通信工程设计方案分析.pptx
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1、 通信工程设计导论通信工程设计导论 主讲:翟应斌主讲:翟应斌 2023/7/241 工程系统是以工程技术为核心的一种工程系统是以工程技术为核心的一种重要的人工系统。重要的人工系统。现代工程系统是由现代工程系统是由“研研究究开发开发设计设计制造制造运行运行管理管理”等等环节组成的工程链,每个环节都存在大量环节组成的工程链,每个环节都存在大量的技术、经济和社会等问题。需要培养大的技术、经济和社会等问题。需要培养大批能综合运用现代科学理论和技术手段,批能综合运用现代科学理论和技术手段,懂经营、会管理,兼备人文精神和科学精懂经营、会管理,兼备人文精神和科学精神的高素质的工程技术人才。神的高素质的工程技
2、术人才。2023/7/242 本课程是学习和研究一些相关的系统本课程是学习和研究一些相关的系统科学和系统工程理论,思考怎样把传统科学和系统工程理论,思考怎样把传统的工程专业技术与系统工程、工业工程的工程专业技术与系统工程、工业工程等先进的思想相结合,而运用到工程系等先进的思想相结合,而运用到工程系统的设计和实施中去。统的设计和实施中去。2023/7/243系统工程专业人员需要具备的综合知识体系系统工程专业人员需要具备的综合知识体系:1 1、哲学原理:自然哲学、管理哲学、系统哲学、哲学原理:自然哲学、管理哲学、系统哲学2 2、数学基础:高等数学、概率论与数理统计、数、数学基础:高等数学、概率论与
3、数理统计、数学分析、实变与泛函学分析、实变与泛函3 3、管理科学基础:普通管理学、决策分析、运筹、管理科学基础:普通管理学、决策分析、运筹学、预测学、统计学原理学、预测学、统计学原理4 4、系统科学基础:现代控制理论、大系统理论、系统科学基础:现代控制理论、大系统理论、复杂系统理论复杂系统理论5 5、心理学基础:普通心理学、管理心理学、组织、心理学基础:普通心理学、管理心理学、组织行为学行为学2023/7/2446 6、经济学基础:政治经济学、宏微观经济学、国、经济学基础:政治经济学、宏微观经济学、国民经济学、工程经济学民经济学、工程经济学7 7、计算机基础:计算机软硬件知识、管理信息系、计算
4、机基础:计算机软硬件知识、管理信息系统、决策与支持系统统、决策与支持系统8 8、其他系统研究知识:系统分析方法论、系统评、其他系统研究知识:系统分析方法论、系统评价学价学9 9、相关专业知识:农业、医药、水利、运输、建、相关专业知识:农业、医药、水利、运输、建筑。筑。2023/7/245 一、工程系统有关概念及其系统结构一、工程系统有关概念及其系统结构 二、工程系统设计和实施二、工程系统设计和实施 三、工程系统的决策与管理、试验、评三、工程系统的决策与管理、试验、评 定技术与运行保障定技术与运行保障 四、现代通信工程设计四、现代通信工程设计 五、工程教育与工程师培养五、工程教育与工程师培养20
5、23/7/246一、工程系统有关概念及其系统结构一、工程系统有关概念及其系统结构 (一)系统与系统工程知识(一)系统与系统工程知识 (二)系统工程的理论基础(二)系统工程的理论基础 2023/7/247(一)系统与系统工程知识(一)系统与系统工程知识系统的概念与定义系统的概念与定义 系统(系统(SystemSystem)的概念来源于人类长期的社)的概念来源于人类长期的社会实践。系统的概念通常用系统的含义、系统的分会实践。系统的概念通常用系统的含义、系统的分类和系统的整体性质来表达,综合反映出系统的本类和系统的整体性质来表达,综合反映出系统的本质和规律。质和规律。2023/7/248 我国系统工
6、程与系统论研究的倡导者我国系统工程与系统论研究的倡导者钱学森钱学森把把极其复杂的研究对象称为系统,认为极其复杂的研究对象称为系统,认为系统是由相互系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的具有特定功能的有机体的具有特定功能的有机体,而且这个系统本身又是,而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。它所从属的一个更大系统的组成部分。2023/7/249 系统是由相互联系、相互依赖、相互制约、相互系统是由相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的要素组成的具有整体功能和综合作为的统一体。作用的要素组成的具有整体功能和综合作为的统一
