第一章系统工程

系统的概念系统工程的概念系统科学体系系统工程方法论第一章绪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产生的基础霍尔SE方法论切克兰特SE方法论系统的结构与功能管理系统的概念一、系统观念的发展系统思维方式的一个例子：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3+6+5+7=21分钟思考：你曾经在哪些方面作过系统的思考？第一节系统的概念遇到问题时，如何思考和解决问题？教育体系人才培养目标下，课程体系如何设立？管理过程？论文选题？下棋自我培养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渊源和现代科学技术基础。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。系统思想经历了从经验到哲学又到科学；从思辩到定性又到定量的发展过程。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统观古代近代现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辩证唯物主义（科学的系统观）爻：组成卦的基本单位。“—”为阳爻,“--”为阴爻。每三爻合成一卦,可得八卦;两卦(六爻)相重则得六十四卦,称为别卦。《易经》系统思想的体现：世界是由基本要素（爻）组成的整体（64卦），世界万物具有不同层次（“是故易有太极，是生两仪．两仪生四象，四象生八卦。”），万物互相联系，互相演变，体现了万物之间复杂的层次、结构和因果关系。《黄帝内经》注重整体观念，既强调人体本身是一整体，又强调人与自然环境密切相关，运用阴阳五行学说解释生理、病理现象，指导诊断与治疗；把阴阳的对立统一看成是宇宙间万事万物产生、发展、变化的普遍规律。人体在正常情况下阴阳平衡，一旦这种平衡被破坏，就会生病，强调精神与社会因素对人体及疾病的影响及疾病的预防，反对迷信鬼神。全面总结了秦汉以前的医学成就，标志着中国医学发展到理论总结阶段。中医认为：人体的所有元素归根到底分为阴阳二大类，具体地说，血为阴气为阳，寒症为阴热症为阳，脏为阴腑为阳，内里为阴体表为阳，等等。中医所说的人体健康就是阴阳二元相对平衡。马克思和恩格斯的辩证唯物主义认为：物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程形成的统一整体。辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其统一性的思想就是系统思想。19世纪末~20世纪初：生物史上产生贝塔朗菲的系统思想；社会科学领域产生了马克思主义；科学长足发展，特别是能量转化、细胞学说和进化论的发展，冲击着机械论的世界观。但由于19世纪科学发展水平的限制，系统思想并未形成独立的理论，直到20世纪中期才得以完成。通讯网络及二战中运筹学的研究发展及运用，为系统思想观念的发展和传播作出了很大的贡献。20世纪40年代一般系统论的形成，为科学系统观念的建立奠定了理论和实践基础。20世纪70年代后，耗散结构理论、协同学、超循环理论等的问世，发展了现代科学的系统观念，不仅坚持了系统的整体性、层次性、动态性，而且深入地研究了系统的开放性、有序性、协同性、复杂性，并且充分利用了数学模型和计算机等现代化科学手段。一般系统论创始人贝塔朗菲说：“系统可以定义为相互联系的元素的集合。”（Asystemcanbedefinedasasetofelementsstandingininterrelation）工程控制论创始人贝尔的定义：“系统是具有动态学联系的元素之内聚统一体。”（Asystemisanycohesivecollectionofitemsthataredynamicallyrelated）二、系统定义元素——组成系统的所有基本单元。二、系统定义系统——具有特定功能的相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个有机整体。定义说明：1系统是由若干独立要素组成的；2要素间相互作用、相互依赖；3要素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定功能。要素与元素的区别三、系统的基本特征1相关性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。如：简单的制造系统包括人、机器、工具、图形、工艺卡等，只有当操作人员运用工具、按图纸和工艺卡的要求把夹在机床上的原材料加工成所需的零件，系统才成立。说明“三个和尚没水吃”和“三个臭皮匠赛过诸葛亮”，为什么同样是三个普通人悬殊这么大？2目的性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。如企业目标是：为顾客提供满意的产品或服务，提高经济效益。3适应性任何一个系统都存在与一定的物质环境中，它必然要和外界环境发生交换，并适应外界环境的各种变化。系统对环境的适应性主要靠反馈实现的。如自然界生物的淘汰与进化，企业的关、并、停等，最明显的证明了这一点。4层次性层次性是系统结构的一种形式。系统的高层次往往是主导力量，低层次是基础结构，但它不仅仅是被动的，它保持着自己的独立性。如江苏大学的层次结构。5整体性所谓系统是指它作为一整体面貌存在与特定环境中所表现出的整体功能，是系统内各要素通过有效地组合和协调发挥的总体功能，即：系统总体功能大于系统各要素功能之和。（解释与提问）层次一般能够静态地反映事物存在的结构特征，有时也能反映事物的演化过程。系统哲学家拉兹洛曾经描述的进化过程中形成的层次。系统的整体性是系统概念的精髓，就是说，作为一个系统首先必须明确作为一个整体所体现的功能，即整体的目的性；其任何一个组成要素都不能离开整体去研究；要素间的相互联系和作用不能脱离整体的协调去考虑；要素的机能都要服从整体的目的和功能。四、系统的分类1按自然属性分：自然系统和人造系统由自然过程产生的系统谓之自然系统，它的组成部分是自然物。