第一章系统工程

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1、 系统工程系统工程引言引言vWhy? 时代特征及社会发展趋势时代特征及社会发展趋势 经济全球化经济全球化 动态市场带来挑战和机会（变化）动态市场带来挑战和机会（变化） 社会加速信息化社会加速信息化 创新开始成为时代的最强音创新开始成为时代的最强音 社会进入合作竞争新时代社会进入合作竞争新时代 （COOPETITIONCOOPETITION；GUANXIGUANXI） 可持续发展引起普遍关注可持续发展引起普遍关注 管理科学的发展与管理人才培养管理科学的发展与管理人才培养 管理科学发展的管理科学发展的“制高点制高点” ” 系统化管理系统化管理 T T型人才型人才“要学一点要学一点系统工程系统工程”

2、系统工程系统工程一种科学的系统决策方法论一种科学的系统决策方法论 引言引言: WhenvWhen? SESE是以大规模复杂系统（特别是管理系是以大规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象，在系统理论、管理科学及统）为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。其运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学生掌握分析与解决各种通过学习，主要使学生掌握分析与解决各种管理系统问题的思想、程序和方法。管理系统问题的思想、程序和方法。引言引言: Who/WherevWho/Where? Who Who 学生学生为主体，教师为主导。为主体，教师为主导。 WhereW

3、here 将课堂内将课堂内外外的学习结合起来！的学习结合起来！引言引言: Whatl 系统与系统工程系统与系统工程l 系统工程方法论系统工程方法论l 系统模型系统模型l 系统仿真系统仿真l 系统综合与评价系统综合与评价l 决策决策l 系统可靠性系统可靠性引言引言: HowvHow?建议建议 注重注重系统系统思考思考 坚持坚持问题问题导向导向 采用采用系统系统方法方法教学要求教学要求 上课及考核上课及考核 第一讲第一讲 系统与系统工程系统与系统工程v内容内容：系统工程的应用举例、系统的定义与属性、系统的：系统工程的应用举例、系统的定义与属性、系统的分类、系统的结构与功能；系统工程的产生和发展、系

4、统分类、系统的结构与功能；系统工程的产生和发展、系统工程的含义、系统工程的理论基础、系统工程的主要特点；工程的含义、系统工程的理论基础、系统工程的主要特点；系统工程在现代科学技术体系中的地位。系统工程在现代科学技术体系中的地位。v基本要求基本要求：掌握系统和系统工程的概念和特点，理解系统：掌握系统和系统工程的概念和特点，理解系统的结构和功能，系统工程的理论基础，了解系统工程的产的结构和功能，系统工程的理论基础，了解系统工程的产生、发展及应用。生、发展及应用。v重点：重点：系统工程概念与特点系统工程概念与特点v难点难点：系统工程概念的理解：系统工程概念的理解第第1章章 系统与系统工程系统与系统工

5、程 系统工程的应用举例系统工程的应用举例 系统系统 系统工程系统工程1.1系统工程的应用举例系统工程的应用举例v三峡水利工程三峡水利工程 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，时间横跨将近位

6、共同努力，时间横跨将近20年，如此的工程必然年，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一种组织方法以说是最为有效的一种组织方法。北极星计划北极星计划 时间：时间：1957年年 目的：北极星导弹核潜艇系统目的：北极星导弹核潜艇系统 方法：方法：PERT(program evaluation and review technique) 工作团队工作团队:8家总承包公司家总承包公司,250家分包公司家分包公司,3000家三包家三包公司公司时间：时间：1961年年5月月1972年年12月月资金：资金：300多亿美元多亿美元

7、工作团队工作团队:2万家企业，万家企业，120多所研究机构（大学）多所研究机构（大学）人员：高级技术人员人员：高级技术人员42万人万人方法：方法：GERT(graphical evaluation and review technique)阿波罗计划阿波罗计划阿波罗计划阿波罗计划各种社会经济问题各种社会经济问题v粮食价格的调整：影响肉、菜、生活用品等等，从而影响粮食价格的调整：影响肉、菜、生活用品等等，从而影响整个社会的物价。整个社会的物价。v燃料能源价格：影响原材料、产品及整个物价燃料能源价格：影响原材料、产品及整个物价v银行利率：影响消费与积累，反应了国家的经济政策银行利率：影响消费与积累