7、体。(1 1)系统必须由两个或两个以上的要素组成;)系统必须由两个或两个以上的要素组成;(2 2)系统各要素之间存在着相互联系)系统各要素之间存在着相互联系、相互依赖、相互依赖、相互制约、相互作用的关系(体现在他们之间进行的相互制约、相互作用的关系(体现在他们之间进行的物质的、能量的、信息的交换上);物质的、能量的、信息的交换上);(3)系统必须具有目的性和完整性)系统必须具有目的性和完整性 2023/7/2410 宇宙间的各种具体系统可分为自然系统和人工宇宙间的各种具体系统可分为自然系统和人工系统。系统。自然系统是天然产生和存在的各种系统,如生自然系统是天然产生和存在的各种系统,如生物(生命
8、)系统、物理系统等等。物(生命)系统、物理系统等等。人工系统是由人类活动创造出来的各种系统:人工系统是由人类活动创造出来的各种系统:(1 1)社会系统:文化、行政、教育、法律等)社会系统:文化、行政、教育、法律等 (2 2)工程系统:交通、通信、计算机等等)工程系统:交通、通信、计算机等等 (3 3)概念系统:哲学体系、科学体系、经济指)概念系统:哲学体系、科学体系、经济指标体系等等标体系等等 2023/7/2411系统的性质系统的性质 (1 1)相对性)相对性 (2 2)相关性)相关性 (3 3)目的性)目的性 (4 4)进化性)进化性/创新性创新性 (5 5)整体性)整体性 系统的现状是过
9、去变化的终结状态,同时又是未系统的现状是过去变化的终结状态,同时又是未来变化的初始状态。进化来变化的初始状态。进化/创新是系统得以继往开来创新是系统得以继往开来的延续关键。的延续关键。2023/7/2412系统工程系统工程 是把系统科学的知识应用于实际的是把系统科学的知识应用于实际的技术科学技术科学,为,为涉及社会涉及社会 科技科技 经济的综合系统的规划、设计、经济的综合系统的规划、设计、建造、实施和革新的各种工程技术提供理论和方法。建造、实施和革新的各种工程技术提供理论和方法。系统工程方法论是系统思想的具体化,是实施系系统工程方法论是系统思想的具体化,是实施系统工程的行为规范。统工程的行为规
10、范。2023/7/2413 工程(工程(EngineeringEngineering)是服务于某个特定目的是服务于某个特定目的的各项技术工作的总和,是人们根据设定的目标,的各项技术工作的总和,是人们根据设定的目标,应用有关的科学知识和技术手段,通过一系列有组应用有关的科学知识和技术手段,通过一系列有组织的活动将某些现有实体(自然的或人工的)转化织的活动将某些现有实体(自然的或人工的)转化为具有预期使用价值的为具有预期使用价值的物质产品物质产品的过程。的过程。2023/7/2414 项目(项目(ProjectProject)是要在一定时间,在预算规是要在一定时间,在预算规定范围内,达到预定质量水
11、平的一项一次性任务。定范围内,达到预定质量水平的一项一次性任务。项目是有明确的目标、时间规划和预算约束的项目是有明确的目标、时间规划和预算约束的复杂的活动,是一项独特的、不是完全重复以前的复杂的活动,是一项独特的、不是完全重复以前的活动。活动。项目包括产品项目和工程项目。项目包括产品项目和工程项目。2023/7/2415 产品项目产品项目是指具有批量生产价值的产品工程系是指具有批量生产价值的产品工程系统,包括产品整个生命周期中从概念形成到产品报统,包括产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素和整个过程。废处理的所有因素和整个过程。产品的开发从产品决策、开发设计方法、生产产品的开发从
12、产品决策、开发设计方法、生产制造方式到企业组织、控制生产过程和进行营销管制造方式到企业组织、控制生产过程和进行营销管理方法等,都从各方面影响着产品设计开发的目的、理方法等,都从各方面影响着产品设计开发的目的、手段和思维方法。手段和思维方法。2023/7/2416 工程项目工程项目是指具有特定的对象,有时间和资金是指具有特定的对象,有时间和资金限制,按照一定的组织程序和经济性要求,一次性限制,按照一定的组织程序和经济性要求,一次性规划设计完成的复杂的系统。规划设计完成的复杂的系统。工程项目的对象通常由可行性研究报告、项目工程项目的对象通常由可行性研究报告、项目任务书、设计图纸、规范、实物模型等定
