系统工程学笔记

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1、系统工程学第一章 系统工程概述第一节 系统工程的产生、发展及应用1 系统工程虽然形成于 20 世纪 50 年代，但是初步实践可以追溯到古代；2 古希腊唯物主义哲学家德谟克利特最早使用“ 系统” 一词；亚里士多德名言：整体大于部分之和，这是系统论的基 本原则之一。3 都江堰由鱼嘴（岷江分流）、飞沙堰（分洪排沙）、和宝瓶口（引水）三大设施组成；4 早期的系统思想有“ 只见森林”和比较抽象的特点；15 世纪下半页以后，有“只见树木” 和具体化的特点；5 19 世纪以后，有“先见森林，后见树木”的特点；6 辩证唯物主义认为，世界有无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成的统一整体。这种普

2、遍 联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。7 一般系统论、控制论、信息论耗散结构理论协同论及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。8 系统论或者狭义的一般系统论，是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。其代表人物 是爱地理理论生物学家贝塔朗菲。9 系统工程的发展概况 1957年，发表第一部名为系统工程的著作，系统工程学形成的标志； 1965年，提出模糊集合的概念，为现代系统工程奠定了重要的书数学基础 1961-1972年，美国实施阿波罗登月计划，使用多种系统工程方法并获得巨大的成功，极大地提高了系统工程 的地位 1972年，国际系统分析研究所（IIASA）

3、在维也纳成立，系统工程的应用重点开始从工程领域进入到社会经济 领域，并发展到了一个重要的阶段10 中国系统工程研究主要标志和集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的统筹法和许国志的运筹学11 中国大规模的研究系统工程是从20世纪70年代末、 80年代初开始的。 1978年9月 27日，钱学森、许国志、 王寿云在文汇报上发表了题为“组织管理的技术系统工程”第二节 系统工程的研究对象1 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统（规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人机系统、经 济性突出等）2 系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体；3 系统的一般属性：

4、整体性，整体性是系统最基本、最核心的特性； 关联性，构成系统的要素是相互联系、相互作用的；所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系； 环境适应性，区分为不同环境：（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域：（外部环境、内部环境）等 目的性、层次性4 大规模复杂系统的特点： 系统的功能和属性多样，由此带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系 系统通常由多维且不同质的要素所构成 一般为人机系统，而人及其组织或群体所表现出的固有的复杂性 由要素间相互关系所形成的系统结构所形成的系统结构日益复杂化和动态化 规模庞大和经济性突出等5 系统的类型自然系统和人造系统：多数是其复合系统 实体系统与

5、概念系统，通常研究的是这两类的复合系统 动态系统和静态系统：系统工程研究的是一定时期、一定范围内和一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统 封闭系统和开放系统：研究有特定输入、输出的相对孤立系统第三节 系统工程概念与特1 系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总 称，属于一门综合性的工程技术。（书上）2所谓的系统工程，是用来开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想，程序、方法的总称（PPT）3 系统工程学是以大规模复杂系统问题为研究对象，在运筹学、系统理论、管理科学等学科的基础上逐步发展和成 熟起来的一门交叉学科；4 系统工程强调以下基

6、本观点：在运用系统工程方法来分析和解决现实复杂系统问题时， 需要确立系统的观念（系统工程工作的前提） 总体最优及平衡协调的观点（系统工程的目的） 综合运用方法与技术的观点（系统工程解决问题的手段） 问题导向和反馈控制的观点（系统工程有效性的保障） 这些集中体现了系统工程方法的思想及应用要求5 系统工程学的特征： 系统工程一般采用先决定整体框架，后进入内部详细设计的程序 系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能，其核心思想是“综合即创造” 系统工程属于软科学。软科学的基本特征是人（决策者、分析人员等）和信息的重要作用； 多次反馈和反复协商；科学性与艺术性的二重性及其有机结合。第

7、二章 系统工程方法论系统工程方法论，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、逻辑步骤和基本方法第一节 系统工程的基本工作过程一 霍尔三维结构1 霍尔在 1969 年提出，集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工 程方法论的重要基础内容2 时间维，表示系统工程的工作阶段或进程。可分七个阶段： 规划阶段、设计阶段、分析或研制阶段、运筹或者生产阶段、系统实施或“安装”阶段、运行阶段、 更新阶段3 逻辑维，指系统工程每阶段工作缩影遵从的逻辑顺序和工作步骤摆明问题，系统设计.:系统综合 模型化静 最优化丨:决策 实施计划4 知识维或专业维，

8、表征从事系统工程工作所需要的知识（如运筹学、控制论、管理科学等），也可反应系统工程 的专门应用领域（如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等）5 霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，应用定量分析手段，求得最优解答。该方法论具有研究方法上 的整体性（三维）、技术应用上的综合性（知识维）、组织管理上的科学性（时间维与逻辑维）和系统工程上的问题 导向性（逻辑维）等突出特点。6 切克兰德方法论：切克兰德提出软系统工程方法论。7 根底定义的目的是弄清系统问题的关键要素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合 适的基本观点。8 切克兰德方法论的主要工作内容和工作过程

