系统工程导论精品文稿.ppt

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1、系统工程导论第1页，本讲稿共35页首先看看石墨和金刚石再来看看齐王赛马的故事最后说说系统工程系统工程第2页，本讲稿共35页第3页，本讲稿共35页系统的功能系统的功能F（C，S，E）F功能功能C 组成要素组成要素 S 结构结构 E 环境环境.系统的要素系统的要素系统的结构系统的结构环境因素环境因素系系统统概概述述第4页，本讲稿共35页系统工程系统工程课程简介课程简介系统工程是一门新兴学科系统工程是一门新兴学科系统工程是一门实用性很强的工程技术系统工程是一门实用性很强的工程技术系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控制论、管理科学等科学理论为

2、基础，高息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使命的管理与设计学科。总体协调使命的管理与设计学科。本课程讲授重点是：本课程讲授重点是：力图将这门组织管理的力图将这门组织管理的技术技术与运筹决策的与运筹决策的艺术艺术结合起结合起来介绍给学生。来介绍给学生。第5页，本讲稿共35页系统工程方法论系统工程方法论计算机技术计算机技术模型库模型库信息库信息库专家专家经验经验统计数据统计数据和资料和资料大型复杂人工系统和复合系统大型复杂人工系统和复合系统研究对象研究对象研究内容研究内容组织协调系统内部各要素的活动

3、，组织协调系统内部各要素的活动，使各要素为实现整体发挥适当作用使各要素为实现整体发挥适当作用研究目的研究目的实现系统整体目标最优化实现系统整体目标最优化第6页，本讲稿共35页参考教材参考教材谭跃进、陈英英武武、易易进先先编著著.1999.1999.系系统工工程程原原理理.湖湖南南长沙沙:国国防防科技大学出版社科技大学出版社.顾培亮培亮编著著.1998.1998.系系统分析与分析与协调.天津天津:天津大学出版社天津大学出版社.林定夷林定夷编著著.1998.1998.系系统工程概工程概论.广州广州:中山大学出版社中山大学出版社.汪汪应洛主洛主编.1999.1999.系系统工程工程.北京北京:机械工

4、机械工业出版社出版社.Modeling Modeling the the Environment-An Environment-An introduction introduction to to system system dynamics dynamics models models of of environmental environmental systemssystemsAndrew Andrew Ford Ford ed.ed.Island Press,1999.Island Press,1999.第7页，本讲稿共35页第一章第一章导导论论第一节第一节 系统工程的定位第二节第二节

5、 系统工程的发展概况第三节第三节 学习系统工程的意义第四节第四节 系统工程方法论第8页，本讲稿共35页一、系统工程与与其他相近学科的关系一、系统工程与与其他相近学科的关系二、系统概述二、系统概述三、系统工程定义三、系统工程定义第一节第一节系统工程的定位系统工程的定位四、系统工程在资源学科中的地位四、系统工程在资源学科中的地位第9页，本讲稿共35页系统分析运筹学系统工程系统科学？系统工程的定位系统工程的定位系统工程与与其他相近学科的关系系统工程与与其他相近学科的关系第10页，本讲稿共35页奥地利理论生物学家贝塔朗菲将系统论分为：一般系统论一般系统论 -关于关于“系统系统”的科学，对各种不同的具体

6、科的科学，对各种不同的具体科 学（物理学学（物理学、生物学、经济学等）的系统进行科学、生物学、经济学等）的系统进行科学的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统系统技术系统技术涉及涉及系统工程系统工程的内容，着重研究系统思想的内容，着重研究系统思想与系统方法在与系统方法在现代科学技术和社会的各种系统中的现代科学技术和社会的各种系统中的实际应用实际应用系统哲学系统哲学包括系统本体论、系统认识论、以及人与包括系统本体论、系统认识论、以及人与世界关系的价值观、人本主义等等世界关系的价值观、人本主义等等系统工程的定位系统工程的定位 系统科学系统科学 系统工

7、程系统工程系统科学系统科学:一门从总体上研究复杂系统共同运动规一门从总体上研究复杂系统共同运动规律的科学律的科学 系统工程系统工程 :一门系统科学、工程技术学、经济学和一门系统科学、工程技术学、经济学和 管理学等相结合的管理学等相结合的 组织管理技术，是组织管理技术，是 一种改造客观世界的工程技术，同时也一种改造客观世界的工程技术，同时也 一种运筹与决策的艺术。一种运筹与决策的艺术。第11页，本讲稿共35页系统分析系统分析 系统工程系统工程 系统工程系统分析系统工程系统分析 系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列 系统工程包括系统分析、系统设计和决