13、义和说明任务书、设计图纸、规范、实物模型等定义和说明组成。组成。工程项目的时间限制是工程项目管理的一个重工程项目的时间限制是工程项目管理的一个重要目标,而财务和经济性问题是关系到工程项目是要目标,而财务和经济性问题是关系到工程项目是否立项、能否取得成功的最关键问题。否立项、能否取得成功的最关键问题。2023/7/2417 工程项目管理工程项目管理的基本目标是在限定的时间内,的基本目标是在限定的时间内,在限定的资源条件下,以尽可能快的进度、尽可能在限定的资源条件下,以尽可能快的进度、尽可能低的费用完成项目任务。低的费用完成项目任务。专业目标:功能、质量、生产能力等专业目标:功能、质量、生产能力等
14、 工期目标工期目标 费用目标:成本或投资费用目标:成本或投资 项目管理目标由项目任务书、技术设计和计划项目管理目标由项目任务书、技术设计和计划文件、合同文件(承包和咨询合同)具体定义。文件、合同文件(承包和咨询合同)具体定义。2023/7/2418 系统工程是组织管理技术,也是工程技术,包系统工程是组织管理技术,也是工程技术,包含有许多不同的专业门类。其中,专门含有许多不同的专业门类。其中,专门针对工程系针对工程系统的规划和设计统的规划和设计这一专业的系统工程,称为工程系这一专业的系统工程,称为工程系统工程。统工程。工程系统工程是应用于工程项目的系统工程,工程系统工程是应用于工程项目的系统工程
15、,是组织和管理工程系统的规划、研究、设计、发展、是组织和管理工程系统的规划、研究、设计、发展、试验、生产、使用和保障的科学方法,也是解决工试验、生产、使用和保障的科学方法,也是解决工程活动全过程的工程技术。程活动全过程的工程技术。2023/7/2419 工程项目是一个复杂的工程系统,工程系统运工程项目是一个复杂的工程系统,工程系统运作是项目管理的部分内容。作是项目管理的部分内容。项目管理侧重于项目的实施与建设过程的管理、项目管理侧重于项目的实施与建设过程的管理、优化和控制,而工程系统工程则着眼于工程项目的优化和控制,而工程系统工程则着眼于工程项目的技术方案构思、方案评估和设计优化等方面。技术方
16、案构思、方案评估和设计优化等方面。工程系统工程属于工程技术范畴,并以工程系统工程属于工程技术范畴,并以“工程工程设计作为其特有的学科基础。设计作为其特有的学科基础。”工程系统工程主要由系统工程过程、工程专业工程系统工程主要由系统工程过程、工程专业的综合、技术性能的规划和控制三部分组成。的综合、技术性能的规划和控制三部分组成。2023/7/2420 (1 1)系统工程过程)系统工程过程 系统工程过程是一种技术处理过程,其主要功系统工程过程是一种技术处理过程,其主要功能是以一套规范化的方法和程序从任务需求中完整能是以一套规范化的方法和程序从任务需求中完整地导出量化的系统技术要求,并确定能满足这些技
17、地导出量化的系统技术要求,并确定能满足这些技术要求的系统最优配置。术要求的系统最优配置。系统工程过程的主要工程活动是系统工程过程的主要工程活动是系统分析和综系统分析和综合。合。2023/7/2421 (2 2)工程专业的综合)工程专业的综合 工程专业的综合是将与工程系统的研制有关的工程专业的综合是将与工程系统的研制有关的各个工程专业,如可靠性、维修性、安全性、人因各个工程专业,如可靠性、维修性、安全性、人因工程、生产工程、后勤工程、价值工程等工程专业工程、生产工程、后勤工程、价值工程等工程专业的工作协调地纳入到系统的发展过程中,以保证它的工作协调地纳入到系统的发展过程中,以保证它们能对设计工作
18、施加影响,并最终满足对工程系统们能对设计工作施加影响,并最终满足对工程系统规定的要求。规定的要求。综合产品研制(综合产品研制(Integrated Product Integrated Product Development)IPDDevelopment)IPD2023/7/2422 (3 3)技术性能的规划和控制)技术性能的规划和控制 是对系统技术性能进行管理的过程,即从提出是对系统技术性能进行管理的过程,即从提出工程系统的任务需求发展到系统投入实际运行的全工程系统的任务需求发展到系统投入实际运行的全过程中,对所需进行的设计、发展、试验和鉴定工过程中,对所需进行的设计、发展、试验和鉴定工作实
19、施管理,以确保系统的技术性能达到预期目标。作实施管理,以确保系统的技术性能达到预期目标。技术性能的规划和控制包括系统的确定和控制,技术性能的规划和控制包括系统的确定和控制,以及系统技术性能的严整和管理。以及系统技术性能的严整和管理。2023/7/2423(二)系统工程的理论基础(二)系统工程的理论基础 系统的应用理论系统的应用理论 信息通信(包括信息处理和信息传递)信息通信(包括信息处理和信息传递)控制控制 运筹决策运筹决策2023/7/2424运筹决策运筹决策 一、从物理到事理一、从物理到事理 1 1、作为科学研究对象的客观世界是由物和事两方、作为科学研究对象的客观世界是由物和事两方面组成。