8、，反应了国家的经济政策v外汇牌价：主要用于调节进出口政策，同时反应了一个国外汇牌价：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家的经济实力 实际工作中实际工作中v企业的长远规划：综合考虑企业发展、实力、原材料、企业的长远规划：综合考虑企业发展、实力、原材料、能源、技术、市场、国家政策等。能源、技术、市场、国家政策等。v新产品开发：考虑市场、企业开发技术与实力、销售网新产品开发：考虑市场、企业开发技术与实力、销售网络、经济条件等络、经济条件等v区域规划：考虑区域特征、交通、历史、地理等区域规划：考虑区域特征、交通、历史、地理等v大项目管理：经过立项、论证、实施、大项目管理：经过立项、论

9、证、实施、1.2 系统的基本概念系统的基本概念 系统工程顾名思义就是研究系统工程顾名思义就是研究系统系统的工程技术，它是在系的工程技术，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。统和系统理论逐渐发展的基础上所形成的系统方法论。 系统的概念系统的概念1.2.1系统的定义与属性系统的定义与属性系统工程的核心、基本概念和研究对象系统工程的核心、基本概念和研究对象1.2.1.1系统的定义系统的定义v所谓系统，是由相互联系、相互作用的许多要素结合而成所谓系统，是由相互联系、相互作用的许多要素结合而成的具有特定功能的的具有特定功能的统一体统一体。 v要素：是整体中的构成部分，所以又称为子系统

10、。要素：是整体中的构成部分，所以又称为子系统。v一台机器、一个部门、一项工程、一个研究项目、一种组一台机器、一个部门、一项工程、一个研究项目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统织、一套制度都可以看成一个系统v系统的存在具有普遍性系统的存在具有普遍性v系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝对规模的界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限 1.2.1.2 系统的特性系统的特性v整体性整体性v相关性相关性v层次性层次性v涌现性涌现性v目的性目的性v环境适应性环境适应性1.2.2 系统的分类系统的分类 v按照系统属性分类按照系统属性分类 自然系统与人工系统自然系统与人工系统v按物质

11、属性分类按物质属性分类 实体系统与概念系统实体系统与概念系统v按运动属性分类按运动属性分类 动态系统和静态系统动态系统和静态系统v按系统与环境间的关系分类按系统与环境间的关系分类 孤立系统、封闭系统与开放系统孤立系统、封闭系统与开放系统v按反馈属性分类按反馈属性分类 开环系统和闭环系统开环系统和闭环系统v按照人在系统中工作的属性分类按照人在系统中工作的属性分类 作业系统和管理系统作业系统和管理系统1.2.2.2 按物质属性分类按物质属性分类 分为实体系统与概念系统分为实体系统与概念系统 v所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组成所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组成要素的系统，这些实

12、体占有一定空间，如自然界的要素的系统，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。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统亦称为硬件系统v与实体系统相对应的是概念系统，它是由概念、原与实体系统相对应的是概念系统，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，对应着的多是人统、文化系统

13、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们对自然界的认识和假设，因此概念系统亦称为软件系统。件系统。1.2.2.3 按运动属性分类按运动属性分类 分为动态系统和静态系统分为动态系统和静态系统v动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变化的，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。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企业也是动态系统的一个典型例子v静态系统则是表征系统运行规律的数学模型

14、中不含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。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。例如大桥、公路、房屋等。1.2.2.4按系统与环境间的关系分类按系统与环境间的关系分类 分为孤立系统、封闭系统与开放系统分为孤立系统、封闭系统与开放系统 v所谓所谓孤立系统孤立系统指的是系统与外界环境既不可能进行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

15、和信息能量不能传至外部，外说，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。界环境的物质和信息能量也不能传至系统内部。v封闭系统封闭系统是指系统与外界环境之间可以进行信息、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。能量交换，但不能进行物质交换。v开放系统开放系统是指系统与外界环境有信息、物质和能量是指系统与外界环境有信息、物质和能量交互作用的系统交互作用的系统。1.2.2.5按反馈属性分类按反馈属性分类 分为开环系统和闭环系统分为开环系统和闭环系统v开环系统开环系统是指没有反馈的系统。系统的输出反过来是指没有反馈的系统。系统的输出反过

16、来影响输入的现象称为反馈。影响输入的现象称为反馈。v闭环系统闭环系统是指有反馈的系统。是指有反馈的系统。1.2.2.6按照人在系统中工作的属性分类按照人在系统中工作的属性分类 分为作业系统和管理系统分为作业系统和管理系统v作业系统作业系统是人类在生活、生产中最基本的活动，第是人类在生活、生产中最基本的活动，第一类活动一类活动v管理系统管理系统是对各种作业编排和组织的活动，第二类是对各种作业编排和组织的活动，第二类活动活动1.2.2.7钱学森院士的分类钱学森院士的分类 分为简单系统和复杂系统分为简单系统和复杂系统v从系统的复杂程度来分，系统又可分为简单系统与复杂系统。从系统的复杂程度来分，系统又