9、认识问题、根底定义、建立概念模型、比较及探寻、选择、设计与实施、评估与反馈9 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。10 两种方法论的比较 两种方法论均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。主要有以下不同点： 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对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究； 前者（霍）的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习； 前者更多的关注定量分析方法，而后者比较强调定性与定量有机结合的基本方法。第二节 系统分析原理1 系统分析是在系统问题现状及目标充分理

10、解的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有 关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或者满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。2 系统分析的六要素：问题、目的及目标、方案、模型、评价、决策者3 系统分析的基本过程JI |丄初步分析规范分析综合分析4在初步系统分析阶段，至少围绕六方面：WHAT研究什么问题，对象系统的要素是什么（问题与哪些因素有关）、 WHY （为什么要研究该问题，目的和希望是什么）、WHERE （系统边界和环境如何）、WHEN （分析的是什么时候 的情况）、WHO （决策者、行动者、所有者等关键主体是谁）、HOW （如何实现系统的目标状态）（5W1H

11、）5 环境分析几乎贯穿于系统分析的全过程，具有重要作用。6 应用系统分析的原则：1）坚持问题导向、系统分析人员要适应实际问题的需要，指定方案，选择方法。2）以整体为目标，将问题作为一个整体来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响，使投入产出比最大化。3）多方案模型分析和优选，收集各种信息，寻找多个方案，尽可能求得定量化的分析结果。是系统分析的核心内 容。4）定量分析与定性分析相结合，根据数据结果和相关人员的直观判断和经验进行综合分析与判定。5）多次反复进行，根据变化进行分析并进行多次反馈，逐步得到与系统目标要求最接近、令决策者较为满意的答 案。第三章 系统模型与模型化第一节 系统模型与模型化概述

12、1 模型：模型是现实系统的理想化抽象或者简洁表示，描绘了现实系统的某些主要特点，为了客观的研究系统而发 展起来的。2 模型的三个特征：是现实世界部分的抽象或模仿；是由那些与分析的问题有关的因素构成的；它表明了有关因素 间的相互联系。3 模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学、图像等）表达 系统实体的方法。简言之就是构造模型的过程。4 模型分类：模型：概念思维、描述、字句符号图示、数学形象物理、图像类比仿真5 构造模型的一般原则（1）建立方框图；目的是简化对系统内部相互作用的说明。（2）考虑信息相关性；模型中只应包括系统中与研究目的有关的那些信息（3

13、）考虑准确性；建模时，对所收集的用以构模的信息应该考虑其准确性。（4）考虑结集性：建模时需要进一步考虑的因素是把一些个别的实体组成更大实体的程度6 建模的基本步骤1）明确建模的目的和要求，以便使模型满足实际需求，不至产生太大偏差；2）对系统进行一般语言描述；系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；3）弄清系统中的主要因素（变量）关系（结构关系和函数关系），以便使模型准确的表示现实系统4）确定模型结构。这一步决定了模型定量方面的内容5）估计模型参数；用数量表示系统中的因果关系6）实验研究；检验模型与实际系统的符合性7）必要修改。第二节 系统结构模型化技术1 结构模型：是定性表示系统构成要素以及

14、他们之间存在本质上的相互依赖、相互制约和关联情况的模型。2 结构模型化即建立系统结构模型的过程；该过程注重表现系统要素之间相互作用的性质，是系统认识、准确把握 复杂问题并对问题建立数学模型、进行定量分析的基础。3 结构分析：是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。系统结构模型化是结构分析的基本内容。结构分析是 系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础。尤其是在分析与解决社会经济系统问题时，对系统结 构的正确认识与描述更具有数学模型和定量分析所无法代替的作用。4 有向图表达 P42 ；5 常用系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模型化技术、系统动力学模型化技术等。第二种是最基本

15、和最 具特色的系统结构模型化技术。6 ISM 工作原理图 P457 P52-53 建立递阶结构模型使用方法；可达矩阵之类。8 状态和状态变量 P67第四章 系统仿真及系统动力学方法第一节 系统仿真概述1 系统仿真：所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质以及相互关系的基础上，建立能描 述系统结构或行为过程，且具有一定逻辑关系或数学方程的仿真模型，据此进行试验或者定量分析，已获得正确决 策所需的各种信息。2 系统仿真的实质：1）他是一种对系统问题求数值解的计算技术；2）仿真是一种人为的实验手段，仿真试验不是依据实际环境、而是作为实际系统映像的系统模型以及相应的“人 造”环境下进行的。这时仿真的主要功能。3）仿真可以比较真实的描述系统的运行、演变及其发展过程。3 系统仿真的作用1）系统仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统的收集和积累信息的过程。尤其是对于一些复杂的随机问题， 应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。2）对一些难以建立物理模型和数学模型和数学模型的对象系