8、策分析系统工程包括系统分析、系统设计和决策分析本课程体系：系统工程系统分析系统决策本课程体系：系统工程系统分析系统决策系统工程的定位系统工程的定位第12页，本讲稿共35页运运筹筹学学和和系系统统工工程程可可以以看看作作是是属属于于一一个个领领域域中中的的两两个个姐姐妹妹学学科科，都都是是系系统统思思想想方方法定量化的实际应用研究。法定量化的实际应用研究。运运筹筹学学的的目目的的：增增加加现现有有系系统统效效率率的的分分析析工工作作，通通常常涉涉及及现现已已存存在在系系统统的的运运营营情情况况，如如工工厂厂、市市场场等等系系统统；以以专专业业技技术术为为导导向向，分分析析程程序序由由下下而上而上

9、（战术）（战术）系系统统工工程程：对对若若干干可可供供选选择择的的执执行行特特定定任任务务的的系系统统方方案案进进行行选选择择比比较较；以以问问题状况为导向，分析程序题状况为导向，分析程序由上而下由上而下（战略）（战略）系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）运筹学运筹学系统工程系统工程系统工程的定位系统工程的定位第13页，本讲稿共35页 部件及属性、部件及属性、环境及界环境及界限、输入与输出限、输入与输出系统概述系统概述西方传统系统思想西方传统系统思想中国传统系统思想中国传统系统思想系统的定义系统的定义系统的构成要素系统的构成要素系统的分类系统的分

10、类基本特性基本特性第14页，本讲稿共35页3 3 近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐渐把渐把世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系统是自组织演化的。统是自组织演化的。4 4 马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层

11、次的；马世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次的；马克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时可以产生新的东西，新的力量。可以产生新的东西，新的力量。也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的含量不同可以组成铁、钢含量不同可以组成铁、钢，等，等整体和部分关系整体和部分关系系系统统概概述述一一西方传统系统思想演化西方传统系统思想演化1 1公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学家们就家们就探索了系统的基本思想，认识到

12、世界是一个系统，由探索了系统的基本思想，认识到世界是一个系统，由一些基本要素组成一些基本要素组成；并认识到；并认识到整体和部分的辨证关整体和部分的辨证关系。系。2 2著名古希腊哲学家亚里士多德（著名古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）在公元）在公元前三百多年就提出整体是由部分组成，但是整体效益前三百多年就提出整体是由部分组成，但是整体效益却大于各个部分的效益总和。却大于各个部分的效益总和。第15页，本讲稿共35页二二中国传统系统思想中国传统系统思想中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至更早就已经形成了。更早就已经形成了。最早是八卦与

13、周易最早是八卦与周易公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出了精辟的看法了精辟的看法黄帝内经黄帝内经“天人相应天人相应”孙子兵法孙子兵法，李冰父子建造都江堰，李冰父子建造都江堰均含系统的思想均含系统的思想（参见顾基发（参见顾基发,唐锡晋唐锡晋.2000.从古代系统思想到现代东方系统方法论从古代系统思想到现代东方系统方法论.系统工程理系统工程理论与实践论与实践,(1):8992.）系系统统概概述述第16页，本讲稿共35页小资料：都江堰小资料：都江堰水的顺势疗法水的顺势疗法参见：中国国家地理，参见：中国国家地理，2003年第年第9期（四川专辑

14、）期（四川专辑）公元前272年，李冰担任蜀郡郡守，一是让岷江水经过成都，使航道畅通，同时在发洪水时控制水，不使其泛滥平原：在岷江河道上建立一个既能引水又能防洪的水利工程。中国古人为实现战争目的而在岷江上修建的都江堰，是世界上最早的无坝引水工程，从建成至今的2258年间生生不息，把成都平原从“水乡泽国”变成了“天府之国”。与平均寿命50年的现代大坝相比，都江堰足以证明“疏导治水”理念的成功。用竹片编成笼，笼内装满卵石，用渡船抛至江心，4年后，在岷江河道中间出现了一个类似大鱼嘴的江心坝，岷江水被一分为内外两江；在2000多年前的战国时代，生产工具的局限使得人们只能使用棍棒和铁锤把大山凿开，李冰妙计

