声响。所以人们就可以知道地震发生的方向。 张衡还用铜制造了一种测量天文的仪器“浑天仪” 。,地动仪-我国历史上最早的系统模型,13,4 最早的医学经典-黄帝内经,它分别从阴阳五行、天人相应、五运六气、脏腑、经络、病机、诊法、治则、针灸等方面来阐述。,主张不治已病，而治未病，同时主张养生、摄生、益寿、延年。,将“自然现象、生理现象、精
7、神活动”三者结合分析疾病根源。,整体观、矛盾观、经络学、脏像学、病因病机学、养生和预防医学、诊断治疗等。,14,自然界、人体由五种要素相生相克、相互制约所组成的有秩序、有组织的整体。,看病望闻问切,“藏象、病机、气血、津液、经络”,讲究内观、体悟、直觉，与西医的靠仪器、化验、解剖不同。,15,请问：我国古代的三大经书（奇书）是什么？,易经、道德经、黄帝内经,16,5 春秋末期孙子兵法,问：孙子兵法为谁所著？,以系统思想研究战争，从“道、天、地、将、法”五个方面分析战争。,道内修德政、战争是否有理。有道乃胜利之本。,天时、地利,将将领的才智、威信状况、士兵是否训练有素。,“得到多助、失道寡助”,
8、法法度。“纪律是否严明、赏罚是否分明”。,将领要做到“智、信、仁、勇、严”。,兵圣孙武,公元前535,17,在山东临沂银雀山发掘的两座汉代墓葬中同时发现了用竹简写成的孙子兵法和孙膑兵法。,孙子兵法全书共十三篇孙武所著。 以兵法十三篇见吴王阖闾h l ，阖闾说：“子之十三篇，吾尽观之矣。”即用孙武为将，与伍子胥率吴军攻破楚国,率兵6万打败楚国20万大军。,著名论点：“知己知彼，百战不殆”,“以我之长，功敌之短”,18,孙膑兵法,孙膑兵法又名齐孙子，系与孙子兵法区别之故。汉书艺文志称齐孙子八十九篇，图四卷。,知名典故：“田忌赛马”,孙膑,约公元前380年至公元前320,孙膑乃孙武后人，有人说是玄孙
9、。孙膑和庞涓拜鬼谷子为师，出仕后到魏国做官，被庞涓陷害，受到膑刑。生死关头，他向齐国使者求助，被救到齐国，指挥齐军两次击败魏军，设伏杀死庞涓。孙膑继承并发扬了孙武的军事思想，他的孙膑兵法也是兵学宝库的瑰宝。,19,三十六计,胜战计：瞒天过海、围魏救赵、借刀杀人、以逸待劳、趁火打劫、声东击西 敌战计：无中生有、暗渡陈仓、隔岸观火、笑里藏刀、李代桃僵、顺手牵羊 攻战计：打草惊蛇、借尸还魂、调虎离山、欲擒故纵、抛砖引玉、擒贼擒王 混战计：釜底抽薪、混水摸鱼、金蝉脱壳、关门捉贼、远交近攻、假道伐虢 并战计：偷梁换柱、指桑骂槐、假痴不颠、上屋抽梯、树上开花、反客为主 败战计： 美人计、空城计、反间计、苦
10、肉计、连环计、走为上,20,6 战国时期“都江堰”水利工程,战国时期秦国李冰父子设计修建的都江堰水利工程，它包括“鱼嘴”岷江分水工程，“飞沙堰”分洪排沙工程，“宝瓶口”引水工程三大主体工程和120个附属渠堰工程，工程之间的联系处理得恰到好处，形成一个有机整体，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行舟等多种功能，渠道上设置了水尺，根据测得的水位，多级分水，合理控制分水流量，使汹涌急流的岷江化害为利，灌溉了成都平原上14个县的几百万亩粮田。工程完工后，又建立了一套岁修养护制度，每年按规定淘沙修堤，因此，虽然该工程经历二千多年，至今仍发挥着效益，该工程堪称我国古代运用系统思想解决实际问题的典范。,21,飞沙
11、堰,22,23,飞沙堰特写,24,7：丁渭修皇宫,北宋年间，汴都（今河南开封）的宫室在遭到火灾以后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料都需从郊外由旱道运到建筑现场，另外，完工后的建筑废弃物又要从旱道运出城外。这在当时是需要花费大量的人力、物力和材力的，丁渭根据工程实际，设计出了一套方案，就是在工地前面的大街上挖取泥土使用，几天以后，大街被挖成了巨沟，并通过护城河与汴河相通，河水流入沟中，船只可直接由汴河驶入工地，于是便可从四面八方运来建筑材料，再也不需经过郊区码头起卸，然后用陆运搬到工地的繁重手续了，在工程将要结束时，再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河，平土以后，重新成为大街。
