第1讲、系统工程概述

系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234561第一讲、系统工程概述一、系统工程方法课程简介1.为什么学习系统工程？学习“系统工程”的必要性和意义可以从以下几个方面去理解：1)结合自己学习、专题实验、或一些著名“系统”设计开发的成败去理解“工程”是设计开发的意思，“系统工程”简单讲是关于系统设计开发有关的知识、原理与方法。在前期课程学习中，大家已经接触大各种各样的系统，如：自动化专业概论—各种控制系统的例子；微机原理与接口技术--微机控制系统现代检测技术--检测系统计算机控制技术--计算机控制系统图像测量技术，图像处理与模式识别--图像处理系统，机器人嵌入式系统单片机原理及应用DSP技术及应用PLC技术及应用CPLD技术及应用而且，大家在相关课程实验、专题实验、或部分同学参加的竞赛项目中，已经开发过，或体验过一些系统的设计开发过程，例如：交通灯控制实验；用LabVIEW开发信号发生器、滤波器等；温箱温度测控系统、水位控制系统、智能仪表控制系统等实验；图像处理程序的设计开发，Java图形化程序设计；控制系统MATLAB分析与综合设计；LCD显示驱动程序开发；实时信号处理与数字信号处理器设计开发；嵌入式系统应用编程；“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛；系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234562CCTV机器人大赛；ACM校内、国内、国际程序设计大赛等。特别是一些著名的“系统”设计开发的成败决定了相关著名企业、著名人士的起伏与成败，例如：IBM→微软→Google→Twitter，驱动力来源于：创新精神？技术作用？或历史机遇？微软的Vista为什么会失败？360为什么能在桌面安全管理软件中脱颖而出？苹果公司目前市值第一，它为什么会成功？任正非为什么能带领华为走向成功？从史玉柱的历史变迁，你能发现什么？诺基亚+微软、苹果、安卓手机，谁将胜出？小米手机目前正在热炒，你认为其前景如何？你怎么看待有关腾讯“复制模式”的争议？根据瓦良格号改装的航母已经完成试航行，预计2015才能成作战能力，中国实现航母梦为什么如此艰难？中国在有限的技术能力支持下为什么能成为航天大国？从以上三个方面，特别是从著名系统、企业、人士的成败与起伏的案例分析中，思考以下问题：决定系统设计开发成排的主要因素有哪些？系统设计开发面临的主要困难和问题是什么？“系统工程”学科或本课程应该包括哪些知识？2)无所不在的“系统”和“系统工程”3)大量的从事系统工程和系统集成公司4)官员口中的常用词5)多种多样的系统工程学科工业系统工程农业系统工程环境系统工程军事系统工程人口系统工程经济系统工程系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234563生态系统工程气象系统软件工程。。。。。6)人才市场对系统分析、设计和开发人才不断增长的需求7)为多种领域中复杂系统的研究提供基本方法8)控制科学与工程一级学科下的“系统工程”二级学科的基础课程2.系统工程学科的形成与发展1)重大系统工程问题的推动●美国二战中重大军事活动、关键军事系统开发和重大科研项目组织管理的需要（“曼哈顿”计划，“阿波罗”计划）●国家两弹一星工程●经济系统分析和企业管理●计算机集成制造系统（CIMS）●网络化系统等2)基础学科研究的推动●控制论●一般系统论●信息论●运筹学●动力系统●大系统理论等3)相关研究领域提供的新概念和新方法的引入●数学（动力系统，系统稳定性理论，最优化理论与方法）●物理学（普利高津的“耗散结构理论”，哈肯的“协同学”）●生物系统的研究（遗传学、生物神经系统、免疫系统、网络生物学、系统生物学）等4)技术学科的推动●计算技术●通信和网络技术●自动化技术等5)本学科体系的不断完善●系统建模●系统仿真●系统优化●系统决策系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234564●系统评价●系统可靠性分析等3.西安交大系统工程专业发展历程1)1977.11：胡保生、汪应洛和李人厚三人向教育部建议我国设立系统工程专业，西安交大系统工程专业开始筹建。2)1978.5:教育部在我校召开六校座谈会讨论筹建系统工程事宜。我校系统工程专业成立，开始招收、培养硕士生。3)1979.9.15:经教育部批准，西安交通大学系统工程研究所成立。下设大系统理论与应用、系统建模与仿真、系统分析与方法和人口系统等四个研究室。由胡保生任所长、汪应洛任副所长。4)1981.5:招收第一名博士生。5)1982.6:国务院学位委员会确定我校系统工程专业为首批博士学位和硕士学位授予点。6)1983年在系统工程研究所人口研究中心的基础上成立人口与经济研究所，蒋正华任所长7)1986.7:经国家教委和国家计委评审，我校系统工程专业确定为重点建设学科。8)1987:获世界银行贷款120万美元，与机械制造工程重点学科共建《机械制造系统工程国家重点实验室》。9)1996.10:重点实验室建成，经验收对外开放。10)1996:作为重点学科成为西安交通大学211工程重点建设单位，获495万元支持，负责建设《工业系统工程实验室》，于1999年底建成。11)2000：学校“行动计划”重点支持单位12)2001.8:重点学科评估为全国第一。13)2001-至今：获得“211”和“985行动计划”持续重点支持。4.