17、可分为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、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；大系统及巨系统； v根据具体对象划分的各种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、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活系统、医疗系统、军事系统和教育系统等 。1.2.3 系统的结构与功能系统的结构与功能1.2.3.1 系统的结构系统的结构

18、如下式表示：如下式表示：v其中，其中，S表示系统，表示系统，E表示要素的集合，表示要素的集合，R表示建立在集合表示建立在集合E上的各种关系的集合。上的各种关系的集合。v要素要素E可以分为若干个子集。可以分为若干个子集。v每个每个R都是可以细分的。都是可以细分的。1.2.3.2 系统的功能系统的功能系统的功能如图所示：系统的功能如图所示： 也可以将系统看作一种函数关系，用数学公也可以将系统看作一种函数关系，用数学公式表示为：式表示为： 论断论断：整体大于部分之和，用数学公式表示为：整体大于部分之和，用数学公式表示为： F为系统的功能，为系统的构成要素的功能，这为系统的功能，为系统的构成要素的功能

19、，这是系统理论的经典之一，目的是使左边大于右边是系统理论的经典之一，目的是使左边大于右边越多越好。越多越好。1.2.4 系统思想的演变系统思想的演变1.2.4.1古例分析古例分析v大禹治水大禹治水v都江堰都江堰v田忌赛马田忌赛马v丁渭工程丁渭工程1.2.4.2 系统思想的演变系统思想的演变v朴素的系统思想朴素的系统思想v定量化系统方法定量化系统方法v优化系统方法优化系统方法鱼嘴鱼嘴(分水堤分水堤)把岷江水一分为二把岷江水一分为二飞沙堰飞沙堰(溢洪道溢洪道)把多余的洪水和流沙排入外江把多余的洪水和流沙排入外江宝瓶口宝瓶口(引水口引水口)自行调空的节制阀自行调空的节制阀,是自动灌溉渠系的总是自动灌

20、溉渠系的总开关开关 深淘滩深淘滩,低筑堰低筑堰1.3 系统工程系统工程 v要作出科学的决策就必须依赖于系统可靠的要作出科学的决策就必须依赖于系统可靠的科学决科学决策方法策方法，系统工程便是处理决策问题的，系统工程便是处理决策问题的基础理论指基础理论指导导，它将所处理的问题作为一个完整的系统进行处，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理，强调决策系统整体目标的综合最优化;v系统工程借助于自然科学与工程技术的方法，来处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

21、的实践中所形成的整体最优化系统观念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。决问题的全面周到与科学合理。1.3.1系统工程的产生和发展系统工程的产生和发展阶段阶段年代（份）年代（份）重大工程实践或事件重大工程实践或事件重要理论与方法贡献重要理论与方法贡献I1930美国发展与研究广播电美国发展与研究广播电视视正式提出系统方法（正式提出系统方法（Systems approach）的概念的概念1940美国实施彩电开发计划美国实施彩电开发计划采用系统方法，并取得巨大成功采用系统方法，并

22、取得巨大成功美国美国Bell电话公司开发电话公司开发微波通讯系统微波通讯系统正式使用系统工程（正式使用系统工程（Systems Engineering）一词一词II第二次世第二次世界大战期界大战期间间英、美等国的反空袭等英、美等国的反空袭等军事行动军事行动产生军事运筹学（产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即军事也即军事系统工程系统工程本世纪本世纪40年代年代美国研制原子弹的美国研制原子弹的“曼曼哈顿计划哈顿计划”运用运用SE，并推动了其发展并推动了其发展1945美国空军建立兰德美国空军建立兰德（RAND）公司公司曾经提出系统分析（曾经提出系统分析（S

23、ystems analysis）概念，强调了其重要性概念，强调了其重要性III40年代后期年代后期到到50年代初年代初期期运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础奠定了重要的学科基础IV1957H.Good和和 R.E.Machol发表第一部名为发表第一部名为系统系统工程工程的著作的著作系统工程学科形成的标志系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜美国研制北极星导弹潜艇艇提出提出PERT（计划评审技术），（计划评审技术），这是最早的系统工程技术之一。这是最早的系统工程技术之