20、人类的知识由面组成。人类的知识由物之理与事之理物之理与事之理组成。物理是组成。物理是物质运动之理,事理是办成办好事情之理物质运动之理,事理是办成办好事情之理 物又常规,事又定则物又常规,事又定则 2 2、技术科学与运筹学、技术科学与运筹学 (1 1)技术科学撇开人的主观活动,仅仅研究自然)技术科学撇开人的主观活动,仅仅研究自然现象,研究物质运动和能量交换;现象,研究物质运动和能量交换;运筹学运筹学撇开物理过程,研究人的决策方式,即人们撇开物理过程,研究人的决策方式,即人们基于一定物质条件的办事策略。基于一定物质条件的办事策略。2023/7/2425 (2 2)技术科学提供的是问题的答案;)技术
21、科学提供的是问题的答案;运筹学提供的是运筹学提供的是活动的可选优化策略活动的可选优化策略 (3 3)技术科学使用)技术科学使用数学工具数学工具研究如场论、势论、波研究如场论、势论、波动方程、散度、旋度等问题;动方程、散度、旋度等问题;运筹学使用运筹学使用数学工具数学工具研究如合作、竞争、联盟、研究如合作、竞争、联盟、顾客、服务、库存、策略等问题顾客、服务、库存、策略等问题 2023/7/2426 二、运筹问题(谋定而后动)二、运筹问题(谋定而后动)凡需要通过定性谋划和定量计算而制定出行动方凡需要通过定性谋划和定量计算而制定出行动方案的问题,都是运筹问题。案的问题,都是运筹问题。1 1、规划问题
22、、规划问题 资源是有限的,活动是多项的。资源是有限的,活动是多项的。规划问题就是解决有限资源的最优分配问题。规划问题就是解决有限资源的最优分配问题。2 2、排队问题、排队问题 3 3、对策问题、对策问题 如何在竞争中通过正确运用策略以赢得竞争。如何在竞争中通过正确运用策略以赢得竞争。2023/7/2427 4 4、决策问题、决策问题 决策人如何根据自然状态发生的统计规律来选择自决策人如何根据自然状态发生的统计规律来选择自己的最优策略。己的最优策略。5 5、库存问题、库存问题 库存是由需求、供应、费用和存储策略构成的系统,库存是由需求、供应、费用和存储策略构成的系统,如何在缺货损失和存储损失中寻
23、找最佳的存储策略。如何在缺货损失和存储损失中寻找最佳的存储策略。2023/7/2428控制问题控制问题 控制控制是一种有目的的活动,是一种有目的的活动,人类改造客观世界的实人类改造客观世界的实践活动的核心就是践活动的核心就是控制控制。广义的控制广义的控制包括领导、指挥、支配、经营、管理、创包括领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制造、操纵、制裁、教育、调节、补作、设计、组建、制造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化等等。偿、决策、优化等等。控制论控制论研究一般控制规律,对各种系统实施控制,使研究一般控制规律,对各种系统实施控制,使系统的运行符合人们的期望。系统的运行符合人们的
24、期望。控制论控制论既可应用于工程技术系统,也可应用于社会经既可应用于工程技术系统,也可应用于社会经济系统和生物系统。济系统和生物系统。2023/7/2429 控制过程是一个不断获取、处理、选择、传送、利控制过程是一个不断获取、处理、选择、传送、利用用信息信息的过程。的过程。维纳维纳强调:强调:“控制工程的问题和通信工程的问题是不控制工程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的,而且,这些问题的关键并不是围绕电工能区分开来的,而且,这些问题的关键并不是围绕电工技术,而是围绕着更为基本的消息概念,而不论这消息技术,而是围绕着更为基本的消息概念,而不论这消息是由电的、机械的或神经的方式传递的。是由电的
25、、机械的或神经的方式传递的。”2023/7/2430 1 1、恒值控制、恒值控制 2 2、程序控制、程序控制 3 3、随动控制、随动控制 控制任务是保证控制任务是保证受控量受控量按照某个只能在系统运行过按照某个只能在系统运行过程中实时测定的变化规律来变化。程中实时测定的变化规律来变化。4 4、最优控制、最优控制 控制任务是:寻找并实现这样一个或一组控制任务是:寻找并实现这样一个或一组控制变量控制变量,在满足系统的约束条件的情况下,保证所关心的在满足系统的约束条件的情况下,保证所关心的系统系统性能指标或效益性能指标或效益达到最佳值。达到最佳值。2023/7/2431闭环控制闭环控制 在在控制器控
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