西安交大系统工程专业研究对象的演变1)经济与管理系统2)人口与经济系统3)工业过程系统4)计算机集成制造系统（CIMS）5)目前主要研究方向(1)网络化系统工程网络化系统的经济性和安全性网络化系统的调度与控制系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234565网络化系统的建模、仿真和优化(2)先进制造系统工程离散事件系统（DEDS）建模、调度、控制与仿真制造业信息化工业机器人控制。(3)先进信息系统工程：基于Web的先进信息系统工作流模型研究与应用基于构件的系统开发方法集群并行计算与优化系统集成的理论与方法据挖掘和知识发现等。(4)复杂系统理论与应用：大系统理论与应用复杂系统的智能控制运行状态监测与诊断多源信息融合等(5)航天系统工程卫星轨道计算、建模和分析卫星测控系统(6)生物信息处理与系统生物学基因组序列结构分析全基因组范围的疾病关联性分析剪接体的建模、仿真与分析(7)计算社会学社会网络分析舆论传播动力学分析5.西安交大系统工程专业目前主要的研究方向1)集成化网络安全防卫系统2)网络化系统工程3)网络化控制与复杂系统认知方法4)市场环境下的电力系统资源优化调度与市场竞标系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/12345665)离散和混合制造系统的建模、仿真、控制与优化6)生物信息处理与系统生物学7)大工业过程的智能控制理论与应用8)航天测控系统工程9)智能机器人和嵌入式系统10)虚拟现实与先进制造系统11)智能电网12)计算社会学6.系统工程学科的特点1)以（复杂）系统为研究对象2)是一门交叉学科(1)综合运用多学科的技术和方法(2)来源于其它学科研究成果的推动(3)其成果对其它学科的影响3)面向应用，内容发展变化快4)应用领域广7.“系统工程方法”课程特点1)内容多，一口袋方法2)内容更新快3)原理性知识占一定比例4)宏观、抽象5)实践性强8.系统方法课程的主要内容第一章概述§1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1.2系统的特性描述1.1.3一般系统的分类1.1.4系统的结构与功能1.1.5系统的规模与复杂性系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234567§1.2系统工程的基本概念1.2.1系统工程的定义1.2.2系统工程的形成与发展1.2.3系统工程方法论框架1.2.4系统生命周期1.2.5系统工程过程1.2.6系统管理第二章系统工程方法论（一）§2.1系统建模2.1.1系统模型的定义2.1.2系统模型的形式与特征2.1.3系统模型分类2.1.4系统建模原则2.1.5系统建模步骤2.1.6系统建模方法§2.2优化技术2.2.1系统优化的一般概念2.2.2优化模型2.2.3线性优化方法2.2.4非线性优化方法2.2.5多目标优化方法2.2.6动态系统优化简述§2.3系统行为预测2.3.1系统行为预测概述2.3.2时间序列分析法2.3.3回归分析法2.3.4状态空间模型法2.3.5神经网络模型法2.3.6定性预测方法§2.4决策方法2.4.1决策的基本概念2.4.2决策分析过程2.4.3静态风险型决策方法2.4.4一般静态不确定型决策方法2.4.5动态规划与搜索策略2.4.6多目标决策第三章系统工程方法论（二）系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/1234568§3.1系统性能评价3.1.1系统性能评价概述3.1.2评价指标体系3.1.3评价步骤3.1.4费用-效益分析法3.1.5关联矩阵法3.1.6关联树方法3.1.7模糊评判法3.1.8层次分析法§3.2系统仿真3.2.1系统仿真概述3.2.2仿真建模方法3.2.3离散事件系统仿真3.2.4连续时间系统仿真3.2.5系统仿真举例§3.3系统可靠性分析3.3.1系统可靠性概述3.3.2可靠性指标3.3.3计算方法3.3.4分析举例§3.4系统可维护性分析3.4.1系统可维护性概述3.4.2可维护性的度量3.4.3分析方法3.4.4举例§3.5系统可用性分析3.5.1系统可用性概述3.5.2可用性度量方法3.5.3系统中人的因素分析3.5.4系统可用性分析方法3.5.5分析举例§3.6系统开发成本分析3.6.1系统开发成本分析概述3.6.2系统开发各阶段成本分析方法3.6.3开发成本分析举例§3.7网络化系统建模与分析方法3.7.1网络化系统概述3.7.2图论模型系统工程方法彭勤科，系统工程研究所，Tel：[phone]，Email：[e-mail]:202.117.14.75sem/12345693.7.3网络流优化方法3.7.4PERT网络图模型第四章系统设计§4.1系统概念设计4.1.1系统需求定义与分析4.1.2系统目标的综合、分析和评价4.1.3系统可行性分析4.1.4系统概念设计评审§4.2系统初步设计4.2.1系统初步设计需求分析4.2.2系统功能与结构的设计4.2.3子系统划分与功能分配4.2.4初步设计方案的描述4.2.5初步设计评审§4.3系统详细设计4.3.1系统详细设计需求分析4.3.2系统功能与结构的详细规定4.3.3各子系统的模块划分与功能分配4.3.4系统采用方法描述4.3.5系统实现方案的设计4.3.6系统详细设计的评审第五章系统实现§5.1系统集成5.1.1系统集成的定义5.1.2系统集成的特点5.1.3集成分类5.1.4集成参考模型5.1.5集成方法5.1.6系统集成举例§5.2系统工程管理5.2.1系统工程管理目标5.2.2管理活动5.2.3系统开发或实现计划5.2.4系统管理