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系统工程系统工程第二讲第二讲 系统工程的基本原理系统工程的基本原理经济管理学院工管理学院工业工程系工程系第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念一、系统一、系统一个系统是人类在某项实践活动中的一个对一个系统是人类在某项实践活动中的一个对象；系统中的要素根据实践的目的组合在一象；系统中的要素根据实践的目的组合在一起，形成一个整体，并成为思维的对象。起，形成一个整体，并成为思维的对象。二、子系统、结构与组织二、子系统、结构与组织当把系统的一个部分作为考察对象时，这个部当把系统的一个部分作为考察对象时，这个部分就称为原系统的一个子系统。分就称为原系统的一个子系统。系统的每个最小组成要素和各种子系统都称为系统的每个最小组成要素和各种子系统都称为系统的一个组分。系统在功能上不能再分的最系统的一个组分。系统在功能上不能再分的最小组分叫做基本组分，也是一个子系统。小组分叫做基本组分，也是一个子系统。第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念对于一个系统，如果它的某种描述结构能保持对于一个系统，如果它的某种描述结构能保持所需的一段时间并具有某种简单性，就称该系所需的一段时间并具有某种简单性，就称该系统的此种结构是统的此种结构是有序有序的，此时的系统也称为的，此时的系统也称为有有组织组织的。的。框架结构框架结构：能够基本确认系统的主要关联方式；：能够基本确认系统的主要关联方式；运行结构运行结构：系统运行过程中各组分之间相互动态影响的系统运行过程中各组分之间相互动态影响的关联方式关联方式空间结构空间结构：系统组分在空间的排列配置方式；：系统组分在空间的排列配置方式；时间结构时间结构：系统组分关联方式随时间的变化特征。：系统组分关联方式随时间的变化特征。一个系统的一个系统的结构结构就是所有组分间关联方式的总就是所有组分间关联方式的总和。和。第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念三、层次三、层次四、环境与边界四、环境与边界 第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念五、状态与过程五、状态与过程 状态状态即是指系统在某一时刻或某一时期的客即是指系统在某一时刻或某一时期的客观存在，确认系统在某一时刻或某一时期的观存在，确认系统在某一时刻或某一时期的状态即是确定系统在该时刻或该时期所有属状态即是确定系统在该时刻或该时期所有属性的取值。性的取值。六、模型六、模型第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念模型模型是对原系统特性的简化表达形式。对应于模型，原系统被称为模型的原型原型。实物模型实物模型是以各种物质元件、零器件和设备装配起来的一个物质实体，该物质实体通过自身的运行来表现原型的待研究功能和特点。符号模型符号模型是以几何和美术图形、文字和数学符号等各种符号关联起来表现原型的系统结构和重要特征的符号系统。模型符号模型实物模型图文图表模型数学数字模型实物结构模型功能模拟模型第一节第一节 系统工程的基本概念系统工程的基本概念图2-1 模型的分类 第二节系统的基本概念第二节系统的基本概念 目的性目的性集合整体性集合整体性 层级性或阶层性层级性或阶层性 联系性联系性 适应性适应性 一、系统的特性一、系统的特性第二节系统的基本概念第二节系统的基本概念 二、系统的结构二、系统的结构 条件过程结果条件过程结果 环境管理生产环境管理生产 领导生产辅助服务领导生产辅助服务 三、系统的类型三、系统的类型自然系统和人工系统自然系统和人工系统物理系统和概念系统物理系统和概念系统 静态系统和动态系统静态系统和动态系统 封闭系统和开放系统封闭系统和开放系统 第三节系统工程理论第三节系统工程理论 19241928;奥地利理论生物学家L.VON 贝塔朗菲；1945年发表关于一般系统论 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、寻的性）开放性及目的性（有效性、适应性、寻的性）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）一、一般系统论一、一般系统论 维纳于1948年出版了控制论一书 经典控制论现代控制论大系统控制理论 研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、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、最优化方法二、控制论（二、控制论（Cybernatics）第三节系统工程理论第三节系统工程理论 第三节系统工程理论第三节系统工程理论 美国数学家申农（）和维纳以信息为主要研究美国数学家申农（）和维纳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、光导纤维等为主要研究工究内容，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研究目标。具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标。类比方法类比方法统计方法统计方法信息方法信息方法三、信息论三、信息论(informatics)第三节系统工程理论第三节系统工程理论 70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯 研究协同系统从无序到有序的演化规律的研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科新兴综合性学科四、耗散结构理论四、耗散结构理论(dissipative structure theory)1969；比利时统计物理学家I.普利高津 研究远离平衡态的开放系统从无序到有研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论序的演化规律的一种理论五、协同学五、协同学(synergetics)1971，德国生物物理学家 M.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六、超循环理论六、超循环理论(hypercycle theory)第三节系统工程理论第三节系统工程理论 60年代末，法国数学家 R.托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分支，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形态的发生和演化提供数学模型七、突变论七、突变论(catastrophe theory)第三节系统工程理论第三节系统工程理论 以非线性自组织理论为核心的系统理论以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）（欧洲学派）以圣菲研究所（以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，为代表的理论框架，其代表性理论是其代表性理论是1994年霍兰提出的年霍兰提出的CAS（复复杂适应系统）理论（美国学派）杂适应系统）理论（美国学派）以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）系（中国学派）八、复杂系统理论八、复杂系统理论