12、这一设计方案由于系统解决了取土、运输、清除废料和修复街道等多项任务，因此节省了大量的人力、物力和财力，并使工程提前完工。,25,总结：古代朴素系统思想的特点,“耗散结构”创始人普利高津从存在到演化中说：,“着重于研究整体性和自发性、研究协调与协和”,即强调对自然界整体性、统一性的认识，缺乏对细节的认识能力。,26,(二）系统工程的发展历史世界文明,第二节 系统工程的产生与发展,2. 1930年前后，一般系统论的创始人贝塔朗菲指出了自然界和社会的各种表面上极不相同的领域中存在着某种共性，提出了一般系统论，为系统工程的产生作好了准备。,系统工程是工业生产和科学技术发展的必然产物。,1. 系统概念的
13、最早提出：美国人泰勒“管理之父”在1911年出版的科学管理原理提出了工业管理系统，包括“合理安排工序、动作分析、提高工作效率等”。,27,3.系统工程的首次提出 二十世纪40年代，美国贝尔电话公司在发展微波通讯网络时首先应用系统方法，并提出了“系统工程”这个名词。,美国贝尔电话公司马利娜G.Molina,丹麦哥本哈根电话公司厄朗A.Erlang,研究整个电话通讯系统，不能只注意电话机和交换台站，首次提出“系统工程”，运用了排队论原理。,28,4. 二次世界大战(1939-1945)，产生和发展了“运筹学”Operation Research,1）英国为防御德国的突然空袭，研究了雷达报警系统、飞
14、机排队降落系统，广泛采用了数学规划、排队论、博弈论等方法。,2）1945年，美国军事部设立兰德公司（政府和军方的最大智囊团），开发了许多系统分析方法。,3）1942-1945年，美国制造原子弹的“曼哈顿”计划 负责人L.R.格罗夫斯和R.奥本海默应用了系统工程的思路和方法，大大缩短了工程所耗时间。 1945年7月15日,世界上第一颗原子弹试验成功。8月6日和9日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了原子弹，直接导致第二次世界大战结束。,29,（二）系统工程的发展历史世界文明,7.进入70年代后，由于电子计算机的迅速发展和普及，系统工程得到了广泛地应用。,5. 1957年首部系统工程著作出版,美国密
15、执安大学古德H.Goode 马乔尔R.Machol合著,6.1961-1969年“阿波罗”登月计划系统工程的光辉成就。,工程系统社会经济系统,行为科学+思维科学政策研究,作为一门交叉学科解决复杂大系统研究非线性系统理论迅速发展,30,（三）现代系统工程在中国的发展,(1) 第一阶段：1950S中期1970S中期，以运筹学的研究为主,1）钱学森、许国志等学者大力提倡运筹学,2）1960S华罗庚大力发展优选法与统筹学，取得较好效果,3）我国导弹和航天事业的发展，系统工程技术得到迅猛发展以钱学森为代表,31,（2） 第二阶段：19781980S初,推广应用系统工程的热潮,1）1978年，钱学森、许国
16、志、王寿云在文汇报发表“组织管理的技术系统工程”，推广系统工程新局面。,最优化方法,图论、排队论,对策论,可靠性分析等,普及应用、取得显著成果,2）1980年中国系统工程学会正式成立,3）20世界70年代末、80年代初学术理论遍地开花,邓聚龙教授灰色系统理论,吴学谋泛系理论,蔡文物元分析,32,（3）第三阶段：1986年系统工程的研究和应用扩大至科技、经济、社会等领域。,1）系统工程作为一门软科学，日益受重视。,物理事理人理（WSR系统方法论）,硬件软件斡件人件,2）钱学森等致力于开放复杂系统的研究,方法：定性与定量的综合集成技术、综合集成工程,专家系统,统计技术,信息化与计算机技术,以人为主的高度智能化的人机结合系统,33,3）2003年10月15日，中国首次载人航天“神州五号”上天,大规模复杂系统的设计、优化、管理