如海洋系统、生态系统等。有人参与制造或改造的系统谓之人造系统。一般是按人们特定的希望有目的、有计划地组织建造而成的系统。如生产系统、交通系统等。很多系统是自然系统和人造系统的复合系统。2按物质属性分：实体系统和概念系统以矿物、生物、机械、能量和人群等物质实体为构成要素的系统为实体系统。由概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素的系统为概念系统。概念系统是由实体系统的需要而产生的，并为实体服务的系统。实体系统是概念系统的物质基础，概念系统为实体系统提供指导和服务。（管理系统）提问：生产管理系统、物流管理系统是何系统？3按运动属性分：动态系统和静态系统动态系统是系统的状态变量随时间变化的系统，具有普遍性。静态系统就是表征系统运行规律的数学模型中不含时间因素，它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的状态。有时为研究方便将其视为静态。4按系统与环境关系分：开放系统和封闭系统开放系统中按反馈属性分：开环系统：没有反馈的系统闭环系统：具有（负）反馈的系统系统环境输入输出开放系统示意图反馈5按复杂程度分：复杂系统和简单系统简单系统与复杂系统之间无明显的界限之分。美国学者考夫曼等人通过近30年地研究发现，假如一个系统有200个元素，当它们之间的联系个数超过100时，即联系个数比元素个数大于等于0.5时，系统行为开始变得复杂起来。一般认为：复杂系统具有结构复杂、规模庞大、变量众多、功能综合多样等特征。如国民经济体系、生物学、经济、社会学领域中的系统。系统工程主要研究动态的、闭环的、人造的复杂系统。五、系统的结构与功能1系统的结构是指系统的构成要素之间的相对稳定的联系方式、组织秩序及其时空关系的内在表现形式。一般可抽象为：Ω，RS=S：代表系统结构；Ω：代表系统要素的集合；R：代表要素之间各种关系的集合一个系统必须同时包括Ω和R，两者缺一不可，其研究的重点是系统结构的要素间的关系。2系统的功能系统工程的任务在于提高系统的功能，特别是系统的处理或转换的效率，即在一定的输入条件下，输出越多越好；或在一定的输出条件下，输入越少越好。处理或转换输入输出反馈系统功能示意图功能：是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力和功效，是系统的要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及其时空形式的外在表现。扰动3系统结构与功能关系1结构决定功能。结构作为内在依据，决定着系统行为，同时功能也受要素的制约。2功能通过反馈反作用于结构，使系统更完善。3结构与功能不是一一对应的。4功能是在系统与外界环境的相互作用下表现出来的，功能受环境的影响。系统功能：{要素、结构、环境}要素性质的变化、结构类型、环境条件的变化都会影响系统的功能表现，甚至导致系统的质变。社会管理组织系统组织系统弗里蒙特E.卡斯特，詹姆斯E.罗森茨韦克：组织与管理——系统方法与权变方法P133，中国社会科学出版社，1985社会组织一般被视为一个开放的社会技术和人文系统。组织从外部环境接受能源、信息和材料的投入，经过转换，产出自己的产品与服务，输出给外部系统。目标和价值分系统：确定系统运行的理念和目标，决定着系统的行为和态度，联系着系统与外部社会文化的需求；技术分系统：是系统要完成基本任务所需要的知识部分，它包括把投入转换为产出时所运用的各种技术。社会心理分系统：它由组织内部相互作用的个体和群体组成，包括个人行为与动机、地位与作用的关系、群体动力学和影响系统等。结构分系统：正式关系的组织结构（包括职位与工作说明、规划与工作程序等）；非真是关系网络。管理分系统：它制定目标、拟定全面的战略和经营的计划，设计和变革组织结构并且建立控制程序。企业的各种结构系统机械式组织结构有机式组织结构机械式组织结构有机式组织结构六、管理系统的概念管理是社会系统中联系各层子系统的纽带。管理系统是以所研究的管理对象（复杂系统）为系统，它是整个社会系统的基本组成单元。本质上，管理就是协调和指挥人、物和信息以达到预定目标的过程。现代管理科学实际上就是系统管理。1、管理系统与系统管理系统管理可分为两个互为联系的方面，一是科学地表示系统理论的范畴、原则和方法；二是运用系统理论的科学概念作为解决管理系统，以及更大范围的经济、技术问题，甚至社会政治问题的手段。系统管理首先从系统观念上给管理人员提供了一种思想方法，提供了一种把管理系统内外环境、各种因素作为整体进行考虑的结构。其次系统管理认为管理系统是一个以人为主体的一体化系统，是由许多分系统组成的开放的社会技术系统。2、管理系统的特点管理系统是一个具有多重反馈结构的社会系统管理系统往往是一个非线性的系统管理系统中各变量之间存在较长时间滞后管理系统中原因和结果具有一定的分离性管理系统具有明显的组织结构特性3、现代工业企业的系统特征工业企业是一个开放系统工业企业系统是一个“人——机系统”工业企业系统是一个可分系统工业企业是一个具有自适应能力的动态系统4、企业的系统模型处理或转换输入输出反馈扰动几个要素环境与界限投入性质流量与流向转化过程产出的形式.工业企业生产经营活动过程示意图一、系统工程的概念1系统工程有系统与工程两方面从系统看工程：用系统的观点和方法解决工程问题。工程泛指系统的组织建立，系统的经营管理，系统的更新改造。从工程看系统：用工程的方法建造系统。这里SE理解为：用系统思想作指导，以系统方法和工程方法为工具，去建造人们需要的新系统或改造原有的旧系统，使之更加合理、更加完善、更加科学。第2节系统工程概念第2节系统工程概念2系统工程的定义钱学森：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、实验和使用的科学方法”，“系统工程是一门组织管理技术”。SE定义的基本点：（1）SE既是一种方法论，又是一门工程技术，主要是组织管理技术；（2）SE是一门边缘学科；（3）SE组织协调系统内各要素的活动，实现系统整体目标最优化。二、系统工程的基本特征整体性：研究对象是