系统工程课件第1章系统与系统工程.ppt
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1、系统工程系统工程聂彤系统和系统工程系统和系统工程系统工程系统工程 用系统的原理解决工程问题的各种方法的总称。用系统的原理解决工程问题的各种方法的总称。根据研究对象的不同,系统工程可以分为:根据研究对象的不同,系统工程可以分为:农农业业系系统统工工程程,军军事事系系统统工工程程、能能源源系系统统工工程程、交交通通系系统工程等等。统工程等等。系统工程是一门综合性的科学,涉及的理论基础主要有:系统工程是一门综合性的科学,涉及的理论基础主要有:运运筹筹学学:线线性性规规划划、非非线线性性规规划划、动动态态规规划划、排排队队论论、决策论、图论、库存论等。决策论、图论、库存论等。概概率率论论与与数数理理统
2、统计计学学;控控制制论论;信信息息论论;大大系统理论;系统理论;计量经济学计量经济学 v参考文献:v1 孙东川,林福永.系统工程引论.清华大学出版社.2004.10v2 汪应洛.系统工程理论、方法与应用(第二版).高等教育出版社.2003.4v3 汪应洛.系统工程(第三版).机械工业出版社.2004.4v4 迈克尔.杰克逊.系统思考.高飞,李萌译.中国人民大学出版社.2005.3v6 乔治.哈泽里格.系统工程.代振宇,王松译.清华大学出版社.2003.3v7 陈衍泰等.综合评价方法分类及研究进展.管理科学学报.2004,Vol.7,No.2:69-79v8 丁一中,Jennifer S.Sha
3、ng.管理科学.清华大学出版社2003.3系统的概念系统工程的概念第第一一章章 绪绪论论系统观念的发展系统的定义系统的基本特征系统的分类系统工程的概念系统工程的特征SE产生的基础系统的结构与功能系统工程的发展概况系统工程在中国的发展及应用系统工程的研究对象SE的内容与特点一、系统观念的发展一、系统观念的发展v系统思想的一个例子:烧水(7)烧饭(12)炒菜(7)淘米(3)洗菜(6)切菜(5)原时间:7+12+7+3+6+5=40分钟经过系统思考的时间:7+12+7=26分钟思考:你曾经在哪些方面作过系统的思考?思考:你曾经在哪些方面作过系统的思考?第第一一节节 系系统统的的概概念念案例北宋年间,
4、汴都(今河南开封)的宫室在遭北宋年间,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,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,设计出了一套方案,在工地前面的大街上挖取泥土使用,几天以后,大在工地前面的大街上挖取泥土使用,几天以后,大在工地
5、前面的大街上挖取泥土使用,几天以后,大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,河水流街被挖成了巨沟,并通过护城河与汴河相通,河水流街被挖成了巨沟,并通过护城河与汴河相通,河水流街被挖成了巨沟,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,于是便可从四入沟中,船只可直接由汴河驶入工地,于是便可从四入沟中,船只可直接由汴河驶入工地,于是便可从四入沟中,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,面八方运来建筑材料,再也不需经过郊区码头起卸,面八方运来建筑材料,再也不需经过郊区码头起卸,面八方运来建
6、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,在工程将要结束然后用陆运搬到工地的繁重手续了,在工程将要结束然后用陆运搬到工地的繁重手续了,在工程将要结束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,时,再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河,平土以后,时,再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河,平土以后,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。这一设计方案由于系统解决了取土、重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、运输、清除废料