24、一。1965R.E.Machol编著编著系统系统工程手册工程手册表明系统工程的实用化和规范化表明系统工程的实用化和规范化美国自动控制学家美国自动控制学家L.A.Zedeh提出提出“模糊模糊集合集合”概念概念为现代为现代SE奠定了重要的数学基奠定了重要的数学基础础1961-1972美国实施美国实施“阿波罗阿波罗”登登月计划月计划使用了多种使用了多种SE方法，其成功极方法，其成功极大地提高了大地提高了SE的地位的地位续上续上V1972国际应用系统分析研究国际应用系统分析研究所（所（IIASA）在维也纳在维也纳成立成立SE的应用开始从工程领域的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并进入到社会经济领

25、域，并发展到了一个重要的新阶发展到了一个重要的新阶段。段。70年代年代SE的广泛应用在国际上达到高潮的广泛应用在国际上达到高潮VI80年代年代SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮高潮系统工程在中国的发展系统工程在中国的发展v上世纪上世纪50至至60年代，我国的一些研究机构和著名学年代，我国的一些研究机构和著名学者为者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的偿试和技术方法上的准备。其主要标志和集中代表偿试和技术方法上的准备。其主要标志和集中代表是是钱学森的钱学森的工程控制论工程控制论、华罗庚的、华罗庚的

26、统筹法统筹法和许国志的和许国志的运筹学运筹学。v我国大规模地研究与应用我国大规模地研究与应用SE是从是从70年代末、年代末、80年代年代初开始的。初开始的。 续上续上 1978197819781978年年年年9 9 9 9月月月月27272727日日日日，钱学森、许国志、王寿云在，钱学森、许国志、王寿云在，钱学森、许国志、王寿云在，钱学森、许国志、王寿云在文文文文汇报汇报汇报汇报发表题为发表题为发表题为发表题为“组织管理的技术组织管理的技术组织管理的技术组织管理的技术系统工程系统工程系统工程系统工程”的长篇文章；的长篇文章；的长篇文章；的长篇文章； 从从从从1978197819781978年起

27、，年起，年起，年起，西安交大、天津大学、清华大学、西安交大、天津大学、清华大学、西安交大、天津大学、清华大学、西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收了第一批招收了第一批招收了第一批招收了第一批SESESESE专业硕士研究生；专业硕士研究生；专业硕士研究生；专业硕士研究生； 1980198019801980年年年年11111111月，月，月，月，中国系统工程学会在北京成立；中国系统工程学会在北京成立；中国系统工程学会在北京成立

28、；中国系统工程学会在北京成立； 1980198019801980年年年年10101010月至月至月至月至1981198119811981年年年年1 1 1 1月，月，月，月，中国科协、中央电视台中国科协、中央电视台中国科协、中央电视台中国科协、中央电视台会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办“系统工程电视普及讲座（系统工程电视普及讲座（系统工程电视普及讲座（系统工程电视普及讲座（45454545讲）讲）讲）讲）”，取得了良好，取得了良好，取得了良好，取得了良

29、好的社会效果。的社会效果。的社会效果。的社会效果。续上续上 7070年代末以来，年代末以来，应用应用SESE理论和方法来研究与解决我国理论和方法来研究与解决我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，如：如：人口问题的定量研究及应用（始于人口问题的定量研究及应用（始于19781978年）、年）、20002000年中国的研究年中国的研究(1983(1983至至19851985年）、全国和地区年）、全国和地区能源规划（始于能源规划（始于19801980年）、全国人才和教育规划年）、全国人才和教育规划（始于（始于19831983年）、农业系

30、统工程（始于年）、农业系统工程（始于19801980年）、年）、区域发展战略（始于区域发展战略（始于19821982年）、投入产出表的应年）、投入产出表的应用（始于用（始于6060年代和年代和19761976年）、军事系统工程（始年）、军事系统工程（始于于19781978年）、水资源的开发利用（始于年）、水资源的开发利用（始于19781978年）年）等。等。 9090年代以来，年代以来，系统工程在与企业发展结合、与现代信系统工程在与企业发展结合、与现代信息技术结合、与实施可持续发展战略结合、与思维科学结息技术结合、与实施可持续发展战略结合、与思维科学结合等方面已具有初步结果和强劲势头。合等方面

