第一章 系统工程概述

山东建筑大学管理工程学院系统工程用系统的思想解决实际问题如何建立系统思想？如何运用系统思想？系统思维的建立系统模型的建立系统分析、评价方法系统工程综合应用工业工程领域数学、运筹、物理、经济、管理等学科知识山东建筑大学管理工程学院课程性质和任务：本课程是工程专业的专业限选课，是在学习了基础课和专业基础课后开设的。其任务是使学生对系统工程基础理论的整体情况与发展有一个系统的和基本的了解，并掌握相关的基础知识和基本方法，从而适应现代工业工程人才培养的需要。山东建筑大学管理工程学院教材：汪应洛主编.系统工程（第四版）.机械工业出版社山东建筑大学管理工程学院系统工程第一章系统工程概论第三章系统模型与模型化第五章系统评价方法第七章战略研究与管理第二章系统工程方法论第四章系统仿真及系统动力学方法第六章决策分析方法第八章系统工程应用实例山东建筑大学管理工程学院第一章系统工程概论第一节系统工程的产生、发展及应用第三节系统工程的概念与特点第二节系统工程的研究对象第四节系统工程的应用领域山东建筑大学管理工程学院第一节系统工程的产生、发展及应用一、系统思想的产生与发展二、系统理论的形成与发展三、系统工程的发展概况四、系统工程在中国的发展及应用本章目录山东建筑大学管理工程学院一、系统思想的产生与发展什么是系统？系统思想源于人类长期的社会实践。我国著名科学家钱学森认为“系统即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，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。”本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院一、系统思想的产生与发展1.朴素的系统思想及其初步实践在哲学上，把世界作为统一的整体古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特“宇宙大系统”最早使用“系统”一词辩证法奠基人之一赫拉克利特“世界是包括一切的整体”亚里士多德“整体大于部分的总和”本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院一、系统思想的产生与发展1.朴素的系统思想及其初步实践古代中国：老子自然界的统一性西周“五行说”（金木水火土）东汉张衡“浑天说”中国人做事善于从天时、地利、人和进行整体分析，主张“大一统”、“和为贵”中医诊病讲究形、气、色综合辩证中国人吃饭讲究色、香、味、鲜一体孙武《孙子兵法》都江堰本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（1）阴阳八卦说：《易》有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。太极：天地万物产生的本原两仪：阴阳阴——消极、退守、柔弱、地、秋、月、夜、女、黑、冷、降……阳——积极、进取、刚强、天、春、日、昼、男、白、热、升……四象：春夏秋冬、东西南北、阴阳刚柔、金木水火…八卦：乾、坤、震、巽(xun)、坎、离、艮(gen)、兑天、地、雷、风、水、火、山、泽本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院阴阳的概念，源自古代中国人民的自然观。古人观察到自然界中各种对立又相联的大自然现象，如天地、日月、昼夜、寒暑、男女、上下等，以哲学的思想方式，归纳出“阴阳”的概念。阴阳，代表一切事物的最基本对立面阴为寒，为暗，为聚，为实体化阳为热，为光，为化，为气化阴中有阳，阳中有阴，冲气以为和本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院在中国传统文化中指青龙、白虎、朱雀、玄武，分别代表东西南北四个方向。源于中国古代的星宿信仰，中国古代将天空分成东、北、西、南区域，称东方为苍龙象，北方为玄武(龟蛇)象，西方为白虎象，南方为朱雀象，是为“四象”。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院八卦：我国古代的一套有象征意义的符号。用“一”代表阳，用“--”代表阴，用三个这样的符号，组成八种形式，叫做八卦。每一卦形代表一定的事物。乾代表天，坤代表地，坎代表水，离代表火，震代表雷，艮(gèn)代表山，巽(xùn)代表风，兑代表沼泽。八卦互相搭配又得到六十四卦，用来象征各种自然现象和人事现象。所谓卦，其实是古代劳动人民通过测量太阳位置，从而知季节、记录劳作规律的手段。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（2）阴阳五行说：五行：金、木、水、火、土五音、五谷、五色、五脏、五畜……木生火、火生土、土生金、金生水、水生木。（顺次相生）水克火、火克金、金克木、木克土、土克水。(隔一相克）本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（3）老子：“天下万物生于有，有生于无”，“无，名天地之始，有，名万物之母”。“道生一，一生二，二生三，三生万物”。王安石将世界演化的顺序又解释为“天年生水，地二生火，天三生木，地四生金，天五生土”，“五行，天所以命万物者也”。认为世界上的事物先由天地生出五行----水、火、木、金、土，然后再形成万物。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（4）中医理论：我国中医理论也充分体现了系统科学的思想。古代中医理论强调了人体各器官之间的联系、生理现象与心理现象的联系、身体状况与自然环境的联系，把人的身体结构看作是自然界的一个组成部分，认为人体的各个器官是一个有机的整体。中医还用阴阳五行学说来说明五脏之间的相互依存、相互制约的关系，将自然现象、生理现象、精神活动三者结合起来分析疾病根源。在治疗上将人的养生规律与自然界的规律联系在一起，提出了“天人感应”的治疗原则。这实际上是强调了系统内各子系统之间的关系作用，系统与环境之间的关系作用。从上述论述中，我们可以看到无论是诊断还是治疗，中医都是把人作为一个整体，认为人体各部分之间存在着紧密的联系，将治病看作一个系统的、动态的控制过程。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（5）丁谓盖皇宫：北宋真宗年间，皇城失火，宫殿烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工程。他采用了一套综合施工方案，先在需要重建的大道上就近取土烧砖，在取土后的深沟中引入汴水，形成人工河，再由此水路运入建筑材料，从而加快了工程进度。皇宫修复后，又将碎砖废土填入沟中，重修大道。使烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重工程任务协调起来，从而在总体上得到了最佳解决，一举三得，节省了大量劳力、费用和时间。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（6）田忌赛马：战国时期，齐威王与田忌赛马，规定双方各出上中下三个等级的马各一匹。如果按同等级的马比赛，齐王可获全胜。田忌的谋士孙膑提出的以下、上、中对齐王的上、中、下对策，使处于劣势的田忌战胜齐王，这是从总体出发制定对抗策略的一个著名事例。齐王:上中下田忌:下上中本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（6）都江堰水利工程：都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。2200多年来，至今仍然连续使用，发挥着巨大效益。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（6）都江堰水利工程：“鱼嘴”分水工程—“鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它把岷江分成内外二江。西边叫外江，是岷江正流，主要用于排洪；东边沿山脚的叫内江，是人工引水渠道，主要用于灌溉。鱼嘴的设置极为巧妙，它利用地形、地势，巧妙地完成分流引水的任务。春天，岷江水流量小，灌区正值春耕，需要灌溉，这时岷江主流直入内江，水量约占六成，外江约占四成，以保证灌溉用水；洪水季节，二者比例又自动颠倒过来，内江四成，外江六成，使灌区不受水涝灾害。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（6）都江堰水利工程：“飞沙堰”溢洪道—在鱼嘴以下划分内、外二江的堤叫金刚堤。堤下段有一低平的地段，洪水季节这里浪花飞溅，是内江的泄洪道。它具有泄洪排沙的显著功能，故又叫它“飞沙堰”。飞沙堰可将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这里抛入外江（主要是巧妙地利用离心力作用），确保内江通畅。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院中国古代朴素的系统思想及应用（6）都江堰水利工程：“宝瓶口”引水口—宝瓶口，是玉垒山伸向岷江的长脊上凿开的一个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，因形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶口。宝瓶口宽度和底高都有极严格的控制，古人在岩壁上刻了几十条分划，取名“水则”，那是我国最早的水位标尺。内江水流进宝瓶口后，通过干渠把江水一分为二。再二分为四，一分再分，形成自流灌溉渠系，灌溉近一万平方公里，一千余万亩农田。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院一、系统思想的产生与发展2.科学系统思想的形成古代朴素的系统思想——只见森林15世纪，自然科学从哲学中分离出——只见树木19世纪，能量转化、细胞学说、进化论等——先见森林、后见树木本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展系统论（或狭义的一般系统论），是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。代表人物：奥地利理论生物学家贝塔朗菲。控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，“信息”与“控制”等是其核心概念。它是继一般系统论之后，由数学家维纳在20世纪40年代创立的。信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论。20世纪下半叶以来，系统理论对管理科学与工程实践产生了深刻的影响。系统工程学的创立，则是发展了系统理论的应用研究，它为组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用提供了一种有效的科学方法。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（1）贝塔朗菲定律系统的属性总是多于组成它的各个要素在孤立状态时的属性之和。系统对可累加或不可累加的某一具体属性的数量既可起到放大作用，也可起缩小作用。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（2）五率最高定律在保证实现环境允许系统达到的功能（目的）的前提下，使整个系统对空间、时间、物质、能量、信息的利用率最高。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（3）控制论维纳：控制论是关于在动物和机器中控制和通讯的科学。钱学森：控制论的对象是系统。为了实现系统自身的稳定和功能，系统需要取得、使用、保持和传递能量、材料和信息，也需要对系统的各个构成部分进行组织；控制论研究系统各个部分如何进行组织，以便实现系统的稳定和有目的的行为。控制论是研究系统的调节与控制的一般规律的科学。常见的控制理论：—最优控制理论—适应、自学习和自组织系统理论—模糊理论—大系统理论本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论提出者：申农定义：—狭义信息论是研究通信和控制系统中信息传递的共同规律，以及如何提高信息传输系统的有效性和可靠性。—广义信息论研究机器、生物和人类对于各种信息的获取、交换、传输、存贮、处理、利用和控制的一般规律。—从信息论严格的科学观点来看，并非任何的消息都是信息，而那些事先不知道其结果的消息才是信息。本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论信息量本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论信息量本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论信息量本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论信息量本章目录本节目录山东建筑大学管理工程学院二、系统理论的形成与发展（4）信息论信息量—1比特信息量就是含有两个独立等概率可能状态的事物所具有的不确定性被全部消除所需要的信息。—维纳曾指出：“信息量是一个可以看作几率的量的对数的负数，实质上就是负熵”，所以信息量和熵（无序），意义相反，表示的是系统获得信息后无序状