7、和修复街道等多项任务,因此节省了运输、清除废料和修复街道等多项任务,因此节省了运输、清除废料和修复街道等多项任务,因此节省了运输、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。大量的人力、物力和财力,并使工程提前完工。大量的人力、物力和财力,并使工程提前完工。大量的人力、物力和财力,并使工程提前完工。案例v在中国战国时期,曾经有过一次流传后世的赛马比赛-田忌赛马。岷江,是长江所有支流中流量最大的一条江。岷江,是长江所有支流中流量最大的一条江。大流量从数百公里崇山峻岭之中奔腾而下,大流量从数百公里崇山峻岭之中奔腾而下,简直就是一头巨兽,从海拔数千米的山地,简直
8、就是一头巨兽,从海拔数千米的山地,在今都江堰地区进入海拔只有几百米的成都在今都江堰地区进入海拔只有几百米的成都平原,后果不堪设想,平原,后果不堪设想,却被都江堰轻轻却被都江堰轻轻收拾,切割成两条江,其中一条通过宝瓶口收拾,切割成两条江,其中一条通过宝瓶口乖乖的进入成都。乖乖的进入成都。灌县玉玉垒垒山山都都江江堰堰修修建建前前灌灌县县一一带带岷江v灌溉工程都江堰(李冰父子所建)v功能防止岷江水患v 灌溉農田v設計利用西北向東南v 傾斜地勢開挖河渠都江堰水利樞紐灌溉區都江堰水系图谱都江堰水利工程在四川省岷江中游,它是由渠首和渠道两大部分组成,都江堰水利工程在四川省岷江中游,它是由渠首和渠道两大部分
9、组成,渠首工程包括都江鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三部分,都江鱼嘴是建在岷江渠首工程包括都江鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三部分,都江鱼嘴是建在岷江中流的分水建筑工程,它把岷江一分为二,东边的叫内江,供灌溉渠用中流的分水建筑工程,它把岷江一分为二,东边的叫内江,供灌溉渠用水;两边的的叫外江,是岷江正流,内江水通过宝瓶中流入密如蛛网的水;两边的的叫外江,是岷江正流,内江水通过宝瓶中流入密如蛛网的渠道系统。都江堰水利工程是一个以灌溉为主兼有防洪、运输功效的综渠道系统。都江堰水利工程是一个以灌溉为主兼有防洪、运输功效的综合水利工程。它的建成既解除了岷江泛滥之灾,又便利了航运,并灌溉合水利工程。它的建成既解除了岷江泛滥
10、之灾,又便利了航运,并灌溉农田农田300万亩,使成都平原成为万亩,使成都平原成为“水旱从人,不知饥馑水旱从人,不知饥馑”、旱涝保收的、旱涝保收的“天府之国天府之国”。它可谓是中国水利史上的颗明珠。李冰也由此得到了人民。它可谓是中国水利史上的颗明珠。李冰也由此得到了人民的尊敬,有诗称赞李冰的功绩胜过大禹:的尊敬,有诗称赞李冰的功绩胜过大禹:“始知李太守,伯禹亦不如始知李太守,伯禹亦不如”。岷 江岷 江 都江堰示意图内江内江外江外江宝瓶口宝瓶口离堆离堆飞沙堰飞沙堰分水堤都江堰由分水堤、都江堰由分水堤、宝瓶口和飞沙堰宝瓶口和飞沙堰三部分组成。外三部分组成。外江是正流,可排江是正流,可排洪通航;内江供
11、洪通航;内江供灌溉,江水通过灌溉,江水通过宝瓶口流入成都宝瓶口流入成都平原。当内江水平原。当内江水流过大时,江水流过大时,江水漫过飞沙堰,流漫过飞沙堰,流入外江。都江堰入外江。都江堰能灌溉农田能灌溉农田300万亩。万亩。堰:堰:挡水堤坝挡水堤坝“我以为,中国历史我以为,中国历史上最激动人心的工上最激动人心的工程不是长城,而是程不是长城,而是 都江堰都江堰。”水利工程水利工程都江堰灌溉成都平原將岷江分為內外的都江魚嘴活動調節水堤近代系统工程实例近代系统工程实例v阿波罗登月计划阿波罗登月计划 参加人员约参加人员约42万,万,120所大学实验室,耗资所大学实验室,耗资240亿美元,亿美元,1969年