15、为：用火烧岩石，直烧到岩石发红，再用冰凉的江水浇在滚烫的岩石上，岩石在热胀冷缩中裂成碎块，这时民工再用棍棒和锤子凿开石壁，工程进度会快的多。历经8年，玉垒山山体上劈开一条宽为20米、长80米的水路，后人将此进水口称为“宝瓶口”。系系统统概概述述第17页，本讲稿共35页系系统统概概述述第18页，本讲稿共35页现代水利学中的现代水利学中的“弯道弯道环流环流”原理。凹岸、凸原理。凹岸、凸岸、泥沙沉积岸、泥沙沉积系系统统概概述述第19页，本讲稿共35页系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途钱学森：系统是由相互钱学森：系统是由相互作用作用和相

16、互和相互依赖依赖的若干的若干组成组成部分部分结合结合的具有的具有特定功能特定功能的有机整体。的有机整体。系系统统概概述述三三系统的定义系统的定义第20页，本讲稿共35页图图1.1 1.1 系统的基本概念图系统的基本概念图 系系统统概概述述第21页，本讲稿共35页系统的诸部件及其属性系统的诸部件及其属性：结构部件、操作部件、流部件：结构部件、操作部件、流部件S（C，S，F，E）S结构结构 C 组成要素组成要素 F 功能功能 E 环境环境.【1 1】【2 2】【3 3】系系统统概概述述四四系统的构成要素系统的构成要素系统的环境及其界限系统的环境及其界限系统的输入与输出系统的输入与输出 第22页，本

17、讲稿共35页图图1.2系统结构图系统结构图系系统统概概述述 f Y处理器 反 馈 输出 输入 第23页，本讲稿共35页 原材料 生产车间 办公室 成品库 商品销售系统 社会供应系统 成品输出 原材料等输入 外界社会系统环境 图图1.3系统活动结构图系统活动结构图物质流信息流指令流工厂生产系统系系统统概概述述第24页，本讲稿共35页自然系统自然系统人造系统人造系统实体系统实体系统概念系统概念系统动态系统动态系统静态系统静态系统控制系统控制系统行为系统行为系统开放系统开放系统封闭系统封闭系统系系统统概概述述五五 系统的分类系统的分类第25页，本讲稿共35页六六系统的基本特性系统的基本特性适适应应性

18、性动动态态性性相相关关性性目目的的性性层层次次性性整整体体性性系系统统概概述述第26页，本讲稿共35页【1 1】对象对象 【2 2】内容内容 【3 3】目的目的【4 4】特点特点整体性（系统性）整体性（系统性）关联性（协调性）关联性（协调性）综合性（交叉性）综合性（交叉性）满意性（最优化）满意性（最优化）运用系统科学的一般规律和数学方法，运用系统科学的一般规律和数学方法，通过各要素的合理组合以及适当的控制、通过各要素的合理组合以及适当的控制、协调技术，使系统的功能最优化。协调技术，使系统的功能最优化。系统工程定义系统工程定义系统工程定义系统工程定义第27页，本讲稿共35页第二节第二节系统工程的

19、发展概况系统工程的发展概况一、一、系统工程的形成与发展系统工程的形成与发展二、二、系统工程在我国发展的概况系统工程在我国发展的概况三、三、系统工程的应用系统工程的应用第28页，本讲稿共35页系统工程的发展概况系统工程的发展概况系统工程的形成与发展系统工程的形成与发展形成：形成：20世纪世纪40年代。初期是在现代科学技术和军事需年代。初期是在现代科学技术和军事需要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合地地运用电子计算机等各种现代技术，担负总体

20、协调使运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使命的管理与设计学科而产生的。命的管理与设计学科而产生的。1938年英国正面临着德国飞机空袭（年英国正面临着德国飞机空袭（film:伦敦上空伦敦上空的鹰）防空作战系统（雷达站、高炮阵地、机场的鹰）防空作战系统（雷达站、高炮阵地、机场和飞机等）运行问题和飞机等）运行问题曼哈顿计划曼哈顿计划贝尔电报电话公司贝尔电报电话公司第29页，本讲稿共35页成熟：成熟：20世纪世纪70年代，系统工程进入到解决各种复杂大系年代，系统工程进入到解决各种复杂大系统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协调方面。调方面。系统