31、已具有初步结果和强劲势头。1.3.2 系统工程的含义系统工程的含义v1978年我国著名学者年我国著名学者钱学森钱学森指出：指出：“系统工程是组织管理系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方法一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。v1977年日本学者年日本学者三浦武雄三浦武雄指出：指出： “系统工程与其他工程学系统工程与其他工程学科不同之点在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些科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

32、的目的是研制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、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，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它们组织起来，这种横向技术就是系统工程”。1975年年美国科学技术辞典美国科学技术辞典的论述为：的论述为： “系统工程是研究复杂系统设计的科学，该系统系统工程是研究复杂系统设计的科学，该

33、系统由许多密切联系的元素所组成。设计该复杂系由许多密切联系的元素所组成。设计该复杂系统时，应有明确的预定功能及目标，并协调各统时，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时，要同时考虑到参与系统活动的人的因素及其作用。其作用。”系统工程就是从系统的观点出发，跨学科的考虑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问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现

34、系统目标的综合最优化。题，以实现系统目标的综合最优化。1.3.3 系统工程的理论基础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、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、经典控制论、运一般系统论、大系统理论、经典控制论、运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。 一般系统论一般系统论（general system theory) 19241928;奥地利理论生物学家奥地利理论

35、生物学家L.VON 贝塔朗贝塔朗菲；菲；1945年发表年发表关于一般系统论关于一般系统论 研究复杂系统一般规律的学科研究复杂系统一般规律的学科 基本观点：基本观点：整体性整体性开放性及目的性（有效性、适应性、目的性）开放性及目的性（有效性、适应性、目的性）动态相关性（动态性取决于相关性）动态相关性（动态性取决于相关性）等级层次性等级层次性有序性（结构或空间；发展或时间）有序性（结构或空间；发展或时间） 控制论控制论（Cybernatics） 维纳于维纳于1948年出版了年出版了控制论控制论一书一书 经典控制论经典控制论现代控制论现代控制论大系统控制理论大系统控制理论 研究大系统的结构方案、稳定

36、性、最优化、研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、 建模及模型简化等。建模及模型简化等。 对系统方法的启示：对系统方法的启示：黑箱黑箱- -灰箱灰箱- -白箱法白箱法功能模拟法功能模拟法形式化、数量化、最优化方法形式化、数量化、最优化方法信息论信息论 美国数学家申农（美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳和维纳 信信信信息息息息源源源源编编编编码码码码器器器器信信信信道道道道译译译译码码码码器器器器接接接接受受受受器器器器噪音干扰噪音干扰噪音干扰噪音干扰电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息电信号电信号电信号电信号信息信息信息信息（信息科学）（信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的

37、运动以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要维等为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标。研究目标。信息论的启示：信息论的启示： 类比方法类比方法 统计方法统计方法 信息方法（运用信息的观点，把信息方法（运用信息的观点，把系统系统看作看作是借助是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的运动的一种研究方法）的一种研究方法）耗散结构理论（耗散结构理论（dissipative structure

38、theory)v普里高津（普里高津（19172003年），比利时物理学家，年），比利时物理学家，1977年诺贝尔化学奖获得者，耗散结构理论奠基人。年诺贝尔化学奖获得者，耗散结构理论奠基人。v系统由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因系统由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为此称之为“耗散结构耗散结构” 。v系统必须是开放的系统必须是开放的v系统必须处于远离平衡态系统必须处于远离平衡态v系统内部存在非线性的相互作用系统内部存在非线性的相互作用协同学协同学（synergetics）70年代初，联邦德国理论物理学家年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯哈肯 研究研究协同系统协同系

39、统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科v协同理论的主要内容可以概括为三个方面：协同理论的主要内容可以概括为三个方面：v协同效应协同效应 协同效应是指由于协同作用而产生的结果，是指复杂开放系统中大协同效应是指由于协同作用而产生的结果，是指复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应(协同学引论协同学引论)。v伺服原理伺服原理伺服原理用一句话来概括，即快变量服从慢变量，序参量支配子系伺服原理用一句话来概括，即快变量服从慢变量，序参量支配子系统行为。统行为。v自组织原理自组织原理自组织是相对于他组织而言的

40、。他组织是指组织指令和组织能力来自组织是相对于他组织而言的。他组织是指组织指令和组织能力来自系统外部，而自组织则指系统在没有外部指令的条件下，其内部子系自系统外部，而自组织则指系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，具有内在性和自统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，具有内在性和自生性特点。生性特点。 超循环理论（超循环理论（hypercycle theory） 19711971，德国生物物理学家德国生物物理学家 M.M.艾根艾根研究分子自组织的一种理论研究分子自组织的一种理论超循环的超循环的特征特征: :不仅能自我再生不仅能自我再生,