12、实现登月。年实现登月。在这个高科技系统在这个高科技系统下面,有众多的分系统,如:飞船系统、通讯下面,有众多的分系统,如:飞船系统、通讯系统和测试系统等等。这些分系统下面又包含系统和测试系统等等。这些分系统下面又包含无数小系统。实现总体最优。无数小系统。实现总体最优。v三峡工程三峡工程 1993年开始施工准备,历经年开始施工准备,历经10年,涉及防洪、年,涉及防洪、发电、航运、移民安置、生态环境、国防安全、发电、航运、移民安置、生态环境、国防安全、区域经济发展等各个方面。区域经济发展等各个方面。案例v航天系统工程(神5,神六)v两弹一星v但系统思想的产生决非偶然一时的时髦,而是有着深远的历史思想
13、渊历史思想渊源和现代科学技术基础源和现代科学技术基础。v正如恩格思所说:人们远在知道什么是系统思想和系统工程之前,就已辩证地系统思维了,知道什么是辩证法之前,就已辩证地思考了。v系统思想经历了从经验经验到哲学哲学又到科学科学;从思辩思辩到定性定性又到定量定量的发展过程。系统概念的产生过程:认识处于总体思维阶段强调自然界整体性统一性细节的认识靠臆造和猜测古代朴素的系古代朴素的系统观统观古古 代代近近 代代现现 代代从总体到局部细节的研究实验、解剖和观察的方法孤立的研究与科学发展相抵触形而上学的思形而上学的思维方式维方式更深入的了解局部细节,建立了事物整体与构成整体的各部门间的桥梁科学的系统观科学
14、的系统观系统定义系统定义v系统由相互联系,相互作用的许多要素结合而成的具有特定功能的统一体。v三个基本点:1 系统是由若干元素组成的;2 元素间相互作用、相互依赖;3 元素间的相互作用,使系统作为一个整体具有特定功能。钱钱学学森森:“系系统统是是指指依依一一定定秩秩序序相相互互联联系系着着的的一一组组事事物物。”(中中国国“系系统统论论”和和“控控制制论论”的的奠奠基基人人之之一)一)这这里里的的每每一一组组“事事物物”或或每每一一个个“组组成成部部分分”称称为为系系统统的的“要要素素”。系系统统是是由由许许多多“要要素素”组组成成的的。系系统统具有不同于组成它的若干要素的新的属性,即具有不同
15、于组成它的若干要素的新的属性,即“系统性系统性”。系系统统内内部部,还还可可以以按按其其组组成成部部分分划划分分为为若若干干“子子系系统统”。这这说说明明,子子系系统统和和系系统统的的关关系系是是相相对对的的,可可以以相相互互转化。转化。三、系统的基本特征三、系统的基本特征1.集合性集合性表明系统是由多个可相互区别的要素表明系统是由多个可相互区别的要素组成。组成。2 相关性相关性v 相关性包括:系统内部各要素间;要素与系统整体间;系统与环境间的有机联系。v如不存在相关性,众多的要素如同一盘散沙,只是一个集合,而不是一个系统。3阶层性阶层性v一个大的系统,包含很多层次,上下层之间是包含与被包含的
16、关系,或领导和被领导的关系。v如:行政系统,军队,企业。v在组织管理工作中,系统的层次与管理的跨度是一对矛盾。4 整体性整体性v系统是作为一整体存在与特定环境中,与特定环境发生相互作用的。v系统整体的涌现性:系统各个部分组成一个整体后,系统整体功能大于其组成要素功能的总和。v系统层次间的涌现性:当低层次上的几个部分组成上一层次时,一些新的功能也会涌现出来。l 这就是我们常说的:“三个臭皮匠,赛过一个诸葛亮”。5 涌现性涌现性l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?答案是否定的!最典型的就是人们所说的“一个和尚挑水吃,两个和尚抬水吃,三个和尚没水吃”。l这是因为,这三个和尚没有形
17、成一个“系统”,这些“和尚要素”相互不协调、不统一,才使得集体运水的效果急减。这就说明,要使得整体的功能大于部分功能之和,组成该整体的各要素必须协调统一。l也就是说,系统的功能,也与要素间的关系,即系统的结构有关。6目的性目的性v目的性是系统存在的条件。开发系统工程项目的首要工作是确定系统的目的性。v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,生物系统的目的性就是增殖个体、繁衍物种、保存生命;v同样,人造系统也有它的目的性,如企业的经营目的,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
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