21、工程的发展概况系统工程的发展概况发展：发展：系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以1957 年美国学者年美国学者H.Goode&R.Machol 合著的合著的系统工程系统工程 （Systems Engineering）一书的出版作为标志。）一书的出版作为标志。到到20世纪世纪60年代，系统工程的发展开始推广应用于技术年代，系统工程的发展开始推广应用于技术内容内容虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生态平衡等等）的

22、大系统。态平衡等等）的大系统。第30页，本讲稿共35页 “两弹两弹”的研制的研制 美美“阿波罗登月计划阿波罗登月计划”的冲击的冲击提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与发射提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与发射前预定的时间前预定的时间分毫不差分毫不差；飞船与登月舱的对接比预定时间相差；飞船与登月舱的对接比预定时间相差15秒；返回地球的轨道相差秒；返回地球的轨道相差1弧秒；进入大气层的时间与控制弧秒；进入大气层的时间与控制者预定时间相差者预定时间相差2秒；溅落到太平洋海域的精度只相差秒；溅落到太平洋海域的精度只相差1弧秒。弧秒。靠系统的协调技术！靠系统的协调技术！钱学森钱学森

23、系统工程的发展概况系统工程的发展概况系统工程在我国发展的概况系统工程在我国发展的概况第31页，本讲稿共35页科技管理科技管理农业系统工程农业系统工程企业系统工程企业系统工程工程项目管理工程项目管理教育系统工程教育系统工程人口系统工程人口系统工程军事系统工程军事系统工程系统工程的发展概况系统工程的发展概况社会系统工程社会系统工程经济系统工程经济系统工程能源系统工程能源系统工程水资源系统工程水资源系统工程区域规划系统工程区域规划系统工程环境生态系统工程环境生态系统工程交通运输系统工程交通运输系统工程系统工程的应用系统工程的应用第32页，本讲稿共35页实例：实例：2020世纪世纪6060年代初的美苏

24、核军备竞赛年代初的美苏核军备竞赛 K:核武器核武器的损伤值的损伤值 c：命中误差，：命中误差，即偏离目标中即偏离目标中心的距离心的距离 y：核武器的：核武器的当量当量苏：研制巨型核弹苏：研制巨型核弹（500万万1000万吨级万吨级)美：模拟核武器破美：模拟核武器破坏力的数学模型坏力的数学模型策略：策略：提高命中精度提高命中精度策略：策略：提高核武器当量提高核武器当量第三节第三节学习系统工程的意义学习系统工程的意义c 减少7/8;y 增加8倍；各自会怎样？第33页，本讲稿共35页系统工程原则上是一门系统工程原则上是一门“参谋课参谋课”，“顾问课顾问课”，工具课；需要结合专业知识。工具课；需要结合

25、专业知识。正确正确成功成功 学习系统工程的意义学习系统工程的意义国内外许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的国内外许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15以以上，而用于管理的费用一般只占总投资的上，而用于管理的费用一般只占总投资的36。潜移默化中提高处理问题的能力潜移默化中提高处理问题的能力通过提高管理和决策水平来提高我们工作效率通过提高管理和决策水平来提高我们工作效率充分运用各种资源，将他人优势转化嫁接充分运用各种资源，将他人优势转化嫁接有利于制定正确的政策和策略（可大可小）有利于制定正确的政策和策略（可大可小）第34页，本讲稿共35页课外阅读资料：课外阅读资料：体现全局观念和整体优化观念，蕴涵着朴素系统工程体现全局观念和整体优化观念，蕴涵着朴素系统工程 思思想的典范案例：想的典范案例：1.四川都江堰水利工程四川都江堰水利工程 2.明朝永乐年间的大铜钟浇铸工程明朝永乐年间的大铜钟浇铸工程 3.齐王赛马的故事齐王赛马的故事 4.美国贝尔电话公司发展通讯网络案例美国贝尔电话公司发展通讯网络案例 5.曼哈顿计划曼哈顿计划 6.“两弹两弹”的研制；的研制；7.美美“阿波罗登月计划阿波罗登月计划”第35页，本讲稿共35页