41、,自我复制自我复制, ,而且还能自我选择而且还能自我选择, ,自我优自我优化化, ,从而向更高的有序状态进化从而向更高的有序状态进化. . 超循环结构演化的内部因素主要来自两个方面超循环结构演化的内部因素主要来自两个方面: :自复制单元在复制过程中出现的差错自复制单元在复制过程中出现的差错, ,类似于基因突变类似于基因突变; ;超循环结构是由多组元耦合成的多层次系统超循环结构是由多组元耦合成的多层次系统, ,内部存在复杂的非线内部存在复杂的非线性相互作用性相互作用. .超循环结构只能在演化中存在超循环结构只能在演化中存在. .超循环结构存在超循环结构存在, ,进化必需满足三个前进化必需满足三个

42、前提条件提条件以足够大的负熵流推动结构的新陈代谢以足够大的负熵流推动结构的新陈代谢. .以足够强的复制能力使系统信息得以积累、遗传以足够强的复制能力使系统信息得以积累、遗传. .以组元间足够强的功能耦合保证结构的存在和发展以组元间足够强的功能耦合保证结构的存在和发展. . 突变论（突变论（catastrophe theory）6060年代末，法国数学家年代末，法国数学家 R.R.托姆托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型主要观点

43、：主要观点：稳定机制是事物的普遍特性之一稳定机制是事物的普遍特性之一质变通过渐变和突变两种途径实现质变通过渐变和突变两种途径实现在一种稳定态中的变化属于量变，在两种结构稳定态中的在一种稳定态中的变化属于量变，在两种结构稳定态中的变化或在结构稳定态和不稳定态的变化属于质变变化或在结构稳定态和不稳定态的变化属于质变 微分动力系统微分动力系统（differential dynamical systems） 60年代初，年代初，S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教斯梅尔、廖山涛（北大数学教授）授） 系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演变的动力系统的整体性质及其在扰

44、动中的变化变的动力系统的整体性质及其在扰动中的变化 泛系理论（泛系理论（pansystems theory） 1976，吴学谋（中科院武汉数理所研究员）吴学谋（中科院武汉数理所研究员） 一种研究广义系统、关系的理论和方法，又称泛系方法一种研究广义系统、关系的理论和方法，又称泛系方法或泛系方法论或泛系方法论灰色系统理论灰色系统理论（gray systems theory） 1979，邓聚龙（华中科技大学教授）邓聚龙（华中科技大学教授） 关于信息不完全或不确定系统的控制理论，应用在系统预关于信息不完全或不确定系统的控制理论，应用在系统预测等方面测等方面钱学森 我认为把运筹学、控制论和信息论同贝我认

45、为把运筹学、控制论和信息论同贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理论）等人的工作融会贯通，（超循环理论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以写出加以整理，就可以写出系统学系统学这本这本书了。书了。复杂系统理论v以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）洲学派）v以圣菲研究所（以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，其为代表的理论框架，其代表性理论是代表性理论是1994年霍兰提出的年霍兰提出的CAS（复杂复杂适应系统）理论（美国学派）适应系统）理

46、论（美国学派）v以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）（中国学派）1.3.4 系统工程的主要特点系统工程的主要特点一个系统，两个最优一个系统，两个最优以软为主，软硬结合以软为主，软硬结合跨学科多，综合性强跨学科多，综合性强从定性到定量的综合集成研究从定性到定量的综合集成研究以宏观研究为主，兼顾微观研究以宏观研究为主，兼顾微观研究实践性与咨询性实践性与咨询性1.3.5 系统工程在现代科学技术体系中的地位系统工程在现代科学技术体系中的地位1.3.5.1系统工程与一般工程比较的特点系统工程与一般工程比较的特点v研究的对象广泛，包括人类社会、生态环境、自然现象和组研究的对象广泛，包括人类社会、生态环境、自然现象和组织管理等；织管理等；v系统工程是一门跨学科的边缘学科；系统工程是一门跨学科的边缘学科；v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。的方法。1.3.5.2 现代科学技术体系现代科学技术体系v 图图1-2 系统科学体系结构系统科学体系结构人类知识体系包括：人类知识体系包括：v前科学前科学经验知识、感性知识以及不成文经验知识、感性知识以及不成文的实践感受的实践感受v科学技术体系科学技术体系v哲学哲学